DE10060243A1 - Non-destructive diagnosis of isolation system for dielectric machines involves use of step voltage of increasing amplitude and partial discharge measurement - Google Patents

Non-destructive diagnosis of isolation system for dielectric machines involves use of step voltage of increasing amplitude and partial discharge measurement

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DE10060243A1 DE2000160243 DE10060243A DE10060243A1 DE 10060243 A1 DE10060243 A1 DE 10060243A1 DE 2000160243 DE2000160243 DE 2000160243 DE 10060243 A DE10060243 A DE 10060243A DE 10060243 A1 DE10060243 A1 DE 10060243A1
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits

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Abstract

The method involves applying a step voltage to the insulation system while increasing the amplitude of the voltage from a small amplitude to a conventional test voltage amplitude for insulation systems and storing each step voltage response for correlation with reference values. Auxiliary windings not connected to the test system are short-circuited and connected to earth. Partial discharges are detected, stored and evaluated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems von elektrischen Maschinen vor allem Motoren und Generatoren höherer Leistung, die in der Industrie Anwendung finden.The invention relates to a method and a device for diagnosing the state of the Isolation system of electrical machines especially motors and generators higher Performance that is used in industry.

Stoßspannungsprüfung zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems von elektrischen Maschinen ist ein Meßverfahren, welches seit längerer Zeit in der Industrie eingesetzt wird, aber durch die nicht ausreichend genaue Aussagekraft des angewendeten Meßverfahren werden Isolationssysteme von Maschinen, die in der Tat im guten Zustand und voll funktionsfähig sind, als schlecht deklariert. Daher ist es wünschenswert das Meßverfahren weiterzuentwickeln, so daß die Meßgenauigkeit und -aussagekraft erhöht wird. Es ist bekannt, daß zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems von elektrischen Maschinen mit Stoßspannungen die Stoßantwort eines als "Master" bezeichnenden Prüflings mit der Stoßantwort des zu prüfenden Prüflings in Form der Ermittlung der Flächendifferenz zwischen den beiden gedämpften Schwingungen angewendet wird. Weiterhin ist bekannt, daß die Prüfung des Isolationssystems von elektrischen Maschinen auch mit mehrfachen Schüssen (Stoßspannungen) möglich ist, wobei hier als Stoßantwort diejenige gedämpfte Schwingung zum Vergleich herangezogen wird, welche die größte Unähnlichkeit zur Referenzstoßantwort besitzt. Die Prüfung mit mehreren Stoßspannungen werden mit der von VDE-Norm vorgeschriebenen Spannungsamplitude vorgenommen.Surge voltage test for diagnosis of the state of the insulation system of electrical Machines is a measuring method that has been used in industry for a long time, but due to the insufficiently accurate significance of the measurement method used are isolation systems of machines that are in fact in good condition and full are functional, declared bad. Therefore, the measurement method is desirable to develop further, so that the measurement accuracy and significance is increased. It is known to diagnose the condition of the insulation system of electrical Machines with impulse voltages are the impulse response of a test object called "master" with the impact response of the test object to be tested in the form of determining the area difference is applied between the two damped vibrations. It is also known that testing the insulation system of electrical machines with multiple Shots (surge voltages) are possible, the damped one being the shock response here Vibration is used for comparison, which is the greatest dissimilarity Has reference impact response. The test with multiple impulse voltages is carried out with that of VDE standard prescribed voltage amplitude.

Der gravierende Nachteil hierbei ist, daß der Prüfling mehrfach mit einer hohe Stoßspannung beaufschlagt wird, was zu einer vorzeitigen Alterung des Isolationssystems und damit Reduzierung von Lebensdauer des Prüflings führen kann. Durch die kurzen Zeitabstände zwischen mehreren Stoßspannungen werden Raumladungen und Oberflächenladungen, die durch das elektrische Feld verursacht wurden, nicht abgebaut. Dies führt zu einer ungewollten Spannungserhöhung im Isolationssystem des Prüflings und somit zur einer Verfälschung der Stoßantwort und folglich des Meßergebnisses.The serious disadvantage here is that the device under test has multiple impacts is applied, leading to premature aging of the insulation system and thus Reduction in the life of the device under test can result. Due to the short intervals between multiple impulse voltages there are space charges and surface charges caused by the electric field, not degraded. This leads to a unwanted voltage increase in the insulation system of the test object and thus to a Falsification of the shock response and consequently the measurement result.

Bei der Diagnose des Isolationssystems von elektrischen Maschinen werden Wicklungen bzw. Phasenwicklungen einzeln mit der Stoßspannung beaufschlagt und die anderen Phasenwicklungen befinden sich nicht auf ein bestimmtes Potential. Ähnlich gravierend ist der Nachteil der elektromagnetische Kopplung der nicht geerdeten Phasenwicklung auf die Stoßantwort der zu prüfenden Phasenwicklung.When diagnosing the insulation system of electrical machines, windings are used or phase windings individually applied with the impulse voltage and the others Phase windings are not at a certain potential. Is similarly serious  the disadvantage of the electromagnetic coupling of the ungrounded phase winding on the Impact response of the phase winding to be tested.

Weiterhin ist bekannt, daß durch die Erfassung der Amplitude von Teilentladungen, die bei der Stoßspannungsprüfung gemessen werden und die Auftragung der Teilentladungs­ impulse über die Phasenlage eine Aussage über den aktuellen Zustand des Prüflings gemacht werden kann. Der Nachteil des Meß- und Auswerteverfahrens bei der TE-Messung liegt darin, daß kein physikalisch relevanter Parameter zur TE-Auswertung herangezogen wird und nicht die Mehrfachauswertung zur Sicherstellung des Diagnoseergebnisses gewählt wird.Furthermore, it is known that by detecting the amplitude of partial discharges, the the surge voltage test can be measured and the application of the partial discharge impulses about the phase position a statement about the current state of the test object can be made. The disadvantage of the measurement and evaluation method in the TE measurement lies in the fact that no physically relevant parameter is used for the TE evaluation and not multiple evaluation is selected to ensure the diagnostic result becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Auswahl der Stoßspannungs­ amplitude in mehreren Schritten mit den Zwischenkurzschlüssen und das Erden des Prüflings die vorzeitige Alterung bzw. die Zerstörung des Isolationssystems des Prüflings vermieden wird und ein vergleichbar besseres Kreuzkorrelationsverfahren durch die Mittelwertbildung der Korrelationsergebnisse zur Diagnose erzielt wird. Auch die gleichzeitige TE-Messung und anschließende Auswertung der TE-Daten, welche in Form einer I-U-t- Tabelle gespeichert und in Form von ϕ-q-n-, ΔUn/ΔUn-1- oder Δtn/Δtn-1-Pattern dargestellt wird, führt zu einer definitiv eindeutigen Diagnose des Isolationssystems des Prüflings.The invention is based on the object, by suitable selection of the surge voltage amplitude in several steps with the intermediate short-circuits and grounding of the test object, the premature aging or destruction of the insulation system of the test object is avoided and a comparably better cross-correlation method is achieved by averaging the correlation results for diagnosis becomes. The simultaneous TE measurement and subsequent evaluation of the TE data, which are stored in the form of an IUt table and represented in the form of ϕ-qn, ΔU n / ΔU n-1 or Δt n / Δt n-1 patterns leads to a definite diagnosis of the isolation system of the test object.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem Prüfverfahren mit mehrfachen Stoßspannungen (Schüssen) nach jedem Stoßimpuls und anschließender Auswertung der Impulsantwort des Prüflings die Klemmen des zu prüfenden Prüflings kurzgeschlossen und geerdet werden sollen. Dies ist damit begründet, daß die Impulsantwort (gedämpfte Schwingung) in einen ausgeschwungenen Zustand übergeht, bevor der nächste Stoßimpuls auf die zu prüfenden Phasenwicklung gegeben wird. Hierdurch wird die Überlagerung der noch nicht ausgeschwungenen gedämpften Schwingung mit dem neuen Stoßimpuls vermieden. Durch die Zwischenkurzschlüsse werden Raumladungen und Oberflächenladungen, die durch das elektrische Feld verursacht wurden, abgebaut. Hierbei wird erreicht, daß eine falsche Diagnose des Isolationszustandes ausgeschlossen ist.This object is achieved in that in the test method with multiple impulse voltages (shots) after each impulse and subsequent Evaluation of the impulse response of the test object, the terminals of the test object to be tested should be short-circuited and grounded. This is because the Impulse response (damped vibration) changes into a steady state, before the next shock pulse is applied to the phase winding to be tested. This overlaps the damped ones that have not yet swung out Vibration avoided with the new shock pulse. Through the intermediate shorts are space charges and surface charges caused by the electric field were dismantled. This ensures that the insulation condition is diagnosed incorrectly is excluded.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der konventionellen Diagnose das Isolationssystem eines Prüflings mit einer Prüfspannung UP mit mehrfachen Stoßimpulsen belastet wird. Dies kann sicherlich nicht als zerstörungsfreies Diagnoseverfahren bezeichnet werden. Während der Prüfung mit mehrfachen Stoßimpulsen soll die Prüfspannung stufenweise erhöht werden, d. h. z. B. das Isolationssystem des Prüflings wird erst mit einem Stoßimpuls mit einem Drittel der Amplitude, der von der VDE-Norm vorgeschriebenen Prüfspannung UP, und anschließend mit zwei Drittel und zum Schluß mit der Prüfspannung UP beaufschlagt. Hierbei wird nach jedem Stoßimpuls die Impulsantwort des Schwingkreises aufgenommen und gespeichert. Nach jedem Stoßimpuls werden die Klemmen des zu prüfenden Objektes kurzgeschlossen und geerdet. Hierdurch wird die Belastung des Isolationssystem der Wicklung minimal. Eine Überlagerung der nicht ausgeschwungenen gedämpften Impulsantwort oder das durch die Raum- bzw. Flächenladung erzeugte Feld mit der Impulsantwort ist durch die Zwischenkurzschlüsse ausgeschlossen. Die Aufnahme von drei Impulsantworten des Prüflings und anschließender Vergleich mit drei Impulsantworten des Referenzprüflings (Master) ermöglicht eine sichere Aussage über den Zustand des zu prüfenden Isolationssystems.The invention is based on the knowledge that, in conventional diagnosis, the insulation system of a test object is loaded with a test voltage U P with multiple shock pulses. This can certainly not be called a non-destructive diagnostic procedure. During the test with multiple impulse pulses, the test voltage should be increased gradually, e.g. the insulation system of the device under test is first given an impulse with a third of the amplitude, the test voltage U P prescribed by the VDE standard, and then with two thirds and finally with the test voltage U P. After each shock pulse, the impulse response of the resonant circuit is recorded and saved. After each shock pulse, the terminals of the object to be tested are short-circuited and grounded. This minimizes the load on the winding insulation system. A superimposition of the damped impulse response that is not swung out or the field generated by the space or surface charge with the impulse response is excluded by the intermediate short circuits. The recording of three impulse responses from the test object and subsequent comparison with three impulse responses from the reference test object (master) enables a reliable statement to be made about the condition of the insulation system to be tested.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil bei der zerstörungsfreien Diagnose des Isolationssystems von elektrischen Maschinen besteht zunächst darin, daß die Stoßspannungsprüfung keine vorzeitige Alterung des Isolationssystems von Prüflingen verursacht. Ein weiterer Vorteil ist die bessere Aussagekraft des neuen Prüfverfahrens inbezug auf den aktuellen Zustand des Prüflings. Weiterhin wird eine Verifizierung des Prüf- bzw. Meßergebnisses durch die parallel laufenden TE-Messung mit der Stoßspannungs­ prüfung durch die Anwendung der Mustererkennungsalgorithmen zur Feststellung von Fehlstellen und Fehlertypen unter Berücksichtigung von physikalisch relevanten Parametern erzielt.The advantage achieved with the invention in the non-destructive diagnosis of Isolation system of electrical machines consists in the fact that the Surge voltage test no premature aging of the insulation system of test objects caused. Another advantage is the better informative value of the new test procedure in relation to the current state of the test object. Furthermore, verification of the test or measurement result through the parallel PD measurement with the surge voltage testing by using the pattern recognition algorithms to determine Defects and types of defects taking into account physically relevant parameters achieved.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ermittlung des Zustandes des Isolationssystems der Wicklungen von elektrischen Maschinen, bei dem das Isolationssystem mit einer Stoßspannung beaufschlagt wird, wobei die Stoßspannungsamplitude in mehreren Schritten von einem kleinen Wert bis zur bekannten Prüfspannungsamplitude für Isolationssystemen erhöht wird. Hierbei wird jede Stoßantwort, welche eine gedämpfte Schwingung darstellt, auf ein Speichermedium gespeichert und anschließend werden die Stoßantworten des zu prüfenden Wicklungsisolationssystems (Prüfling) mit den Stoßantworten des als Referenz dienenden Wicklungsisolationssystems (Master) korreliert und aus der Korrelationsergebnissen wird der Mittelwert gebildet. Das hierdurch gewonnene Ergebnis ist ein Maß für die Diagnose des Zustands des Wicklungsisolationssystems. Bei der Anwendung der Stoßspannungsprüfung wird die Hilfswicklung von Wechselspannungs­ motoren bzw. die Phasenwicklungen von Drehstrommaschinen, die nicht an Prüfkreis angeschlossen sind, kurzgeschlossen und mit der Masse verbunden. Nach jeder Stoßspannung soll das Prüfling geerdet werden.
Parallel zur Messung der Impulsantwort werden Teilentladungen erfaßt und gespeichert und anschließend ausgewertet. Auch hier wird jeweils das Ergebnis jeder Auswertung des Prüflings mit dem Ergebnis jeder Auswertung des Referenzprüflings verglichen und anschließend ein Mittelwert von Ergebnissen gebildet.1. Method for determining the state of the insulation system of the windings of electrical machines, in which the insulation system is subjected to a surge voltage, the surge voltage amplitude being increased in several steps from a small value to the known test voltage amplitude for insulation systems. Each shock response, which represents a damped oscillation, is stored on a storage medium and then the shock responses of the winding insulation system to be tested (test object) are correlated with the shock responses of the winding insulation system (master) serving as a reference and the mean value is formed from the correlation results. The result obtained in this way is a measure for the diagnosis of the state of the winding insulation system. When using the surge voltage test, the auxiliary winding of AC motors or the phase windings of three-phase machines that are not connected to the test circuit are short-circuited and connected to ground. The device under test should be earthed after each surge voltage.
In parallel to the measurement of the impulse response, partial discharges are recorded and stored and then evaluated. Here, too, the result of each evaluation of the test object is compared with the result of each evaluation of the reference test object, and an average of results is then formed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Stoßspannung und anschließenden Aufnahme der Stoßantwort das Isolationssystem entladen wird. Hierbei wird die Wicklung mit der Masse verbunden, wobei die Erdung der Wicklung auch über einen Widerstand realisiert werden kann.2. The method according to claim 1, characterized in that after each surge voltage and then recording the shock response the insulation system is discharged. in this connection the winding is connected to the ground, the grounding of the winding also via a resistor can be realized. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur Wicklungen von Motoren bzw. Generatoren im Kern (d. h. Statoren) sondern auch Wicklungen außerhalb des Kerns als Prüfling verwendet werden kann.3. The method according to claim 1, characterized in that not only windings of Motors or generators in the core (i.e. stators) but also windings outside of the core can be used as a test object. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein einzelner Stabe der Wicklungen einer elektrischen Maschine als Prüfling verwendet werden kann.4. The method according to claim 1, characterized in that a single rod of the Windings of an electrical machine can be used as a device under test. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die TE-Messung und Auswertung zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems auch ohne die Messung und die Auswertung von Stoßspannungsprüfung durchgeführt werden kann.5. The method according to claim 1, characterized in that the TE measurement and Evaluation for diagnosis of the condition of the insulation system even without the measurement and the evaluation of surge voltage testing can be carried out. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Korrelationsergebnisse und Mittelwertbildungen der Stoßspannungsprüfung und der TE- Messung sowohl zusammen als auch getrennt vorgenommen werden kann. 6. The method according to claim 1, characterized in that the evaluation of the Correlation results and averaging of the surge voltage test and the TE Measurement can be made both together and separately.   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Trennen des Ladekondensators vom Prüfling und Meßkondensator, variiert werden kann und dadurch auch die Amplitude des ersten Maximums der gedämpften Schwingung variiert werden kann.7. The method according to claim 1, characterized in that the time for separation of the charging capacitor of the test object and measuring capacitor, can be varied and this also varies the amplitude of the first maximum of the damped oscillation can be. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfspannungsamplitude auch eine andere von der VDE-Norm abweichende Spannungsamplitude gewählt werden kann.8. The method according to claim 1, characterized in that as the test voltage amplitude another voltage amplitude that deviates from the VDE standard can also be selected can.
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