DE102011120321B3 - Method for monitoring quality and aging of electrical insulating material of e.g. distribution transformer for operating computer-based tangent delta measuring system, involves utilizing differences between dissipation factors and voltages - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Qualität und der Alterung von elektrischen Isolierstoffen mit Hilfe von Verlustfaktormessungen einschließlich des Kriteriums der DurchschlagspannungenThe present invention relates to a method and apparatus for monitoring the quality and aging of electrical insulating materials using loss factor measurements including the breakdown voltage criterion
Die Qualität und die Alterung von elektrischen Isolierstoffen sind in elektrischen Anlagen, Anlagenkomponenten oder elektrischen Geräten wesentliche Einflussgrößen für die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Eine noch größere Bedeutung hat die Sicherheit bei elektrischen Anlagen und elektrischen Geräten.The quality and aging of electrical insulating materials in electrical installations, plant components or electrical equipment are significant influencing factors for availability and reliability. The safety of electrical systems and electrical appliances is even more important.
In diesem Zusammenhang sind öllösliche Wirkstoffe, wie Additive für Mineralöle, Mineralölprodukte oder synthetische Öle anzuführen, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften und damit die elektrischen Eigenschaften zu verbessern und die Alterungseinwirkung zu minimieren. Dennoch altern elektrische Isolierstoffe und Isolieröle durch thermische Einwirkung, Oxidation, elektrische Feldstärke, Teilentladungen, Strahlung, Katalysatoren (Kupfer), Crackproduckte, Fremdpartikel, Säuregehalt sowie Feuchtigkeitseinwirkung.In this context, oil-soluble active ingredients such as additives for mineral oils, mineral oil products or synthetic oils should be mentioned in order to improve the physical and chemical properties and thus the electrical properties and to minimize the effects of aging. Nevertheless, electrical insulating materials and insulating oils age by thermal action, oxidation, electric field strength, partial discharges, radiation, catalysts (copper), cracked products, foreign particles, acidity and moisture.
Es ist bekannt, dass die Ölqualität mit Resonanz- und Oszillatorschaltungen, die mit Resonanzfrequenzen zwischen 10 MHz und 300 MHz arbeiten, durchgeführt werden (
Außerdem ist bekannt ein Verfahren zur Diagnose der dielektrischen Alterung von Einzelkomponenten von elektrischen Anlagen und Geräten mittels Verlustfaktormessungen mit Frequenzen kleiner als die Frequenz der öffentlichen, elektrischen Versorgungssysteme (
Darüber hinaus sind bekannt, Verlustfaktor-Messmethoden für elektrische Isolierstoffe mittels Schering-Brückenschaltungen oder computerbasierte Messsysteme, die nach dem Prinzip einer vektoriellen Impedanzmessung arbeiten/3/.In addition, loss factor measurement methods for electrical insulation materials by means of Schering bridge circuits or computer-based measurement systems which operate on the principle of vectorial impedance measurement are known / 3 /.
Außerdem ist bekannt, dass Verlustfaktormessungen mit Mittelspannung an elektrischen Materialien von Generatorstäben sowohl mit der Schering-Brücke als auch mit der computerbasierten Verlustfaktormessung durchgeführt wurden/4/.In addition, it is known that medium-voltage loss factor measurements were made on electric materials from generator bars both with the Schering bridge and with the computer-based loss factor measurement / 4 /.
Des Weiteren sind bekannt ein Verfahren zur Herstellung von dielektrischen Kabelimprägnierölen und Verlustfaktormessungen an diesen Ölen zur Überprüfung und Optimierung der Anwendbarkeit (
Bekannt ist auch die Diagnose der dielektrischen Alterung an Mehrstoffdielektrika mittels Verlustfaktormessungen vor Ort. Angewandt wird dieses Auswerteverfahren für Dielektrika, wie Öl/Papier/Pressspan oder Masse/Papier (
Ebenfalls ist bekannt, dass Leistungstransformatoren mit Hilfe von Monitoring- und Diagnoseverfahren untersucht werden. Hierzu zählt die Gas-in-Öl-Analyse als chemisches Online-Verfahren oder die Isolationswiderstandmessung als Offline-Verfahren/7/.It is also known that power transformers are investigated by means of monitoring and diagnostic methods. These include gas-in-oil analysis as a chemical on-line process or insulation resistance measurement as an offline process / 7 /.
Letztlich ist bekannt, dass Ölprüfgeräte eingesetzt werden. Hierbei muss immer das zu untersuchende Isolieröl einem Gerät, z. B. einem Transformator als Probe entnommen werden/8/.Finally, it is known that oil testers are used. This always has to be examined insulating oil a device, eg. B. a transformer can be sampled / 8 /.
Die vorstehend genannten Verfahren /1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, und 8/ arbeiten auch mit Verlustfaktorwerten. Gleichzeitige Aussagen zu Durchschlagspannungen der elektrischen Isolierstoffe, direkt abgeleitet aus diesen gemessenen Verlustfaktormesswerten, gibt es bisher nicht.The aforementioned methods / 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 / also operate with loss factor values. Simultaneous statements on breakdown voltages of the electrical insulating materials, derived directly from these measured loss factor measured values, are not yet available.
Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Überwachung der Qualität und des Alterungszustands von elektrischen Isolierstoffen mit Hilfe von Verlustfaktormessungen einschließlich des maßgebenden Beurteilungskriteriums der Durchschlagspannung in elektrischen Anlagen, Anlagenkomponenten oder elektrischen Geräten zu lösen. Sowie diese empfindlich und kostengünstig online mit und ohne Fernabfrage, sowie diese offline durchzuführen, um von zeitgeplanten Isolierstoff-Wechselintervallen zu zustandsabhängigen Isolierstoff-Wechselintervallen überzugehen oder wenn notwendig, aus Sicherheitsgründen Abschaltungen vorzunehmen.The problem addressed by the invention is that of solving the monitoring of the quality and the aging state of electrical insulating materials by means of loss factor measurements, including the decisive assessment criterion of the breakdown voltage in electrical installations, system components or electrical appliances. As well as this sensitive and cost-effective online with and without remote inquiry, as well as to perform this offline to move from time-planned Isolierstoffwechselintervallen to state-dependent Isolierstoffwechselintervallen or if necessary, make for safety reasons shutdowns.
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass zur Überwachung der Qualität und der Alterung von elektrischen Isolierstoffen nicht mit Verlustfaktormesswerten alleine, sondern zusätzlich mit den aus diesen Verlustfaktormesswerten abgeleiteten Durchschlagspannungen gearbeitet wird. Diese Durchschlagspannungen sind neben den Verlustfaktormesswerten das maßgebende Beurteilungskriterium für die Qualität und der Alterung von elektrischen Isolierstoffen.This problem is solved by the features specified in the claims. The advantages achieved by the invention are, in particular, that the monitoring of the quality and aging of electrical insulating materials is not carried out with loss factor readings alone, but additionally with the breakdown voltages derived from these loss factor measured values. These breakdown voltages are, in addition to the loss factor measured values, the decisive assessment criterion for the quality and aging of electrical insulating materials.
Dem Erfinder liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass zur Überwachung der Qualität und der Alterung von elektrischen Isolierstoffen aus den gemessenen Verlustfaktormesswerten direkt ohne eine separate Messung die zugehörigen Durchschlagspannungen abgeleitet werden können.The inventor is based on the insight that for monitoring quality and aging of electrical insulating materials from the measured loss factor readings directly the corresponding breakdown voltages can be derived without a separate measurement.
Wie im dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ergeben sich vorteilhaft durch die Messung des Verlustfaktors von elektrischen Isolierstoffen die Ableitung der zugehörigen Durchschlagspannungen dieser Isolierstoffe, so dass für die Beurteilung der Qualität und der Alterung von elektrischen Isolierstoffen beide Kriterien zur Verfügung stehen. Besonders zu erwähnen ist, dass Durchschlagspannungen von diesen Stoffen im Online-Betrieb direkt aus physikalischen und technischen Gründen nicht gemessen werden können.As described in the exemplary embodiment, the derivation of the associated breakdown voltages of these insulating materials advantageously results from the measurement of the loss factor of electrical insulating materials, so that both criteria are available for assessing the quality and aging of electrical insulating materials. Particularly noteworthy is that breakdown voltages of these substances in online operation can not be measured directly for physical and technical reasons.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
Es zeigenShow it
- P
- Prüfobjekt
- CTD
- computerbasiertes Tangensdelta-Messsystem
- tan
- δ Tangensdelta-Messwert
- TS
- Temperatursensor
- FS
- Feuchtesensor
- F
- Feuchtegehalt des Prüflings
- T
- Temperatur des Prüflings
- Ud
- aus den gemessenen Tangensdelta-Werten abgeleitete Durchschlagspannungen
- DSP
- Digitaler Signal Prozessor
- PC
- PC-Auswerteeinheit
- P
- UUT
- CTD
- Computer-based tangent delta measuring system
- tan
- δ tangent delta measured value
- TS
- temperature sensor
- FS
- humidity sensor
- F
- Moisture content of the test piece
- T
- Temperature of the test object
- Ud
- breakdown voltages derived from the measured tangent delta values
- DSP
- Digital signal processor
- PC
- PC evaluation
Mit Hilfe des computerbasierten Tangensdelta-Messsystems (CTD) werden mittels einer kapazitiven Sonde Verlustfaktormesswerte des elektrischen Isolieröls (P) bestimmt (
Des Weiteren werden vom Isolieröl (P) die Feuchte über einen Feuchtesensor (FS) und die Temperatur (T) mit einem Temperatursensor (TS) gemessen. Diese Signale für die physikalischen Größen Verlustfaktor tanδ, Durchschlagspannung Ud, Feuchte (F) und Temperatur (T) werden zum digitalen Signalprozessor (DSP) geleitet. Dieser ist über eine Schnittstelle mit dem PC verbunden.Furthermore, the moisture content of the insulating oil (P) is measured by a humidity sensor (FS) and the temperature (T) by a temperature sensor (TS). These signals for the physical quantities loss factor tanδ, breakdown voltage U d , humidity (F) and temperature (T) are sent to the digital signal processor (DSP). This is connected to the PC via an interface.
Die unterschiedlichen Zustände der Qualität und/oder der Alterung der elektrischen Isolieröle werden über die wichtigen physikalischen Größen Verlustfaktor tanδ und Durchschlagspannung Ud ermittelt (
Von unterschiedlich gealterten elektrischen Isolierölen wurden Verlustfaktormessungen mit 100 V bei 0,1 Hz durchgeführt. Von denselben Isolierölen wurden die zugehörigen Durchschlagspannungen Ud bei 50 Hz gemessen und in einem Diagramm Ud = f(tanδ) dargestellt (
Damit kann für die Beurteilung der unterschiedlichen Alterungszustände von verschiedenen Isolierölen die Abhängigkeit der Durchschlagspannung Ud (bei 50 Hz) vom Verlustfaktor tanδ (bei 0,1 Hz) ermittelt werden (
Es ist zu erkennen, dass im linken Teil des Diagrammes (
Aus
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Durchschlagspannung nicht separat ermittelt werden muss. Dies macht den Online-Betrieb mit und ohne Fernabfrage überhaupt erst möglich, denn aus physikalischen und technischen Gründen ist die Durchschlagspannung im Onlinebetrieb nicht messbar.The advantage of this method is that the breakdown voltage does not have to be determined separately. This makes the online operation possible with and without remote inquiry in the first place, because for physical and technical reasons, the breakdown voltage in online operation is not measurable.
Als praktische Online-Einsatzmöglichkeiten sind zur Überwachung der Qualität und der Alterung
- • Stufenschalter,
- • Leistungsschalter,
- • Transformatordurchführungen
- • Wichtige Verteiltransformatoren,
- • Industrietransformatoren, insbesondere kleinere Einheiten,
- • Hoch- und Höchstspannungskabel mit Öl/Papierdielektrikum, angeschlossen an vorhandenen Ölausgleichsgefäßen
- • Hoch- und Höchstspannungskabel-Endverschlüssen usw..
- • tap changer,
- • circuit breaker,
- • Transformer bushings
- • Important distribution transformers,
- • Industrial transformers, in particular smaller units,
- • High and extra high voltage cable with oil / paper dielectric connected to existing oil balance tanks
- • High and high voltage cable terminations etc ..
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