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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bestimmen der Alterung eines Hochspannungsgeräts, bei dem Messwerte eines Hochspannungsgeräts mit Hilfe von Sensoren, die in oder an dem Hochspannungsgerät angeordnet sind, fortwährend erfasst werden, die Messwerte und/oder davon abgeleitete Werte an ein Alterungsberechnungmodul übertragen werden und das Altertungsberechnungsmodul basierend auf den Messwerten und/oder den davon abgeleiteten Werten eine Alterung des Hochspannungsgeräts ermittelt.
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Ein solches Verfahren ist dem Fachmann aus der Praxis bekannt. Der Betreiber eines Hochspannungsgeräts muss von Zeit zu Zeit die Alterung von Hochspannungsgeräten wie beispielsweise Transformatoren oder Drosseln bestimmen. Dies ist inbesondere dann erforderlich, wenn Zellulosematerialien in dem Hochspannungsgerät verbaut sind. Die Alterung der Zellulose ist Temperatur und Feuchtigkeitsabhängig.
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Aus der
DE 10 2007 026 175 B4 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Alterungsrate eines Transformators bekannt geworden. Gemäß dem vorbekannten Verfahren wird die Alterungsrate VIEC eines Transformators als Hochspannungsgerät nach dem IEC-Standard 60076-7 berechnet, wobei Sauerstoff- und Feuchteanteil der Isolierflüssigkeit des Transformators berücksichtigt werden.
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Dem eingangs genannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass der Alterung des Energieversorgungsnetzes aufwändig in bestimmten zuvor Festgelegten Zeitintervallen ermittelt werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe die Alterung eines Hochspannungsgeräts fortwährend in Echtzeit ermittelt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Messwerte und/oder davon abgeleitete Werte über eine Nahbereichs-Kommunikationsverbindung von den Sensoren zu einer Kommunikationseinheit des Hochspannungsgeräts übertragen werden, die Kommunikationseinheit über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung mit einer Datenverarbeitungs-Cloud verbindbar ist, wobei das Alterungsberechnngsmodul auf der Datenverarbeitungs-Cloud implementiert ist.
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Erfindungsgemäß wird die Alterung eines Hochspannungsgerätes nicht länger in bestimmten Zeitintervallen mit immer wieder aufzubauenden Messwerkzeugen ermittelt. Vielmehr wird im Rahmen der Erfindung wird die Alterung des Hochspannungsgeräts fortwährend bestimmt. Dazu werden Messwerte von Sensoren erfasst, die in oder an dem Hochspannungsgerät angeordnet sind. Die Messwerte oder davon abgleitete Werte müssen geeignet sein, um mit Hilfe des Alterungsberechnungstools aus ihnen die Alterung des Hochspannungsgeräts zu ermitteln. Dazu werden die Messwerte zunächst von den Sensoren zu einer Kommunikationseinheit übertragen. Die Kommunikationseinheit ist fortwährend in einer Datenverarbeitungs-Cloud verbunden oder verbindent sich selbständig in bestimmten zeitlichen Abständen mit dieser. Auf der Datenverarbeitungs-Cloud läuft das Alterungsberechnungsmodul eine Software ab. Diesem Alterungsberechnungsmodul werden die Messwerte als Eingangsgrößen zugeführt, das dann beispielsweise basierend auf dem IEC Standard 60076-7 die Alterung des Hochspannungsgeräts ermittelt.
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Aus dem ICE-Standard 60076-7 ist bekannt, eine Alterungsrate eines Hochspannungsgeräts wie einen elektrischen Transformator in Abhängigkeit der so genannten Hotspot-Temperatur zu berechnen. Bei der Berechnung wird insbesondere das Isolationspapier der Wicklungen berücksichtigt. Dabei wird näherungsweise angenommen, dass die isolierenden Eigenschaften des Isolierpapiers neben anderen Einflussgrößen von dem Polymerisationsgrad des Isolierpapiers abhängig sind. Die beim Betrieb des Transformators entstehenden Belastungen verändern jedoch den Polymerisationsgrad des Isolierpapiers dahin, so dass die Isolationsfähigkeit des Wicklungspapiers mit zunehmender Lebensdauer abnimmt und schließlich unzureichend wird, sodass der Transformator das Ende seiner Lebensdauer erreicht.
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Die Hot-Spot- oder Heißpunkttemperatur kann aus Messungen der Temperatur des Isolierfluids und aus der Messung des Wicklungsstromes ermittelt werden. Wie bereits weiter oben ausgeführt ist, kann aus der Hot-Spot Temperatur die Lebensdauer des Transformators ermittelt werden.
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Auf die Datenverarbeitungs-Cloud kann der Betreiber des Hochspannugnsgerät mittel einer Alterungsanfrage zugreifen. Dieser Zufgriff erfolgt über eine beliebige Fernbereichs-Kommunikationsverbindung.
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Die Datenverarbeitungs-Cloud verfügt zweckmäßigerweise über eine Speichereinheit, auf der die vom Alterungsberechnungsmodul ermittelte Alterung des Hochspannungsgeräts in beliebiger Form, beispielsweise in Gestalt von Alterungsparametern, gespeichert werden kann.
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Die Alterung des Hochspannungsgeräts wird vorteilhafterweise fortwährend ermittelt und beispielsweise auf einer Speichereinheit der Datenverarbeitungs-Cloud abgelegt werden.
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Im Rahmen der Erfindung werden Messwerte von Sensoren erfasst, die in oder an dem Hochspannungsgerät angeordnet sind, wobei die Zustandsparameter zumindest teilweise auf Grundlage der Messwerte und/oder der davon abgeleiteten Werte erhalten werden. Mit Hilfe von Messungen kann der Betriebszustand eines Hochspannungsgeräts genau erfasst werden. Solche Messwerte und/oder davon abgeleitete Werte umfassen beispielsweise die Temperatur eines Isolierfluids im oberen und unteren Bereich eines Tanks eines Leistungstransformators und die Wicklungsströme, also die elektrischen Ströme, die über die Unter- und/oder Oberspannungswicklung fließen.
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Die an oder in dem jeweiligen Hochspannungsgerät angeordneten Sensoren sind vorteilhafterweise über eine Nahbereichskommunikations-Verbindung mit einer Kommunikationseinheit verbunden. Die Nahbereichskommunikations-Verbindung kann beispielsweise ein einfaches Kabel sein. Abweichend davon ist die Nahbereichskommunikations-Verbindung beispielsweise eine ZigBee-, eine Bluetooth-, eine Wireless-, Ambus- oder eine WiFi-Kommunikationsverbindung. Die Nahbereichs-Kommunikationsverbindung erstreckt sich maximal über 100 Meter.
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Die Kommunikationseinheit weist bevorzugt wenigstens einen analogen und wenigstens einen digitalen Eingang auf. Somit können mehrere Sensoren mit einer Kommunikationseinheit verbunden sein. Die Kommunikationseinheit verfügt beispielsweise über einen Haupt- und einen Nebenprozessor sowie über eine Speichereinheit, in der vorverarbeitete Messwerte oder daraus abgeleitete Werte abgelegt und bearbeitet werden können, z.B. durch Mittelwertbildung. Die Messwerte verschiedener Sensoren können daher gemeinsam von einer Kommunikationseinheit z.B. über eine Fernbereichskommunikationsverbindung an eine Datenverarbeitungs-Cloud gesendet werden.
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Die Sensoren sind im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgeführt. Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Isolierfluids und wenigstens ein Stromsensor zum Erfassen des Wicklungsstromes der Ober- oder Unterspannungswicklung vorgesehen.
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Unter einer Datenverarbeitungs-Cloud soll hier eine Anordnung mit einer oder mehreren Datenspeichereinrichtungen und einer oder mehreren Datenverarbeitungseinrichtung verstanden werden, die durch geeignete Programmierung zur Durchführung beliebiger Datenverarbeitungsprozesse ausgebildet werden kann. Die Datenverarbeitungseinrichtungen stellen hierbei in der Regel universelle Datenverarbeitungseinrichtungen, wie beispielsweise Server, dar, die hinsichtlich ihrer Konstruktion und ihrer Programmierung zunächst keinerlei spezifische Auslegung aufweisen. Erst durch eine vorgenommene Programmierung lässt sich die universelle Datenverarbeitungseinrichtung zur Ausführung spezifischer Funktionen ertüchtigen.
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Insofern die Datenverarbeitungs-Cloud mehrere einzelne Komponenten aufweist, sind diese auf geeignete Weise zur Datenkommunikation miteinander verbunden, beispielsweise durch ein Kommunikationsnetzwerk. Einer Datenverarbeitungs-Cloud können beliebige Daten zur Datenspeicherung und/oder Verarbeitung zugeführt werden. Die Datenverarbeitungs-Cloud selbst stellt die gespeicherten Daten und/oder die Ereignisse der durchgeführten Datenverarbeitung wiederum anderen Geräten, beispielsweise mit einer Datenverarbeitungs-Cloud verbundenen Computerarbeitsstationen, Laptops, Smartphones zur Verfügung. Eine Datenverarbeitungs-Cloud kann beispielsweise durch ein Rechenzentrum oder auch mehrere vernetzte Rechenzentren bereitgestellt werden. Üblicherweise ist eine Datenverarbeitungs-Cloud räumlich entfernt von den Hochspannungsgeräten ausgebildet.
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Die Verbindung zwischen Kommunikationseinheit und Datenverarbeitungs-Cloud erfolgt über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung. Um diese herzustellen, verfügt die Kommunikationseinheit über eine Fernbereichs-Kommunikationseinrichtung, wie beispielsweise ein Mobilfunkmodul nach GPRS- oder UMTS-Standard auf. Mit diesem wird eine Fernbereichskommunikationsverbindung, vorzugsweise eine IP-basierte Datenverbindung, mit der Datenverarbeitungs-Cloud aufgebaut. Dabei kann beispielsweise ein Anbieter eines Mobilfunkdienstes oder ein Telekommunikationsanbieter zwischengeschaltet sein und die Fernbereichskommunikationsverbindung kann zumindest teilweise über ein Kommunikationsnetz dieses Anbieters und/oder zumindest teilweise über das Internet hergestellt werden. Zur Herstellung der Verbindung fällt dann ein nur sehr geringer Konfigurations- beziehungsweise Parametrieraufwand an. Außer der Konfigurierung der Fernbereichs-Kommunikationseinrichtung mit den für den Aufbau der FernbereichskommunikationsVerbindung notwendigen Informationen, z.B. den Einbau einer SIM-Karte eines Telekommunikationsanbieters, muss für die einzelne Kommunikationseinheit kein weiterer Aufwand betrieben werden.
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Im Rahmen der Erfindung kann sich ein Nutzer mit Hilfe von Zugangsdaten oder mit anderen Worten Log-In-Daten bei der Datenverarbeitungs-Cloud anmelden. Die Datenverarbeitungs-Cloud erkennt anhand der Nutzerdaten, welche Hochspannungsgeräte beziehungsweise welche Kommunikationseinheiten für den Nutzer relevant sind. Hierzu verfügt die Datenverarbeitungs-Cloud über eine zweckmäßige Datenbank, die auf einen Speicher der Datenverarbeitungs-Cloud abgelegt ist. Ist der Nutzer beispielsweise ein Betreiber eines bestimmten Bereichs oder eines Energieversorgungsnetzes, erkennt die Datenverarbeitungs-Cloud beispielsweise, dass der Nutzer zehn Transformatoren, betreibt. Jedes dieser Hochspannungsgeräte weist Sensoren auf, die mit wenigstens einer Kommunikationseinheit verbunden sind. Nur mit diesen Kommunikationseinheiten, die im Folgenden als ausgewählte Kommunikationseinheiten bezeichnet sind, setzt sich die Datenverarbeitungs-Cloud im Rahmen der Erfindung in Verbindung.
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Die Datenverarbeitungs-Cloud verfügt zweckmäßigerweise über eine Datenbank, mit deren Hilfe sich ermitteln lässt, welche Hochspannungsgeräte dem jeweiligen Nutzer der Datenverarbeitungs-Cloud zugeordnet ist. In der Tabelle sind weitere Daten hinterlegt, die eine Verbindung zwischen der Datenverarbeitungs-Cloud und den ausgewählten Kommunikationseinheiten ermöglicht.
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Ein Hochspannungsgerät im Rahmen der Erfindung ist für einen Betrieb im Hochspannungsnetz ausgelegt, d.h. für eine Betriebsspannung zwischen 1 kV und 1000 kV, insbesondere 50 kV und 800 kV. Das Hochspannungsnetz ist bevorzugt ein Wechselspannungsnetz. Aber auch ein Gleichspannungsnetz und/oder eine Kombination aus Wechsel- und Gleichspannungnetz sind im Rahmen der Erfindung möglich.
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Erfindungsgemäß ist ein Hochspannungsgerät beispielsweise ein Transformator, insbesondere Leistungstransformator, eine Hochspannungsdurchführung oder dergleichen.
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Voreteilhafterweise weist die Kommunikationseinheit eine Speichereinheit eine Speichereinheit auf. Gemäß dieser Variante der Erfindung ist es nicht notwendig, permanent eine Fernbereichskommunikationsverbindung zwischen Kommunikationseinheit und Datenverarbeitungs-Cloud aufrecht zu erhalten. Im Rahmen dieser Weiterentwicklung können die Messwerte oder daraus abgeleitete Werte lokal abgespeichert werden. Die lokal gespeicherten Werte werden dann bei der nächsten Verbindung mit der Datenverarbeitungs-Cloud an diese gesendet.
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Bei einer weiteren Variante der Erfindung werden Messwerte und/oder von diesen abgeleitete Werte auf einem Speicher der Datenverarbeitungs-Cloud abgelegt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung weist entweder nur die Datenverarbeitungs-Cloud oder die Datenverarbeitungs-Cloud zusätzlich zu den Kommunikationseinheiten eine Speichereinheit auf. Diese zentrale Speichereinheit dient zum Abspeichern der Messwerte und/oder daraus abgeleiteten Werten z.B. nachdem eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung zwischen Kommunikationseinheit und Datenverarbeitungs-Cloud durch den Nutzer am Abfragezeitpunkt hergestellt wurde. Abweichend davon kann sich die Datenverarbeitungs-Cloud in festen Intervallen mit jeder Kommunikationseinheit in Verbindung treten, um auf lokal gespeicherten Daten zuzugreifen, um diese auf der größeren zentralen Speichereinheit abzulegen. Ein Überlaufen der lokalen Speicher der Kommunikationseinheiten ist somit vermieden.
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Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung besteht fortwährend eine Fernbereichskommunikationsverbindung zwischen den Kommunikationseinheiten und der Datenverarbeitungs-Cloud, so dass die Messwerte und/oder daraus abgeleitete Werte fortwährend zur Speichereinheit der Datenverarbeitungs-Cloud übertragen und dort gespeichert werden, um im Abfragezeitpunkt mit anderen Daten, Werten oder Informationen zeitaufgelöst dargestellt werden zu können.
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Zugangsdaten sind hier beispielsweise übliche Log-In-Daten. So bestehen die Zugangsdaten beispielsweise aus einem Benutzernamen und einem Passwort, das dem Benutzernamen individuell zugeordnet ist.
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Vorteilhafterweise weisen die Messwerte Temperaturmesserte aufweisen. Zumindes einige der Temperaturmesserte werden beispielsweise von einem oder mehreren Sensoren erfasst, die in einem Tank oder Kessel des Hochspannungsgeräts angeordent sind. Die Temperartur des Islolierfluids wird vorteilhafterweise an mehreren Stellen im Tank erfasst. Weitere Messewerte sind beispielsweise der Feuchtigkeitsgehalt der Isolierfluide oder der Anteil eines Gases wie beispielweise Sauerstoff im Isolierfluid. Selbsverständlich können die Messwerte auch Strommesswerte umfassen.
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Vorteilhafterweise weist das Hochspannungsgerät wenigsten eine Wicklung auf, wobei wenigstens eine Sensor einen Wicklungsstrom erfast und als Messwert zur Verfügung stellt.
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Verteilhafterweise wird über eine Zugangsdaten umfassende Alterungsanfrage auf die an die Datenverarbeitungs-Cloud über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung zu gegriffen.
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Vorteilhafterweise werden mittels einer Antenne zur Positionsbestimmung, die in der Kommunikationseinheit angeordnet ist, die geografische Lage der jeweiligen Kommunikationseinheit und des damit verbundenen Hochspannungsgeräts ermittelt und auf Grundlage der geografischen Daten die Wetterbedingungen von einem Wetternachrichtendienst ermittelt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung müssen die Wetterbedingungen Vorort nicht aufwändig erfasst werden. Vielmehr kann im Rahmen der Erfindung auf ohnehin - z.B. im Internet - vorhandene Daten zurückgegriffen werden. Die auf diese Weise gewonnenen Daten über die Wetterbedingungen können bei der Berechnung der tatsächlichen Lebensdauer ebenfalls berücksichtig werden.
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Vorteilhafterweise ist jede Kommunikationseinheit mit einer Antenne zur Positionsbestimmung ausgerüstet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm für ein Rechengerät, das zur Ausführung des obern dargestellten Verfahrens geeignet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Speichermedium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbespielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 2 einen Transformator mit Kommunikationseinheit und Datenverarbeitungs-Cloud schematisch verdeutlichen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 schematisch. Es ist ein Alterungsberechnungsmodul 2 gezeigt, das zu einem Anfragezeitpunkt eine Alterungsanfrage 2 erhält. Die Alterungsanfrage 2 beinhaltet die Frage, wie über welchen Zeitraum hinweg ein in der Alterungsanfrage angegebenes Hochspannungsgerät - hier ein Transformator - noch sicher betrieben werden kann.
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Dem Alterungsberechnungsmodul 2 werden darüber hinaus Messwerte 4 übermittelt, wobei die Messwerte 4 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Temperatur eines Isolierfluids im oberen Bereich eines Kessels des Transformators und den über eine Wicklungs des Transformators fließenden Wicklungsstrom umfassen. Weitere Messwerte beziehen sich auf die zur Verfügung stehende Kühlleistung und die vorausgesagten Wetterbedingungen am Ort des Transformators. Darüber hinaus wird dem Alterungsberechnungsmodul 2 die bislang verbrauchte Lebensdauer 5 als Zustandsparameter zugeführt.
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Die bereits verbrauchte Lebensdauer ist im Rahmen der Erfindung keineswegs grob abgeschätzt. Vielmehr wird die verbrauchte Lebensdauer fortwährend an Hand von Messwerten ermittelt und auf einer Speichereinheit 6 abgelegt. Auf Grundlage der so erfassten Lebensdauer oder mit anderen Worten des so erfassten Lebensdauerverbrauchs ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Alterung des Transformators genauer zu bestimmen.
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Ausgangsseitig stellt das Alterungsberechnugnsmodul 2 die Alterung des Transformators in Gestalt eines Alterungsparameters 7 bereit.
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2 zeigt einen schematisch dargestellten Transformator 9 mit seinen drei Durchführungen 10, die an einem Tank 11 des Transformators 9 abgestützt sind. An ihrem vom Tank 11 abgewandten Ende, verfügen die Durchführungen 10 über einen so genannten Freiluftanschluss zum Anschluss einer luftisolierten Hochspannungsleitung eines Energieversorgungsnetzes. Jede Durchführung 10 verfügt über einen inneren Hochspannungsleiter, der sich durch einen hohlen Isolator erstreckt. Dabei durchgreifen der Isolator und der Hochspannungsleiter die obere Wandung des Tanks 11 des Transformators 9 und erstrecken sich mit ihrem freien Ende in Ölraum des Tanks 11 hinein. Die Hochspannungsleiter jeder Durchführung 10 kann so mit der jeweiligen Oberspannungswicklung des Transformators verbunden werden kann. Jede Hochspannungswicklung ist konzentrisch zu einer Unterspannungswicklung angeordnet, durch die sich ein Schenkel eines magnetisierbaren Kerns erstreckt. Oberspannungs- und Unterspannungswicklungen sind so induktiv miteinander gekoppelt.
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Der Tank 11 der Transformators 9 ist mit einem Isolierfluid befüllt, das zur Isolierung und zur Kühlung der beim Betrieb auf Hochspannung liegenden Wicklungen und des Kerns dient. Der Transformator 9 verfügt ferner über eine Kühleinheit, die figürlich jedoch nicht dargestellt ist.
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Der Transformator 9 ist mit Temperatursensoren bestückt, die im Inneren des Tanks 11 zur Erfassung der Temperatur des Isolierfluids angeordnet sind und figürlich daher nicht dargestellt sind. Jeder Temperatursensor ist über eine Nahbereichs-Kommunikationsverbindung 12 mit einer an dem Transformator 9 befestigten Kommunikationseinheit 13 verbunden, wobei die Nahbereichs-Kommunikationsverbindung 12 in diesem Fall als Kabel ausgeführt ist. Die Kommunikationseinheit 13 ist wiederum über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung 14 mit einer Datenverarbeitungs-Cloud 15 verbunden.
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Die von den Temperatursensoren erfassen Temperaturmesswerte werden über die Nahbereichs-Kommunikationsverbindung 12 zur Kommunikationseinheit 13 gesendet. Diese überträgt die Temperaturmesswerte über die Fernbereich-Kommunikationsverbindung 14 zur Datenverarbeitungs-Cloud 15. Die Datenverarbeitungs-Cloud 15 verfügt über den in 1 verdeutlichten Speicher 6 und berechnet die verbrauchte Lebensdauer bzw. die Alterung des Transformators 9 anhand der erfassten Temperaturmesswerte sowie der erfassten Wicklungsströme nach dem oben genannten Standard. Auf diese Art und Weise wird der Lebensdauerverbrauch des Transformators 9 fortwährend ermittelt und steht dem Alterungsberechnungsmodul 2 gemäß 2 bei Bedarf zur Verfügung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007026175 B4 [0003]
