DE1067926B - - Google Patents
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Description
Verfahren zur Isolationsprüfung von Transformatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Prüfung der Isolation von Transformatoren, Prüftransformatoren und Spannungswandlern.Method for insulation testing of transformers The invention refers to a method for the electrical testing of the insulation of transformers, Test transformers and voltage converters.
In den Programmen für die Abnahmeprüfung von Hochspannungstransformatoren sind stets auch Prüfungen mit erhöhten Spannungen enthalten. üblich ist heute im wesentlichen die sogenannte Wicklungsprüfung, bei der eine Wicklung mit dem Pol einer geerdeten Hochspannungsquelle verbunden wird, während die anderen Wicklungen mit dem Eisenkern bzw. dem Kasten des Transformators und über diesen mit Erde verbunden sind. Weiter wird noch eine sogenamite Windungsprüfung durchgeführt, bei der der Transformator in einer entsprechenden Schaltung mit Spannungen von etwa der doppelten bis etwa der fünffachen Netzfrequenz und auf etwa das doppelte der Nennspannung erhöhten Amplitude erregt wird. In the programs for acceptance testing of high-voltage transformers tests with increased voltages are always included. is common today in essentially the so-called winding test, in which a winding with the pole connected to a grounded high voltage source while the other windings with the iron core or the box of the transformer and connected to earth via this are. A so-called winding test is also carried out in which the Transformer in a corresponding circuit with voltages of about double up to about five times the mains frequency and about twice the nominal voltage increased amplitude is excited.
In vielen Fällen werden die Transformatoren auch noch einer Stoßspannungsprfifung mit voller und abgeschnittener Stoßwelle unterzogen, wobei die volle Stoßwelle im allgemeinen eine Stirn von etwa 1 bis 2 Fs Dauer aufweist und die Halbwertszeit etwa 50,ets beträgt. Die abgeschnittene Stoßwelle entsteht aus der Vollwelle meist dadurch, daß nach 3 Fs, gezählt von Nennbeginn der Stoß spannung aus, die anliegende Stoßspannung mittels einer Funkenstrecke zum Zusammenbruch gebracht wird.In many cases the transformers are also subjected to a surge voltage test with full and truncated shock wave, with the full shock wave im generally has a forehead of about 1 to 2 Fs duration and the half-life is around 50, ets. The cut shock wave usually arises from the solid wave in that after 3 Fs, counted from the start of the nominal surge voltage, the applied Impulse voltage is brought to collapse by means of a spark gap.
In der letzten Zeit gewinnen nun die sogenannten Schaltüberspannungen in den ausgedehnten elektri schein Hochspannungsnetzen eine zunehmende Bedeutung, was sich darin äußert, daß das Verhalten von Hochspannungseinrichtungen und Geräten schon in größerem Umfang in bezug auf ihr Verhalten gegenüber solchen Schaltüberspannungen untersucht wurde. So-called switching overvoltages have recently been increasing an increasing importance in the extensive electrical high-voltage networks, which is expressed in the fact that the behavior of high-voltage equipment and devices to a larger extent with regard to their behavior towards such switching overvoltages was investigated.
Eine solche Schaltüberspannung besteht dabei etwa aus einer einseitig verlagerten Spannungswelle mit einer Schwingungsfrequenz von 5 kHz, deren Mittellinie etwa nach einer Exponentialfunktion abklingt.Such a switching overvoltage consists for example of a one-sided displaced voltage wave with an oscillation frequency of 5 kHz, its center line decays approximately after an exponential function.
Erzeugt wird eine solche Prüfspannung nach Fig. 1 dadurch, daß ein Stoßkondensator 1 in der üblichen Weise über einen Hochspannungstransformator 2 und einen Gleichrichter 3 und Dämpfungswiderstand 4 so lange auf eine hohe Gleichspannung aufgeladen wird, bis die entsprechend eingestellte Funkenstrecke 5 anspricht. Über den Dämpfungswiderstand 6, die Induktivität 7 wird dann der Belastungskondensator 8 in schwingendem Stoß aufgeladen, wobei die Prüfspannung über diesem Belastungskondensator 8 auf den Prüfling 9 gegeben werden kann. Der Entladewiderstand 10 gibt die exponentielle Abnahme der Mittellinie der einseitig verlagerten Spannungswelle.Such a test voltage is generated according to FIG. 1 in that a Impulse capacitor 1 in the usual way via a high-voltage transformer 2 and a rectifier 3 and damping resistor 4 so long to a high DC voltage is charged until the appropriately set spark gap 5 responds. Above the damping resistor 6, the inductance 7 then becomes the load capacitor 8 charged in an oscillating shock, with the test voltage across this load capacitor 8 can be given to the test item 9. The discharge resistance 10 gives the exponential Decrease in the center line of the unilaterally displaced stress wave.
Der Aufwand an Hochspannungsgeräten für die Erzeugung einer derartigen Prüfspannung ist also ganz beachtlich, bei hohen Prüfspannungen ergibt sich außerdem noch ein erheblicher Raumbedarf. The expense of high-voltage equipment to generate such So test voltage is quite remarkable, with high test voltages also results still take up a considerable amount of space.
Besonders große Schwierigkeiten bei der Prüfung von Transformatoren ergeben sich aber dann, wenn diese Transformatoren eine solche Größe aufweisen, daß sie nicht mehr im betriebsfertigen Zustand nach der Ahnahmeprüfung in der Fabrik zum Aufs tel lungsort versandt werden können. (DieAbnahmevonHochspannungs durchführungen und ähnlichem Transformatorzubehör kann dabei nicht als Einschränkung des Begriffs betriebsfähig betrachtet werden.) Handelt es sich also um einen Transformator solcher Größe, daß nach der Fertigprüfung in der Fabrik zum Zweck des Versands eine solch weitgehende Demontage erforderlich ist, daß nach dem Wiederaufbau an Ort und Stelle der Transformator einer erneuten Behandlung zur Sicherung seines Isolationszustandes unterzogen werden muß, dann erfordert es die bei solch großen Objekten unbedingt anzustrebende Betriebssicherheit, daß auch der Transformator am Ort seiner Aufstellung nochmals entsprechenden Hochspannungsprüfungen unterzogen werden muß. Die Prüfung mit erhöhter Frequenz, wie sie etwa zur Wicklungsprüfung erforderlich ist, oder auch eine Stoßspannungsprüfung ist aber an dem Einsatzort der Transformatoren nur unter allergrößten Schwierigkeiten durchzuführen, da die Prüfeinrichtungen hierfür außerordentlich umfangreich und aufwendig sind. Particularly great difficulties when testing transformers however, if these transformers are of such a size, that they are no longer in a ready-to-use condition after the acceptance test in the factory can be sent to the place of installation. (The acceptance of high-voltage bushings and similar transformer accessories cannot be used as a limitation of the term are considered operable.) Is it a transformer of such Size that after the final inspection in the factory for the purpose of shipping such a extensive dismantling is required after the reconstruction in place the transformer undergoes renewed treatment to ensure its insulation state must be subjected to, then it absolutely requires it with such large objects The operational reliability to be striven for, that also the transformer at the place of its installation must again be subjected to corresponding high-voltage tests. The exam with increased frequency, such as is required for winding tests, or However, an impulse voltage test is only carried out at the place where the transformers are used to carry out with the greatest difficulty, since the test facilities for this are extraordinarily extensive and expensive.
Die Schwierigkeiten bei der Prüfung von Hoclspannungstransformatoren mit 5 chaltüberspannungen und bei der Prüfung von Transformatoren, die am Aufstellungsort mit hohen Spannungen zu prüfen sind, lassen sich erfindungsgemäß durch die Anwendung eines Verfahrens zur Isolationsprüfung von Transformatoren und Spannungswandlern beheben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Wicklung des Prüfobjektes, vorzugsweise die Wicklung mit niedrigster Betriebsspannung, mit einem Gleichstrom solcher Höhe erregt wird, daß beim raschen Unter brechen dieses Gleichstroms eine Schaltüberspannung in einer Höhe entsteht, die einer entsprechenden Prüü spannung entspricht. The difficulties in testing high voltage transformers with 5 switching overvoltages and when testing transformers at the installation site are to be tested with high voltages, can be according to the invention by the application a procedure for the insulation test of transformers and voltage converters remedy, which is characterized in that one winding of the test object, preferably the winding with the lowest operating voltage, with a direct current Such a level is excited that the rapid interruption of this direct current a Switching overvoltage arises at a level that corresponds to a corresponding test voltage is equivalent to.
In Fig. 2 ist ein grundsätzliches Schaltbild einer Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens schematisch dargestellt. Mit 11 ist dabei die Unterspannungswicklung des zu prüfenden Transformators bezeichnet, die über die Durchführungen 12 und 13 nach außen geführt ist. 14 ist die Hochspannungswiclilung dieses Transformators, die über die Hochspannungsdurchführung 15 und eine als Sternpunktsdurchführung gedachte Durchführung relativ niedriger Betriebsspannung 16 ausgeleitet ist. Die Niederspannungswicklung 11 kann nun über den Schalter 17 auf die Gleichspannungsquelle 18 geschaltet werden, die ihrerseits mit Erde 19 verbunden ist. Wird der Schalter 17, nachdem der Strom durch die Niederspannungswicklung auf eine bestimmte Höhe angestiegen ist. so rasch geöffnet, daß an 17 praktisch kein t)ffnullgslichtbogen entsteht, dann muß sich die in dem magnetischen Kreis des Transformators gespeicherte magnetische Energie in elektrische Energie umsetzen, und zwar so, daß die resultierende Erdkapazität der Niederspannungswicklung und die resultierende Erdkapazität der Hochspannungswicklung den gesamten Energieinhalt aufnehmen. Vorausgesetzt ist dabei, daß das Ende der Hochspannungswicklung 14 an der Erde 20 liegt. Die in Fig. 2 dargestellte Einschaltung einer Meßimpedanz2l stört dabei diese Voraussetzung nicht. In Fig. 2 is a basic circuit diagram of an arrangement for Implementation of this process shown schematically. With 11 there is the low voltage winding of the transformer to be tested, which via bushings 12 and 13 is led to the outside. 14 is the high voltage winding of this transformer, the one through the high-voltage bushing 15 and one intended as a star point bushing Implementation of relatively low operating voltage 16 is diverted. The low voltage winding 11 can now be switched to the DC voltage source 18 via the switch 17, which in turn is connected to earth 19. If the switch 17 after the current has risen to a certain level due to the low voltage winding. so quickly opened so that there is practically no zero arc at 17, then it must be the magnetic energy stored in the transformer's magnetic circuit convert into electrical energy, in such a way that the resulting earth capacitance of the low voltage winding and the resulting earth capacitance of the high voltage winding absorb the entire energy content. The prerequisite is that the end of the High voltage winding 14 is connected to earth 20. The activation shown in FIG a measuring impedance2l does not interfere with this requirement.
Wie die theoretischen Überlegungen und auch praktischen Versuche bestätigen, kann mit relativ kleinem Aufwand die Höhe der bei diesem Verfahren an den einzelnen Wicklungen auftretenden Abschaltüberspannungen so hoch gemacht werden, daß sich eine wirlcungsvolle Isolationsprüfung erreichen läßt. Like the theoretical considerations and practical experiments can confirm the amount of this procedure with relatively little effort the cut-off overvoltages occurring in the individual windings are made so high that that an effective insulation test can be achieved.
In Fig. 2 ist mit 22 und 23 ein kapazitiver Spannungsteiler zur Kontrolle der Abschaltüberspannung dargestellt, die mittels eines Kathodenstrahloszillographen 24 über dem Niederspannungskondensator 23 erfolgen soll, das Verhalten des Prüflings kann dabei mittels dieses Oszillographen 25 überwacht werden, wobei der letztere an der in die Erdleitung der Hochspannungswicklung eingeschalteten Impedanz 21 angeschlossen ist. In Fig. 2 with 22 and 23 is a capacitive voltage divider for control the switch-off overvoltage, which is shown by means of a cathode ray oscillograph 24 should take place across the low-voltage capacitor 23, the behavior of the test object can be monitored by means of this oscilloscope 25, the latter connected to the connected in the ground line of the high voltage winding impedance 21 is.
Der Verlauf einer Abschaltüberspannung, wie er sich nach dem oben geschilderten Verfahren egibt, ist in Fig. 3 dargestellt. Nach einem ersten Anlauf, der in seiner Amplitude durch geeignete Maßnahmen am Schalter sehr klein gehalten werden kann und der den Zeitabschnitt 28-29 umfaßt, steigt die Spannung relativ steil an, um dann verzögert über einen Ausschlag in entgegengesetzter Richtung nach Null abzuklingen. The course of a switch-off overvoltage, as shown above The described method is shown in FIG. 3. After a first attempt, which is kept very small in its amplitude by suitable measures on the switch can be and which includes the period 28-29, the voltage increases relatively steeply, then delayed by a rash in the opposite direction Zero fade away.
Bei einem praktisch durchgeführten Versuch betrug die Zeit bis zum Erreichen des Scheitelwerts zwischen den Punkten 29 und 30 etwa 2 ms, die Zeit bis zum ersten Nulldurchgang etwa 8 ms.In a practical experiment, the time was up to Reaching the peak value between points 29 and 30 about 2 ms, the time until to the first zero crossing about 8 ms.
Voraussetzung für den Erfolg des vorgeschlagenen Verfahrens ist ein Schalter für die Unterbrechung des Gleichstromes, dessen Spannungsfestigkeit zwischen den sich trennenden Kontakten rascher ansteigt als die erzeugte Abschaltspannung. Der Verlauf der Abschaltüberspannung kann nun durch zusätzliche Schaltelemente beeinflußt werden. Wird etwa der in Fig. 2 mit 22 bezeichnete, über der Hochspannungswicklung angeschlossene Kondensator vergrößert, so läuft die Abschaltüberspannung langsamer ab; wird, wie mit Teil 27 in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, parallel zum Schalter 17 eine Drosselspule vorgesehen. deren Induktivität etwa gleich oder kleiner jener des Prüflings ist, so wird die Ersatzfrequenz für den Ahschaltvorgang merkbar vergrößert werden. Wird weiterhin zum Schalter 17 eine Funkenstrecke parallel geschaltet, die bei einer bestimmten Spannung anspricht, dann ergibt sich für die Wicklung 11 eine Abschaltüberspannung, die nach dem Ansprechen der Funkenstrecke einer abgeschnittenen Stoßspannung entspricht, während die Oberspannungswicklung, in Fig. 2 mit 14 bezeichnet, mit einer Spannung beansprucht wird, die bis zum Ansprechen der Funkenstrecke genau verläuft wie in Fig. 3, die dann aber mit relativ hoher Frequenz ausklingt, da für diesen Ausschwingvorgang nur noch die Kurzschlußinduktivität des Transformators wirksam ist. A prerequisite for the success of the proposed procedure is a Switch for the interruption of the direct current, its dielectric strength between the separating contacts rises faster than the generated cut-off voltage. The course of the switch-off overvoltage can now be influenced by additional switching elements will. Is about the in Fig. 2 designated 22, above the high-voltage winding connected capacitor enlarged, so the shutdown overvoltage runs more slowly away; is, as shown in dashed lines with part 27 in Fig. 2, parallel to the switch 17 a choke coil is provided. whose inductance is approximately equal to or less than that of the test object, the substitute frequency for the switching process is increased noticeably will. If a spark gap is still connected in parallel to switch 17, the responds at a certain voltage, then results for the winding 11 a Switch-off overvoltage that occurs after the spark gap has been cut off Impulse voltage corresponds, while the high-voltage winding, denoted by 14 in Fig. 2, is stressed with a voltage that is accurate up to the response of the spark gap runs as in Fig. 3, but then fades away with a relatively high frequency, since for this decay process only the short-circuit inductance of the transformer is effective.
Soll die Hochspannungswicklung 14 mit einer abgeschnittenen Stoß welle beansprucht werden, dann ist über dieser Wicklung eine Funkenstrecke, zweckmäßigerweise eine Kugelfunkenstrecke 26 einzuschalten und so einzustellen, daß sie bei der vorgesehenen Spannung anspricht und die Prüfspannung abschneidet. Shall the high voltage winding 14 with a cut butt wave are stressed, then there is a spark gap over this winding, expediently turn on a spherical spark gap 26 and set it so that it is at the intended Voltage responds and the test voltage cuts off.
Zum Prüfen des Abschaltvermögens von Wechsdstromunterbrechern ist schon eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der das Wesentliche darin zu sehen ist, daß durch geeignete Maßnahmen eine Fortzündung des Lichtbogens am betreffenden Prüfling erreicht wird. Die Fortzündung des Lichtbogens am Prüfling wird dabei angestrebt, um dem Lichtbogen gegebenenfalls über mehrere Stromnulldurchgänge hinwegzuhelfen, wie es bei solchen Wechselstromunterbrechern in der Praxis, also betriebsmäßig tatsächlich der Fall ist. Bei der besagten Einrichtung wird durch eine dem Prüfling parallelschaltbare Sicherung, die dem Prüfling im Nulldurchgang des Lichtbogenstroms durch einen Synchronschaiter zugeschaltet wird und über die nach Erlöschen des Abschaltlichtbogens im Nulldurchgang des Stromes ein Strom fließt, der von der Sicherung selbst kurze Zeit später wieder unterbrochen wird, eine hohe Abschaltüberspannung erreicht, und zwar an einer hierfür vorgesehenen Drosselspule. Die Schaltüberspannung ist dabei so hoch, daß der Lichtbogen am Prüfling fortgezündet wird. Wie sich hieraus ergibt, wird bei der bekannten Prüfeinrichtung lediglich von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß beim plötzlichen Unterbrechen stromdurchflossener induktiver Stromkreise an der Induktivität entsprechende Überspannungen auftreten. To check the breaking capacity of AC circuit breakers an institution has already become known in which the essentials can be seen that by taking suitable measures, the arc can continue to ignite on the test object in question is achieved. The aim is to ignite the arc on the test object, to help the arc over several current zero crossings if necessary, As is the case with such alternating current circuit breakers in practice, i.e. actually operationally the case is. In the case of the aforementioned device, a device that can be connected in parallel with the test object Fuse, which the test object in the zero crossing of the arc current through a synchronizer is switched on and via the zero crossing after the cut-off arc has been extinguished A current flows in the current, which is restored by the fuse itself a short time later is interrupted, a high cut-off overvoltage is reached, namely at one for this purpose provided choke coil. The switching overvoltage is so high that the arc is continued to ignite on the test item. As can be seen from this, in the case of the known test device only made use of the fact that in the event of a sudden interruption current-carrying corresponding overvoltages occur at the inductance of inductive circuits.
Die eigentliche Prüfspannung wird dabei aber von einer besonderen, zusätzlichen Einrichtung erzeugt.The actual test voltage is however from a special, additional facility generated.
Dies gilt auch für ein bekanntes Verfahren zur Fortzündung eines Lichtbogens bei in Prüfanordnungen mit getrennten Energiequellen zu prüfenden Stromunterbrechern, denn auch hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß beim plötzlichen Abschalten induktiver Stromkreise an der Induktivität hohe Spannungen entstehen. Diese Spannung wird bei der Prüfanordnung zur Durchführung des in Rede stehenden Prüfverfahrens, die einen Hochstromkreis und einen gesonderten Prüfspannungskreis umfaßt, durch einen besonderen, zusätzlichen Gleichstromkreis erzeugt, der eine Induktivität enthält, an welcher durch Öffnen entsprechender Schalter eine Schaltüberspannung entsteht, die ein vorzeitiges Erlöschen des Lichtbogens am Prüfling verhindert. Auch hierbei wird erst wieder zu einem sinngemäß späteren Zeitpunkt die eigentliche, dem gesonderten Prüfkreis entnommene Prüfspannung auf den Prüfling gegeben. This also applies to a known method of igniting a Arc in the case of circuit breakers to be tested in test arrangements with separate energy sources, because here, too, use is made of the fact that in the event of a sudden switch-off inductive circuits at the inductance high voltages arise. This tension is used in the test arrangement for carrying out the test procedure in question, which comprises a high current circuit and a separate test voltage circuit creates a special, additional DC circuit that contains an inductance, at which a switching overvoltage occurs when the corresponding switch is opened, which prevents premature extinguishing of the arc on the test object. Here too only becomes the actual, the separate one again at a correspondingly later point in time Test voltage taken from the test circuit is applied to the test object.
Bei den im vorstehenden erwähnten Einrichtungen bzw. Anordnungen zur Prüfung von Stromunterbrechern ist somit jeweils eine getrennte Prüfspannung erforderlich, da nämlich die Stromkreise mit induktiven Gliedern lediglich als Zwischenglieder zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens dienen. Demgegenüber wird bei der Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur Isolationsprüfung von Transformatoren bezieht, die Prüfspannung unmittelbar im Prüfling selbst erzeugt. In the above-mentioned devices or arrangements a separate test voltage is therefore required for testing circuit breakers required because the circuits with inductive links are only used as intermediate links serve to maintain an arc. In contrast, in the invention, which relates to a method for the insulation test of transformers that Test voltage generated directly in the test object itself.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung wird die Höhe der höchstmöglichen Prüfspannungen, die ja an allen auf dem gleichen Transformatorkern befindlichen Wicklungen entsprechend ihrer Windungszahl auftreten, durch die Wicklung festgelegt, die, bezogen auf die Windungszahl, die niedrigste Prüfspannung aufweist. Das würde heißen, daß Unterspannungswicklungen, die, bezogen auf die Nennspannung, wesentlich höher geprüft werden als Oherspannungswicklungen, nicht voll geprüft werden können. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung in Serie mit dem eigentlichen Prüfling ein weiterer, dem Prüfling ähnlicher induktiver Kreis geschaltet, der also durch den durch den Prüfling fließenden Gleichstrom ebenfalls erregt wird und der eine zusätzliche Abschaltüberspannung ergibt, die bei Verlegung der Erdung des Erregerkreises auf die eine Seite des zusätzlichen induktiven Kreises die in Frage kommende Prüf-1 ingswicklung gegen Erde zusätzlich vorspannt. According to the method according to the invention described above, the Height of the highest possible test voltages, which are all on the same transformer core located windings occur according to their number of turns through the winding which, based on the number of turns, has the lowest test voltage. That would mean that low-voltage windings, which, based on the nominal voltage, are tested much higher than high voltage windings, not fully tested can be. In order to remedy this disadvantage, the Invention in series with the actual test item is another, more similar to the test item switched inductive circuit, i.e. the direct current flowing through the test object is also excited and which results in an additional switch-off overvoltage that when laying the grounding of the excitation circuit on one side of the additional inductive circuit, the test winding in question to earth in addition pretensioned.
Das obenstehend beschriebene Verfahren ist in seiner Anwendung nicht nur auf Leistungstransformatoren beschränkt, sondern kann natürlich auch auf P rüftransformatoren und Spannungswandler angewendet werden. The method described above is not in its application limited only to power transformers, but can of course also to test transformers and voltage converters are used.
Claims (6)
Publications (1)
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DE949358C (en) * | 1951-12-28 | 1956-09-20 | Licentia Gmbh | Device for testing the disconnection capacity of alternating current breakers, especially high-voltage high-performance switches |
DE1021479B (en) * | 1955-10-15 | 1957-12-27 | Licentia Gmbh | Procedure for the continuation of an arc in the case of circuit breakers to be tested in test arrangements with separate energy sources |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE949358C (en) * | 1951-12-28 | 1956-09-20 | Licentia Gmbh | Device for testing the disconnection capacity of alternating current breakers, especially high-voltage high-performance switches |
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