DE19819472B4

DE19819472B4 - Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung

Info

Publication number: DE19819472B4
Application number: DE19819472A
Authority: DE
Inventors: Takashi Sesekura; Yuji Hase; Satoru Inoue; Takashi Hirai; Takashi Shindoi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: JPH11150856A; DE19819472A1; JP3846519B2; US5949343A

Abstract

Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung, bei der das Öl insbesondere als Isoliermedium vorgesehen ist, wobei die Überwachungsvorrichtung folgendes aufweist:
– wenigstens einen Druckdetektor (5) zur Erfassung einer Druckänderung des Öls; und
– eine Recheneinheit (8) zur Bestimmung, ob ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist oder nicht;
gekennzeichnet durch
– einen Schwingungsdetektor (10) zur Erfassung von Schwingungen in einer Behälterwand (2), welche das Öl umschließt;
– wobei der Schwingungsdetektor (10) der Behälterwand (2) zugeordnet ist, der Druckdetektor (5) dem Öl zugeordnet ist und die Recheneinheit (8) zur Kurzschluß-Bestimmung auf der Basis der vom Druckdetektor (5) und Schwingungsdetektor (10) erfaßten Signalinformation vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung nach dem Obergriff des Anspruchs 1.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer konventionellen Überwachungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung, wie sie z.B. in der JP-6111054 B beschrieben wurde. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Transformator, das Bezugszeichen 2 eine mit Öl gefüllte Umhüllung, die z.B. Öl als Isolationsmedium für den Transformator 1 darin eingefüllt enthält, Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Ablaßrohr für Druck, der eine Druckablaßplatte 4 zerbricht, um das Öl nach außen zu entfernen, um das Innere der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 wieder mit dem richtigen Druck zu beaufschlagen, wenn in der Umhüllung 2 eine plötzliche Druckänderung auftritt, Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Druckdetektor, der an die mit Öl gefüllte Umhüllung 2 montiert ist, um eine Änderung im Druck des Isoliermediums zu bestimmen, Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Speicher, in dem Druckänderungen bei vorausgegangenen Störungen gespeichert sind, Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Verarbeitungseinheit, die Druck- und Zeitcharakteristika von nun an auf der Basis eines durch den Druckdetektor 5 gegebenen Druckwertes und die durch den Speicher 6 gegebene bisherige Information findet, Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Recheneinheit, die die Gegenwart in Abwesenheit von Störungen auf der Basis der von der Verarbeitungseinheit 7 gegebenen Berechnungsergebnisse feststellt, und Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Relaischaltung, die abhängig von den von der Recheneinheit 8 gegebenen Berechnungsergebnissen arbeitet. Obgleich ein Teil des Druckablaßrohres 3, das in Bezug auf die Druckablaßplatte 4 auf der Seite der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 angebracht ist, mit Öl gefüllt ist, ist der verbleibende Teil des Druckablaßrohres 3 auf der anderen Seite zur Atmosphäre hin offen.

Es wird nun der Betrieb der konventionellen Vorrichtung erklärt. Wenn in einer mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung, wie z.B. einem Transformator, ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, erzeugt der kurzgeschlossene Teil Hitze, wodurch das als Isolationsmedium eingeschlossene Öl zersetzt wird. Wenn ein Teil des Öls verdampft, könnte der hydraulische Druck in der mit Öl gefüllten Umhüllung ansteigen, und die mit Öl gefüllte Umhüllung 2 zerbrechen, wodurch durch ausgetretenes Öl Feuer entstehen kann. Um mit diesem Problem fertigzuwerden, wird der Anstieg im hydraulischen Druck bestimmt, und wenn der hydraulische Druck hoch wird, wird die Druckablaßplatte 4 absichtlich zerschlagen, um Öl durch das Druckablaßrohr 3 nach außen entweichen zu lassen, wodurch das Innere der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 entspannt wird.

Es wird nun der Entspannungsvorgang beschrieben. Zuerst wird der Druck in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 mittels des Druckdetektors 5 bestimmt. Nur Druckwerte unter den bestimmten Druckwerten, die oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegen, werden in die Verarbeitungseinheit 7 eingegeben. Dies deshalb, weil geringe Änderungen im Druck, die bei einem normalen Betrieb entstehen, nicht als Daten für die Determination verwendet werden. Als nächstes findet die Verarbeitungseinheit 7 Veränderungen in den Druck- und Zeitcharakteristika auf der Basis der eingegebenen Druckwerte und der Veränderungen im Druck vorausgegangener Störungen, die im Speicher 6 gespeichert sind, von nun an auf, und findet eine Zeit, die erforderlich ist, um einen zulässigen Druckwert zu erreichen, bei dem noch kein Bruch der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 stattfindet, oder einen Druckwert, der in einem bestimmten Zeitraum erreicht wird. Die Recheneinheit 8 vergleicht die Berechnungsergebnisse der Verarbeitungseinheit 7 mit anfänglichen Werten, die der Zeit entsprechen, die erforderlich ist, um den zulässigen Druckwert zu erreichen, bei dem noch kein Bruch der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 auftritt, oder den Druckwert, der in einer solchen bestimmten Zeitspanne erreicht wird. Wenn die gefundene Zeit oder der Druckwert mit den anfänglichen Werten übereinstimmt, heißt dies, daß eine Störung aufgetreten ist, und die Relaisschaltung 9 wird aktiviert, um die Druckentspannung durchzuführen.

Da die konventionelle Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung wie vorstehend angegeben konstruiert ist, wird die Druckentspannung durchgeführt, wenn ein festgestellter Druckwert oberhalb eines bestimmten Druckwertes liegt (z.B. einem absoluten Druck von 2 kgf/cm² (= 19,61 N/cm² = 196,1 kPa), und wenn der festgestellte Druckwert den bestimmten Druckwert in einer kurzen Zeitspanne (z.B. 1 kgf/cm²/sec (= 9,81 N/cm²/sec = 98,1 kPa/sec) erreicht hat. Obgleich es für die konventionelle Vorrichtung zutrifft, daß sie in Wirkung tritt, wenn ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, besitzt die konventionelle Vorrichtung den Nachteil, daß die Druckentspannung oft auch dann durchgeführt wird, wenn ein Faktor für den inneren Kurzschluß irrelevant ist, z.B. bei einem äußeren Kurzschluß, wodurch die Druckentspannungsplatte 4 dann nicht ordnungsgemäß bricht. Wenn die Druckentspannungsplatte nicht ordnungsgemäß gebrochen wird, ist für die Wiederherstellung der gebrochenen Druckentspannungsplatte ein großer und teurer Aufwand erforderlich, und es ist notwendig, die Ursache der falschen Druckentspannung herauszufinden.

Ferner ist aus der EP 0 793 112 A1 eine Anordnung zur Fehlerortung bei einem gekapselten Rohrleiter bekannt, wobei beim Gegenstand der EP 0 793 112 A1 das Isoliermedium im Rohrleiter ein Festkörper ist. Neben der Tatsache, daß eine Fehlerortung in einem System, das einen Festkörper als Isoliermedium aufweist, nicht ohne weiteres auf eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung, also eine Einrichtung, die mit einer Flüssigkeit als Isoliermedium gefüllt ist, übertragbar ist, weist der Gegenstand der EP 0 793 112 A1 einen komplizierten und somit in der Produktion teuren Aufbau auf.

Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es, diese Probleme zu lösen, und eine Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung bereitzustellen, mit der die Bestimmung eines inneren Kurzschlußes in einer mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung sicher durchgeführt werden kann.

Nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt weist eine Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung, bei der das Öl insbesondere als Isoliermedium vorgesehen ist, folgendes auf: wenigstens einen Druckdetektor zur Erfassung einer Druckänderung des Öls; eine Recheneinheit zur Bestimmung, ob ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist oder nicht; und einen Schwingungsdetektor zur Erfassung von Schwingungen in einer Behälterwand, welche das Öl umschließt, wobei der Schwingungsdetektor der Behälterwand zugeordnet ist, der Druckdetektor dem Öl zugeordnet ist und die Recheneinheit zur Kurzschluß-Bestimmung auf der Basis der vom Druckdetektor und Schwingungsdetektor erfaßten Signalinformationen vorgesehen ist.

Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt umfaßt die Überwachungsvorrichtung außerdem eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung der Bestimmung durch die Recheneinheit an ein Host-Kontrollsystem.

Nach einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt wird eine Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung bereitgestellt, die eine Vielzahl von Druckdetektoren zur Bestimmung einer Druckänderung eines in einer mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung zu deren Isolierung eingeschlossenen Isoliermediums, einen Schwingungsdetektor zur Bestimmung von Schwingungen der mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung, eine Recheneinheit, um auf der Basis der durch die Druckdetektoren und den Schwingungsdetektor bestimmten Signalinformation zu bestimmen, ob ein Kurzschluß aufgetreten ist oder nicht, und einen Prozessor zum Abschätzen des Fehlerorts zum Abschätzen einer möglichen Position des Auftretens eines inneren Kurzschlusses auf der Basis einer durch die Druckdetektoren bestimmten Signalinformation, wenn die Recheneinheit feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, umfaßt.

Gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Aspekt bestimmt, wenn ein durch Differenzieren eines durch den Druckdetektor bestimmten Druckwertes gefundener Wert nicht geringer ist als ein bestimmter Druck-Schwellenwert, und wenn ein durch Differenzieren eines durch den Schwingungsdetektor bestimmten Beschleunigungswertes gefundener Wert nicht höher ist als ein vorgegebener Beschleunigungs-Schwellenwert, die Recheneinheit dann, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist.

Gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Aspekt ist der Druckdetektor ein Drucksensor vom Absolutdruck-Typ.

Gemäß einem sechsten erfindungsgemäßen Aspekt ist der Schwingungsdetektor ein Detektor ausgewählt aus einem Beschleunigungssensor, einem Schwingungssensor, einem Stoßsensor, einem Geschwindigkeitssensor und einem Verdrängungssensor.

Gemäß einem siebten erfindungsgemäßen Aspekt weist die Überwachungsvorrichtung außerdem einen Speicher zur Speicherung von Signalinformation aus dem Druckdetektor und dem Schwingungsdetektor auf.

Gemäß einem achten erfindungsgemäßen Aspekt umfaßt die Überwachungsvorrichtung außerdem eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung der Bestimmung (Determination) durch die Recheneinheit und der wahrscheinlichen Position des Auftretens eines inneren Kurzschlusses, abgeschätzt durch den Prozessor zur Abschätzung des Fehlerorts, an ein Host-Kontrollsystem.

Gemäß einem neunten erfindungsgemäßen Aspekt wird, wenn die Recheneinheit bestimmt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, die mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung außer Betrieb gesetzt.

Gemäß einem zehnten erfindungsgemäßen Aspekt weist die Überwachungsvorrichtung eine Druckreduziereinrichtung auf, um Druck in der mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung nach außen abzulassen, wenn die Recheneinheit bestimmt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist.

Gemäß dem ersten Aspekt wird der Vorteil bereitgestellt, daß die Bestimmung des Auftretens eines inneren Kurzschlußes sichergestellt wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt wird der Vorteil bereitgestellt, daß die Betriebsbedingungen der mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung unter eine entfernt gelegene Überwachung gestellt werden können, und daß bereits vorhandene Daten in einem Massenspeicher zur Analyse gesammelt werden können.

Gemäß dem dritten Aspekt wird der Vorteil bereitgestellt, daß die Bestimmung des Auftretens des inneren Kurzschlußes sicher gestellt wird, und daß die mögliche Position des Auftretens des inneren Kurzschlußes spezifiziert werden kann, um eine Reparatur der mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung zu erleichtern.

Gemäß dem vierten Aspekt wird der Vorteil bereitgestellt, daß es möglich ist, die Bestimmung des Auftretens des inneren Kurzschlußes sicherzustellen.

Gemäß dem fünften Aspekt kann der Vorteil bereitgestellt werden, daß die Bestimmung des Auftretens eines inneren Kurzschlußes sichergestellt wird.

Gemäß dem sechsten Aspekt kann der Vorteil erreicht werden, daß die Bestimmung des Auftretens eines inneren Kurzschlußes sichergestellt werden kann.

Gemäß dem siebten Aspekt kann der Vorteil erzielt werden, daß ein hoher Bestimmungsgrad durchgeführt werden kann.

Gemäß dem achten Aspekt kann der Vorteil erzielt werden, daß die mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung unter eine entfernt davon gelegene Überwachung gestellt werden kann, und daß ein hoher Bestimmungsgrad durchgeführt werden kann.

Gemäß dem neunten Aspekt kann der Vorteil erreicht werden, daß die mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung vor Schaden bewahrt werden kann, wenn ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist.

Gemäß dem zehnten Aspekt kann der Vorteil erzielt werden, daß ein Behälter, in dem das Öl eingeschlossen ist, davor bewahrt werden kann, zu zerbrechen, ohne den Druck in einer mit Öl gefüllten Umhüllung zu erhöhen.

Eine vollständigere Beurteilung der Erfindung und viele damit zu erzielenden Vorteile werden besser verständlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, worin bedeuten:
1 ist eine schematische Darstellung, die die Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Determinationsprozessors in der Überwachungsvorrichtung gemäß der Überwachungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Diagramm, das die Veränderungen im Druck bei einem inneren Kurzschluß zeigt;
4 ist ein Diagramm, das Veränderungen im Druck und Veränderungen in der Beschleunigung bei einem externen Kurzschluß zeigt;
5 ist eine schematische Darstellung, die die Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
7 ist eine schematische Darstellung einer Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
8 ist eine schematische Darstellung einer konventionellen Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung.
Ausführungsform 1
1 zeigt eine schematische Darstellung der Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Transformator, Bezugszeichen 2 eine mit Öl gefüllte Umhüllung, die z.B. Öl als Isoliermedium für den Transformator 1 enthält, Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Ablaßrohr für Druck, der eine Druckentspannungsplatte 4 zerbricht, um Öl nach außen zu entfernen, um das innere der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 zu entspannen, wenn eine plötzliche Veränderung in Druck in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 auftritt, Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Druckdetektor, der in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 vorgesehen ist, um Druckveränderungen des Isoliermediums zu bestimmen, Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Schwingungsdetektor zur Bestimmung von Schwingungen der mit Öl gefüllten Umhüllung 2, Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Speicher, der Signale vom Druckdetektor 5 und Schwingungsdetektor 10 empfängt, und Daten speichert, wie z.B. Signalwellenformen, Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Recheneinheit, um, auf der Basis der vom Druckdetektor 5 und Schwingungsdetektor 10 oder einem im Speicher 6 gespeicherten Signal zu bestimmen, ob ein innerer Kurzschluß oder ein externer Kurzschluß aufgetreten sind. Obwohl ein Teil des Druckablaßrohres 3, der in Bezug auf die Druckentspannungsplatte 4 sich auf der Seite der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 befindet, mit dem Öl gefüllt ist, ist der verbleibende Teil des Druckablaßrohres auf der anderen Seite zur Atmosphäre hin offen.
Der Druckdetektor 5 kann so ausgebildet sein, um den hydraulischen Druck als absoluten Druck oder Überdruck zu messen. Es ist jedoch nicht empfehlenswert, daß der Druckdetektor so ausgebildet ist, daß er den hydraulischen Druck als Überdruck mißt. Dies deshalb, weil, wenn eine Erhöhung des Druckes in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 den Bestimmungsteil des Druckdetektors 5 beschädigt, die mit Öl gefüllte Umhüllung 2 absichtlich geöffnet wird, um Öl aus der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 nach außen zu entfernen. Unter Berücksichtigung dieses Punktes ist es bevorzugt, erfindungsgemäß einen Drucksensor vom Absolutdruck-Typ zu verwenden.
Als Schwingungsdetektor 10 ist eine Vorrichtung geeignet, die die Messung in einem relativ hohen Frequenzband im Bereich von nicht weniger als 100 Hz durchführen kann, weil die Schwingung, die um ein ganzzahliges Vielfaches größer als 50 Hz oder 60 Hz ist, bei einem inneren Kurzschluß und einem äußeren Kurzschluß auftritt. Eine Vorrichtung, die eine Messung bei einem hohen Frequenzband mit ca. 20 kHz durchführen kann, kann ebenfalls ohne Störung verwendet werden. Obwohl ein Beschleunigungssensor zur Messung der Schwingungsbeschleunigung, ein Schwingungssensor und ein Stoßsensor normalerweise als Schwingungsdetektor 10 verwendet werden können, können auch ein Verdrängungssensor zur Messung der Schwingungsverdrängung, ein Geschwindigkeitssensor zur Messung der Schwingungsgeschwindigkeit usw. verwendet werden.
Es wird nun der Betrieb der Überwachungsvorrichtung erläutert. Zunächst wird eine Veränderung im hydraulischen Druck in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 durch den Druckdetektor 5 bestimmt, und die Schwingung der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 wird mit dem Schwingungsdetektor 10 bestimmt. Der Druckdetektor 5 und der Schwingungsdetektor 10 führen die Messung immer durch. Gemessene Daten werden nicht nur im Speicher 6 gespeichert, sondern jeweils nach einer bestimmten Zeitspanne (z.B. 1 Minute) an die Recheneinheit 8 übertragen.
Die Recheneinheit 8 bestimmt, auf der Basis der durch den Druckdetektor 5 und den Schwingungsdetektor 10 bestimmten Daten, ob ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist oder nicht. Der Bestimmungsprozessor kann die durch den Druckdetektor 5 und den Schwingungsdetektor 10 bestimmten Daten direkt verwenden, die im Speicher 6 gespeichert worden sind. Der Speicher 6 und die Recheneinheit 8 können Daten immer, oder wenn benötigt, austauschen.
Als nächstes wird der Betrieb der Recheneinheit 8 erläutert. 2 zeigt ein Betriebsablaufschema des Betriebes der Recheneinheit 8 in der Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Zunächst wird bestimmt, ob ein durch den Druckdetektor 5 bestimmter Druckwert P geringer ist als ein bestimmter Druck-Schwellenwert P₀ oder nicht (Stufe 1). Der Druck-Schwellenwert P₀ wird bei einem hohen Druckwert angesetzt, von dem angenommen wird, daß er eindeutig das Auftreten eines inneren Kurzschlußes anzeigt, z.B. bei einem Wert von 3 kgf/cm2 (= 29,42 N/cm² = 294,2 kPa) Absolutdruck. Wenn der bestimmte Druck nicht geringer ist als der Druck-Schwellenwert P₀, wird festgesetzt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist (Stufe 2). Wenn der bestimmte Druckwert P geringer als der Druck-Schwellenwert P₀, wird der bestimmte Druckwert P differenziert (Stufe 3), und es wird bestimmt, ob der differenzierte Wert nicht geringer ist als ein bestimmter Differentialdruck-Schwellenwert Pd₀ oder nicht (Stufe 4). Diese Bestimmung stellt fest, ob sich der Druck in einem kurzen Zeitraum abrupt verändert hat oder nicht. Wenn der differenzierte Druckwert nicht geringer als der Differentialdruck-Schwellenwert Pd₀ ist, wird festgesetzt, daß sich der Druck in einem solchen kurzen Zeitraum plötzlich verändert hat, und dann setzt sich das Verfahren mit Stufe 5 fort. Wenn der differenzierte Wert geringer als der Differentialdruck-Schwellenwert Pd₀ ist, endet die Bestimmung, weil keine plötzliche Veränderung im Druck festgestellt wurde, und es wird das bis jetzt beschriebene Verfahren wiederholt.
Auf der anderen Seite wird die durch den Schwingungsdetektor 10 bestimmte Beschleunigung A differenziert (Stufe 6). Es wird bestimmt, ob der differenzierte Beschleunigungswert größer ist als ein bestimmter differenzierter Beschleunigungs-Schwellen wert ad₀ oder nicht (Stufe 5). Diese Bestimmung stellt fest, ob sich die Beschleunigung während eines kurzen Zeitraums plötzlich verändert hat oder nicht. Wenn der differenzierte Beschleunigungswert größer ist als der differenzierte Beschleunigungs-Schwellenwert Pd₀, wird festgestellt, daß die Beschleunigung sich in einem solchen kurzen Zeitraum plötzlich geändert hat, was das Auftreten eines äußeren Kurzschlusses anzeigt (Stufe 7). Wenn der differenzierte Beschleunigungswert nicht größer ist als der differenzierte Beschleunigungs-Schwellenwert ad₀, wird festgestellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, weil die Beschleunigung sich in einem solchen kurzen Zeitraum nicht plötzlich geändert hat (Stufe 2).
Das Verfahren der Recheneinheit 8 wird wie folgt zusammengefaßt: Es wird festgestellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, wenn der durch den Druckdetektor 5 bestimmte Druckwert nicht geringer ist als ein bestimmter Wert, oder die durch den Schwingungsdetektor 10 bestimmte Beschleunigung sich in dem kurzen Zeitraum nicht verändert hat, obwohl der bestimmte Druckwert sich in dem kurzen Zeitraum in einem Fall, indem der bestimmte Druckwert geringer ist als ein bestimmter Wert, plötzlich verändert hat. Andererseits wird festgestellt, daß ein externer Kurzschluß aufgetreten ist, wenn der bestimmte Druckwert geringer ist als der bestimmte Wert, und die bestimmte Beschleunigung sich in dem kurzen Zeitraum plötzlich verändert haben. Wenn die Recheneinheit 8 feststellt, daß der innere Kurzschluß aufgetreten ist, wird die Druckablaßplatte 4 zerbrochen, um das Öl aus dem Druckablaßrohr 3, wie in der konventionellen Vorrichtung, absichtlich nach außen zu entfernen.
Wenn festgestellt wird, daß der innere Kurzschluß aufgetreten ist, oder der externe Kurzschluß aufgetreten ist, können die Signale vor und nach der Bestimmung im Speicher 6 festgehalten werden.
Zum Vergleich wird nun eine Erklärung der Wellenform der Veränderungen im Druck bei einem inneren Kurzschluß und der Wellenform der Veränderungen im Druck und der Veränderungen in der Beschleunigung bei einem externen Kurzschluß gegeben. In 3 ist das Diagramm der Analysendaten dargestellt, die erhalten wurden, indem man den Druckdetektor 5 an vier Stellen in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 vorgesehen hat, und die Veränderungen im Druck beim Auftreten eines inneren Kurzschlusses simuliert hat. Wenn der innere Kurzschluß aufgetreten ist, erzeugt der kurzgeschlossene Teil Hitze, wodurch das in der Umhüllung eingeschlossene Öl zersetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt verdampft ein Teil des Öls, wodurch der hydraulische Druck in der mit Öl gefüllten Einrichtung monoton ansteigt. Obwohl die Gegenwart einer Pulsation bei den Veränderungen im Druck in 3 innerhalb und nach 30 msec aufgrund von nicht wirklich gemessenen Analysendaten dargestellt wird, wird normalerweise angenommen, daß der hydraulische Druck im eingeschlossenen Raum tatsächlich nicht abnimmt. Wie in 3 dargestellt, ist es ersichtlich, daß die Druckwerte bei einem inneren Kurzschluß während eines kurzen Zeitraums sich abrupt erhöhen. Obwohl die durch den Schwingungsdetektor 10 erhaltenen Schwingungsdaten hier nicht dargestellt sind, wurde während eines kurzen Zeitraums im Vergleich zu den nachfolgend angegebenen Schwingungsdaten bei einem externen Kurzschluß keine plötzliche Veränderung festgestellt.
In 4(a) wird ein Diagramm von tatsächlich gemessenen Daten dargestellt, die erhalten wurden, indem man die Veränderungen im Druck bei Auftreten eines externen Kurzschlusses (Überspannung) experimentell simulierte. In 4(b) wird ein Diagramm der tatsächlich gemessenen Daten dargestellt, die erhalten wurden, indem man Veränderungen in der Beschleunigung beim Auftreten eines externen Kurzschlusses experimentell simulierte. Wenn ein Stoßstrom aufgrund des externen Kurzschlusses (Überspannung) in den Transformator 1 fließt, wird die Spule durch die daran angelegte elektromagnetische Kraft in Schwingung versetzt, das Öl in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 durch die in Schwingung versetzte Spule ebenfalls in Schwingung gesetzt, und die durch den Druckdetektor 5 bestimmten hydraulischen Druckwerte und die durch den Schwingungsdetektor 10 erhaltenen Schwingungsdaten pulsieren, einschließlich entsprechender Anstiege in der Versetzung. In 4(a) wird gezeigt, daß die Druckwerte nicht so hoch sind, obwohl der externe Kurzschluß plötzliche Veränderungen im Druck während eines kurzen Zeitraums verursacht, wie dies der Fall bei einem in 3 dargestellten inneren Kurzschluß ist. Aus 4(b) ist es ersichtlich, daß die durch den Schwingungsdetektor 10 erhaltenen Daten sogar innerhalb eines Zeitraums von 10 msec, einem extrem kurzen Zeitraum, eine positive und negative Beschleunigung einschließen.
Obwohl eine Erläuterung des Betriebes der Recheneinheit 8 in der ersten Ausführungsform im Hinblick auf einen Fall dargestellt wurde, bei dem ein einziger Druckdetektor 5 und ein einziger Schwingungsdetektor vorgesehen sind, können mehrere Druckdetektoren 5 und mehrere Schwingungsdetektoren 10 vorgesehen werden. Bei der Bestimmung unter Verwendung mehrerer Druckdetektoren und mehrerer Schwingungsdetektoren kann der Maximalwert unter den mehreren Daten, oder der maximale differenzierte Wert als Basis für die Bestimmung ausgewählt werden. Die Bestimmung kann mit der Vielzahl von Daten kombiniert oder multipliziert durchgeführt werden.
Obwohl der Hauptzweck der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung der ist, einen inneren Kurzschluß zu bestimmen, kann ein zusätzlicher Schwingungsdetektor 10 bereitgestellt werden, der die Schwingung in einem relativ niedrigen Frequenzband messen kann, um Schwingungsdaten, wie z.B. ein leichtes Erdbeben oder ein Erdbeben, zu sammeln, und solche Schwingungsdaten können im Speicher 6 gespeichert werden. Die Daten, die durch den Druckdetektor 5 und den Schwingungsdetektor 10 bei einem externen Kurzschluß gemessen wurden, können im Speicher 6 gespeichert werden, obwohl die gemessenen Daten nicht mit dem Auftreten eines inneren Kurzschlusses in Beziehung stehen.
Wie erläutert, sind in der ersten Ausführungsform der Druckdetektor 5 zur Bestimmung einer Änderung im Druck des Isoliermediums, und der Schwingungsdetektor 10 zur Bestimmung von Schwingungen der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 vorgesehen, und die Recheneinheit 8, um auf der Basis der durch den Druckdetektor 5 und den Schwingungsdetektor 10 bestimmten Signalinformation die Gegenwart oder Abwesenheit eines inneren Kurzschlusses festzustellen. Damit kann der Vorteil erreicht werden, daß die Bestimmung des Auftretens eines inneren Kurzschlusses aussagekräftiger gemacht werden kann.
Ausführungsform 2
Die 5 ist eine schematische Darstellung der Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Prozessor zur Abschätzung des Fehlerorts, der eine mögliche Position des Auftretens eines inneren Kurzschlusses abschätzt, wenn die Recheneinheit 8 feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist.
Wenn an mehreren Stellen in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 Druckdetektoren 5 vorgesehen sind, wird angenommen, daß der Druckdetektor 5, der am nächsten zu der Position des Auftretens eines inneren Kurzschlusses liegt, den höchsten Druckwert anzeigt, wie in 3 dargestellt. Aus diesem Grund werden Druckdetektoren 5 an mehreren Stellen, wie in 5 dargestellt, vorgesehen. Wenn die Recheneinheit 8 feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, schätzt der Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts, daß die mögliche Position des Auftretens des inneren Kurzschlusses die Stelle ist, die dem Druckdetektor 5 unter den mehreren Druckdetektoren 5 am nächsten liegt, der einen plötzlichen Anstieg im hydraulischen Druck zuerst angezeigt hat, oder der zuerst einen Druckwert oberhalb einem bestimmten Wert, z.B. dem Absolutdruck von 2 kgf/cm² (= 19,61 N/cm² = 196,1 kPa), zuerst bestimmt hat. Diese Position des Auftretens des inneren Kurzschlusses kann in einem bestimmten Ausmaß spezifiziert werden, was eine Reparatur des Transformators 1 erleichtert.
Obwohl die Recheneinheit 8 und der Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts in dieser Ausführungsform als verschiedene Verarbeitungseinheiten dargestellt sind, können die Recheneinheit 8 und der Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts als eine einzige Verarbeitungseinheit ausgestaltet sein.
Ausführungsform 3
6 zeigt ein Blockdiagramm der Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Übertragungseinrichtung, die die durch die Recheneinheit 8 durchgeführte Bestimmung, die Position des möglichen Auftretens eines inneren Kurzschlusses, die durch den Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts eingeschätzt wurde, und die im Speicher 6 gespeicherten Signalwellenformen auf ein Host-Kontrollsystem 13 überträgt.
Spezifische Beispiele der Übertragungseinrichtung 12 mit einer Zweiwege-Telekommunikationsfunktion umfassen ein verdrahtetes Übertragungskabel, wie z.B. ein Feldkabel gemäß quasi-internationalem Standard, und Radiokommunikation. Beispiele für das Host-Kontrollsystem 13 umfassen einen Überwachungsraum zur gleichzeitigen Überwachung einer Vielzahl von Transformatoren, und eine Überwachungsstation, die eine zentrale Überwachung an einem entfernten Ort durchführt.
Das Host-Kontrollsystem 13 umfaßt ein Speichermedium mit hoher Kapazität, das die Kapazität des Speichers 6 beträchtlich übersteigt. Das Host-Kontrollsystem kann einen höheren Grad an Rechenoperationen als die Recheneinheit 8 oder der Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts durchführen.
Durch ständiges Sammeln der durch den Druckdetektor 5 und den Schwingungsdetektor 10 gemessenen Werte im Host-Kontrollsystem 13 kann ein Hinweis auf das Auftreten eines inneren Kurzschlusses auf der Basis der Daten des hydraulischen Druckes und der Schwingungsdaten, die bisher gespeichert wurden, analysiert werden.
Wenn z.B. einer der Druckdetektoren 5 aufgrund einer Verschlechterung oder eines Fehlers ein abnormales Signal bestimmt, kann das Host-Kontrollsystem 13 der Recheneinheit 8 oder dem Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts befehlen, eine Überwachung auf der Basis der Daten, mit der Ausnahme der durch den Druckdetektor 5, von dem angenommen wird, daß er nicht funktionsfähig ist, bestimmten Daten, durchzuführen. Die Zweiwege-Telekommunikation ermöglicht es dem Host-Kontrollsystem 13, Kommandos an die Recheneinheit 8 oder an den Prozessor 11 zur Abschätzung des Fehlerorts zu übertragen.
Ausführungsform 4
Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Druckentspannungsplatte 4 absichtlich zerbrochen, um das Öl über das Druckablaßrohr 3 zu entfernen, um den Druck in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 zu verringern, wenn festgestellt wird, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist. Gemäß einer vierten erfindungs gemäßen Ausführungsform überträgt, wenn die Recheneinheit 8 feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, die Recheneinheit 8 ein Signal, um einen Unterbrecher zu öffnen, der den Transformator und ein Stromversorgungssystem verbindet, wodurch der Betrieb des Transformators 1 eingestellt wird. Durch diese Anordnung können das Druckablaßrohr 3 und die Druckentspannungsplatte 4 weggelassen werden, und der Betrieb des Transformators 1 als solcher kann beendet werden, wodurch verhindert wird, daß der Transformator 1 aufgrund eines Überdruckes beschädigt wird.
Ausführungsform 5
Gemäß dieser Ausführungsform besitzt das Druckablaßrohr 3 eine Vorderkante, die mit einer Druckreduziereinrichtung 20, wie in 7 dargestellt, versehen ist. Die Druckreduziereinrichtung umfaßt ein Magnetventil, das normalerweise verwendet wird, und eine Druckreduzierkammer, die mit einem Gas, wie z.B. Stickstoff gefüllt ist. Wenn die Recheneinheit 8 feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, kann das Magnetventil geöffnet werden, um Öl aus der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 abzulassen, wodurch der hydraulische Druck durch die mit Gas, wie z.B. Stickstoff, gefüllte Druckreduzierkammer reduziert wird. Auf diese Weise kann ein Anstieg im hydraulischen Druck in der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 minimiert werden, um einen Behälter, in dem das Öl eingeschlossen ist, gegen Bruch zu schützen.
Flüssigkeit ist in dieser Hinsicht von Gas verschieden, weil sogar eine geringe Volumenexpansion, z.B. eine Expansion um 1 des Volumens, eine Verringerung des Druckes um mehr als 10 kgf/cm² (= 98,07 N/cm² = 980,7 kPa) verursachen kann. Wenn die druckreduzierende Kammer ein Volumen besitzt, das mindestens 1% des Volumens der mit Öl gefüllten Umhüllung 2 umfaßt, kann die Druckreduzierkammer auf befriedigende Weise funktionieren.

1: Transformator
2: mit Öl gefüllte Umhüllung
3: Druckablaßrohr
4: Druckentspannungsplatte
5: Druckdetektor
6: Speicher
7: Verarbeitungseinheit
8: Recheneinheit
9: Relaisschaltung
10: Schwingungsdetektor
11: Prozessor zur Abschätzung des Fehlerorts
12: Übertragungseinrichtung
13: Host-Kontrollsystem
20: Druckreduziereinrichtung

Claims

Überwachungsvorrichtung für eine mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung, bei der das Öl insbesondere als Isoliermedium vorgesehen ist, wobei die Überwachungsvorrichtung folgendes aufweist: – wenigstens einen Druckdetektor (5) zur Erfassung einer Druckänderung des Öls; und – eine Recheneinheit (8) zur Bestimmung, ob ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist oder nicht; gekennzeichnet durch – einen Schwingungsdetektor (10) zur Erfassung von Schwingungen in einer Behälterwand (2), welche das Öl umschließt; – wobei der Schwingungsdetektor (10) der Behälterwand (2) zugeordnet ist, der Druckdetektor (5) dem Öl zugeordnet ist und die Recheneinheit (8) zur Kurzschluß-Bestimmung auf der Basis der vom Druckdetektor (5) und Schwingungsdetektor (10) erfaßten Signalinformation vorgesehen ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Übertragungseinrichtung (12) zur Übertragung der Bestimmung durch die Recheneinheit (8) an ein Host-Kontrollsystem (13) aufweist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdetektor eine Vielzahl von Druckdetektoren (5) umfaßt, und sie einen Prozessor (11) zur Abschätzung eines Fehlerorts zum Einschätzen einer möglichen Position des Auftretens eines inneren Kurzschlusses auf der Basis der durch die Druckdetektoren (5) bestimmten Signalinformation, wenn die Recheneinheit (8) feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, aufweist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn durch Differenzieren eines durch den Druckdetektor (5) bestimmten Druckwertes ein Druckwert gefunden wird, der nicht geringer ist als ein bestimmter Schwellenwert für den Druck, und wenn durch Differenzieren eines durch den Schwingungsdetektor (10) bestimmten Beschleunigungswertes ein Wert gefunden wird, der nicht höher ist als ein bestimmter Schwellenwert für die Beschleunigung, die Recheneinheit (8) feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdetektor (5) ein Drucksensor vom Absolutdruck-Typ ist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdetektor (10) ein Detektor ist ausgewählt aus einem Beschleunigungssensor, einem Schwingungssensor, einem Stoßsensor, einem Geschwindigkeitssensor und einem Verdrängungssensor.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Speicher (6) zum Speichern von Signalinformation aus dem Druckdetektor (5) und dem Schwingungsdetektor (10) aufweist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Übertragungseinrichtung (12) zur Übertragung der Bestimmung durch die Recheneinheit (8) und der durch den Prozessor (11) zur Abschätzung des Fehlerorts eingeschätzten möglichen Position des Auftretens des inneren Kurzschlusses an ein Host-Kontrollsystem (13) aufweist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Recheneinheit (8) feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, die mit Öl gefüllte elektrische Einrichtung abgeschaltet wird.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß, um Druck aus der mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung nach außen abzulassen, wenn die Recheneinheit (8) feststellt, daß ein innerer Kurzschluß aufgetreten ist, eine Druckreduziereinrichtung (20) vorgesehen ist.