DE3788131T2

DE3788131T2 - Anzeigevorrichtung für den bereits abgelaufenen teil der lebensdauer eines transformators.

Info

Publication number: DE3788131T2
Application number: DE3788131T
Authority: DE
Inventors: Richard Hagerman
Original assignee: Qualitrol Co LLC
Current assignee: Qualitrol Co LLC
Priority date: 1986-07-29
Filing date: 1987-07-27
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2007-07-28
Also published as: ES2004957A6; EP0317571A1; JPH0552044B2; KR920007249B1; DE3788131D1; WO1988001081A1; MX165762B; EP0317571B1; IN166629B; KR880701871A; US4733974A; CA1291262C; JPH01503825A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Errechnen der Lebenserwartung von Ausrüstungsgegenständen und insbesondere der Lebenserwartung elektrischer Starkstromtransformatoren.
Die nutzbare Lebensdauer vieler Einrichtungen ist in hohem Maße durch die Temperatur beeinflußt, bei der die Einrichtung betrieben wird. Außerdem ist diese Temperaturwirkung kumulativ. Eine solche Einrichtung ist ein Transformator. Besitzer großer Transformatoren haben große finanzielle Aufwendungen getätigt, die sie gegen Mißbrauch und verkürzte Lebenserwartung zu schützen wünschen, während sie zur gleichen Zeit wünschen, den größtmöglichen Nutzen aus dieser Investition zu erzielen, indem der Transformator so stark wie möglich belastet wird. Da die in einem Transformator erzeugte Wärme, die durch Wicklungsverluste verursacht wird, von der Belastung des Transformators abhängt, ist die Temperatur der Wicklungen des Transformators auch eine Funktion der Transformatorbelastung. Der Besitzer muß daher die Belastung des Transformators gegenüber dem Ablauf dessen erwarteter Lebensdauer abwägen, um einen bestmöglichen Nutzen aus seiner Investition zu erzielen.
Eine Verschlechterung der Isolation und deswegen der Lebenserwartung abhängig von Temperatur und Zeit folgt einer Anwendung der Arrheniusfunktion, die angibt, daß der Logarithmus der Isolationslebensdauer eine Funktion des Kehrwerts der absoluten Temperatur ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

JP-A 61-150305 offenbart eine Lebensdauerdiagnosevorrichtung, die einen Wicklungstemperaturdetektor, eine Betriebseinheit zur Ausgabe eines Signals entsprechend der Verschlechterungsrate (-Geschwindigkeit) des Isolators abhängig von der Wicklungstemperatur sowie eine Betriebseinheit umfaßt, welche den Grad der Verschlechterung durch Integration der Verschlechterungsrate errechnet.
Das Dokument IEEE TRANSACTIONS POWER APPARATUS AND SYSTEMS, Band 100, Nr. 4 (April 1981); B.D. LAHOTI ET AL.: "Evaluation of transformer loading above nameplate rating" (Bewertung der Transformatorbelastung über dem Nennwert) erörtert die Beschränkungen und Fehler bisher bekannter Praxis zur Bestimmung der Grenzen der Transformatorüberbelastung und zeigt, daß die Bestimmung des Gesamtverlusts an Lebensdauer auf der Grundlage des Verschlechterungsgrads recht schwierig ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung mißt und bildet eine Angabe für den relativen Lebensdauerablauf von Einrichtungen, deren Lebenserwartung der Arrheniusreaktionsratentheorie folgt.
Begrifflich besteht die Erfindung in einer Stundenmeßvorrichtung, die statt nach Kalenderstunden zu laufen, mit einer Rate (oder Geschwindigkeit) läuft, die durch die Arrheniusfunktion der Temperatur der Überwachten Einrichtung bestimmt ist. Das Lebensdauerablaufsystem besteht aus einem Funktionsgenerator, einem Ablaufratengenerator, einem Akkumulator und einer Anzeigevorrichtung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Lebensdauerablaufsystems. Fig. 2 ist eine erweiterte schematische Darstellung des Lebensdauerablaufsystems.

Beschreibung der Erfindung

Das Verfahren und die Vorrichtung des Transformatorlebensdauerablaufsystems ist allgemein in Fig. 1 gezeigt.
Eine Temperaturfühlereinrichtung 2 erzeugt ein Signal auf einem Leiter 3, welches die Temperatur der zu überwachenden Einrichtung darstellt, in dem vorliegenden Fall eines elektrischen Transformators.
Der Funktionsgenerator 4 empfängt das der Temperatur proportionale Signal auf dem Leiter 3 und gibt ein Signal ab, welches dem Antilogarithmus des Kehrwerts der absoluten Temperatur proportional ist. Diese Ausgangsgröße auf einer Leitung 5 ist dem augenblicklichen Lebensdauerablauf proportional. Die aktuell erzeugte Funktion ist:
Lebensdauer = log&supmin;¹ (A + B/T) = e(A + B/T)
worin T die absolute Temperatur ist, A und B Konstanten sind, die dem Altern der speziellen zu überwachenden Einrichtung zugeordnet sind.
Der Funktionsgenerator ist mit Einrichtungen versehen, um die Konstanten A und B einzustellen.
Der Ablaufratengenerator 6 empfängt ein Signal, welches dem augenblicklichen Lebensdauerablauf proportional ist und gibt eine Ablaufrate ab.
Der Ablaufratengeneratorausgang ist zu einem Bezugszeitgeber 8 in Beziehung gesetzt und mit diesem über eine Leitung 7 verbunden.
Der Zeitablaufratenakkumulator 10 führt die Integration der Lebensablaufrate auf dem Leiter 9 durch, um einen Lebensablauf, d. h. die aktuelle verbrauchte Lebensdauer abzugeben. Diese wird durch die Information auf einer Leitung 11 dargestellt.
Die Anzeigeanordnung 12 gestattet die Ablesung der aktuellen verbrauchten Lebensdauer oder kann in anderer Weise verwendet werden.
Bezüglich Transformatoren ist die aktuelle Lebenserwartung nicht mit großer Genauigkeit bekannt. Die Nennlebensdauer wird basierend auf empirischen Werten und Erfahrungswerten angenommen. Es ist daher sinnvoll, die Lebensdauermeßvorrichtung als eine Meßvorrichtung für die "durchschnittliche Ablaufrate" zu verwenden. Eine solche Information könnte durch den Benutzer des Transformators verwendet werden, um die Belastung von verschiedenen Transformatoren abzustimmen, damit der Lebensdauerverbrauch angeglichen wird oder damit entschieden werden kann, eine größere Kapazität hinzuzufügen. Bei dieser Gegebenheit ist es sinnvoll, die aktuell abgelaufenen Stunden über eine lange Zeitperiode zu bestimmen. Zweckmäßig ist eine Rückstellung des Ablaufratenakkumulators vorgesehen, ebenso ein Akkumulator der abgelaufenen Zeitdauer. Zu Beginn einer interessierenden Periode kann der Benutzer sowohl den Akkumulator für die abgelaufene Zeitdauer als auch den Akkumulator der verbrauchten Lebensdauer zurückstellen. Am Ende der Zeitperiode kann der Benutzer dann über die verbrauchte Zeitdauer und abgelaufene Zeitdauer Informationen haben, die dann benutzt werden können, um den durchschnittlichen Lebensdauerablauf (average life consumption) für die interessierende Periode zu bestimmen.
Hersteller von Transformatoren geben Garantien für ihre Erzeugnisse. In Situationen, in denen die Garantie erörtert wird, ist es für den Hersteller interessant zu wissen, ob der in Dienst gestellte Transformator mißbraucht wurde und deswegen die Garantie hinfällig wurde. Die vorliegende Erfindung könnte dazu benutzt werden, um diese Information zu geben. Für diesen Fall kann es wünschenswert sein, den Ratengenerator und -anzeiger an dem Transformator anzubringen, während der übrige Teil der erfindungsgemäßen Ausrüstung in der Überwachungstafel angeordnet ist.
Viele Transformatoren können mehr als eine Wicklung haben, von denen jede bei unterschiedlicher Temperatur betrieben wird. Diese Erfindung kann so ausgestaltet werden, daß sie Mittel zum Multiplexen des Funktionsgenerators und des Ablaufratengenerators vorsieht und einen Akkumulator der verbrauchten Lebensdauer für jede Wicklung vorsieht. Die Anzeigevorrichtung kann im Multiplexbetrieb betrieben werden oder zugeeignet sein. Diese Art der Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher der Multiplexer 14 zusammen mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung gezeigt ist.
Die zuvor beschriebenen Komponenten der Erfindung sind in größerer Einzelheit in Fig. 2 dargestellt. Der Modulo N- Zähler 16 erzeugt oder zählt die Funktion e(A + B/T). Aus obigem kann ersehen werden, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben worden ist, bei welcher eine Zeitablaufinformation eines Transformators erzeugt wird, indem eine durch die Arrheniusfunktion der Temperatur der zu überwachenden Einrichtung bestimmte Zeitmessung verwendet wird.

Claims

1. Lebensdauerablaufanzeigevorrichtung zur Anzeige des Ablaufs der Lebensdauer eines elektrischen Transformators, wobei die Lebensdauer von der Temperatur abhängt, umfassend:

Temperaturmittel T(2) zum Erzeugen eines elektrischen Analogsignals, welches die Temperatur des Transformators darstellt,

Funktionsgeneratormittel (4), welche auf das Temperaturmittelsignal (3) zum Erzeugen eines binären Ausgangssignals (5) ansprechen, welches dem Antilogarithmus des Kehrwerts der absoluten Temperatur proportional ist, wobei dieses Ausgangssignal (5) dem augenblicklichen Lebensdauerablauf proportional ist,

Bezugszeitmittel (8)

Ablaufratengeneratormittel (6), welche auf die Bezugszeitmittel und auf das augenblickliche Lebensdauerablaufsignal von den Funktionsgeneratormitteln zum Erzeugen eines Pulssignals ansprechen, welches der Ablaufrate proportional ist,

Ablaufratenakkumulatormittel (10), welche auf das Signal von dem Ablaufratengeneratormitteln zum Integrieren des Ablaufratengeneratorpulssignals ansprechen, um eine Ausgangsanzeige der gegenwärtig abgelaufenen Lebensdauer zu erzeugen, sowie

Anzeigemittel (12) zur Anzeige einer Angabe der gegenwärtig abgelaufenen Lebensdauer.

2. Anzeigevorrichtung für den abgelaufenen Teil der Lebensdauer eines Transformators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsgeneratormittel (4) einen programmierbaren, nur auslesbaren Speicher umfassen.

3. Verfahren zur Anzeige für den abgelaufenen Teil der Lebensdauer eines Transformators, der einer variablen Temperatur ausgesetzt ist, wobei die variable Temperatur von einem variablen Strom durch die Transformatorwicklungen herrührt, umfassend:

ein Ermitteln der Temperatur des Transformators,

ein Erzeugen eines elektrischen Analogsignals, welches die ermittelte Temperatur darstellt,

ein Erzeugen eines binären augenblicklichen Lebensdauerablaufsignals, welches auf dem zuvor erzeugten Temperatursignal und der Arrhenius-Reaktionsratentheorie beruht,

wobei das augenblickliche Lebensdauerablaufsignal durch die Beziehung bestimmt ist

Lebensdauer = log&supmin;¹(A+B/T) = e(A+B/T)

worin T die absolute Temperatur ist; A und B Konstanten sind, welche dem Altern des einzelnen zu überwachenden Geräts zugeordnet sind,

ein Vorsehen eines Pulsreferenzzeitsignals,

ein Erzeugen eines Lebensdauerablaufsignals entsprechend dem binären augenblicklichen Lebensdauerablaufsignal und dem Pulsreferenzsignal sowie

ein Berechnen der abgelaufenen Lebensdauer des Transformators durch Integrieren des Lebensdauerablaufratenpulssignals.