DE10133812A1 - Detection of short circuits in transformer windings by detection of an increase in the stray flux, which is used to quickly separate the transformer from the power supply, preventing any damage - Google Patents

Abstract

Monitoring device for detection of a short-circuit in transformer (4) windings. A short circuit is detected by detection of the resultant increase in stray or leakage flux. As soon as the stray flux exceeds a threshold value a load separation switch (3) is used to separate the transformer from a power network. A conduction loop (5) is used to measure the stray flux. The latter induces a current in the loop and either the current in the loop or the induced voltage is measured to determine when the stray flux has exceeded a threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für einen Wicklungsschluss bei einem Transformator.The invention relates to a monitoring device for a Short circuit in a transformer.

Wicklungsschlüsse, das heißt leitende Verbindungen über eine oder mehrere Windungen auf der Primär- oder Sekundärseite, sind bei Transformatoren trotz der Fortschritte bei Isolier­ materialien nie ganz auszuschließen. Durch den Wicklungs­ schluss entsteht ein Kurzschluss, der in den betroffenen Win­ dungen zu einem starken Stromanstieg führt: Je nach Anzahl der betroffenen Windungen fällt der Stromanstieg stärker oder schwächer aus und kann im Extremfall zu einem Abbrennen des Transformators führen. Zur Erkennung dieses gefährlichen Feh­ lerzustands gibt es verschiedene Ansätze. Zum Beispiel kann man den Strom in die Primärwicklung überwachen. Allerdings ist der Stromanstieg bei einem Windungsschluss je nach Anzahl der betroffenen Windungen zu gering, um ihn zuverlässig vom Betriebsstrom abzugrenzen und damit als taugliches Fehlerkri­ terium heranzuziehen. Weiterhin kann man die durch den Win­ dungsschluss verursachte Wärmeentwicklung detektieren. Dieses Verfahren reagiert allerdings nur sehr verzögert und kann da­ mit Schäden nicht zuverlässig verhindern.Windings, i.e. conductive connections over a or several turns on the primary or secondary side, are with transformers in spite of the progress in insulation never completely exclude materials. Through the winding in the end there is a short circuit in the affected win leads to a strong increase in electricity: depending on the number of the turns concerned, the current rise falls more or weaker and can, in extreme cases, burn the Lead transformer. To detect this dangerous mistake There are different approaches. For example to monitor the current in the primary winding. Indeed is the current increase at a turn short depending on the number of the turns concerned too small to reliably remove it from the Delimit operating current and thus as a suitable error terium. Furthermore, the win Detection of heat caused by the end of the connection. This However, the process reacts very slowly and can not reliably prevent damage.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Überwachungsvorrich­ tung für einen Windungsschluss bei einem Transformator so auszugestalten, dass eine zuverlässige und schnelle Erfassung möglich ist.The object of the invention is therefore a monitoring device for a short circuit in a transformer to design that reliable and fast detection is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass der bei einem Windungsschluss entstehende partielle Kurzschluss praktisch unverzögert zu einem Anstieg des Streuflusses führt. Der Anstieg des Streuflusses erfolgt dabei bei einer typischen Transformatorauslegung überproportional zum Gesamt­ strom. Üblicherweise werden Transformatoren aus Materialer­ sparnis-Gründen nämlich so ausgelegt, dass sie beim maximalen Betriebsstrom knapp unter der Sättigungsgrenze des Trafokerns liegen. Durch einen Windungsschluss kann die Sättigungsgrenze dann überschritten werden, wobei oberhalb der Sättigungsgren­ ze der Streufluss stark ansteigt. Der Streufluss kann vor­ teilhafterweise einfach mit einer vom Streufluss durchsetzten Leiterschleife erfasst werden, wobei entweder die induzierte Spannung oder der induzierte Strom auf einen Grenzwert über­ wacht wird. Damit ist die Überwachungseinrichtung mit ein­ fachsten Mitteln zu realisieren.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. The fact that the partial short circuit occurring in the event of a short circuit practically without delay to an increase in the leakage flow leads. The increase in the leakage flux occurs at one  typical transformer design disproportionately to the total electricity. Transformers are usually made of materials savings reasons designed so that they at the maximum Operating current just below the saturation limit of the transformer core lie. A saturation limit can cause the saturation limit then be exceeded, above the saturation limits ze the stray flux increases strongly. The leakage flow can occur before sometimes simply with one that is interspersed with the leakage flux Conductor loop are detected, either the induced Voltage or the induced current to a limit above is woken up. The monitoring device is thus included to implement the most specialized means.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.Further advantageous embodiments are in the subclaims Chen specified.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Aus einem Netz 5 wird über einen Lasttrennschalter 3 der zu überwachende Transformator 4 ge­ speist. Um diesen ist zum Erfassen des Streuflusses eine Lei­ terschleife 5 gelegt, die gegebenenfalls auch aus mehreren Windungen bestehen kann. Mit einem Sensorelement 1a, das ent­ weder die in der Leiterschleife 5 induzierte Spannung oder den dort induzierten Strom erfasst, wird eine vom Streufluss abhängige Messgröße erzeugt. Bei Erfassung des Stroms-wird man als Element 1a zum Beispiel einen Stromwandler vorsehen. Die vom Element 1a erfasste Messgröße wird einer Auswerte­ schaltung 1b zugeführt. Diese löst im Beispiel über einen Alarmgeber 6 einen Alarm aus, sobald der gemessene Streufluss einen ersten Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert kann zum Beispiel so dimensioniert sein, dass noch keine unmittel­ bare Gefahr auftritt und somit die Anlage vorübergehend wei­ ter betrieben werden kann, längerfristig aber für Abhilfe ge­ sorgt werden muss. Sobald der gemessene Streufluss einen zweiten, höheren Grenzwert überschreitet, wird über ein Ver­ zögerungselement 2 der Lasttrennschalter 3 ausgelöst und da­ mit der Transformator 4 vom Netz getrennt. Damit werden grö­ ßere Schäden, insbesondere Brandschäden, verhindert. Das Ver­ zögerungselement 2 wird deshalb eingefügt, um ein Auslösen der Überwachung durch kurze Stromspitzen zu verhindern. Das Verzögerungselement kann zum Beispiel ein Zeitrelais sein. Mit der dargestellten Überwachungseinrichtung wird ein zuver­ lässiger Schutz des Transformators gegen Wicklungsschlüsse mit geringstem Aufwand möglich.An embodiment of the invention is explained below with reference to the figure. From a network 5 , the transformer 4 to be monitored is fed via a switch disconnector 3 . Around this a Lei terschleife 5 is placed to detect the leakage flux, which may optionally consist of several turns. With a sensor element 1 a, which ent either detects the voltage induced in the conductor loop 5 or the current induced there, a measurement variable dependent on the leakage flux is generated. When the current is detected, a current transformer will be provided as element 1 a, for example. The measured variable detected by element 1 a is fed to an evaluation circuit 1 b. In the example, this triggers an alarm via an alarm transmitter 6 as soon as the stray flux measured exceeds a first limit value. This limit value can, for example, be dimensioned in such a way that there is no immediate danger and the system can therefore continue to be operated temporarily, but remedial measures must be taken in the long term. As soon as the measured leakage flux exceeds a second, higher limit value, the load-break switch 3 is triggered via a delay element 2 and is disconnected from the mains with the transformer 4 . This prevents major damage, especially fire damage. The delay element 2 is therefore inserted in order to prevent triggering of the monitoring by short current peaks. The delay element can be a time relay, for example. With the monitoring device shown, reliable protection of the transformer against winding faults is possible with the least effort.

Claims (8)

1. Überwachungseinrichtung für einen Wicklungsschluss bei ei­ nem Transformator (4), gekennzeichnet durch Mittel (1, 5) zum Erfassen des Streuflusses des Transformators (4) und Mit­ tel (7, 2, 3) zum Auslösen geeigneter Maßnahmen, sobald der Streufluss mindestens einen vorgegebenen Grenzwert über­ steigt.1. Monitoring device for a winding fault in a transformer ( 4 ), characterized by means ( 1 , 5 ) for detecting the leakage flux of the transformer ( 4 ) and means ( 7 , 2 , 3 ) for triggering suitable measures as soon as the leakage flux at least exceeds a predetermined limit. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel (1, 5) zum Erfassen des Streuflusses mindes­ tens eine vom Streufluss durchsetzte Leiterschleife (5) bein­ halten.2. Monitoring device according to claim 1, wherein the means ( 1 , 5 ) for detecting the leakage flux include at least one conductor loop ( 5 ) traversed by the leakage flux. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die in der Leiterschleife (5) induzierte Spannung auf einen Grenzwert überwacht wird.3. Monitoring device according to claim 2, wherein the voltage induced in the conductor loop ( 5 ) is monitored for a limit value. 4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der in der Leiterschleife (5) induzierte Strom auf ei­ nen Grenzwert überwacht wird.4. Monitoring device according to claim 2, wherein the current induced in the conductor loop ( 5 ) is monitored for a limit value. 5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Strom mit einem Stromwandler (1) erfasst wird.5. Monitoring device according to claim 4, wherein the current is detected with a current transformer ( 1 ). 6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittel zum Auslösen geeigneter Maßnahmen einen Lasttrennschalter (3) umfassen, der den Transformator (4) vom Netz trennt, sobald der Streufluss einen vorgegebenen Grenz­ wert übersteigt.6. Monitoring device according to one of claims 1 to 5, wherein the means for triggering suitable measures comprise a switch disconnector ( 3 ) which disconnects the transformer ( 4 ) from the network as soon as the leakage flux exceeds a predetermined limit value. 7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mittel zum Auslösen geeigneter Maßnahmen einen Alarmgeber (6) umfassen, der einen Alarm auslöst, sobald der Streufluss einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. 7. Monitoring device according to one of claims 1 to 6, wherein the means for triggering suitable measures comprise an alarm transmitter ( 6 ) which triggers an alarm as soon as the leakage flux exceeds a predetermined limit value. 8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei dem Lasttrennschalter (3) bzw. Alarmgeber (6) ein Ver­ zögerungselement (3) vorgeschaltet ist.8. A monitoring device according to claim 6 or 7, wherein the load-break switch (3) and alarm generator (6) is a deceleration Ver element (3) connected upstream.