DE102009021238A1

DE102009021238A1 - Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und /oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters

Info

Publication number: DE102009021238A1
Application number: DE102009021238A
Authority: DE
Inventors: Christian Dietrich; Werner Dr. Fischer; Jörg HASSEL; Marc Dr. Hiller; Carsten Dr. Probol; Rainer Dr. Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-11-18
Also published as: US20120105235A1; RU2011150818A; WO2010130470A1; US8786450B2; CN102422515B; CN102422515A; BRPI1010984A2; RU2526372C2; EP2430736A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und/oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters. Erfindungsgemäß wird wenigstens während eines Vorladevorgangs eines wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreiskondensators des Spannungszwischenkreis-Umrichters der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst, wobei von diesem Stromimpuls ein Frequenzspektrum berechnet wird und wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses eine Verschmutzungs-Warnung und/oder eine Betauungs-Warnung aktiviert wird. Somit kann wenigstens während eines Aufladevorgangs eines Zwischenkreiskondensators eines Spannungszwischenkreis-Umrichters ein Verschmutzungsgrad und/oder eine Betauung dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters festgestellt werden, wodurch ein Durchschlag mit deren Folgen verhindert werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und/oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters.
Bei Umrichtern, insbesondere Spannungszwischenkreis-Umrichtern, kommt es durch Betrieb mit Betauung oder unzulässiger Verschmutzung zu Überschlägen, die den Umrichter beschädigen oder zerstören.
Durch eine entsprechende robuste Ausführung, beispielsweise ausreichende Bemessung von Luft- und Kriechstrecken bzw. hoher Schutzgrad, wird versucht, die Empfindlichkeit gegen Betrieb mit Betauung und/oder Verschmutzung zu reduzieren. Ein Betrieb mit Betauung und/oder Verschmutzung ist ein unsachgemäßer Betrieb, der normalerweise nicht zulässig ist. Hinweise in einer dem Umrichter zugehörigen Dokumentation (Betriebsanleitung, Inbetriebnahmeanleitung, Katalog) sollen dafür sorgen, dass ein Umrichter nur sachgemäß benutzt wird. D. h., dass ein unsachgemäßer Betrieb nicht auftreten dürfte.
Umstände bei Beschädigung oder Zerstörung eines Umrichters lassen vermuten, dass Benutzungshinweise nicht eingehalten wurden. D. h., dass der beschädigte oder zerstörte Umrichter nicht sachgemäß verwendet worden ist.
Aus der DE 10 2004 018 578 B4 ist ein Verfahren zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird eine Oberflächenleitfähigkeit eines der Umgebungsluft des Umrichtergerätes ausgesetzten Teils des Umrichtergerätes ermittelt und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Dieser ermittelte Vergleichswert ist ein Maß für einen Verschmutzungsgrad des Um richtergerätes. Mit diesem Verfahren wird noch vor einer Betriebsunterbrechung die Gefahr einer Schutzabschaltung des Umrichtergerätes in Folge Verschmutzung erkannt. Eine derartige Verschmutzung des Umrichtergerätes entsteht genau dann, wenn dieses Umrichtergerät nicht entsprechend seines Schutzgrades betrieben wird.
Aus der DE 10 2007 023 056 A1 ist ein Verfahren zum Schutz der Betauung einer zur kühlenden Vorrichtung bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird in Abhängigkeit einer ermittelten Temperatur einer Kühlvorrichtung der zu kühlenden Vorrichtung, einer ermittelten Kühlmitteleintrittstemperatur und einer vorgegebenen Temperatur einer der zu kühlenden Vorrichtung umgebenden Luft ein Stellsignal generiert, mit dem der Kühlmittelvolumenstrom derart eingestellt wird, dass die Temperatur der Kühlvorrichtung gleich der Umgehungsluft ist. Dadurch wird verhindert, dass im Bereich der Kühlvorrichtung eine flüssige Phase der Luft ausfällt und sich an zu kühlende Vorrichtungen dieses Bereiches der Kühlvorrichtung niederschlagen kann. Somit wird ein Betauungsschutz erreicht.
Diese bekannten Verfahren werden während des Betriebes eines Umrichters, insbesondere eines Spannungszwischenkreis-Umrichters, ausgeführt. Dadurch können diese bekannten Verfahren einen Umrichter, der nach längerem Stillstand wieder betrieben werden soll, nicht davor schützen, dass es in Folge von Betauung und/oder unzulässiger Verschmutzung zu Überschlägen kommt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem wenigstens während eines Vorladevorgangs ein Zwischenkreiskondensator eines Spannungszwischenkreis-Umrichters ein Verschmutzungsgrad und/oder eine Betauung identifiziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass wenigstens während des Vorladevorgangs eines wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreiskondensators eines Spannungszwischenkreis-Umrichters der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird, dessen Frequenzspektrum errechnet und ausgewertet wird, kann auf die Art der Verschmutzung oder die Betauung geschlossen werden. Das Ergebnis wird in Form einer entsprechenden Warnung angezeigt. Unter Umständen wird der Vorladevorgang abgebrochen.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass bei Umrichtern mit Spannungszwischenkreis beim Einschalten dieses Umrichters die Zwischenkreis-Gleichspannung am Zwischenkreiskondensator, der wenigstens einen Kondensator aufweist, langsam aufgebaut wird. Dies dient unter anderem den Schutz von beteiligten Komponenten und zur Einschaltstrombegrenzung. Eine Verschmutzung und/oder Betauung, die bei voller Zwischenkreis-Gleichspannung zum Durchschlag führen würde, führt bei genügend kleiner Spannung jedoch nur zu Teilentladungen. Diese Teilentladungen werden mittels Teilentladungs-Messtechnik erfindungsgemäß identifiziert und ausgewertet.
Da zwischen Anlegen einer Zwischenkreisspannung während eines Vorladevorgangs und dem Auftreten einer Teilentladung eine Zeitspanne von mehreren Minuten verstreichen kann, ist es sinnvoll den zeitlichen Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes auch während eines an den Vorladevorgang anschließenden Umrichterbetriebes zu erfassen und auszuwerten. Diese Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs-Impulsstromes kann auf wenige Minuten, beispielsweise zehn Minuten, beschränkt werden. Es ist aber auch möglich die Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs-Impulsstromes während des gesamten Umrichterbetriebs zuzulassen.
Eine Warnung, dass eine Verschmutzung und/oder Betauung vorliegt, soll darauf hinweisen, dass eine weitere Spannungserhöhung zum Durchschlag führen könnte. Anhand des zeitlichen Verlaufs und dem damit verbundenen Frequenzspektrum kann auf die Art der Verschmutzung und/oder auf eine Betauung geschlossen werden.
Die Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs-Impulsstromes wird bei einer Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis des Spannungszwischenkreis-Umrichters durchgeführt, die noch nicht zu einem Durchschlag führen würde. Beispielsweise wird bei einer Spannungsamplitude, die wenigstens 60% und mehr der Nenngleichspannung entspricht, der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst. Dieser Wert könnte unter Umständen jedoch bereit zu einem Durchschlag führen. Um sich an die Spannungsgrenze, die zu einem Durchschlag führt, heranzutasten, wird der Zwischenkreiskondensator stufenförmig aufgeladen.
Bei dieser schrittweisen Erhöhung der Zwischenkreisspannung treten ab einer bestimmten Spannung, auch als Teilentladungs-Einsatzspannung bezeichnet, Teilentladungen auf, die beispielsweise über der Isolation einer Zwischenkreis-Verschienung des Umrichters durch Verschmutzung bei gleichzeitigem Auftreten von Kondenswasser verursacht werden.
Während einer Teilentladung fließt ein impulsförmiger Ausgleichsstrom beispielsweise von einer Masse-Elektrode zur Umrichtermasse. Eine Messung dieses impulsförmigen Stromes erfolgt mittels eines Messwertaufnehmers, beispielsweise einer Rogowski-Spule. Aufgrund der charakteristischen Impulsform mit einem entsprechenden Frequenzspektrum, aufgrund der Häufigkeit und dem zeitlichen Zusammenhang mit einer auftretenden Zwischenkreisspannung des Umrichters wird auf eine Teilentladung geschlossen.
Da die Umrichtersteuerung den Ladevorgang des Spannungszwischenkreises des Umrichters steuert, ist es vorteilhaft, dass dieser auch die Analyse des Stromimpulses durchführt. Aus diesem Grund gibt der Teilentladungssensor sein Signal an die Steuerung des Umrichters weiter, in dem dann die Frequenzanalyse stattfindet. Ebenfalls findet in dieser Umrichtersteue rung die Auswahl einer Warnung statt, die zur Anzeige gebracht werden soll.
Mittels diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann während eines Vorladevorgangs eines wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreiskondensator eines Spannungzwischenkreis-Umrichters ein Verschmutzungsgrad und/oder eine Betauung ermittelt werden, so dass diese Verschmutzung und/oder Betauung nicht mehr zu Überschlägen mit deren Folgen führen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004018578 B4 [0005]
- DE 102007023056 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und/oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters, wobei wenigstens während eines Vorladevorgangs eines wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreiskondensators des Spannungszwischenkreis-Umrichters der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird, wobei von diesen Stromimpuls ein Frequenzspektrum berechnet wird und wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses eine Verschmutzungs-Warnung und/oder eine Betauungs-Warnung aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines an den Vorladevorgang anschließenden Umrichterbetriebes der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs-Impulsstromes bei wenigstens 60% und mehr einer Nenn-Zwischenkreisspannung des Spannungszwischenkreis-Umrichters erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorladevorgang stufenförmig erfolgt, wobei nach Erreichen einer Teilentladungs-Einsatzspannung der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Frequenzanalyse der Vorladevorgang abgebrochen wird.