DE102011006098B4 - Device for detecting partial discharges in the insulation system of rotating electrical machines - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zur Feststellung von Teilentladungen im Isolationssytem von rotierenden elektrischen Maschinen mit a) einem Koppler (1) mit kapazitativer Auskopplung mittels eines Koppelkondensators mit einer Kapazität kleiner 500 pF als Hochpass und b) einer mit dem Koppler (1) verbundenen oder verbindbaren Adaptereinrichtung (2) für den Koppler (1) mit – einer Frequenzweiche (5) zur Aufteilung des ausgekoppelten Signals in ein Hochfrequenzsignal und ein Niederfrequenzsignal und – einem Mischer (6) für das Hochfrequenzsignal und das Niederfrequenzsignal zum Umsetzen des Hochfrequenzsignals, so dass wenigstens das umgesetzte Hochfrequenzsignal an der Adaptereinrichtung (2) abgreifbar und über eine mit der Adaptereinrichtung (2) verbindbare Auswerteeinrichtung auswertbar ist.Device for determining partial discharges in the insulation system of rotating electrical machines with a) a coupler (1) with capacitive decoupling by means of a coupling capacitor with a capacitance of less than 500 pF as a high pass and b) an adapter device (2) connected or connectable to the coupler (1) for the coupler (1) with - a crossover (5) for dividing the extracted signal into a high-frequency signal and a low-frequency signal and - a mixer (6) for the high-frequency signal and the low-frequency signal for converting the high-frequency signal, so that at least the converted high-frequency signal at the The adapter device (2) can be tapped off and evaluated via an evaluation device that can be connected to the adapter device (2).
Description
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Feststellung von Teilentladungen im Isolationssytem von rotierenden elektrischen Maschinen mit niederkapazitiver Auskopplung.The invention relates to devices for detecting partial discharges in Isolationssytem of rotating electrical machines with low capacitive coupling.
Bekannt sind vorinstallierte Teilentladungskoppler an den Hochspannungs-Ständerwicklungen von rotierenden elektrischen Maschinen in Form von Generatoren und Motoren. Die Messung der Impulsamplitude erfolgt am Fußpunkt jedes Kopplers. Diese sind zur hochfrequenten Messung von Teilentladungen im Frequenzbereich über 40 MHz konzipiert. Die Koppler weisen dabei eine starke Hochpasswirkung auf so dass die Messung und daraus folgernd die örtliche Tiefe der Messung begrenzt ist.Preinstalled partial discharge couplers are known on the high-voltage stator windings of rotating electrical machines in the form of generators and motors. The measurement of the pulse amplitude takes place at the foot of each coupler. These are designed for the high-frequency measurement of partial discharges in the frequency range above 40 MHz. The couplers have a strong high-pass effect so that the measurement and consequently the local depth of the measurement is limited.
Durch die Druckschrift
Durch die Druckschrift
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Teilentladungen im Isolationssystem von rotierenden Maschinen einfach und sicher festzustellen.The specified in
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features listed in
Die Einrichtungen zur Feststellung von Teilentladungen im Isolationssytem von rotierenden elektrischen Maschinen mit kapazitiver Auskopplung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Teilentladungen im Isolationssystem einfach und sicher zu erfassen sind.The devices for detecting partial discharges in the Isolationssytem of rotating electrical machines with capacitive coupling are characterized in particular by the fact that the partial discharges in the insulation system can be detected easily and safely.
Dazu ist an jede der Statorwicklungen ein Koppler mit kapazitiver Auskopplung mittels eines Koppelkondensators mit einer Kapazität kleiner 500 pF als Hochpass angeschlossen. Mit dem Koppler ist eine Adaptereinrichtung mit einer Frequenzweiche zur Aufteilung des ausgekoppelten Signals in ein Hochfrequenzsignal und ein Niederfrequenzsignal und einem Mischer zum Umsetzen des Hochfrequenzsignals verbunden oder verbindbar. Wenigstens das umgesetzte Hochfrequenzsignal ist damit an der Adaptereinrichtung abgreifbar und über eine mit der Adaptereinrichtung verbindbare Auswerteeinrichtung auswertbar. Rotierende elektrische Maschinen sind insbesondere Motoren oder Generatoren. Störungen oder Defekte in einem Isolationssystem, insbesondere im Stator, führen bei Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine zu Teilentladungen. Diese führen wiederum zu in den Wicklungen fortschreitenden Hochfrequenzsignalen. Im Zusammenhang mit dem Gehäuse und weiteren Bauteilen der elektrischen Maschinen kommt es zu Reflexionen, so dass das Signal aus der Teilentladung ein verrauschtes Frequenzgemisch ist.For this purpose, a coupler with capacitive coupling by means of a coupling capacitor with a capacity less than 500 pF is connected as a high pass to each of the stator windings. With the coupler, an adapter device with a crossover for dividing the decoupled signal into a high frequency signal and a low frequency signal and a mixer for converting the high frequency signal is connected or connectable. At least the converted high-frequency signal can thus be tapped off at the adapter device and can be evaluated via an evaluation device that can be connected to the adapter device. Rotating electrical machines are in particular motors or generators. Faults or defects in an insulation system, in particular in the stator, lead to partial discharges during operation of the rotating electrical machine. These in turn lead to high-frequency signals propagating in the windings. In connection with the housing and other components of the electrical machines reflections occur, so that the signal from the partial discharge is a noisy frequency mixture.
Das Signal wird bekannterweise über eine Messimpedanz als Koppler ausgekoppelt, die den durch die Teilentladung verursachten Nachladestrom des parallel zur Statorwicklung angeschlossenen Koppelkondensators in ein ladungsäquivalentes Spannungssignal wandelt. Der Koppler befindet sich im Erdzweig des Koppelkondensators, so dass die Erdverbindung der elektrischen Maschine bestehen bleibt.As is known, the signal is decoupled as a coupler via a measuring impedance, which converts the recharging current of the coupling capacitor, which is connected in parallel to the stator winding, into a charge-equivalent voltage signal. The coupler is located in the earth branch of the coupling capacitor, so that the earth connection of the electric machine remains.
Das Signal gelangt an die Frequenzweiche der Adaptereinrichtung mit nachgeschaltetem Mischer. Dabei wird das ausgekoppelte Hochfrequenzsignal in ein äquivalentes Signal kleinerer auswertbarer Frequenz umgesetzt.The signal arrives at the crossover network of the adapter device with a downstream mixer. In this case, the decoupled high-frequency signal is converted into an equivalent signal smaller evaluable frequency.
Damit sind kleinere Koppelkondensatoren zur Wandlung der durch die Teilentladungen hervorgerufenen Signale einsetzbar, so dass auch weit von der Koppelstelle des Kopplers entfernte auftretende Teilentladungen in der elektrischen Maschine erfass- und auswertbar sind.Thus, smaller coupling capacitors can be used to convert the signals caused by the partial discharges, so that even remote from the coupling point of the coupler occurring partial discharges in the electric machine can be detected and evaluated.
Vorteilhafterweise werden damit die Teilentladungssignale ausgekoppelt und in eine Größe proportional zur Impulsladung quantifiziert, obwohl die starke Hochpasswirkung der Koppler (Signalflächenverlust durch Unterschwingen) dazu im Widerspruch steht.Advantageously, the partial discharge signals are thus coupled out and quantified in a size proportional to the pulse charge, although the strong high-pass effect of the coupler (signal area loss due to undershoot) is in contradiction to this.
Die Auswertung erfolgt mittels eines bekannten Datenverarbeitungssystem.The evaluation is carried out by means of a known data processing system.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the
Die Frequenzweiche ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 ein Wellenleitertransformator. The crossover is according to the embodiment of
Der Wellenleitertransformator trennt vorteilhafterweise durch seine geringe Induktivität das niederfrequente Stromsignal (Betriebsfrequenz 50 Hz oder 60 Hz) und den hochfrequenten Spannungsabfall (Teilentladungssignal). Gleichzeitig bewirkt die galvanische Trennung des Wellenleitertransformators, dass beide Signalkomponenten getrennt werden und in separaten Signalpfaden gesondert verarbeitbar sind.The waveguide transformer advantageously separates the low-frequency current signal (operating frequency 50 Hz or 60 Hz) and the high-frequency voltage drop (partial discharge signal) due to its low inductance. At the same time, the galvanic isolation of the waveguide transformer causes both signal components to be separated and processed separately in separate signal paths.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 sind die Ausgänge der Frequenzweiche mit einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter zusammengeschaltet. Weiterhin sind die Ausgänge des Hochpassfilters und des Tiefpassfilters mit dem Mischer verbunden.According to the embodiment of
Der Ausgang des Hochpassfilters ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 mit einem über einen Schalter entweder zuschaltbaren oder überbrückbaren weiteren Tiefpassfilter verbindbar. Damit sind sowohl das Tiefpassfilter als auch entweder das Hochpassfilter oder das Hochpassfilter mit dem nachgeschalteten weiteren Tiefpassfilter mit dem Mischer zusammengeschaltet. Damit erhält dieser Signalpfad Bandpasseigenschaften. Somit kann die obere Grenzfrequenz von beispielsweise 20 MHz auf beispielsweise 500 kHz abgesenkt werden.The output of the high-pass filter is connected according to the embodiment of
Mit dem Ausgang des Tiefpassfilters ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 eine Reihenschaltung bestehend aus einem ersten Operationsverstärker als Strom-Spannungs-Wandler, einem DC-Entkoppler und einem zweiten Operationsverstärker als Integrator verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers als Integrator mit dem Mischer zusammengeschaltet. DC steht hierbei für direct current – Gleichstrom.With the output of the low-pass filter according to the embodiment of
Der Mischer besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 aus linearen Bauelementen.The mixer consists according to the embodiment of
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is illustrated in principle in the drawings and will be described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Eine Einrichtung zur Feststellung von Teilentladungen im Isolationssystem von rotierenden elektrischen Maschinen mit niederkapazitiver Auskopplung besteht im Wesentlichen aus einem Koppler
Die
Der Koppler
Der Koppler
Mit dem Koppler
- – einer
Frequenzweiche 5 zur Aufteilung des ausgekoppelten Signals in ein Hochfrequenzsignal und ein Niederfrequenzsignal und - – einem
Mischer 6 für das Hochfrequenzsignal und das Niederfrequenzsignal zum Umsetzen des Hochfrequenzsignals
- - a
crossover network 5 for splitting the decoupled signal into a high frequency signal and a low frequency signal and - - a
mixer 6 for the high-frequency signal and the low-frequency signal for converting the high-frequency signal
Die
Das Eingangssignal gelangt von der Eingangsbuchse INPUT zu einem Wellenleitertransformator TR, welcher gleichzeitig mit seiner vergleichsweise geringen Induktivität (55 μH) zur Trennung zwischen niederfrequentem Stromsignal (Betriebsfrequenz 50 Hz oder 60 Hz) und hochfrequentem Spannungsabfall (Teilentladungssignal) beiträgt. Gleichzeitig bewirkt die galvanische Trennung des Wellenleitertransformator TR, dass beide Signalkomponenten getrennt werden und in separaten Signalpfaden gesondert verarbeitbar sind.The input signal passes from the input jack INPUT to a waveguide transformer TR, which at the same time with its comparatively low inductance (55 μH) contributes to the separation between low-frequency current signal (operating frequency 50 Hz or 60 Hz) and high-frequency voltage drop (partial discharge signal). At the same time, the galvanic isolation of the waveguide transformer TR causes both signal components to be separated and processed separately in separate signal paths.
Der Tiefpassfilter
Die Funktionsweise des Teilentladungssignalpfades basiert auf der üblichen 50-Ω-Technik. Das an den Ausgangsklemmen des Wellenleitertransformators TR abfallende HF-Signal durchläuft zunächst einen Hochpassfilter
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