DE102012207270A1 - Diagnostic device for determining an aging state of an electrical component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Diagnoseanordnung (10) zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente (12), mit der elektrischen Komponente (12), wobei die elektrische Komponente (12) zumindest ein elektrisches Isolationselement umfasst, das zumindest teilweise aus Cellulose gebildet ist und einer Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) zum Erfassen eines Abbaus der Cellulose, wobei die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) einen Biosensor aufweist.The invention relates to a diagnostic arrangement (10) for determining an aging state of an electrical component (12) with the electrical component (12), wherein the electrical component (12) comprises at least one electrical insulation element which is at least partially made of cellulose and a sensor device (48a, 48b, 48c) for detecting degradation of the cellulose, wherein the sensor means (48a, 48b, 48c) comprises a biosensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnoseanordnung zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente. The present invention relates to a diagnostic device for determining an aging state of an electrical component. Moreover, the present invention relates to a method for determining an aging state of an electrical component.

In elektrischen Stromversorgungsnetzen führen unvorhergesehene Stromausfälle zur Reduzierung der Versorgungssicherheit und gehen einher mit unvorhergesehen direkten und indirekten Auswirkungen auf die betroffenen Netzlasten, die wiederum hohe Kosten verursachen können. Beispiele elektrische Stromversorgungsnetze sind industrielle Netzwerke im Bereich der Produktionsanlagen oder Bahnstrom-Systeme, aber auch öffentliche Energieversorgungsnetze. Wie aus den weltweit identifizierten "Megatrends“ beobachtet wurde, ergibt sich eine ständig steigende Nachfrage nach anspruchsvollen Lösungen, einem Ausfall der elektrischen Komponenten in solchen Strom- bzw. Versorgungsnetzen entgegenzuwirken. In electric power grids, unforeseen power outages lead to a reduction in security of supply and are accompanied by unforeseen direct and indirect effects on the network loads involved, which in turn can cause high costs. Examples of electric power grids are industrial networks in the field of production plants or traction current systems, but also public power grids. As has been observed from the globally identified "megatrends", there is an ever increasing demand for sophisticated solutions to counteract a failure of the electrical components in such power supply networks.

Bei Strom- bzw. Versorgungsnetzen lassen sich die Kosten reduzieren, wenn die Betriebsausfälle der elektrischen Komponenten mit entsprechenden Überwachungs- und Diagnoseeinrichtungen vorhergesagt werden. Dadurch können die elektrischen Komponenten rechtzeitig ausgetauscht werden und somit die Sicherheit erhöht werden. Die Überprüfung bzw. Überwachung der elektrischen Komponenten durch entsprechendes Personal ist kostenintensiv und aufwendig. Dies ist insbesondere bei Offshore-Anlagen, wie beispielsweise Plattformen zur Öl- oder Gasgewinnung oder Systemen zur alternativen Energiegewinnung, der Fall. Aus diesem Grund werden entsprechende Sensoreinrichtungen genutzt, mit denen die Lebensdauer bzw. die Alterung der elektrischen Komponenten überwacht werden kann. For power grids, costs can be reduced by predicting downtime of the electrical components with appropriate monitoring and diagnostic equipment. As a result, the electrical components can be replaced in good time and thus safety can be increased. The review and monitoring of electrical components by appropriate personnel is costly and expensive. This is the case in particular for offshore installations, such as platforms for oil or gas production or alternative energy generation systems. For this reason, corresponding sensor devices are used with which the life or aging of the electrical components can be monitored.

Die elektrischen Komponenten können als elektrische Motoren bzw. Generatoren, als Transformatoren oder als Kabel ausgebildet sein. Die elektrischen Komponenten sind üblicherweise mit einem Öl befüllt und umfassen ein Isolationselement zum elektrischen Isolieren, das zumindest teilweise in dem Öl angeordnet ist. Das Isolationselement ist meist aus Papier bzw. Cellulose gebildet, mit dem die stromführenden Teile der elektrischen Komponente umgeben sind. Im Laufe der Zeit kann das Papier abgebaut werden bzw. zerfallen. Dies hat zur Folge, dass die elektrische Isolation nicht mehr ausreichend zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch können Überschlägen oder Kurzschlüsse entstehen. The electrical components can be designed as electric motors or generators, as transformers or as cables. The electrical components are usually filled with an oil and comprise an insulating element for electrically insulating, which is at least partially disposed in the oil. The insulating element is usually formed of paper or cellulose, with which the current-carrying parts of the electrical component are surrounded. Over time, the paper can be degraded or disintegrate. This has the consequence that the electrical insulation can no longer be provided sufficiently. This can cause flashovers or short circuits.

Es ist bekannt, die Alterungserscheinungen der elektrischen Komponenten mit entsprechenden Sensoreinrichtungen zu erfassen. Beispielsweise können elektrische Teilentladungen in der elektrischen Komponente erfasst werden. Eine weitere Möglichkeit sieht vor, Gase, die in Folge des Abbaus bzw. des Zerfalls der Cellulose entstehen, in den Öl zu messen. Alternativ dazu werden die dielektrischen Eigenschaften des Öls überwacht. Darüber hinaus werden entsprechende Frequenzanalysen durchzuführen. It is known to detect the aging phenomena of the electrical components with corresponding sensor devices. For example, partial electrical discharges can be detected in the electrical component. Another possibility is to measure gases which are formed as a result of the degradation or decomposition of the cellulose in the oil. Alternatively, the dielectric properties of the oil are monitored. In addition, appropriate frequency analyzes will be carried out.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Diagnoseanordnung bereitzustellen, mit ein Alterungszustand einer elektrischen Komponenten schneller und zuverlässiger erkannt werden kann. It is an object of the present invention to provide a diagnostic device with which an aging state of an electrical component can be detected faster and more reliably.

Diese Aufgabe wird durch eine Diagnoseanordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a diagnostic device according to claim 1 and by a method according to claim 10. Advantageous developments of the present invention are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Diagnoseanordnung zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente umfasst die elektrische Komponente, wobei die elektrische Komponente zumindest ein elektrisches Isolationselement umfasst, das zumindest teilweise aus Cellulose gebildet ist, und eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Abbaus der Cellulose, die einen Biosensor aufweist. The diagnostic device according to the invention for determining an aging state of an electrical component comprises the electrical component, wherein the electrical component comprises at least one electrical insulation element which is at least partially made of cellulose, and a sensor device for detecting a degradation of the cellulose having a biosensor.

Die elektrische Komponente kann zumindest teilweise mit einem Öl befüllt sein. Als elektrisches Isolationselement umfasst die elektrische Komponente mit dem Öl getränktes Papier bzw. Cellulose, das die elektrische Leiter in der elektrischen Komponente umgibt. Die Cellulose kann zumindest teilweise in dem Öl angeordnet sein. Des Weiteren umfasst die elektrische Komponente eine Sensoreinrichtung, mit der der Abbau bzw. der Zerfall der Cellulose erfasst werden kann. The electrical component may be at least partially filled with an oil. As an electrical insulation element, the electrical component comprises paper or cellulose impregnated with the oil, which surrounds the electrical conductors in the electrical component. The cellulose may be at least partially disposed in the oil. Furthermore, the electrical component comprises a sensor device with which the degradation or disintegration of the cellulose can be detected.

Die Sensoreinrichtung kann dabei in einem Gehäuse der elektrischen Komponente in dem Öl oder außerhalb des Öls angeordnet sein. Ebenso kann die Sensoreinrichtung außerhalb des Gehäuses der elektrischen Komponente angeordnet sein. Die Sensoreinrichtung, die bevorzugt durch ein mikrotechnisches Verfahren gefertigt ist, kann einen Biosensor bzw. einen biologisch-elektrischen Wandler umfassen bzw. als ein solcher Sensor ausgebildet sein. Mit anderen Worten können mit der Sensoreinrichtung biotechnologische Größen erfasst werden. Dabei werden die zu untersuchenden Substanzen bzw. Analyte an die Sensoreinrichtung herangeführt. Auf der Oberfläche der Sensoreinrichtung sind entsprechende aktivierte Substanzen aufgebracht, die mit dem Analyt reagieren. Diese Methode wird auch als Schlüssel-Schloss-Methode bezeichnet. Bei der Reaktion findet ein Ladungsaustausch statt, der wiederum elektrisch erfasst werden kann. Mit der Sensoreinrichtung kann der Abbau bzw. Zerfall der Cellulose erfasst werden. Somit können Alterungserscheinungen des Isolationselements schneller und zuverlässiger als mit den bekannten Methoden bestimmt werden. The sensor device can be arranged in a housing of the electrical component in the oil or outside of the oil. Likewise, the sensor device can be arranged outside the housing of the electrical component. The sensor device, which is preferably produced by a microtechnical method, can comprise a biosensor or a biological-electrical converter or be designed as such a sensor. In other words, biotechnological variables can be detected with the sensor device. In this case, the substances or analytes to be investigated are introduced to the sensor device. On the surface of the sensor device corresponding activated substances are applied, which react with the analyte. This method is also known as a key-lock method. In the reaction, a charge exchange takes place, which in turn can be detected electrically. With the sensor device, the degradation or decay of the Cellulose are detected. Thus, aging phenomena of the insulating element can be determined faster and more reliable than with the known methods.

In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von in und/oder an dem Isolationselement befindlichen Bakterien zu erfassen. An und/oder in der Cellulose sind üblicherweise Bakterien vorhanden. Alternativ dazu können entsprechende Bakterien bei der Herstellung der elektrischen Komponente auf die Cellulose aufgebracht werden. Mit einer entsprechenden Sensoreinrichtung kann die Anzahl der Bakterien erfasst werden. Die Sensoreinrichtung kann dabei direkt an oder in der Umgebung der Cellulose angeordnet sein. Wenn die Cellulose abgebaut wird, reduziert sich die Anzahl der Bakterien. Somit kann anhand der Anzahl der Bakterien auf einfache Weise der Zerfall bzw. der Abbau der Cellulose überwacht werden. In one embodiment, the sensor device is designed to detect the degradation of the cellulose on the basis of a number of bacteria located in and / or on the isolation element. On and / or in the cellulose bacteria are usually present. Alternatively, appropriate bacteria may be applied to the cellulose during manufacture of the electrical component. With a corresponding sensor device, the number of bacteria can be detected. The sensor device can be arranged directly on or in the environment of the cellulose. When the cellulose is degraded, the number of bacteria is reduced. Thus, based on the number of bacteria in a simple way, the disintegration or degradation of the cellulose can be monitored.

Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von lebenden und toten sich in und/oder an dem Isolationselement befindlichen Bakterien zu erfassen. Durch die Bestimmung der lebenden und toten Bakterien kann die Alterung bzw. Zersetzung der Cellulose besonders präzise überwacht werden. The sensor device is preferably designed to detect the degradation of the cellulose on the basis of a number of living and dead bacteria located in and / or on the isolation element. By determining the living and dead bacteria, the aging or decomposition of the cellulose can be monitored very precisely.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, eine Konzentration von Abbauprodukten der Cellulose zu erfassen. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, eine Konzentration von Cellobiose und/oder Glucose in dem Öl zu erfassen, mit dem die elektrische Komponente zumindest teilweise befüllt ist. Als Abbauprodukt bei der Zersetzung der Cellulose entsteht üblicherweise Cellobiose oder Glucose. Das Vorhandensein von Cellobiose oder/und Glucose in dem Öl bzw. die Konzentration der Cellobiose/Glucose in dem Öl kann mit einem entsprechenden Biosensor erfasst werden. Dies kann mittels Amperometrie erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Sensoreinrichtung zu verwenden, auf deren Oberfläche Glucose-Oxidase aufgebracht ist. Anhand der Celluloseabbauprodukte kann der Abbau der Cellulose auf einfache Weise erfasst werden. In a further embodiment, the sensor device is designed to detect a concentration of degradation products of the cellulose. Preferably, the sensor device is designed to detect a concentration of cellobiose and / or glucose in the oil with which the electrical component is at least partially filled. The breakdown product in the decomposition of the cellulose is usually cellobiose or glucose. The presence of cellobiose or / and glucose in the oil or the concentration of cellobiose / glucose in the oil can be detected with a corresponding biosensor. This can be done by means of amperometry. Another possibility is to use a sensor device, on the surface of glucose oxidase is applied. Based on the cellulose degradation products, the degradation of the cellulose can be detected easily.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von Cellobiose und/oder Glucose verwertenden Bakterien zu erfassen. In der elektrischen Komponente bzw. in dem Öl können entsprechende Bakterien vorhanden sein, die sich von Cellobiose und/oder Glucose ernähren bzw. die Cellobiose und/oder Glucose metabolisch verwerten. Diese Bakterien können aber auch in das Öl eingebracht werden. Dabei werden bevorzugt Bakterien eingebracht, die in dem Öl mehrere Jahrzehnte überleben können. Es können auch entsprechende Bakteriensporen in das Öl eingebracht werden. Beim Vorhandensein von Cellobiose und/oder Glucose in dem Öl können die Bakterien eine Aktivität zeigen und/oder können sich vermehren. Bei der Verwendung von Bakteriensporen können sich diese beim Vorhandensein von Cellobiose und/oder Glucose in Bakterien umwandeln. In Abhängigkeit von der Anzahl der erfassten Bakterien kann ein Auflösen der Cellulose besonders schnell und zuverlässig erkannt werden. In a further embodiment, the sensor device is designed to detect the degradation of the cellulose on the basis of a number of cellobiose and / or glucose-utilizing bacteria. In the electrical component or in the oil corresponding bacteria may be present, which feed on cellobiose and / or glucose or metabolize the cellobiose and / or glucose. These bacteria can also be introduced into the oil. In this case, preferably bacteria are introduced, which can survive in the oil for several decades. It can also be introduced into the oil corresponding bacterial spores. In the presence of cellobiose and / or glucose in the oil, the bacteria may show activity and / or may multiply. When using bacterial spores, these can turn into bacteria in the presence of cellobiose and / or glucose. Depending on the number of detected bacteria, a dissolution of the cellulose can be detected particularly quickly and reliably.

Dabei ist die Sensoreinrichtung bevorzugt dazu ausgebildet, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von lebenden und toten Cellobiose und/oder Glucose verwertender Bakterien zu erfassen. Durch die Bestimmung der lebenden und toten Bakterien, insbesondere in dem Öl, kann die Alterung bzw. Zersetzung der Cellulose noch genauer bestimmt werden. In this case, the sensor device is preferably designed to detect the degradation of the cellulose on the basis of a number of living and dead cellobiose and / or glucose-utilizing bacteria. By determining the living and dead bacteria, especially in the oil, the aging or decomposition of the cellulose can be determined even more accurately.

Die Bakterien, die mit der Sensoreinrichtung erfasst werden, d. h. die Bakterien die in und/oder an der Cellulose angeordnet sind und die Bakterien, die Celluloseabbauprodukte verwerten, können mit einem entsprechenden Marker versehen werden. Die mit einem Marker versehenen Bakterien können auf einfache Weise mit einem Sensor erfasst werden. The bacteria detected with the sensor device, d. H. the bacteria which are arranged in and / or on the cellulose and the bacteria which utilize cellulose degradation products can be provided with an appropriate marker. The labeled bacteria can be easily detected with a sensor.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Diagnoseanordnung eine Erfassungseinrichtung, mit der in Abhängigkeit von der mit der Sensoreinrichtung erfassten Größe ein Signal ausgebbar ist und eine mit der Erfassungseinrichtung gekoppelte Sendeeinrichtung zum Aussenden des Signals. Die mit der Sensoreinrichtung erfasste Größe kann dabei – je nach Ausgestaltung der Sensoreinrichtung – die Anzahl von Bakterien auf der Cellulose, Abbauprodukte der Cellulose und/oder die Anzahl der Bakterien in dem Öl, die Cellobiose und/oder Glucose verwerten, betreffen. Dabei kann für die Größe ein entsprechender Schwellwert vorgebeben werden, in Abhängigkeit von dessen Über- bzw. Unterschreiten auf eine Alterung oder Zersetzung der Cellulose geschlossen werden kann. Dabei soll insbesondere zwischen zwei Zuständen, beispielsweise einer logischen „0“ und einer logischen „1“ unterschieden werden. So kann eine logische „0“ dem Zustand zugeordnet sein, in dem noch kein Abbau der Cellulose stattgefunden hat. Die logische „1“ kann dem Zustand zugeordnet sein, in dem bereits ein Abbau der Cellulose stattgefunden hat. Anhand der mit der Sensoreinrichtung erfassten Größe können auch unterschiedliche Stadien der Alterung der Cellulose festgelegt werden. Damit kann abgeschätzt werden, ob die elektrische Komponente sofort oder innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ausgetauscht werden soll. Somit kann auf einfache Weise zwischen den Alterungszuständen der elektrischen Komponente unterschieden werden. In a preferred embodiment, the diagnostic arrangement comprises a detection device with which a signal can be output as a function of the quantity detected by the sensor device and a transmitting device coupled to the detection device for emitting the signal. Depending on the configuration of the sensor device, the size detected by the sensor device may relate to the number of bacteria on the cellulose, degradation products of the cellulose and / or the number of bacteria in the oil which utilize cellobiose and / or glucose. In this case, a corresponding threshold value can be specified for the size, depending on its exceeding or falling short of an aging or decomposition of the cellulose can be concluded. In particular, a distinction should be made between two states, for example a logical "0" and a logical "1". Thus, a logical "0" can be assigned to the state in which no degradation of the cellulose has yet taken place. The logical "1" can be assigned to the state in which degradation of the cellulose has already taken place. Based on the size detected by the sensor device, it is also possible to determine different stages of the aging of the cellulose. Thus, it can be estimated whether the electrical component should be replaced immediately or within a predetermined period of time. Thus it can be easily distinguished between the aging states of the electrical component.

Die Sendeeinrichtung kann als entsprechender Funksender ausgebildet sein, mit dem Daten an einen Funkempfänger, beispielsweise einer übergeordneten Auswerteeinrichtung, gesendet werden. Die Sendeeinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, RFID-Signale zu senden. Dabei wird das Signal bevorzugt nur dann ausgesendet, wenn mit der Erfassungseinrichtung anhand des Sensorsignals eine Alterung bzw. Zersetzung der Cellulose erkannt wurde. Somit kann die elektrische Komponente besonders energieeffizient überwacht werden. The transmitting device can be designed as a corresponding radio transmitter with which data is sent to a radio receiver, for example a higher-level evaluation device. The transmitting device can also be designed to transmit RFID signals. In this case, the signal is preferably transmitted only when aging and decomposition of the cellulose has been detected by the detection device on the basis of the sensor signal. Thus, the electrical component can be monitored very energy efficient.

Bevorzugt ist die elektrische Komponente als Transformator ausgebildet. Typischerweise haben Transistoren eine Betriebsdauer von 30 bis 40 Jahren. Durch die Überwachung des Alterungszustands kann die Betriebsdauer gegebenenfalls auf 70 Jahre erhöht werden. Die elektrische Komponente kann ebenso als elektrische Maschine oder Generator ausgebildet sein. Ebenso kann die elektrische Komponente als Kabel ausgebildet sein. Preferably, the electrical component is designed as a transformer. Typically, transistors have an operating life of 30 to 40 years. By monitoring the aging condition, the operating time can be increased to 70 years if necessary. The electrical component can also be designed as an electrical machine or generator. Likewise, the electrical component may be formed as a cable.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente, wobei die elektrische Komponente zumindest ein elektrisches Isolationselement umfasst, das zumindest teilweise aus Cellulose gebildet ist, umfasst das Erfassen eines Abbaus der Cellulose mit einer Sensoreinrichtung, die einen Biosensor aufweist. Die zuvor in Bezug auf die erfindungsgemäße Diagnoseanordnung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. The method according to the invention for determining an aging state of an electrical component, wherein the electrical component comprises at least one electrical insulation element formed at least partially from cellulose, comprises detecting a degradation of the cellulose with a sensor device having a biosensor. The advantages and further developments described above in relation to the diagnostic arrangement according to the invention can be transferred in the same way to the method according to the invention.

Durch die erfindungsgemäße Diagnoseanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren kann die Überwachung des Alterungszustands einer elektrischen Komponente kostengünstig und energieeffizient ermöglicht werden. Im Gegensatz zum bekannten Verfahren kann mit der Sensoreinrichtung der Abbau der Cellulose direkt erfasst werden. Somit kann der Alterungszustand der elektrischen Komponente schneller erfasst werden. Die Überwachung kann insbesondere bei schwer zugänglichen elektrischen Komponenten, die beispielsweise in Offshore-Anlagen, Plattformen oder unter Wasser eingesetzt werden, erleichtert werden. Zudem kann ein Ausfall der elektrischen Komponente zuverlässig verhindert werden wodurch Kosten eingespart werden können. By means of the diagnostic arrangement according to the invention and the method according to the invention, the monitoring of the aging state of an electrical component can be made cost-effective and energy-efficient. In contrast to the known method, the degradation of the cellulose can be detected directly with the sensor device. Thus, the aging state of the electrical component can be detected faster. The monitoring can be facilitated in particular in hard-to-reach electrical components that are used for example in offshore installations, platforms or under water. In addition, a failure of the electrical component can be reliably prevented which costs can be saved.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine Diagnoseanordnung in einer schematischen Darstellung; 1 a diagnostic arrangement in a schematic representation;

2 einen Graph, der ein Verhältnis von lebenden zu toten Zellen in Abhängigkeit von der Zeit zeigt; 2 a graph showing a ratio of living to dead cells as a function of time;

3 einen Graph, der die Anzahl der Bakterien in Abhängigkeit von der Zeit zeigt; und 3 a graph showing the number of bacteria as a function of time; and

4 eine Diagnoseanordnung in einer weiteren Ausführungsform. 4 a diagnostic device in another embodiment.

Die nachfolgen näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.

1 zeigt eine Diagnoseanordnung 10 in einer schematischen Darstellung. Die Diagnoseanordnung 10 umfasst eine elektrische Komponente 12. Die elektrische Komponente 12 kann als elektrische Maschine, als Kabel oder als Transformator ausgebildet sein. Die elektrische Komponente 12 kann Teil eines Stromversorgungsnetzes sein. 1 shows a diagnostic device 10 in a schematic representation. The diagnostic arrangement 10 includes an electrical component 12 , The electrical component 12 can be designed as an electrical machine, as a cable or as a transformer. The electrical component 12 can be part of a power supply network.

Der Innenraum der elektrische Komponente 12 ist mit einem Öl befüllt. Dies ist in 1 durch den Block 14 angedeutet. Die elektrische Komponente 12 umfasst ein elektrisches Isolationselement. Dies ist durch den Block 16 angedeutet. Das elektrische Isolationselement ist aus Papier bzw. Cellulose gebildet und ist an den elektrischen Leitern der elektrischen Komponente 12 angeordnet. Des Weiteren umfasst die elektrische Komponente 12 elektrische Leiter, die durch den Block 18 gekennzeichnet sind. Die elektrischen Leiter sind aus einem Metall, beispielsweise Kupfer, gebildet. The interior of the electrical component 12 is filled with an oil. This is in 1 through the block 14 indicated. The electrical component 12 includes an electrical insulation element. This is through the block 16 indicated. The electrical insulation element is formed of paper or cellulose and is on the electrical conductors of the electrical component 12 arranged. Furthermore, the electrical component comprises 12 electrical conductors going through the block 18 Marked are. The electrical conductors are made of a metal, such as copper.

Es sollen nun Alterungserscheinungen der elektrischen Komponente 12 festgestellt werden. Eine Alterung des elektrischen Leiters tritt kaum auf. Diese kann gegebenenfalls anhand des elektrischen Widerstands des elektrischen Leiters überwacht werden. Im Laufe der Zeit kann Feuchtigkeit bzw. Wasser in die elektrische Komponente 12 eindringen. Dies ist durch den Block 20 angedeutet. Das Wasser kann beispielsweise mit einem Feuchtigkeitssensor erfasst werden. Darüber hinaus kann das elektrische Isolationselement im Laufe der Zeit altern. Bei einer Alterung oder einem Zerfall der Cellulose kann eine elektrische Isolierung nicht mehr garantiert werden. Dies kann zu Teilentladungen oder zu Kurzschlüssen führen (Block 22), die mit entsprechenden Sensoren erfasst werden können. Der Abbau der Cellulose kann zu Verunreinigungen in dem Öl führen. Ebenso können durch die Abbauprodukte Gase, wie beispielsweise H2 oder CO2 entstehen, die wiederum mit entsprechenden Sensoren erfasst werden können. Die Diagnoseanordnung 10 umfasst eine Erfassungseinrichtung 24, die mit der Sensoreinrichtung elektrisch verbunden ist. Mit der Erfassungseinrichtung 24 können die Signale der Sensoreinrichtung und der weiteren Sensoren der Diagnoseanordnung 10 erfasst und ausgewertet werden. It should now aging phenomena of the electrical component 12 be determined. An aging of the electrical conductor hardly occurs. This can optionally be monitored by reference to the electrical resistance of the electrical conductor. Over time, moisture or water can enter the electrical component 12 penetration. This is through the block 20 indicated. The water can be detected, for example, with a humidity sensor. In addition, the electrical insulation element may age over time. In the event of aging or decay of the cellulose, electrical insulation can no longer be guaranteed. This can lead to partial discharges or short circuits (block 22 ), which can be detected with corresponding sensors. The degradation of the cellulose can lead to impurities in the oil. Likewise, by the degradation products gases, such as H 2 or CO 2 arise, which in turn can be detected with appropriate sensors. The diagnostic arrangement 10 comprises a detection device 24 which is electrically connected to the sensor device. With the detection device 24 For example, the signals of the sensor device and the other sensors of the diagnostic device 10 recorded and evaluated.

Die Diagnoseanordnung 10 umfasst zusätzlich eine Sensoreinrichtung, die einen Biosensor aufweist bzw. als Biosensor ausgebildet ist, mit dem der Abbau der Cellulose erfasst werden kann. Dabei können Bakterien, die sich auf und/oder in der Cellulose befinden mit der Sensoreinrichtung erfasst werden. Zu diesem Zweck ist auf der Oberfläche der Sensoreinrichtung eine aktive Substanz angeordnet, mit der die Bakterien eine Reaktion eingehen können. Bei der Reaktion werden Ladungsträger ausgetauscht, die elektrisch mit der Sensoreinrichtung erfasst werden können. Die Bakterien können bereits auf der Cellulose vorhanden sein. Alternativ dazu können die Bakterien auf die Cellulose aufgebracht werden. The diagnostic arrangement 10 additionally comprises a sensor device which has a biosensor or is designed as a biosensor with which the degradation of the cellulose can be detected. In this case, bacteria that are on and / or in the cellulose can be detected with the sensor device. For this purpose, an active substance is arranged on the surface of the sensor device, with which the bacteria can react. In the reaction charge carriers are exchanged, which can be detected electrically with the sensor device. The bacteria may already be present on the cellulose. Alternatively, the bacteria can be applied to the cellulose.

Mit der Sensoreinrichtung können die Anzahl der lebenden und toten Bakterien erfasst werden. Dies ist in dem Graph 32 in 2 verdeutlicht. Auf der Abszisse des Graphs 32 ist die Zeit t aufgetragen. Auf der Ordinate des Graphs 32 ist die arbiträre Einheit I aufgetragen. Die Kurve 26 zeigt den Verlauf der arbiträren Einheit I in Abhängigkeit von der Zeit t. In einem ersten Bereich 28 weist die Kurve 26 im Wesentlichen einen ersten Wert der arbiträren Einheit I auf, der wiedergibt, dass die Bakterien leben. In einem zweiten Bereich 30 weist die Kurve 26 im Wesentlichen einen zweiten Wert der arbiträren Einheit I auf, der wiedergibt, dass die Bakterien tot sind. Wenn die Cellulose abgebaut wird, erhöht sich die Anzahl der toten Bakterien. Überschreitet die Anzahl der toten Bakterien einen vorgegebenen Schwellwert, kann zum Zeitpunkt tA ein Alarmsignal mit der Erfassungseinrichtung 26 ausgegeben werden. Die Erfassungseinrichtung 26 kann nur bei einem Überschreiten des Schwellwerts aktiviert werden. Dann kann mit der Erfassungseinrichtung 26, insbesondere drahtlos, das Alarmsignal ausgesendet werden. With the sensor device, the number of living and dead bacteria can be detected. This is in the graph 32 in 2 clarified. On the abscissa of the graph 32 is the time t applied. On the ordinate of the graph 32 the arbitrary unit I is plotted. The curve 26 shows the course of the arbitrary unit I as a function of the time t. In a first area 28 shows the curve 26 essentially a first value of the arbitrary unit I, which represents that the bacteria live. In a second area 30 shows the curve 26 essentially a second value of the arbitrary unit I representing that the bacteria are dead. When the cellulose is degraded, the number of dead bacteria increases. If the number of dead bacteria exceeds a predetermined threshold value, an alarm signal can be sent to the detection device at time t A 26 be issued. The detection device 26 can only be activated if the threshold is exceeded. Then, with the detection device 26 , in particular wireless, the alarm signal are sent out.

Die Sensoreinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, die Anzahl bzw. eine Konzentration der Bakterien zu erfassen. Dies ist in 3 in dem Graph 34 veranschaulicht. Auf der Abszisse des Graphs 34 ist die Zeit t aufgetragen. Auf der Ordinate des Graphs 34 ist die Anzahl der Bakterien A aufgetragen. Die Kurve 36 zeigt die Anzahl der Bakterien A in Abhängigkeit von der Zeit t. In einem ersten Bereich 38 der Kurve 36 weist die Anzahl A der Bakterien einen ersten Wert auf und in einem zweiten Bereich 40 der Kurve 36 weist die Anzahl A einen im Vergleich zum ersten geringeren zweiten Wert auf. Wenn die Cellulose abgebaut wird, reduziert sich gleichzeitig die Anzahl A der Bakterien. Unterschreitet die Anzahl A einen vorgegebenen Schwellwert, kann zum Zeitpunkt tA ein Alarmsignal mit der Erfassungseinrichtung 26 ausgegeben werden. The sensor device can also be designed to detect the number or concentration of the bacteria. This is in 3 in the graph 34 illustrated. On the abscissa of the graph 34 is the time t applied. On the ordinate of the graph 34 the number of bacteria A is plotted. The curve 36 shows the number of bacteria A as a function of time t. In a first area 38 the curve 36 the number A of bacteria has a first value and in a second range 40 the curve 36 the number A has a lower second value than the first one. When the cellulose is degraded, at the same time reduces the number A of bacteria. If the number A falls below a predetermined threshold value, an alarm signal can be generated at the time t A with the detection device 26 be issued.

Die Sensoreinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, Celluloseabbauprodukte, insbesondere Cellobiose und/oder Glucose zu erfassen. Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, die Anzahl von (lebenden und toten) Bakterien in dem Öl zu erfassen, die Cellobiose und/oder Glucose metabolisch verwerten. Die Sensoreinrichtung kann zusätzlich dazu ausgebildet sein, den Sauerstoffgehalt zu messen. The sensor device can also be designed to detect cellulose degradation products, in particular cellobiose and / or glucose. Furthermore, the sensor device may be configured to detect the number of (living and dead) bacteria in the oil that metabolically utilize cellobiose and / or glucose. The sensor device may additionally be designed to measure the oxygen content.

4 zeigt eine Diagnoseanordnung 10 in einer weiteren Ausführungsform. Die elektrische Komponente 12 der Diagnoseanordnung 10 ist dabei als Transformator ausgebildet. Der Transformator weist eine erste Wicklung 42 und eine zweite Wicklung 44 auf, die mit Cellulose umwickelt sind (hier nicht dargestellt). Des Weiteren ist der Transformator mit einem Öl 46 befüllt. 4 shows a diagnostic device 10 in a further embodiment. The electrical component 12 the diagnostic arrangement 10 is designed as a transformer. The transformer has a first winding 42 and a second winding 44 on which are wrapped with cellulose (not shown here). Furthermore, the transformer is with an oil 46 filled.

Die Sensoreinrichtung 48a, 48b, 48c kann dabei an verschiedenen Positionen der elektrischen Komponente 12 angeordnet sein. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinrichtung 48a in dem Öl 46 angeordnet. Dort kann die Sensoreinrichtung 48a die Anzahl der Bakterien aus der Cellulose, die Anzahl der Cellulose verwertenden Bakterien und/oder die Celluloseabbauprodukte zuverlässig erfassen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Sensoreinrichtung 48b an der Oberfläche des Öls 46 oder über der Oberfläche des Öls 46 angeordnet sein. Dazu kann sie beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse mit einem Gassensor oder einem Füllstandssensor angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung 48c außerhalb des Gehäuses der elektrischen Komponente 12 angeordnet sein. The sensor device 48a . 48b . 48c can do this at different positions of the electrical component 12 be arranged. In a first embodiment, the sensor device 48a in the oil 46 arranged. There, the sensor device 48a reliably detect the number of bacteria from the cellulose, the number of cellulose-utilizing bacteria and / or the cellulose degradation products. In a further embodiment, the sensor device 48b on the surface of the oil 46 or over the surface of the oil 46 be arranged. For this purpose, it can be arranged for example in a common housing with a gas sensor or a level sensor. In a further embodiment, the sensor device 48c outside the housing of the electrical component 12 be arranged.

Die Sensoreinrichtung 48a, 48b, 48c kann beispielsweise durch ein mikrotechnisches Verfahren gefertigt sein. Bevorzugt weist die Sensoreinrichtung 48a, 48b, 48c eine Abmessung von wenigen Zentimetern auf. Durch die geringen Abmessungen kann die Sensoreinrichtung 48a, 48b, 48c einfach in bereits bestehende elektrische Komponenten 12 eingebracht werden und somit der Alterungszustand der elektrischen Komponente 12 schneller und zuverlässiger bestimmt werden. The sensor device 48a . 48b . 48c can be made for example by a microtechnical process. Preferably, the sensor device 48a . 48b . 48c a dimension of a few centimeters. Due to the small dimensions, the sensor device 48a . 48b . 48c easy in already existing electrical components 12 are introduced and thus the aging state of the electrical component 12 be determined faster and more reliable.

Claims (10)

Diagnoseanordnung (10) zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente (12), mit – der elektrischen Komponente (12), wobei – die elektrische Komponente (12) zumindest ein elektrisches Isolationselement umfasst, das zumindest teilweise aus Cellulose gebildet ist, gekennzeichnet durch – eine Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) zum Erfassen eines Abbaus der Cellulose, wobei die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) einen Biosensor aufweist. Diagnostic arrangement ( 10 ) for determining an aging state of an electrical component ( 12 ), with - the electrical component ( 12 ), wherein - the electrical component ( 12 ) comprises at least one electrical insulation element which is at least partially formed from cellulose, characterized by - a sensor device ( 48a . 48b . 48c ) for detecting a degradation of the cellulose, wherein the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) has a biosensor. Diagnoseanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) dazu ausgebildet ist, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl (A) von in und/oder an dem Isolationselement befindlichen Bakterien zu erfassen. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) is adapted to the degradation of cellulose based on a number (A) of in and / or to detect bacteria on the isolation element. Diagnoseanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) dazu ausgebildet ist, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von lebenden und toten sich in und/oder an dem Isolationselement befindlichen Bakterien zu erfassen. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) is adapted to detect the degradation of the cellulose based on a number of living and dead bacteria located in and / or on the isolation element. Diagnoseanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) dazu ausgebildet ist, eine Konzentration von Abbauprodukten der Cellulose zu erfassen. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) is adapted to detect a concentration of degradation products of the cellulose. Diagnoseanordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) dazu ausgebildet ist, eine Konzentration von Cellobiose und/oder Glucose in einem Öl (46) zu erfassen, mit dem die elektrische Komponente (12) zumindest teilweise befüllt ist. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) is adapted to maintain a concentration of cellobiose and / or glucose in an oil ( 46 ), with which the electrical component ( 12 ) is at least partially filled. Diagnoseanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) dazu ausgebildet ist, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von Cellobiose und/oder Glucose verwertenden Bakterien zu erfassen. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) is adapted to detect the degradation of the cellulose by means of a number of cellobiose and / or glucose-utilizing bacteria. Diagnoseanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) dazu ausgebildet ist, den Abbau der Cellulose anhand einer Anzahl von lebenden und toten von Cellobiose und/oder Glucose verwertenden Bakterien zu erfassen. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) is adapted to detect the degradation of the cellulose on the basis of a number of living and dead cellobiose and / or glucose-utilizing bacteria. Diagnoseanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseanordnung (10) eine Erfassungseinrichtung (24) umfasst, mit der in Abhängigkeit von der mit der Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c) erfassten Größe ein Signal ausgebbar ist und dass die Diagnoseanordnung (10) eine mit der Erfassungseinrichtung (24) gekoppelte Sendeeinrichtung zum Aussenden des Signals umfasst. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnostic device ( 10 ) a detection device ( 24 ), in dependence on which with the sensor device ( 48a . 48b . 48c ) a signal can be output and that the diagnostic arrangement ( 10 ) one with the detection device ( 24 ) comprises coupled transmitting means for transmitting the signal. Diagnoseanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die elektrische Komponente (12) als Transformator ausgebildet ist. Diagnostic arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical component ( 12 ) is designed as a transformer. Verfahren zum Bestimmen eines Alterungszustands einer elektrischen Komponente (12), wobei die elektrische Komponente (12) zumindest ein elektrisches Isolationselement umfasst, das zumindest teilweise aus Cellulose gebildet ist, gekennzeichnet durch Erfassen eines Abbaus der Cellulose mit einer Sensoreinrichtung (48a, 48b, 48c), die einen Biosensor aufweist. Method for determining an aging state of an electrical component ( 12 ), wherein the electrical component ( 12 ) comprises at least one electrical insulation element, which is formed at least partially from cellulose, characterized by detecting a degradation of the cellulose with a sensor device ( 48a . 48b . 48c ), which has a biosensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DD132512A1 (en) * 1977-04-29 1978-10-04 Ernst Unger METHOD FOR PRODUCING ELECTRICAL INSULATING MATERIAL
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