DE955258C - Device for measuring and monitoring the aging phenomena on the windings of transformers or machines by means of temperature monitoring - Google Patents

Description

Einrichtung zur Messung und lJberwachung der Alterungserscheinungen an den Wicklungen von Transformatoren oder Maschinen mittels Temperaturüberwachung Es ist bekannt, daß die Lebensdauer der Wicklung von Transformatoren, Wandlern und elektrischen Maschinen unter Voraussetzung einwandfreier Werkstattarbeit und Materialien im wesentlichen vom Zustand der Wicklungsisolation abhängig ist, die unter Wirkung der Betriebstemperatur eineAlterung erfährt.Device for measuring and monitoring the signs of aging on the windings of transformers or machines by means of temperature monitoring It is known that the life of the winding of transformers, converters and electrical machines provided that the workshop work and materials are flawless is essentially dependent on the condition of the winding insulation, which is under effect the operating temperature is aging.

Mit guter Annäherung gilt dabei die Annahme, daß die Lebensdauer einer Wicklung für je 8 bzw. 5° C Temperaturzunahme im Temperaturbereich > I05° C bzw. < I05° C, bezogen auf den heißesten Punkt, um jeweils etwa die Hälfte verkürzt wird. Da eine fortlaufende Überwachung der Alterungsgeschwindigkeit und der Lebensdauer eine bessere Ausnutzung der Betriebsmittel ermöglicht und ihre Wirtschaftlichkeit erhöht, hat man daher schon die Betriebsstunden unter Berücksichtigung der Alterungsgeschwindigkeit selbsttätig summiert.With a good approximation, the assumption applies that the lifetime of a Winding for every 8 or 5 ° C temperature increase in the temperature range> I05 ° C or <I05 ° C, based on the hottest point, shortened by about half in each case will. As a continuous monitoring of the rate of aging and the service life enables better utilization of resources and their economic viability increased, you have therefore already the operating hours taking into account the rate of aging automatically totaled.

Zu diesem Zweck sind Einrichtungen bekanntgeworden, die die Messung der Alterungsgeschwindigkeit von Wicklungen bzw. deren Isolationen mit mechanischen Mitteln durchführen. Die Erfassung der Wicklungstemperatur erfolgt dabei stets indirekt über Zwischenglieder z. B. unter Verwendung einer über Stromwandler vom Betriebsstrom geheizten Bi-Metallspirale oder eines Ausdehnungskörpers, deren temperaturabhängige Formänderungen ein stufenloses Getriebe mit nachgeschaltetem Zählwerk steuern. For this purpose, facilities have become known that carry out the measurement the aging rate of windings or their insulation with mechanical Carry out funds. The winding temperature is always recorded indirectly via intermediate links z. B. using an over current transformer from the operating current heated bi-metal spiral or an expansion body, their temperature-dependent Changes in shape are controlled by a continuously variable transmission with a downstream counter.

Neben diesen mit mechanischen Mitteln arbeitenden sehr komplizierten Meßeinrichtungen hat man auch schon Blindleistungszähler verwendet, deren Spannungsspule an konstanter Spannung liegt. Die Strom spule ist über eine Drossel mit stark temperaturabhängigem Kern, dessen Permeabilität mit der Temperatur rasch abnimmt, ebenfalls an Spannung gelegt. Die jeweilige Wicklungstemperatur soll dadurch erfaßt werden, daß der temperaturempfindliche Eisenkern mit einem der Belastung proportionalen Strom geheizt wird.In addition to these very complicated ones, which work with mechanical means Measuring devices have also been used with reactive power meters, their voltage coil is at constant voltage. The current coil is via a choke with a highly temperature-dependent Core, whose permeability decreases rapidly with temperature, also under tension placed. The respective winding temperature should be recorded by the temperature-sensitive Iron core is heated with a current proportional to the load.

Da jedoch alle diese Meßeinrichtungen nicht die thermische Trägheit der zu überwachenden Wicklungen berücksichtigen, hat man auch schon deren thermisches Abbild zur Heizung eines Brückenwiderstandes mit hohem Temperaturkoeffizienten herangezogen, während die übrigen Zweige der Meßbrücke aus temperaturunabhängigem Material bestehen. Die Skala der Temperaturmeßbrücke ist den bekannten Alterungskurven für die verschiedenen Isolationsklassen entsprechend geeicht. Zur Summierung der Alterungsgeschwindigkeit muß dann der Gleichgewichtspunkt der Brücke in konstanten Zeitabständen abgetastet und das Resultat gespeichert werden. However, since all of these measuring devices do not take into account the thermal inertia of the windings to be monitored, you already have their thermal Image used for heating a bridge resistor with a high temperature coefficient, while the other branches of the measuring bridge are made of temperature-independent material. The scale of the temperature measuring bridge is the known aging curves for the various Insulation classes calibrated accordingly. For summing the rate of aging the equilibrium point of the bridge must then be scanned at constant time intervals and the result can be saved.

In wesentlich einfacherer Weise läßt sich dies bei der Einrichtung zur Messung und Überwachung der Alterungserscheinungen an den Wicklungen von elektrischen Wandlern oder Maschinen mittels Temperaturüberwachung dadurch erreichen, daß erfindungsgemäß ein die Wicklungstemperatur unmittelbar erfassendes Meßgerät einen an konstanter Spannung liegenden Widerstand steuert, der die Lebensdauer der Isolation als Funktion der mittleren Wicklungstemperatur abbildet, und daß der diesen Widerstand durchfließende Strom über die Zeit integriert und das Resultat zur Anzeige gebracht ist. Als Temperaturmeßgerät dient dabei in zweckmäßiger Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die den ohmschen Widerstand des Prüflings messende Kombination eines wattmetrischen und eines amperemetrischen Systems. This can be done in a much simpler way when setting up for measuring and monitoring the signs of aging on the windings of electrical Achieve converters or machines by means of temperature monitoring that according to the invention a measuring device that directly detects the winding temperature and a constant one Voltage-lying resistance controls which the life span of the insulation as a function the mean winding temperature, and that the resistance flowing through this Electricity is integrated over time and the result is displayed. As a temperature measuring device serves in an expedient embodiment of the inventive concept that the ohmic A combination of wattmetric and amperometric measuring resistance of the test object Systems.

Das Prinzip eines entsprechenden Meßgeräts mit dem wattmetrischen System 1 und dem amperemetrischen Triebsystem 2 ist in Fig. I der Zeichnung dargestellt. Natürlich können die beiden Triebsysteme auch getrennt je für sich auf je eine Triebscheibe wirken. In diesem Fall wird man eine der beiden Triebscheiben mit einem von der Winkelstellung abhängigen veränderlichen Radius versehen, um eine Winkelabhängigkeit des Drehmomentes zu erzielen. The principle of a corresponding measuring device with the wattmetric System 1 and the amperometric drive system 2 is shown in Fig. I of the drawing. Of course, the two drive systems can also be used separately on one drive pulley each works. In this case one of the two drive pulleys will be connected to one of the Angular position dependent variable radius provided to an angle dependency to achieve the torque.

Ebenso ist es natürlich möglich, an Stelle eines Induktionsmeßgerätes ein eisengeschlossenes elektrodynamisches Meßgerät zu verwenden. Der Spannungsspule 3 des wattmetrischen Systems wird z. 13. über Wandler die Differenz iIU = U1 - U2 der Primär-und Sekundärspannung zugeführt, während der Primärstrom J ebenfalls über Wandler der Stromspule 4 des Systems zugeführt wird. Derselbe Strom speist ferner in Reihenschaltung die Stromspule 5 des amperemetrischen Systems 2 mit der Kurzschlußwicklung 6. Da das wattmetrische System ein Drehmoment mit der Näherung J1 - J2 mißt, entspricht der Ausschlag a des Meßgerätes dem Summenwiderstand der Primär- und Sekundärwicklung, was bei nicht zu hohen Ansprüchen an die Meßgenauigkeit genügt.It is of course also possible instead of an induction measuring device to use an iron-closed electrodynamic measuring device. The tension coil 3 of the wattmetric system is z. 13. Via converter, the difference iIU = U1 - U2 the primary and secondary voltage are supplied, while the primary current J is also over Converter is supplied to the current coil 4 of the system. The same current also feeds in series connection, the current coil 5 of the amperometric system 2 with the short-circuit winding 6. Since the wattmetric system measures a torque with the approximation J1 - J2, corresponds to the deflection a of the measuring device the total resistance of the primary and secondary windings, which is sufficient if the demands on the measurement accuracy are not too high.

Für exakte Messungen, also unter Berücksichtigung des Magnetisierungsstromes JJlz und der Wattkomponente des Magnetisierungsstromes J,e4« (die geometrische Summe dieser beiden Ströme ist nach Fig. 2 mit Ja bezeichnet) erweist es sich als zweckmäßig, dem Meßgerät nicht nur den Primärstrom zuzuführen, sondern einen Strom, der der geometrischen Summe von Primärstrom und Sekundärstrom gleich oder proportional ist und wobei die Anteile dieser beiden Stromkomponenten durch den Ausdruck J = J1 Q1 + J2 22 (I) gegeben sind. Hierbei entspricht el R, (2) R2 (2) dem Verhältnis des Widerstandes R1 der Primärwicklung zum Widerstand R2 der Sekundärwicklung, d. h. et R2 1. Mit dieser Voraussetzung ent-R1 spricht das Drehmomentengleichzewicht der Gleichune Damit wird der Ausschlag des Meßgerätes Wie aus dem Transformatordiagramm in Fig. 2 hervorgeht, ergibt sich aus der primären Klemmenspannung U1 nach Abzug des ohmschen und induktiven Spannungsabfalls die primäre elektromotorische Kraft1, die bei einem Übersetzungsverhältnis von Da nun das wattmetrische System die Blindkomponenten eliminiert, ergibt sich für den Ausschlag a und durch Einführung von Gleichung (2) I: I gleich ist mit - E, der Sekundärwicklung, welche entsprechend nach Abzug des sekundär wirksamen ohmschen und induktiven Spannungsabfalls die sekundäre Klemmenspannung U2 liefert. Mit g, bzw. gal sind die Phasenwinkel zwischen U1 und J bzw. zwischen den Vektoren U1 - U2 und J1 bezeichnet, während ys den Winkel zwischen U1U2 und J, q72 den Phasenwinkel zwischen U2 und J2 veranschaulicht.For exact measurements, i.e. taking into account the magnetizing current JJlz and the watt component of the magnetizing current J, e4 «(the geometric sum of these two currents is denoted by Ja in FIG a current that is equal to or proportional to the geometric sum of the primary current and the secondary current, and the proportions of these two current components are given by the expression J = J1 Q1 + J2 22 (I). Here el R, (2) R2 (2) corresponds to the ratio of the resistance R1 of the primary winding to the resistance R2 of the secondary winding, ie et R2 1. With this assumption, the torque equilibrium corresponds to the equation This is the deflection of the measuring device As can be seen from the transformer diagram in FIG. 2, after subtracting the ohmic and inductive voltage drop, the primary electromotive force 1 results from the primary terminal voltage U1, which at a transmission ratio of Since the wattmetric system now eliminates the reactive components, the deflection a results and by introducing equation (2) I: I is the same as - E, the secondary winding, which supplies the secondary terminal voltage U2 after subtracting the ohmic and inductive voltage drop that is effective on the secondary side. The phase angles between U1 and J and between the vectors U1-U2 and J1 are denoted by g and gal, respectively, while ys shows the angle between U1U2 and J, q72 the phase angle between U2 and J2.

Aus dem Diagramm ist weiter zu entnehmen: Setzt man ferner den Primärstrom J1 oder den Sekundärstrom " gleich Null, so ergibt sich für den Ausschlag gleichfalls Der Ausschlag des Meßgerätes ist also in jedem Betriebszustand sowohl dem Widerstand der Primärwicklung als auch dem Widerstand der Sekundär- wicklung proportional. Daher kann das Meßgerät sowohl in Ohm primär als auch in Ohm sekundär geeicht werden. Das. bedeutet aber, daß das Meßgerät ebenso ia °C primär und in °C sekundär, also in Temperaturgraden der beiden Wicklungen, geeicht werden kann, da Widerstand und Temperatur, wie bekannt, linear voneinander abhängen. Da die Übertemperatur des heißesten -Punktes 8,, der Wicklung bei Röhrenwicklungen dem Ausdruck #hs = #0 + (#c - #m) entspricht, wobei 0o die Deckelölübertemperatur, ° e die mittlere Wicklungsübertemperatur und °m die mittlere Ölübertemperatur darstellen, und da 6 - Om = f (0 c) als lineare Funktion betrachtet werden kann, so ergibt der Ausschlag des Instrumentes auch die Temperatur = °hs = a des heißesten Punktes bei entsprechender Eichung an, da die Außentemperatur #a durch die Widerstandsmessung mit erfaßt wird. Mit anderen Worten, die Temperatur des heißen Punktes ist eine lineare Funktion der mittleren Wicklungstemperatur.The diagram also shows: If one also sets the primary current J1 or the secondary current to zero, the deflection also results The deflection of the measuring device is therefore proportional to both the resistance of the primary winding and the resistance of the secondary winding in every operating state. The measuring device can therefore be calibrated in both primary and secondary ohms. That. but means that the measuring device can also be calibrated in ° C primary and in ° C secondary, i.e. in temperature degrees of the two windings, since resistance and temperature, as is known, are linearly dependent on one another. Since the overtemperature of the hottest point 8 ,, of the winding in tube windings corresponds to the expression #hs = # 0 + (#c - #m), where 0o is the cover oil temperature, ° e is the mean winding temperature and ° m is the mean oil temperature, and since 6 - Om = f (0 c) can be viewed as a linear function, the deflection of the instrument also gives the temperature = ° hs = a of the hottest point with appropriate calibration, since the outside temperature #a is also recorded by the resistance measurement . In other words, the hot spot temperature is a linear function of the mean winding temperature.

Wenn gemäß Fig. 3 ein solches mit zwei Triebscheiben versehenes Meßgerät einen Widerstand W steuert, der die Lebensdauer T = a e-bass als Funktion der Temperatur des heißesten Punktes abbildet, d. h. also mit steigender Temperatur nach einer Exponentialfunktion abnimmt, so entspricht der Strom, der aus einer Spannungsquelle mit konstanter Spannung über diesen Widerstand fließt, der jeweiligen Abnutzungs- oder Alterungsgeschwindigkeit V des Transformators. Leitet man diesen Strom über einen Amperestundenzähler Ah, so entspricht die Drehzahl je Zeiteinheit dem Strom und somit der Alterungsgeschwindigkeit V. If, according to FIG. 3, such a measuring device provided with two drive disks a resistor W controls which the service life T = a e-bass as a function of the temperature maps the hottest point, d. H. so with increasing temperature after a If the exponential function decreases, then the current corresponds to that from a voltage source flows with constant voltage across this resistor, the respective wear or aging rate V of the transformer. One conducts this current over an ampere-hour meter Ah, the speed per unit of time corresponds to the current and thus the aging rate V.

Der Amperestundenzähler integriert die Alterungsgeschwindigkeit über die Zeit, er gestattet also, an einem nachgeschalteten Zählwerk den jeweiligen Lebensdauerverbrauch Z in 0Io festzustellen. Gibt man in dem Zählwerk einer zweiten Zahlenrolle die Ausgangsstellung 1000/o und subtrahiert der Ah-Zähler den jeweils erreichten Lebensdauerverbrauch, so gibt der Zählerstand den jeweils verfügbaren Lebensdauerrest an. The ampere-hour meter integrates the aging rate the time, so it allows the respective service life consumption on a downstream counter Z to be determined in 0Io. You give the starting position in the counter to a second number roll 1000 / o and the Ah counter subtracts the respective service life consumption achieved, the counter reading indicates the remaining service life available in each case.

Die Meßeinrichtung gibt somit an: I. Die mittlere Temperatur der Wicklung6, in (°C), 2. durch entsprechende Eichung auch ßhs in (°C), 3. die jeweilige Alterungsgeschwindigkeit V in %/h oder Jahr, 4. den jeweiligen Verbrauch an LebensdauervorratZ in % von ZO, 5. den jeweiligen Rest an Lebensdauervorrat Z,-Z in °/0. The measuring device thus indicates: I. The mean temperature of the Winding6, in (° C), 2. by appropriate calibration also ßhs in (° C), 3. the respective Aging rate V in% / h or year, 4. the respective consumption of lifetime supplyZ in% of ZO, 5. the respective remaining life reserve Z, -Z in ° / 0.

Der Meßeinrichtung liegt folgende Überlegung zugrunde: Es entspricht der Temperatur ßhsl 1 eine Lebensdauer T1, der Temperatufths2 eine Lebensdauer T2. Werden diese Temperaturen während der Zeiten t1 bzw. t2 gefahren, so erreicht die Abnutzung oder der Lebensdauerverbrauch die Werte: allgemein des gesamten Lebensdauervorrats.The measuring device is based on the following consideration: The temperature ßhsl 1 corresponds to a life time T1, the temperature corresponds to a life time T2. If these temperatures are used during times t1 or t2, the wear or service life consumption reaches the values: generally of the entire lifetime supply.

Nach n Belastungszeitabschnitten innerhalb der Zeit ist somit die Summe der Abnutzungen Die mittlere Alterungsgeschwindigkeit während der Zeit ist somit also Vm in Ol,lh. (I0) Die gesamte Abnutzung nach diesen n Belastungsabschnitten ist wenn jedem Belastungsabsclmitt die Abnutzungsgeschwindigkeit zugeordnet wird.After n load periods within the time is therefore the sum of the wear and tear The mean rate of aging over time therefore So Vm in Ol, lh. (I0) The total wear after these n load periods is if each load interval the rate of wear is assigned.

Der gesamte Lebensdauervorrat entspricht der resultierenden Zahl der Belastungsabschnitte und der Summe aller Belastungszeiten die der resultierenden Lebensdauer Tr entspricht.The total life supply corresponds to the resulting number the load segments and the sum of all load times which corresponds to the resulting service life Tr.

Also ist der gesamte Lebensdauervorrat Nun ist T1, T2...Tn = f(#hs) und somit Die Genauigkeit der Meßeinrichtung ist durch die Feinheit der Abstufung des Widerstandsabgriffs, der z. B. über einen Goldkollektor vorgenommen werden könnte, sofern elektronische Steuerung vermieden wird, ferner durch die Empfindlichkeit des Meßinstruments und des Ah-Zählers bestimmt. Innerhalb der üblichen Grenzen, und es kommt ja in erster Linie das Vollastgebiet in Betracht, ist die Einrichtung geeignet, gefährliche Überlastungen mit ihren besonders hohen Alterungsgeschwindigkeiten sowie den jeweiligen Lebensdauerrest neben der Betriebstemperatur anzuzeigen.So is the entire lifetime supply Now T1, T2 ... Tn = f (#hs) and thus The accuracy of the measuring device is due to the fineness of the gradation of the resistance tap, the z. B. could be done via a gold collector, if electronic control is avoided, also determined by the sensitivity of the measuring instrument and the Ah counter. Within the usual limits, and the full load area is primarily considered, the device is suitable for displaying dangerous overloads with their particularly high aging rates and the respective remaining service life in addition to the operating temperature.

Claims (5)

PATENTANSPRUCHE: I. Einrichtung zur Messung und Überwachung der Alterungserscheinungen an den Wicklungen von Transformatoren oder Maschinen mittels Temperaturüberwachung, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wicklungstemperatur unmittelbar erfassendes Meßgerät einen an konstanter Spannung liegenden Widerstand steuert, der die Lebensdauer der Isolation als Funktion der mittleren Wicklungstemperatur abbildet, und daß der diesen Widerstand durchfließende Strom über die Zeit integriert und das Resultat zur Anzeige gebracht ist. PATENT CLAIMS: I. Device for measuring and monitoring the signs of aging on the windings of transformers or machines by means of temperature monitoring, characterized in that a winding temperature that directly detects The measuring device controls a constant voltage resistance that increases the service life the insulation as a function of the mean winding temperature, and that the The current flowing through this resistance is integrated over time and the result is brought to the display. 2. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßgerät eine den ohmschen Widerstand des Prüflings messende Kombination eines wattmetrischen und eines amperemetrischen Systems dient. 2. Device according to claim r, characterized in that the temperature measuring device a combination of a wattmetric that measures the ohmic resistance of the test object and an amperometric system. 3. Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Stromspulen der Triebsysteme die geometrische Summe von Strömen zugeführt ist, die dem Primärstrom und dem Sekundärstrom proportional ist. 3. Device according to claim I or 2, characterized in that The geometric sum of currents is fed to the current coils of the drive systems, which is proportional to the primary current and the secondary current. 4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integration des Widerstandsstromes mittels eines Amperestundenzählers erfolgt. 4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the integration of the resistance current by means of a Ampere-hour counter takes place. 5. Einrichtung nach einem odermehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrationsresultat in einem dem Amperestundenzähler nachgeschalteten Zählwerk gespeichert und zur Anzeige gebracht ist. 5. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the integration result in one of the ampere-hour meters downstream counter is stored and displayed. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 86r 132. Documents considered: German Patent No. 86r 132.