CH373813A - Verfahren zur Isolationsprüfung von Transformatoren - Google Patents

Description

      Verfahren        zur        Isolationsprüfung    von Transformatoren    Die Erfindung bezieht sich auf     ein    Verfahren zur  elektrischen     Prüfung    der Isolation von Transformato  ren,     Prüftransformatoren    und     Spannungswandlern.     



  In den Programmen für die     Abnahmeprüfung    von  Hochspannungstransformatoren     sind    stets auch Prü  fungen mit erhöhten. Spannungen enthalten. üblich  ist heute     im    wesentlichen     die    sogenannte     Wicklungs-          prüfung,    bei der eine     Wicklung    mit dem     Pal    einer  geerdeten     Hochspannungsquelle    verbunden wird,  während die anderen. Wicklungen mit dem Eisen  kern bzw. dem Kasten des     Transformators    und über  diesen     mit    Erde verbunden sind.

   Weiter wird noch  eine     sogenannte        Windungsprüfung    durchgeführt, bei  der der     Transformator    in einer entsprechenden Schal  tung mit     Spannungen    von etwa der doppelten bis  etwa der fünffachen Netzfrequenz und auf etwa das  doppelte der     Nennspannung    erhöhten Amplitude er  regt wird.

   In vielen     Fällen    werden die Transformato  ren     auch    noch einer     Stossspanuungsprüfung    mit     voller     und     abgeschnittener        Stosswelle        unterzogen,    wobei die  volle     Stosswelle        im    allgemeinen eine Stirn von etwa  1-2 /Äs Dauer aufweist und die     Halbwertzeit    etwa  50     ,us    beträgt.

   Die     abgeschnittene    Stosswelle entsteht  aus der Vollwelle     meist    dadurch,     d'ass    nach 3     ,us,     gezählt von Nennbeginn der     Stossspannung    aus, die  Stossspannung mittels einer Funkenstrecke zum     Zur          sammenbruch    gebracht wird.  



  In der letzten Zeit gewinnen nun die sogenannten       Schaltüberspannungen        in    den     ausgedehnten        eIektri-          schen        Hochspannungsnetzen    eine zunehmende Be  deutung, was sich     darin.    äussert, dass das Verhalten  von     Hochspannungseinrichtungen        und    Geräten schon  in grösserem Umfang in bezug auf ihr Verhalten ge  genüber solchen Schaltüberspannungen untersucht  wurde.

   Eine solche Schaltüberspannung     besteht    dabei  etwa aus einer einseitig verlagerten Spannungswelle  mit einer     Schwingungsfrequenz    von 5     kHz,    deren         Mittellinie    etwa nach     einer        Expon.entialfunktion    ab  klingt.

   Erzeugt wird eine solche Prüfspannung nach       Fig.    1     dadurch,    dass ein Stosskondensator 1 in der  üblichen Weise über einen Hochspannungstransfor  mator 2 und     einen    Gleichrichter 3 und     Dämpfungs-          widerstand    4 so lange auf     eine    hohe     Gleichspannung     aufgeladen wird, bis die entsprechend eingestellte       Funkenstrecke    5 anspricht.

   über den     Dämpfungs-          widerstand    6, die     Induktivität    7 wird dann der Be  lastungskondensator 8 in schwingendem Stoss auf  geladen, wobei die     Prüfspannung    über     diesem    Be  lastungskondensator 8 auf den     Prüffing    9 gegeben  werden kann. Der     Entladewiderstand    10     gibt    die       exponentielle    Abnahme der     Mittellinie    der     einseitig     verlagerten     Spannungswelle.     



  Der     Aufwand    an     Hochspannungsgeräten        für    die  Erzeugung einer     derartigen    Prüfspannung ist also  ganz beachtlich, bei hohen Prüfspannungen ergibt  sich ausserdem noch ein erheblicher Raumbedarf.  



       Besonders    grosse Schwierigkeiten bei der     Prüfung     von     Transformatoren    ergeben sich aber dann, wenn  diese Transformatoren eine solche Grösse     aufweisen,     dass sie nicht mehr     im    betriebsfertigen Zustand nach  der     Abnahmeprüfung        in    der Fabrik zum Aufstel  lungsort versandt werden können.

       (Die    Abnahme     vors     Hochspannungsdurchführungen und     ähnlichem        Trans-          formatorzubehör    kann dabei nicht als     Einschränkung     des     Begriffes    betriebsfähig betrachtet werden.) Han  delt es sich also um einen Transformator solcher  Grösse, dass nach der     Feetigprüfung        in    der Fabrik  zum Zweck des Versandes eine solch     weitgehende     Demontage     erforderlich    ist,

   dass nach     dem        Wieder-          aufbau    an Ort und Stelle der Transformator einer  erneuten Behandlung zur Sicherung seines     Isolations-          zustandes    unterzogen werden muss,- dann     erfordiert    es  die bei solch grossen Objekten unbedingt anzustre  bende     Betriebssicherheit,    dass auch der Transfor.-           mator    am Ort seiner     Aufstellung    nochmals entspre  chenden     Hochspannungsprüfungen    unterzogen wer  den muss.

   Die     Prüfung        mit    erhöhter     Frequenz,    wie     sie     etwa zur Wicklungsprüfung     erforderlich    ist, oder  auch eine     Stossspannungsprüfung    ist aber an dem       Einsatzort        der    Transformatoren nur unter     allergröss-          ten        Schwierigkeiten    durchzuführen, da die     Prüfein-          richtungen        hierfür        ausserordentlich    umfangreich und  aufwendig sind.  



  Die Schwierigkeiten bei der Prüfung von     Hoch-          spannungstransforma#toren    mit Schaltüberspannun  gen und bei der     Prüfung    von Transformatoren, die  am     Aufstellungsort        mit    hohen Spannungen zu prüfen  sind,     lassen    sich     erfindungsgemäss    durch die Anwen  dung     eines        Verfahrens    zur Isolationsprüfung von  Transformatoren,     Prüftransformatoren    und     Span-          nungswandlern    beheben, das dadurch     gekennzeichnet     ist,

       dass    eine Wicklung des Prüfobjektes, vorzugsweise  die     Wicklung    mit     niedrigster    Betriebsspannung, mit       einem        Gleichstrom    solcher Höhe     erregt    wird, dass  beim     Unterbrechen    dieses     Gleichstromes    in der zu  prüfenden Wicklung eine     Schaltüberspannung    in einer  Höhe     entsteht,    die der     Prüfspannung        entspricht.     



  In     Fig.2    ist das Schaltbild eines     Ausfü'hrungs-          beispieles        einer        Anordnung    zur     Durchführung    dieses       Verfahrens    schematisch     dargestellt.    Mit 11 ist dabei  die     Unterspannungswicklung    des zu     prüfendien    Trans  formators     bezeichnet,    die über die Durchführungen  12 und 13 nach aussen geführt ist.

   14 ist die     Hoch-          spannungswicklung    dieses     Transformators,        die    über  die     Hochspannungsdurchführung   <B>15</B>     und    eine als       Sternpunktdurchführung    gedachte Durchführung     rela-          tiv    niedriger     Betriebsspannung    16 nach aussen ge  leitet ist.

   Die Niederspannungswicklung 11     kann    nun  über den     S'chal'ter    17 auf die     Gleichspannungsquelle     18     geschalitet    werden, die     ihrerseits        mit    Erde 19 ver  bunden ist.

   Wird der Schalter 17, nachdem der Strom  durch die     Niederspannungswicklung    auf eine<B>be-</B>  stimmte- Höhe angestiegen ist, so     rasch    geöffnet,     d'ass     an 17 praktisch kein     Öffnungslichtbogen    entsteht,  dann muss sich die in dem magnetischen Kreis des       Transformators        bespeicherte        hmagnetische        Enelrgie     in     elektrische    Energie umsetzen, und zwar so,

   dass  die     resultierende        Erdkapazitäro    der-     Nied'erspannungs-          wicklung    und die     resultierende        Erdkapazität    der  Hochspannungswicklung den gesamten Energieinhalt  aufnehmen.     Vorausgesetzt    ist dabei, dass das Ende  der     Hochspannungswicklung    14 an der Erde 20 liegt.  Die in     Fg.    2 dargestellte     Einschaltung    einer     Mess-          impedanz    21 stört dabei     diese        Voraussetzung    nicht.  



  Wie die     theoretischen    Überlegungen und auch       praktischen    Versuche bestätigen, kann mit relativ  kleinem Aufwand die Höhe der bei diesem     Verfah-          ren    an den     einzelnen        Wicklungen    auftretenden     Ab-          schaftüberspannungen    so hoch gemacht werden, dass  sich eine. wirkungsvolle     Isolationsprüfung        erreichen          lässt.     



  In     Fig.    2 ist mit 22 und 23     ein        kapazitiver        Span-          nungsteiler        zur        Kontrolle    der     Abschal'tüberspannung     dargestellt, die     mittels        eines    Kathodenstrahl-Oszillo-         graphen    24     über    dem     Niederspannungskondensator     23     erfolgen    soll,     das    Verhalten des Prüflings kann  dabei mittels     eines    Oszillographen 25 überwacht wer  den,

   wobei der     letztere    an der in die     Erdleitung    der  Hochspannungswicklung     eingeschalteten    Impedanz  21     angeschlossen    ist.  



  Der     Verlauf    einer     Abschaltübezspannung,    wie er  sich nach dem oben     geschilderten    Verfahren ergibt,  ist in     Fig.    3     dargestellt.        Nach    einem ersten Anlauf,  der in     seiner        Amplitude    durch     geeignete    Massnahmen  am Schalter sehr     klein    gehalten     werden    kann und     d r     den     Zeitabschnitt    28-29     umfasst,    steigt die Spannung       relativ    steil an,

   um dann verzögert über einen     Aus-          schlag    in     entgegengesetzter    Richtung nach     NuR        ab-          zuklingen.    Bei     einem    praktisch     durchgeführten    Ver  such betrug die Zeit     bis    zum     Erreichen    des Scheitel  wertes zwischen den Punkten 29 und 30 etwa 2     ms,     die Zeit bis zum     ersten    Nulldurchgang etwa 8 ms.  



  Voraussetzung für den Erfolg des. vorgeschlage  nen     Verfahrens    ist ein Schalter für die Unterbrechung  des Gleichstromes, dessen     Spannungsfestigkeit        zwi-          schen    den ,sich trennenden Kontakten rascher an  steigt als die erzeugte     Abschal@tspannung.    Der Verlauf  der     Abschaltüberspannung    kann nun durch zusätz  liche     Schakelemente        beeinflusst    werden.

   Wird etwa  der     in        Fig.    2     mit    22 bezeichnete, über der     Hochspan-          nungswicklung    angeschlossene Kondensator vergrö  ssert, so läuft     die        Abschaltüberspannung    langsamer  ab;

       wird,    wie     mit    Teil 27 in     Fig.    2 gestrichelt     dar-          gestellt,        parallel    zum     Schalter    17 eine Drosselspule       vorgesehen,        deren        Induktivität    etwa gleich oder klei  ner jener des     Prüflings    ist, so     wird    die Frequenz für       dhen        Abschaltvorgang    merkbar vergrössert werden.

    Wird weiterhin zum Schalter 17 eine     Funkenstrecke          parallel    geschaltet, die bei     eiirrer        bestimmten    Span  nung     anspricht,    dann ergibt     sich    für     d:

  e    Wicklung 11       eine        Abschaltüberspannung,    die nach dem Anspre  chen der Funkenstrecke einer abgeschnittenen Stoss  spannung     entspricht,    während die     Oberspannungs-          wicklung,    in     Fig.2    mit 14 bezeichnet, mit einer  Spannung beansprucht wird, die bis zum Anspre  chen der Funkenstrecke genau     verläuft    wie in     Fig.    3,       die    dann aber     mit    -relativ hoher     Frequenz    ausklingt,

    da für diesen     Ausschwingvorgang    nur noch die     Kurz-          sIchlussinduktivität    des Transformators wirksam ist.  



  Soll     die    Hochspannungswicklung 14     mi:t    einer       abgeschnittenen        Stosswelle        beansprucht    werden, dann  ist über dieser Wicklung     eine    Funkenstrecke, zweck  mässigerweise     eine        Kugeifunkens.trecke    26 einzuschal  ten und so     einzustellen,    dass sie bei der vorgesehe  nen     Spannung    anspricht und die     Prüfspannung    ab  schneidet.  



  Zum Prüfen des     Abschaltvermögens    von     Wech-          selstromunterbrechern    ist schon     eine    Einrichtung be  kanntgeworden, bei der das Wesentliche     darin    zu       sehen        isst,    dass durch geeignete Massnahmen eine       Fortzündung    des Lichtbogens am betreffenden Prüf  ling erreicht wird.

   Die     Fortzündung    des Lichtbogens  am     Prüfling    wird dabei. angestrebt, um dem Licht-      bogen     gegebenenfalls    über mehrere     Stromnulldurch-          gänge    hinwegzuhelfen, wie es bei     ,solchen    Wechsel  stromunterbrechern in der Praxis, also betriebsmässig  tatsächlich der Fall ist.

   Blei der besagten Einrichtung  wird durch     .eine    dem     Prüfling        parallel    schaltbare  Sicherung, die dem     Prüfling    im     Nullt        durchgang    des       Lichtbogenstromes    durch einen Synchronschalter zu  geschaltet wird und über die nach Erlöschen des Ab  schaltlichtbogens im     Nulldurchgang    des Stromes ein  Strom fliesst, der von der Sicherung     .selbst    kurze Zeit  später wieder     unterbrochen    wird, eine hohe     Abschalt-          überspannung    erreicht, und,

   zwar an einer hierfür  vorgesehenen Drosselspule. Die     Schältüberspannu        ng     ist dabei so hoch,     d'ass    der Lichtbogen am Prüfling       fort,-        gezündet        wird'.        Wie        sich        hieraus        ergibt,        wird        bei     der bekannten Prüfeinrichtung lediglich von der Tat  sache Gebrauch gemacht,

   dass     beim        plötzlichen        Un-          terbrechen        stromdurchflossener        induktiver        Strom-          kreise    an der     Induktivität    entsprechende     überspan-          nungen    auftreten. Die     eigentliche    Prüfspannung wird  dabei aber von einer besonderen, zusätzlichen Ein  richtung erzeugt.  



  Dies     gilt    auch für ein     bekanntes        Verfahren    zur       Fortzündung    eines Lichtbogens bei in Prüfanordnun  gen mit getrennten     Energiequellen    zu prüfenden  Stromunterbrechern, denn auch     hierbei        wird    von der  Tatsache Gebrauch gemacht,     d'ass    beim     plötzlichen     Abschalten induktiver Stromkreise an     der        Induktivität          hohe    Spannungen entstehen.

   Diese Spannung wird bei  der Prüfanordnung zur     Durchführung        des    in Rede  stehenden     Prüfverfahrens,    die einen Hochstromkreis  und einen gesonderten     Prüfspannungskreis        umfasst,     durch einen.

   besonderen, zusätzlichen Gleichstrom  kreis erzeugt, der     eine        Induktivität    enthält, an wel  cher durch öffnen entsprechender     Schalter    eine       Schaltüberspannung    entsteht, die ein vorzeitiges Er  löschen des Lichtbogens am Prüfling     verhindert.     Auch hierbei wird erst wieder zu einem     sinngemäss     späteren Zeitpunkt die eigentliche, dem gesonderten  Prüfkreis entnommene Prüfspannung auf den Prüf  ling gegeben.  



  Bei den     im    vorstehenden erwähnten     Einrichtun-          gen    bzw. Anordnungen zur     Prüfung    von Stromunter  brechern     isst    somit jeweils eine getrennte     Prüfspan-          nung        erforderlich,    da     nämlich    die     Stromkreise    mit  induktiven Gliedern     lediglich    als Zwischenglieder zur       Aufrechterhaltung    eines Lichtbogens dienen.

   Dem  gegenüber     wird        bei    der Erfindung, die sich auf ein  Verfahren zur     Isolationsprüfung    von Transformato  ren bezieht, die     Prüfspannung    unmittelbar :im Prüf  ling selbst erzeugt.  



  Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird  die Höhe der höchstmöglichen     Prüfspannungen,    die  ja an allen auf dem gleichen     Transformatorkern    be  findächen Wicklungen entsprechend ihrer     Windungs-          zahl    auftreten, durch die Wicklung festgelegt, die,  bezogen auf die     Windungszahl,    die     niedrigste    Prüf  spannung besitzt.

   Das würde heissen, dass     Unterspan-          nungswicklungen,    die, bezogen auf die Nennspan  nung,     wesentlich    höher     geprüft    werden als Oberspan-         nungswicklungen,    nicht voll geprüft werden können.

    Um diesem     Nachteil        abzuhelfen,    kann in Serie     mwt     dem eigentlichen     Prüfling    ein weiterer, dem Prüf  ling     ähnlicher    induktiver Kreis geschaltet werden, der  also durch den durch den Prüfling fliessenden Gleich  strom     ebenfalls    erregt wird und der eine     zusätzliche          Abschaltüberspannung    ergibt, die bei Verlegung der  Erdung des     Erregerkreises    auf die eine Seite des zu  sätzlichen induktiven Kreises die in Frage kommen  den     Prüfungswicklung    gegen Erde     zusätzlich    vor  spannt.  



  Das     obenstehend    beschriebene     Verfahren    ist auch  auf Prüftransformatoren und     Spannungswandler    an  wendbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur elektrischen Prüfung der Isolation von Transformatoren, Prüftransformatoren und Span- nungswandlern, dadurch gekennzeichnet,- dass eine Wicklung mit Gleichstrom solcher Höhe erregt wird, dass beim Unterbrechen dieses Gleichstromes in der zu prüfenden Wicklung eine Schaltüberspannung in einer Höhe entsteht, die der Prüfspannung entspricht. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass zur Nachbildung abgeschnittener Spannungsstösse über den entsprechenden Wicklun gen Funkenstrecken angeordnet werden, die so ein- gestellt werden, dass sie bei einer bestimmten Ampk- tud'e ansprechen und die Prüfspannung zusammen brechen lassen. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unter brechung des; Gleichstromes mit einem Schalter so erfolgt, dass dessen SpannungsfestligkeIt zwischen den Kontakten nach deren Trennung rascher anstelgt ab die erzeugte Abschaltüberspannung. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Verlauf der Abschaltüberspannung durch zusätzlich angeorde- nete Schaftelemente beeinflusst wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d'ass die Auswir kung der Prüfsparmung auf den Prüfling mit einem Kathodenstrahl'oszillographen beobach:tezt wird', der über eine Impedanz in der Erdleitung der zu prüfen den Wicklung angeschlossen ist.

   5. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüf- spannung einer Wicklung des Prüflings dadurch, er höht wird, dass in Serie mit der betreffenden Wick lung eÄn weiterer induktiver Kreisgeschaltet wird, der ebenfalls durch den,

   durch den Prüfling fliessenden Gleichstrom erregt wird und an dem bei der Unter brechung dieses Gleichstromes eine zusätzliche Ab- schaltüberspannung auftritt.