DE3045205A1

DE3045205A1 - Oil cooled transformer arc protection circuit - uses frame or rod aerial connected to wide band amplifier to measure magnetic field components

Info

Publication number: DE3045205A1
Application number: DE19803045205
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. 6050 Offenbach Herold
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1980-12-01
Filing date: 1980-12-01
Publication date: 1982-07-01

Abstract

The arcing protection system for a liquid cooled transformer uses a measuring aerial for measuring the magnetic field components. The aerial is connected to a broad band amplifier with its output connected by a rectifier to an analog integrator which receives clock pulses and input signals from an AND gate. The output is passed to a Schmitt trigger and another AND gate to an output amplifier and a switching device. The aerial can be a frame aerial. It can alternatively be a rod aerial, and can be connected to a selective amplifier.

Description

Schutzeinrichtung Protective device

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung mit einem Verstärkerteil, einem Alternativteil und einem Ankoppelglied, zur Begrenzung von Störlichtbögen und ähnlichen elektrischen Fehlern im Innern von flüssigkeitsgekühlten, elektrischen Betriebsmitteln, insbesondere von Transformatoren.The invention relates to a protective device with an amplifier part, an alternative part and a coupling element to limit arcing faults and similar electrical faults inside liquid-cooled electrical Equipment, in particular transformers.

Im Zuge der Einführung elektrischer Betriebsmittel steigender Leistung als auch neuartiger Verfahren der Netzbetriebsweise werden qualitativ neue Anforderungen an die Sch@lzsysteme der Elektroenergieerzeugung, -übertragung und -verteilung gestellt.In the course of the introduction of electrical equipment with increasing performance as well as new methods of network operation are qualitatively new requirements to the Sch @ lzsysteme of electrical energy generation, transmission and distribution.

Anforderungen an das Schutzsystem bestehen darin, daß es selektiv wirkt, d.h. es soll nur das fehlerbehaftete elektrische Betiebsmittel vom Netz abgetrennt werden.Requirements for the protection system are that it is selective works, i.e. only the faulty electrical equipment should be disconnected from the network will.

Desweiteren soll das Schutzsystem möglichst schnell reagieren, da mit zunehmender Dauer des fehlerhaften Betriebszustandes die Schadensauswirkungen zunehmen.Furthermore, the protection system should react as quickly as possible because the effects of the damage with increasing duration of the faulty operating state gain weight.

Schließlich wird von dem Schutzsystem hohe Zuverlässigkeit, wenig Wartung und eine geringe Platzbeanspruchung verlangt.After all, the protection system becomes highly reliable, not much Maintenance and a small footprint required.

Zu den elektrischen Fehlern wie sie im Innern von Transformatoren auftreten können, zählen der Erdschluß bzw der Erdkurzschluß, der Wicklungs-- und der Windungskurzschluß, die mit einem Störlichtbogen infolge Isolationsdurchbruchs verbunden sind.To the electrical faults like those inside transformers can occur, the earth fault or the earth fault, the winding and the winding short circuit, which is caused by an arc fault as a result of insulation breakdown are connected.

Mit dem Auftreten eines Störllchtbogens cder eines ähnlichen elektrischen Fehlers wie z. B. Teilentladungen ist die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen in Form von hochfrequenten Impulsen verbunden. Lichtbogenentladungon wie auch Teilentladungen lösen aufgrund ihrer steilen Stromänderung einen Impulsvorgang aus, wobei der Impuls durch einen steilen Anstieg und einen etwas flacher abfallenden Rücken gekennzeichnet ist. Die von der Störstelle ausgehende Hochfrequenz-Energie kann durch die Aufnahme der Störfeld3tärke erfaßt werden.With the appearance of an arc of faults or a similar electrical one Errors such as B. Partial discharge is the emission of electromagnetic waves connected in the form of high frequency pulses. Arc discharge as well as partial discharges trigger a pulse process due to their steep change in current, whereby the pulse characterized by a steep ascent and a slightly flatter ridge is. The radiofrequency energy emanating from the point of interference can be absorbed by the the interference field strength can be detected.

Als Schutz für ölisolierte Transformatoren wird seit vielen Jahren das Buchholz-Relais verwendet, welches die sekundären Wirkungen von elektrischen Fehlern wie Olstrmung und Gasbildung erfaßt. Durch die Ölstr<nunq bzw. Öldruckwelle wird im Buchholz-Relais eine Stauscheibe und ein damit verbundener Schaltkontakt betätigt, der die Abschaltung einleitet. Bei Gasbildung kommt ein Schwimmer zum Ansprechen, der über ein zugehöriges Schaltglied eine Meldung abgibt.Oil-insulated transformers have been used as protection for many years the Buchholz relay used, which the secondary effects of electrical Errors such as oil flow and gas formation are recorded. Through the oil flow or oil pressure wave In the Buchholz relay, a baffle plate and a switching contact connected to it become actuated, which initiates the shutdown. When gas is formed, a swimmer comes to the Address that issues a message via an associated switching element.

Das Buchholz-Relais bietet einen relativ zuverlässigen Schutz. Die Schutzwirkung ist aber sehr stark abhängig von der Intensität des auftretenden Fehlers. So kann es geschehen, daß bei einem extrem leistungsstarken Kurzschluß der Buchholzschutz nicht mehr rechtzeitig reagiert, während bei ungenügender Gasbildung aufgrund eines stromschwachen Fehlers C3 ne Meldung unterblej bt. Schließlich arbeitet der Buchholz-Schutz funktionsbedingt (Kommandozeit ca. lOOms) relativ träge.The Buchholz relay offers relatively reliable protection. the The protective effect is very much dependent on the intensity of the error that occurs. So it can happen that in the event of an extremely powerful short circuit, the Buchholz protection no longer reacts in time, while in the case of insufficient gas formation due to a low-current error C3 no message is omitted. After all, the Buchholz protection is working Relatively sluggish due to the function (command time approx. 100 ms).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit des Transformatorschutzes zu verbessern und die Kommandozeit zu verkürzen.The invention is based on the object of improving the reliability of the Improve transformer protection and shorten the command time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Ankoppelglied mindestens eine im Innern des Betriebsmitteils angeordnete Meßantenne vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that as a coupling member at least one measuring antenna arranged in the interior of the operating means is provided is.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die gesamte Anordnung: die als Koppelglied vorgesehene Meßantenne, der zugehörige Breitband-, bzw.The advantages achieved with the invention are in particular: that the entire arrangement: the measuring antenna provided as a coupling element, the associated Broadband or

Selektivverstärker wie auch der Alternativteil und der Leistungsteil handelsübliche Bauteile sind, aus denen die Schutzeinrichtung relativ preiswert zusammengesetzt werden kann. Die Meßantenne, falls erforderlich auch mehrere Meßantennen, können auf einfache Art und Weise im Innern des Betriebsmittels angebracht werden. Durch die als Ankoppelglied vorgesehene Meßantenne ist es möglich, weitgehend elektronische Bauteile zu verwenden, wodurch die Kommandozeit verkürzt wird. Mit Hilfe der Selbstüberwachung der Schutzeinrichtung wird die Zuverlässigkeit derselben verbessert und der Wartungsaufwand verringert.Selective amplifier as well as the alternative part and the power part Commercially available components that make up the protective device are relatively inexpensive can be put together. The measuring antenna, if necessary also several measuring antennas, can be easily attached inside the equipment. The measuring antenna provided as a coupling element makes it possible to use largely electronic To use components, which shortens the command time. With the help of self-monitoring the protection device, the reliability of the same is improved and the maintenance effort decreased.

Zur Messung der Störfeldstärke ist eine Analyse des Amplituden-Frequenz-Spektrums eines Störlichtbogens im Innern eines z.B. ölisolierten Transformators erforderlich. Die Fourier-Zerlegung des Einzelimpulses ergibt ein breites Frequenzspektrum, dessen Amplituden mit steigender Frequenz abnehmen. Aus dem Frequenzspektrum geht z.B. hervor, daß mit einem Breitbandverstärker mit einem Durchlaßbereich von etwa 20kHz ... 1MHz der größte Teil der Feldstärkenintensität erfaßt werden kann.To measure the interference field strength, an analysis of the amplitude-frequency spectrum is necessary an arc fault inside an oil-insulated transformer, for example. the Fourier decomposition of the single pulse results in a broad frequency spectrum, whose amplitudes decrease with increasing frequency. From the frequency spectrum goes for example, that with a broadband amplifier with a passband of about 20kHz ... 1MHz most of the field strength can be detected.

Falls in einem Transformator ein Stufenschalter eingebaut ist, können aufgrund von Schaltlichtbögen innerhalb des Stufenschalters Fehlmessungen entstehen, weshalb der Stufenschalter mit einer Abschirmung zu versehen ist.If a tap changer is built into a transformer, you can incorrect measurements occur due to switching arcs within the tap changer, which is why the tap changer has to be shielded.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Two embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung in Analogtechnik, mit einer Meßantenne als Ankoppelglied; Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung in Digitaltechnik, mit einer Meßantenne als Ankoppelglied.It shows: FIG. 1 a block diagram of a protective device using analog technology, with a measuring antenna as a coupling element; 2 shows a block diagram of a protective device in digital technology, with a measuring antenna as a coupling element.

Den Figuren 1 und 2 ist jeweils der Signallaufplan einer Schutzeinrichtung zu entnehmen für einen nicht näher dargestellten ölisoaierten Transformator l,wobei die Schutzeinrichtung über eine im Innern des Transformators 1 angeordnete Meßantenne 2 an den Transformator 1 angekoppelt ist.FIGS. 1 and 2 each show the signal flow diagram of a protective device to be found for an oil-insulated transformer (not shown) l, wherein the protective device via a measuring antenna arranged inside the transformer 1 2 is coupled to the transformer 1.

Die Meßantenne 2 ist mit dem Eingang eines Breitbandverstärkers 3 verbunden, dessen Ausgang auf einen Gleichrichter 4 geführt ist, der mit seinem Ausgang auf den Eingang ld eines Analogintegrators 5 geschaltet ist. ueber ein UND-Glied 7 werden das Signal "Leistungsschalter Ein" und die Signale eines Taktgebers 6 miteinander verknüpft, wobei das UND-Glied 7 über den Eingang 15 den Analogintegrator 5 an- steuert, dessen Ausgang 16 auf einen als Schwellwertschalter arbeitenden Schmitt-Trigger 8 geführt ist. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 8 wird mit dem Signal"temp Öl" über ein UND-Glied 9 verknüpft, das mit seinem Ausgang einen Leistungsverstärker 10 ansteuert, der mit einer Auslösespule 11 verbunden ist, die über ein Schaltschloß 12 auf den Leistungsschalter 13 wirkt.The measuring antenna 2 is connected to the input of a broadband amplifier 3 connected, the output of which is fed to a rectifier 4, which is connected to his Output is connected to the input ld of an analog integrator 5. via an AND element 7, the "power switch on" signal and the signals from a clock generator 6 become mutually exclusive linked, the AND element 7 via the input 15 to the analog integrator 5 controls, its output 16 to a Schmitt trigger working as a threshold switch 8 is performed. The output signal of the Schmitt trigger 8 is with the signal "temp Oil "linked via an AND gate 9, which has a power amplifier with its output 10 controls, which is connected to a trip coil 11, which is via a switch lock 12 acts on the circuit breaker 13.

Das Kriterium "temp Öl" wird bei einer Erweiterung der Schutzwirkung in die Signalverknüpfung miteinbezogen.The "temp oil" criterion is used when the protective effect is expanded included in the signal linkage.

Der Signalverlauf im Signallaufplan nach Fig. 1 erfolgt so, daß die von der Störstelle im Transformator ausgehende Hochfrequenz-Energie durch die Aufnahme der Störfeldstärke mit Hilfe der Meßantenne 2 erfaßt und auf einen Breitbandverstärker 3 gegeben wird. Das verstärkte Signal wird im Gleichrichter 4 gleichgerichtet, im Analogintegrator 5 integriert und das Ergebnis einem Schmitt-Trigger 8 zugeführt, der bei Erreichen eines Grenzwertes an seinem Ausgang ein Grenzsignal abgibt, das über ein UND-Glied 9 mit dem Signal "temp Öl" verknüpft wird. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 9 steuert einen Leistungsverstärker 10 an, der eine Auslösespule 11 zum Ansprechen bringt, die wiederum über ein Schal@schloß 12 die Ausschaltung eines Lei.stungsscnalters 13 bewirkt.The signal curve in the signal flow diagram according to FIG. 1 takes place in such a way that the High-frequency energy emanating from the fault in the transformer due to the absorption the interference field strength detected with the aid of the measuring antenna 2 and transmitted to a broadband amplifier 3 is given. The amplified signal is rectified in the rectifier 4, im Analog integrator 5 integrated and the result fed to a Schmitt trigger 8, which emits a limit signal at its output when a limit value is reached, which is linked via an AND element 9 with the signal "temp oil". The output signal of the AND gate 9 controls a power amplifier 10, which has a trip coil 11 brings it to response, which in turn closed the shutdown via a switch @ 12 a power switch 13 causes.

Um zu verhindern, dal3 über einen längeren Zeitraum kleinste empfangene Störfeldstärken sich zu einem "Schutz-.Rus"-Befehl auf integrieren, wird mit F1ilfe eines Taktgebers 6 der Analog-lntegrator 5 über das Ausgangssignal des UND-Gliedes 7 in einem einstellbaren Zeitintervall in den Anfangszustand rückgesetzt.In order to prevent the smallest received Interference field strengths can be integrated into a "Schutz-.Rus" command with F1 help a clock generator 6 of the analog integrator 5 via the output signal of the AND element 7 is reset to the initial state in an adjustable time interval.

In einem Signallaufplan nach Fig. 2 in Digitaltechnik ist der Ausgang des Gleichrichters 4 mit einem Analog-Digital-Wandler 27 verbunden, dessen Ausgang auf den Eingang 20 eines Vorwärts zählers 18 geführt ist. Am Eingang 23 ist der Ausgang des UND-Gliedes 7 angeschlossen. Der Ausgang 21 des Vorwärtszählers 18 wird auf den Eingang 24 eines Größer-Kleiner-Vergleichers 19 geführt, der an seinem Eingang 26 mit einem Zifferneinsteller 17 und an seinem Ausgang 25 mit dem Eingang des UND-Gliedes 9 verbunden ist. Die weitere Anschaltung an den Leistungsschalter 13 erfolgt wie unter Fig. 1 beschrieben.In a signal flow diagram according to FIG. 2 in digital technology, the output is of the rectifier 4 is connected to an analog-digital converter 27, the output of which is performed on the input 20 of an up counter 18. At entrance 23 is the Output of AND gate 7 connected. The output 21 of the Up counter 18 is led to the input 24 of a greater-less comparator 19, which is on its input 26 with a digit adjuster 17 and at its output 25 with the Input of the AND gate 9 is connected. The further connection to the circuit breaker 13 takes place as described under FIG. 1.

Der Signalverlauf im Signallaufplan gemäß Fig. 2 ist so, daß das gleichgerichtete Signal aus dem Gleichrichter 4 seiner Spannungshöhe entsprechend in dem Analog-Digital-Wandler 27 in eine Impulsfolge umgewandelt wird. Die Impulse werden in den Vorwärtszähler 18 eingegeben, der über den Eingang 22 gesetzt und über den Eingang 23 rückgesetzt wird.The signal curve in the signal flow diagram according to FIG. 2 is such that the rectified Signal from the rectifier 4 according to its voltage level in the analog-digital converter 27 is converted into a pulse train. The pulses are in the up counter 18 is entered, which is set via input 22 and reset via input 23 will.

In dem Größer-Kleiner-Vergleicher 19 wird die aus dem Vorwärtszähler 18 kommende Impulsfolge mit dem vorgegebenen Sollwert aus dem Zifferneinsteller 17 verglichen und bei Gleichheit der Anzahl der Impulse über das UND-Glied 9, wie bereits unter Fig. 1 beschrieben, die Auslösespule 11 angesteuert zur Ausschaltung des Leistungsschalters 13.In the greater-less comparator 19 is the from the up counter 18 incoming pulse train with the preset target value from the digit adjuster 17 compared and if the number of pulses via the AND gate 9 is equal, how already described under FIG. 1, the release coil 11 is controlled for switching off of circuit breaker 13.

Claims

Claims protection device with an amplifier part, an alternative part and a coupling element to limit arcing faults and the like electrical Defects inside liquid-cooled electrical equipment, in particular of transformers, characterized in that at least one coupling member is used arranged in the interior of the equipment measuring antenna is provided.

2. Protection device according to claim 1, characterized in that the measuring antenna is designed as a loop antenna for measuring the magnetic field component.

3. Protection device according to claim l, characterized in that the measuring antenna is designed as a rod antenna for measuring the electric field component.

4. Schutzzi, device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the measuring antenna is designed as a broadband measuring antenna.

5. Protection device according to one of claims l to 4, characterized in that that the Moßantenne is connected to a broadband amplifier.

6. Protection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the measuring antenna is connected to a selective amplifier.