CURO AS, Industriveien 53, 7080 Heimdal. Anordning for testing av transformatorer.

Transkript

1 Søknadsnr.: Søker: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH Referanse: Fullmektig: CURO AS, Industriveien 3, 7080 Heimdal Tittel: Anordning for testing av transformatorer.

2 Den foreliggende oppfinnelsen er relatert til en anordning for testing av transformatorer. 1 Nærmere bestemt er oppfinnelsen relatert til en anordning for testing av transformatorer der anordningen omfatter en statisk frekvensomformer med flere utganger som er forbundet med en filteranordning. Filteranordningen har på tilsvarende vis flere utganger, som er forbundet med en matchende transformator, der den matchende transformatoren er forbundet med den respektive transformatoren tiltenkt for testing. Den foreliggende oppfinnelsen er dessuten relatert til bruk av anordningen i henhold til 1 oppfinnelsen innenfor høyspent testeteknologi. En artikkel med tittelen «High Performance Digital Control of Uninterruptible Power Supply (UPA) Using an Applications Specific Integrated Circuit (ASIC)» ble publisert i dokumentasjonen for konferansen «European Conference on Power Electronics and Applications». Konferansen fant sted i Firenze fra 3. September 1991 til 6. september Publiseringen av konferansedokumentasjonen ble også utført i For fullstendig digital kontroll av et UPSsystem, ble det utformet en ASIC for å kunne gjennomføre en rask kontroll av strøm og spenning. Gjennom bruken av denne ASIC er det mulig å oppnå en utmerket dynamisk oppførsel (rask sprangrespons, lav harmonisk forstyrrelse i tilfelle ikke-lineære belastninger). Den digitale kretsen omfatter sju PI-kontrollere, sinusbølgegeneratoren, grensesnittet mot de analoge-digitale omformerne og generering av pulsbreddemodulering for koplingssignalene. En avbruddsfri strømforsyning (UPS) er nødvendig for alle anvendelser, der et elektrisk system må være i drift selv i tilfelle strømbrudd. Den tyske patentpublikasjonen DE beskriver et filter for et strømoverføringssystem. I 2 vekselstrømsystemer er det ofte nødvendig å filtrere ut uønskede harmoniske vibrasjoner. Flerfasede elektriske strømoverføringssystem består av flere linjer som har en spesifikk induktans. Linjene påvirkes ved vekselstrøm som har både karakteristiske og ikke-karakteristiske harmoniske komponenter. På samme måte er flere filtre tilstede som inkluderer en impedans og er koblet med linjene og som tjener formålet med å dempe de ikke-karakteristiske komponentene av systemspenningen. Denne karakteristiske harmoniske komponenten oppstår gjennom interaksjonen mellom den ikke-karakteristiske harmoniske komponenten av strømmen og en stor impedans, som oppstår når induktansen og impedansen for det harmoniske filteret er i resonans. Dokumentet nevner imidlertid ikke testingen av transformatorene.

3 Den tyske patentpublikasjonen DE beskriver en strømforsyningsanordning med i det 2 minste to strømkilder. Hver strømkilde forsynes med strøm ved hjelp av i det minste en tilhørende strømomformer i en vekselstrømkontakt. For å redusere amplituden for en spesifikk harmonisk komponent som er tilstede, mates strømmen for i det minste en av strømomformerne inn i hovedkontakten med hjelp av en kontrollvinkel som er faseforskjøvet i forhold til i det minste en annen strømomformer. Den tyske patentpublikasjonen DE beskriver på tilsvarende måte en avbruddsfri 1 strømforsyning. Den avbruddsfrie strømforsyningen omfatter en nettkommutervender, en mellomkrets spenningsomformer med tilhørende regulator, et outputfilter, bestående av en transformator med en høy lekkasjeinduktans og filterkondensatorer for netttilbakekoblingsanordningen med en tilhørende regulatoranordning og en manuell omløpsbryter. En frekvensomformer fra motorteknologien brukes som omformer. Et inputfilter er forbundet oppstrøms for denne frekvensomformeren, hvorved en batteritilkoplingsanordning er forsynt ved likestrømsterminalene. Med hjelp av vanlige komponenter fra motorteknologien og med USVspesifikke komponenter er det følgelig mulig å konstruere en avbruddsfri strømforsyning ved bruk av tekniske og økonomiske synergier fra motorteknologien. Dokumentet mangler på tilsvarende vis beskrivelse av testing av transformatorene. 2 EP A2 beskriver en framgangsmåte og en krets arrangert for å regulere og styre trefasete DC-AC-omformere med sekvensregulering. Fokuset på denne anvendelsen er beskrivelsen av sekvensreguleringen av DC-AC-omformeren, som på fordelaktig måte virker i tilfellet asymmetrisk belastning på installasjonen. Bruken av en transformer mellom DC-AComformeren og filterenheten er indikert som eksempel på en anvendelse. Den tjener kun som spenningsomformer. DE A1 beskriver et elektromagnetisk skjermet tilførselsapparat der det oppnås et elektrisk kanselleringssignal ved siden av den elektrostatiske skjerming på sekundærsiden av omformeren, for undertrykking av asymmetriske forstyrrelsesstørrelser, som mates i motfase til den nyttige signalstrømstien. Formålet med oppfinnelsen er å framskaffe en anordning for testing av transformatorer som viser en forbedring med hensyn til undertrykking av asymmetriske forstyrrelser. 3 Det ovennevnte formålet oppnås med en anordning som omfatter trekkene fra krav 1.

4 3 I henhold til oppfinnelsen er anordningen for testing av transformatorer forsynt med en statisk frekvensomformer. Frekvensomformeren har flere utganger forbundet med en filteranordning, som på tilsvarende vis omfatter flere utganger som igjen er forbundet med en matchende transformator. Den matchende transformatoren i seg selv forbundet med den respektive transformatoren framskaffet for testing. Filteranordningen er en filtertransformator. En elektrostatisk skjerm er forsynt mellom primærsiden og sekundærsiden av filtertransformatoren. På tilsvarende vis er det forsynt flere filterkondensatorer på sekundærsiden av filtertransformatoren. Filterkondensatorene er i dette tilfellet arrangert i en stjernekrets. Det er særlig fordelaktig dersom den statiske frekvensomformeren og filtertransformatoren sammen med filterkondensatorene er opptatt i et koblingsskap. En oppnår på denne måten at asymmetriske forstyrrelser som sendes til transformatoren blir undertrykt. 1 Eksempelutførelser av oppfinnelsen og fordelene ved samme blir forklart i nærmere detalj ved hjelp av de vedlagte figurene. Figur 1 viser en frekvensomformer der transformatortesten anvendes, og frekvensomformeren er i dette tilfellet en statisk frekvensomformer med et L-C sinusfilter. Figur 2 viser en skjematisk illustrasjon av den eksterne kondensatorspenningen for frekvensomformeren, som påsettes etter sinusfilteret. 2 Figur 3 viser en illustrasjon av pulsfrekvens-sprang i kondensatorens jordspenning ved DC-AC- omformerens utgang, og 3 Figur 4 viser anordningen i henhold til oppfinnelsen der det anvendes en statisk frekvensomformer med en filtertransformator. Figur 1 viser en anordning i henhold til den kjente teknikk, som brukes til testing av strømtransformatorer innenfor elkraftteknikk. Tidligere ble testing utført med roterende transformatorer (motor-generator-sett). Disse roterende transformatorene er, som illustrert i figur 1, erstattet med en statisk frekvensomformer 2. Den statiske frekvensomformeren 2 har klare fordeler sammenlignet med roterende transformatorer med hensyn til dynamikk, slitasje, vekt og

5 betjenbarhet. Den statiske frekvensomformeren 2 er forsynt med en vekselstrøm. 4 Vekselstrømmen sendes i starten til en likeretter. Frekvensomformeren 2 har en første utgang 21, en andre utgang 22 og en tredje utgang 23. Den statiske frekvensomformeren er en mellomkrets spenningsomformer med digital kontroll og regulering. Frekvensomformeren 2 har i dette tilfellet den påkrevde variable utgangsspenning samt de ulike påkrevde testfrekvensene. Testfrekvensene eller testspenningen må i dette tilfellet tilfredsstille spesifikke krav. Frekvensomformeren 2 må dermed produsere en sinusformet symmetrisk vekselstrøm med en forvrengningsfaktor på mindre enn %. Den induserte spenningstesten, der det utføres partielle utladningsmålinger, har som oppgave å sjekke isolatorsystemene i strømomformere. De eksterne forstyrrelsene som virker på denne målingen skal ikke overstige et TE basis-interferensnivå på Q S = 0 pc. Dette inkluderer forstyrrelser som er forårsaket av selve testspenningen. 1 Den første utgangen 21, den andre utgangen 22 og den tredje utgangen 23 i den statiske frekvensomformeren 2 ledes til et sinusfilter 6. Sinusfilteret 6 tjener som et lavpassfilter, som er realisert i form av et L-C-filter. Sinusfilteret 6 har en første utgang 31, en andre utgang 32 og en tredje utgang 33. Den første utgangen 31, den andre utgangen 32 og den tredje utgangen 33 i sinusfilteret 6 er forbundet med en matchende transformator 8. Den matchende transformatoren 8 er i seg selv forbundet med en transformator 1 som skal underlegges testingen. 2 Ulempen med å anvende statiske frekvensomformere 2 er at de har en tendens til å danne en pulsbredde-modulert rektangulær utgangsspenning med en stor forvrengningsfaktor, som i denne formen initialt er ubrukelig til å teste strømtransformatorer. Som illustrert i figur 1, blir det til dette formålet anvendt et egnet sinusfilter 6. Resultatet fra bruken av dette sinusfilteret 6 er illustrert i figur 2. Fra bruken av sinusfilteret 6 er det mulig å generere sinusformede eksterne kondensatorspenninger med en forvrengningsfaktor < %. Figur 3 viser imidlertid forstyrrelser som fremdeles oppstår uansett bruken av sinusfilteret 6. På 3 tross av sinusfilteret 6, kan en ikke undertrykke sprang i pulsfrekvens for kondensatorens jordspenning ved DC-AC-omformerens utgang (asymmetriske forstyrrelser). De asymmetriske forstyrrelsene utføres derfor langt fra den statiske frekvensomformeren 2 inn i transformatoren 1 og ledes deretter til betydelige forstyrrelser i den partielle utladningsmålingen. I lys av disse asymmetriske forstyrrelsene som oppstår, kreves det derfor flere målinger, slik at ikke desto mindre partielle utladningsmålinger også er mulig.

6 Før den etterfølgende beskrivelse av figur 4 kan det nevnes at det er brukt like henvisningstall for trekk som er identiske med trekkene i figur 1. Gjennom redesign av filterarrangementet 6 i henhold til oppfinnelsen skal det være mulig ikke bare å filtrere den asymmetriske utgangspenningen i frekvensomformeren 2, men skal også undertrykke de asymmetriske forstyrrelsene. Det skal på denne måten være mulig å utføre partielle målinger av forstyrrelser ved transformatoren 1 som skal testes. I henhold til oppfinnelsen omfatter filteranordningen 6 en filtertransformator 11 i stedet for det 1 tidligere sinusfilteret. Filtertransformatoren 11 er forbundet med den første utgangen 21, den andre utgangen 22 og den tredje utgangen 23 ved frekvensomformeren 2. Filtertransformatoren 11 omfatter en primærside 11 1 og en sekundærside Filteromformeren 11 framskaffer den nødvendige induktans på den ene side av sin egen spredningsinduktans eller på den andre side av integrerte serieinduktanser. Den andre siden 11 2 av filteromformeren 11 er forbundet med filterkondensatorer som er arrangert i en stjernekrets 13. Stjernepunktet som oppstår gjennom stjernekretsen 13 er forbundet med jord 16. Filteromformeren 11 produserer en potensiell separasjon mellom den første utgangen 21, den andre utgangen 22 og den tredje utgangen 23 av frekvensomformeren 2 og filterkondensatorene i startkretsen 13. I tillegg er det arrangert en elektrostatisk skjerm 17 mellom primærsiden 11 1 og sekundærsiden 11 2 av filteromformeren 11. Den elektrostatiske skjermen 17 bidrar i dette tilfellet til å fjerne de asymmetriske forstyrrelsene i tillegg. Den elektrostatiske skjermen 17 er åpenbart jordet tilsvarende. Filteranordningen 6, som består av filteromformeren 11 og stjernekretsen 13 av 2 filterkondensatorene, er av en første utgang 31, en andre utgang 32 og en tredje utgang 33 forbundet med den matchende transformatoren 8. Som allerede beskrevet i figur 1, er den matchende transformatoren forbundet med transformatoren 1 som skal underlegges testing. Det er særlig fordelaktig dersom filteromformeren 11 sammen med stjernekretsen 13 av filterkondensatorene er arrangert i omformerens koblingsskap. I kraft av dette fysiske arrangementet kan en undertrykke overføring av de asymmetriske forstyrrelsene til transformatoren 1 som skal testes. Det er på denne måten mulig å utføre de partielle utladningsmålingene siden de asymmetriske forstyrrelsene har blitt filtrert ut. Det er spesielt fordelaktig å bruke filteromformeren 11 innenfor høyspenttesting. I det spesifikke 3 tilfellet brukes filteromformeren 11 til testing av strømtransformatorer for å undertrykke

7 emisjonen av de partielle utladningsforstyrrelsene (asymmetriske forstyrrelser) for statiske 6 frekvensomformere 2. Som allerede nevnt, har arrangementet av filteromformere 11 i omformerskapet i tillegg den konsekvens at de asymmetriske forstyrrelsene ikke overføres til testsystemet og forringer målingene av partielle utladninger der. Oppfinnelsen var beskrevet med hensyn til en utførelsesform. Det er imidlertid mulig å utføre modifikasjoner og forandringer uten i slike tilfeller å avvike fra oppfinnelsens omfang i de vedlagte kravene.

8 7 Patentkrav 1. Anordning for høyspenttesting av transformatorer, med en statisk frekvensomformer (2) som omfatter flere utganger (21, 22, 23) som er forbundet med en filteranordning (6), som på tilsvarende vis omfatter flere utganger (31, 32, 33) som igjen er forbundet med en matchende transformator (8), som igjen kan kobles til transformatoren som skal kontrolleres, karakterisert ved at filteranordningen (6) omfatter en filteromformer (11), at en jordet elektrostatisk skjem (17) er forsynt mellom en primærside (11 1 ) og en sekundærside (11 2 ) av filteromformeren (11), at en filterkondensator (C1, C2, C3) er forgrenet fra hver utgang fra sekundærsiden (11 2 ) av filteromformeren (11), at filterkondensatorene (C1, C2, C3) er innbyrdes forbundet i en stjernekrets med et stjernepunkt (13) og at stjernepunktet (13) også er jordet. 2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den statiske frekvensomformeren (2) og filteromformeren (11) sammen med filterkondensatorene (C1, C2, C3) er opptatt i et koblingsskap 1 slik at asymmetriske forstyrrelser ikke kommer fram til transformatoren (1) som undergår testing. 3. Anvendelse av anordningen ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forstyrrelser av en partiell utladningsmåling, som produseres av en statisk frekvensomformer (2) forbundet med en spenningskilde (4), undertrykkes og ikke kommer fram til transformatoren (1) som undergår testing.

9 Sammendrag: Oppfinnelsen er relatert til en anordning for testing av transformatorer, med en statisk frekvensomformer (2). Den statiske frekvensomformeren (2) omfatter en rekke utganger (21, 22, 23), som er forbundet med en filteranordning (6). Filteranordningen (6) omfatter også en rekke utganger (31, 32, 33), som er forbundet med en matchende transformator (8), hvorved den matchende transformatoren er forbundet med transformatoren (1) som skal underlegges testing. Filteranordningen (6) er en filteromformer (11). Fig. 4