(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 243840 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. G01R 31/12 (06.01) H02M 1/12 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 14.0.0 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 13.12.11 (86) Europeisk søknadsnr 716484.0 (86) Europeisk innleveringsdag.04.21 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato 12.04.11 (30) Prioritet 09.06.03, DE, 09023713 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR (73) Innehaver Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Falkensteinstrasse 8, 9309 Regensburg, DE- Tyskland PCS Power Control Solutions Verwaltungs AG, Vorstand Südliche Münchener Strasse 2A, 831 Grünwald, DE-Tyskland (72) Oppfinner ANNOWSKY, Rene, Friedenstrasse 7, 1344 Straussberg, DE-Tyskland THIEDE, Andreas, Am Schleiferberg 4, 0146 Schönborn, DE-Tyskland (74) Fullmektig Curo AS, Industriveien 3, 7080 HEIMDAL, Norge (4) Benevnelse Anordning for testing av høyspentutstyr (6) Anførte publikasjoner EP-A1-1 318 94 EP-A2-0 682 39 WO-A1-02/1376 WO-A1-09/071266 WINTER A ET AL: "A mobile transformer test system based on a stativ frequency converter" XV INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH VOLTAGE ENGINEERING, UNIVERSITY OF LJUBLJANA, ELEKTROINSITUT MILAN VIDMAR, LJUBLANA, SLOVENIA, AUGUST 27-31, 07,, [Online] 4. September 07 (07-09-04), Seiten 1-6, XP00064 Gefunden im Internet: URL:http://www.ish07.org/pdf/aWinter.pdf > [gefunden am 08--] WINTER A ET AL: "A New Generation of On-Site Test Systems for Power Transformers" 08 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTRICAL INSULATION; 9-12 JUNE 08; VANCOUVER, BC, CANADA, IEEE,. Juni 08 (08-06-), Seiten 478-482, XP007906016 ISBN: 978-1-4244-92-6
1 Anordning for testing av høyspentteknologi [0001] Den foreliggende oppfinnelsen er relatert til en anordning for testing av utstyr for høyspentteknologi, særlig krafttransformatorer eller induktorer. 1 2 30 [0002] I denne forbindelse har det i anordninger for testing av utstyr i høyspentteknologi vist seg å være en fordel å bruke statiske frekvensomformere i stedet for roterende omformere, siden førstnevnte har klare fordeler framfor roterende omformere med hensyn til dynamikk, slitasje, vekt og vedlikeholdbarhet. Slike testanordninger med statiske frekvensomformere er kjent fra for eksempel "A Mobile Transformer Test System Based on a Static Frequency Converter", A. Winter et al. (XVth International Symposium on High Voltage Engineering, University of Ljubljana, Elektroinstitut Milan Vidmar, Ljubljana, Slovenia, 27.-31. august, 07) og i "A New Generation of On-Site Test Systems for Power Transformers", Alexander Winter et al (08 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 9.-12. juni 08, Vancouver, BC, Canada, side 478-482). Frekvensomformerne må derved oppnå en sinusformet, symmetrisk vekselspenning, som dessuten oppviser en klirrfaktor på mindre enn %. Den induserte spenningstesten, der det utføres partielle utladningsmålinger, tjener til å teste isolatorsystemene i krafttransformatorene. Dersom det opptrer sterkt inhomogent felt i høyspentisolatorene eller langs luftbaner, kan det opptre lokal overskridelse av den materialtypiske gjennomslagsfeltstyrke. I denne tilstanden med et ufullstendig elektrisk gjennomslag, blir det bare delvis slått bro mellom isolasjonen mellom elektrodene ved utladninger. Slike delvise utladninger skjer framfor alt ved belastning av isolasjonen med vekselspenning. For en vellykket delutladningsmåling, kan imidlertid ikke de eksternt virkende interferensstørrelsene overskride et grunnleggende interferensnivå for partiell utladning på 0 pc. For å sikre dette, blir de respektive utgangene fra frekvensomformeren ført gjennom et sinusfilter, som tjener som et lavpassfilter. [0003] Prinsipielt oppnår imidlertid en statisk frekvensomformer en rektangulær utgangsspenning modulert i pulsbredde med stor klirrfaktor, som i denne formen ikke er egnet til testing av krafttransformatorer. Et sinusfilter arrangert ved utgangen av den statiske frekvensomformeren gjør det mulig å foreta en filtrering av forvrengningen mellom faselederne for vekselretterutgangene og dermed undertrykking av de symmetriske interferensvariasjonene generert av vekselretteren/omformeren. På tross av sensurfiltrene som er arrangert i tillegg, er det ikke mulig å undertrykke leder-jord-spenningen ved omformerutgangen. Disse uønskede asymmetriske interferensvariasjonene opptrer gjennom ulike elektriske koplingsmekanismer med
2 hensyn til omformeren som skal testes og fører til vesentlig interferens i den ønskede måling av partiell utladning. [0004] Fra søknad DE 07 09 289.4-3 av foreliggende innehaver (ikke publisert i forkant), er det kjent en testanordning av denne typen, som undertrykker problemet med de asymmetriske 1 interferensvariasjoner, ved at den framskaffer en statisk frekvensomformer, som oppviser flere utganger, som er forbundet med en filteranordning og hvorved utgangene fra filteranordningen på sin side er forbundet med en tilpasningstransformator, som på sin side for den aktuelle testing videre er forbundet med testobjektet, særlig en transformator. I denne søknaden er det som filteranordning foreslått å framskaffe en filtertransformator, som mellom sin primær- og sekundærside oppviser en elektrostatisk skjerm, hvor det ved hver utgang er avgrenet en filterkondensator hvorved filterkondensatorene i tillegg er innbyrdes forbundet i en stjernekrets med et jordet stjernepunkt. Denne anordningen for måling av partiell utladning er mulig gjennom DE 07 09 289.4-3 da den filterkondensatoren som er framskaffet produserer en potensialseparasjon mellom frekvensomformeren og den innlemmede filterkondensatoren. I tilfelle med konvensjonelle sinusfiltere som bare er konstruert av sperrespoler og kondensatorer, kan ikke filterkondensatorene arrangeres på denne måten, siden det ellers ville oppstått en kapasitiv jording av omformerfasene. [000] Som det framgår av firmapublikasjon 8.71/3, har det blitt foretatt bestrebelser på å tilby kundene mobile testsystemer for transformatorer, for derved å muliggjøre en «felttesting» av 2 30 høyspenttransformatorsystemer. Disse mobile testsystemene er installert som forhåndskonfigurert utstyr i en container og flyttet av en transportør til teststedet eller stedet for testobjektet. Framstilling av den til slutt påkrevde testkretsen kan muliggjøres i bare noen få trinn. Kundens fordel ligger i den mobile tilgjengelighet av et slikt testsystem for testing av en rekke høyspenttransformatorer installert permanent på ulike steder. Besparelsene i installasjonstid og driftskostnad av et slikt mobilt testsystem er høy sammenliknet med konvensjonelle stasjonære testanlegg. Det foreligger et tilsvarende stort behov for mobile testsystemer som med hensyn til båndbredde av testeffekten kan dimensjoneres til å være enda mer variabel og sterkere. Dimensjoneringen med hensyn til testeffekt står imidlertid i direkte sammenheng med den totale størrelsen av det mobile testsystemet. Siden dette, som nevnt foran, er installert i en container, foreligger det en begrensning på totalstørrelsen grunnet de gjeldende veitrafikkreglene i Tyskland samt aksellastfordelingen. I de internasjonale omgivelsene foreligger det tilsvarende restriksjoner med nesten identiske grenseverdier. Det mobile testsystemet som har blitt kjent fra firmapublikasjonen 8.71/3 overskrider derved grensene for de tillatte dimensjonene og
3 aksellastfordelingene betydelig. Filtertransformatoren som er inkludert i denne modellen for undertrykking av asymmetriske interferensvariable har en ytelse på 00 kva. Det kan ikke lenger oppnås noen nevneverdig økning av testytelsen for slike testsystemer. [0006] Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å framskaffe en anordning for testing av utstyr for høyspentteknikk, særlig krafttransformatorer eller induktorer, som med hensyn til den oppnåelige testytelsen oppnår en betydelig økning sammenliknet med kjent teknikk og som likevel kan anvendes som mobilt transformatortestsystem. [0007] Dette formålet oppnås med en anordning for testing av utstyr innen høyspentteknikk med trekkene fra det første patentkravet. Underkravene angår særlig fordelaktige videreutviklinger av oppfinnelsen. [0008] Den generelle oppfinneriske ide består i å forskyve den påkrevde potensialseparasjon for undertrykking av asymmetriske interferensvariable til inngangssiden av den statiske frekvensomformeren samt på nettstrømsiden. Den tidligere potensialseparasjon ved lastsiden av filtertransformatoren innlemmet i sinusfilteret krever i sammenlikning store transformatorer. 1 2 Dette er begrunnet med at den statiske frekvensomformeren på nettsiden bare er ansvarlig for å framskaffe tilstrekkelig effekt til testsystemet. Den delen av den statiske frekvensomformeren som ligger på lastsiden, må dessuten være i stand til å stille den tilstrekkelig høye reaktive effekt til rådighet for testingen. Derfor er den delen av den statiske frekvensomformeren som ligger på lastsiden med hensyn til effekt dimensjonert til å være sterkere enn delen ved nettsiden (typisk: på nettsiden 40 % ytelse, på lastsiden: 0 % ytelse). For en signifikant økning av skinneffekten ved lastsiden må det derfor anvendes en tilsvarende større filtertransformator. Testsystemet ville dermed ikke lenger være hensiktsmessig med henblikk på veitrafikkbestemmelsene med hensyn til den totale størrelsen og aksellastfordelingen. Ettersom potensialseparasjonen ifølge oppfinnelsen på nettsiden av den statiske frekvensomformeren nå er forskjøvet, er det i et mobilt testsystem tilstrekkelig med en transformator som bare må dimensjoneres i samsvar med den effektive effekten på nettsiden. Med disse forholdsreglene kan dermed konformiteten for den tillatte totalstørrelse og aksellastfordeling sikres på en enkel og effektiv måte. 30 [0009] Den virkelige egentlige filterinnretningen består dermed ikke lenger av en filtertransformator og jordede filterkondensatorer sammenkoblet i en stjernekrets, som kjent fra DE 07 09 289.4-3, men kun av flere drosselspoler koplet i serie ved utgangene av den statiske frekvensomformeren og deretter jordede filterkondensatorer, som er koplet i en stjernekrets og som produserer en filtrering av de asymmetriske interferensvariable mellom
4 faselederen og jord. Denne filtreringen av de asymmetriske interferensvariablene muliggjøres først på grunn av potensialseparasjonen av transformatorene som anvendes på nettsiden. Derved er det mellom primær- og sekundærsiden av transformatorene anvendt på nettsiden forsynt en jordet elektrostatisk skjerm, som i tillegg bidrar til utladning av de asymmetriske interferensvariablene. [00] Det er en fordel når den statiske frekvensomformeren, transformatoren på nettsiden og sinusfilteret på lastsiden sammen med filterkondensatorene koplet i stjernekrets er opptatt i et bryterskap, slik at ingen asymmetrisk interferens kan nå fram til transformatoren som er under testing. [0011] I henhold til en foretrukket utførelsesform er det i filteranordningen, i tillegg til filterkondensatorene koplet i stjerneform, forsynt ytterligere filterkondensatorer koplet med hverandre i en triangulær krets, som produserer filtrering av de symmetriske interferensvariablene mellom faselederne. [0012] Idet transformatoren ifølge oppfinnelsen for testsystemet er skiftet til nettsiden, oppviser 1 hele anlegget en tydelig redusert totalstørrelse sammenliknet med den kjente teknikk. Dessuten kan også den passive kompensasjonsenheten utelates fra det nye testsystemet, som bidrar ytterligere til reduksjon av størrelsen. [0013] Den foreliggende oppfinnelsen er imidlertid ikke bare begrenset til mobile transformatortestesystemer, men det er også tenkbart å bruke det generelle oppfinneriske konsept, det vil si skifting av transformatoren på nettsiden, også på en stasjonær transformatortesteanordning. [0014] Oppfinnelsen skal i det etterfølgende forklares nærmere med hjelp av figurer, som viser: Figur 1 et koblingsskjema fra den kjente teknikk, som ikke tidligere er publisert, av et transformatortestesystem, 2 Figur 2 viser et koblingsskjema av en anordning ifølge oppfinnelsen, Figur 3 viser en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen med ekstra filterkondensatorer. [001] I figur 1 er det vist et koblingsskjema over en anordning for prøving av apparater innen høyspentteknikk beskrevet i DE 07 09 289.4-3, som imidlertid ikke tidligere er offentliggjort. Derved blir det framskaffet en statisk frekvensomformer 2 med vekselspenning fra
strømnettet 4, som først fører til en likeretter. Videre oppviser frekvensomformeren 2 en første utgang 21, en andre utgang 22 og en tredje utgang 23. Den statiske frekvensomformeren 2 er en spenningsmellomkrets-omformer med en digital styring og regulering. Hver av utgangene 21, 22 og 23 av den statiske frekvensomformeren 2 leder til en filteranordning 6, særlig en primærside 11/1 av en filtertransformator 11. Filtertransformatoren 11 omfatter primærsiden 11/1 og en sekundærside 11/2. Sekundærsiden 11/2 av filtertransformatoren 11 er forbundet med filtrekondensatorer C1, C2 og C3, som er anordnet i en stjernekrets 13. Stjernepunktet er på sin side videre forbundet med jord 16. Filtertransformatoren 11 framskaffer en potensialseparasjon mellom hver av utgangene 21 til 23 av frekvensomformeren og kondensatorene C1 til C3 i stjernekretsen 13. [0016] I tillegg er det mellom primærsiden 11/1 og sekundærsiden 11/2 av filtertransformatoren 11 anordnet en jordet elektrostatisk skjerm 17. Filteranordningen 6, bestående av filterfransformatoren 11 og stjernekretsen 13 med filterkondensatorene C1 til C3 er forbundet med en første utgang 31, med en andre utgang 32 og med en tredje utgang 33 med en 1 tilpasningstransformator 8 og denne videre til transformatoren 1 som skal testes. [0017] Grunnet det faktum at, som illustrert i figur 2, filtertransformatoren 11 tidligere arrangert ved lastsiden nå er skiftet i henhold til oppfinnelsen til siden med strømnettet 4, blir det oppnådd betydelige fordeler ikke bare med hensyn til massen av enkeltkomponentene i testsystemet, men testinstallasjoner har også vist at det er mulig å oppnå en bedre undertrykking av partiell utladningsinterferens av den statiske frekvensomformeren. [0018] Til forskjell fra figur 1, er i figur 2 sekundærsiden 11/2 av filtertransformatoren 11 nå koplet 2 30 til inngangene 18, 19 og av den statiske frekvensomformeren 2. Derved blir primærsiden 11/1 av filtertransformatoren 11 tilført vekselspenning fra strømnettet 4. Mellom primærsiden 11/1 og sekundærsiden 11/2 er det dessuten forsynt en elektrostatisk skjerm 17, som bidrar ytterligere til å avlede de asymmetriske interferensvariablene. Filtertransformatoren 11 sørger dessuten for den nødvendige potensialseparasjon for en interferensfattig delutladningsmåling. Sekundærsiden 11/2 av filtertransformatoren 11 munner, som beskrevet, ut i inngangene 18, 19 og av den statiske frekvensomformeren 2, som framskaffer den påkrevde utgangsspenning samt de ulike påkrevde testfrekvensene. Hver av utgangene 21, 22 og 23 av frekvensomformeren 2 er innenfor filteranordningen 6 forbundet med en drossel 24, 2 og 26 og disse videre med de jordete filterkondensatorene C1, C2 og C3 sammenkoblet med hverandre i stjerneform. Utgangene 31, 32 og 33 av filteranordningen 6 er på sin side tilsluttet tilpasningstransformatoren 8, som for sin del igjen er forbundet med høyspentutstyret som skal testes, i dette tilfellet en krafttransformator 1.
6 [0019] I figur 3 er filteranordningen 6 i tillegg forsynt filterkondensatorer 40, 41 og 42 arrangert med hverandre i en triangulærkrets, som bevirker en filtrering med hensyn til de symmetriske interferensvariablene mellom faselederne.
7 Patentkrav 1 1. Anordning for høyspenttesting av utstyr i høyspentteknologi, særlig krafttransformatorer eller induktorer, omfattende en filtertransformator (11) der en jordet elektrostatisk skjerm (17) er forsynt mellom en primærside (11/1) og en sekundærside (11/2), hvorved skjermen omfatter en statisk frekvensomformer (2) med flere innganger (18, 19, ) og utganger (21, 22, 23) og omfatter videre en filteranordning (6), som er forbundet med utgangene (21, 22, 23), hvorved filteranordningen (6) omfatter filterkondensatorer (C1, C2, C3) innbyrdes forbundet i en stjernekrets med et jordet stjernepunkt (13), hvorved anordningen omfatter en tilpasningstransformator (8), hvorved et flertall utganger (31, 32, 33) ved filteranordningen (6) er forbundet med tilpasningstransformatoren (8), som i sin tur er forbundet med en transformator (1) som skal testes, karakterisert ved at filtertransformatoren (11) er slik forbundet med flertallet innganger (18, 19, ) ved den statiske frekvensomformeren (2), at filtertransformatoren (11) produserer en potensialseparasjon mellom et strømnett (4) og filterkondensatorene (C1, C2, C3) og derved muliggjør måling av en partiell utladning. 2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at drosselspoler (24, 2, 26) er arrangert inne i filteranordningen (6) ved de respektive utgangene (21, 22, 23) av den statiske frekvensomformeren (2) og koplet i serie. 3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at filteranordningen (6) i tillegg omfatter filterkondensatorer (40, 41, 42) koplet i en triangulær krets. 4. Anordning ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den statiske frekvensomformeren (2) og filtertransformatoren (11) ved kraftsiden er opptatt sammen med drosselspolene (24, 2, 26) og filterkondensatorene (C1, C2, C3) i et bryterskap, slik at ingen asymmetrisk interferens når fram til transformatoren (1) som skal testes.