Die Erfindung betrifft Detektionsverfahren mit und ohne Kernflußsensoren zum Erfassen der
Remanenzflüsse in Transformatorkernen durch Beobachten und Auswerten der Sensorsignale
bzw. der zeitlichen Verläufe der Spannungen an den Wicklungen und / oder der Wicklungs
ströme vor und während des Ausschaltvorganges.The invention relates to detection methods with and without core flow sensors for detecting the
Remanence flows in transformer cores by observing and evaluating the sensor signals
or the time profiles of the voltages on the windings and / or the winding
currents before and during the switch-off process.
Bekannt sind Einrichtungen und Verfahren, die den Remanenzfluß von Transformatorkernen
während des Einschaltvorganges durch verschiedene Schaltvorgänge so einstellen, daß Ein
schaltstromstöße der Transformatoren vermindert werden (DE 40 19 592, DE 43 12 764). Sie
besitzen den Nachteil, daß die Transformatoren dabei mehrfach ein- und ausgeschaltet werden
müssen. Insbesondere bei großen Transformatoren erweist sich diese Vorgehensweise zur
Unterdrückung des Einschaltstromstoßes als problematisch. Bekannt sind außerdem Korrela
tionen zwischen den Zuschaltzeitpunkten der einzelnen Phasen und den Remanenzflüssen für
stoßstromfreies Einschalten von Transformatoren. Für deren Anwendung ist es erforderlich,
die Remanenzflüsse des Transformatorkernes vor dem Einschalten zu kennen. Diese Not
wendigkeit wird in der DE 36 14 057 formuliert: Im Anspruch 4 ist der "magnetische Zu
stand der Induktivität vor dem Anschalten" zu messen, wozu in der Beschreibung eine Hall
sonde vorgeschlagen wird. Die Umsetzung dieses Vorschlages ist fraglich, da es erstens nor
malerweise nicht möglich ist, die Hallsonde in Flußrichtung, also im Transformatorkern, an
zuordnen und zweitens mit einer Hallsonde nur ein Teilfluß erfaßt werden kann, aus dem auf
den Gesamtfluß geschlossen werden muß. In der DE 36 14 057 und in anderen Quellen wird
weiterhin auf die Möglichkeit des definierten Ausschaltens von Transformatoren hingewiesen,
durch die die Remanenzflüsse eingestellt werden können. Dieser Vorschlag ist unter der Vor
aussetzung realisierbar, daß die Bedingungen vor dem Ausschalten klar definiert sind. Gerade
das ist aber für Leistungstransformatoren nicht gegeben, da im Fall von Havarieabschaltungen
die Flußverhältnisse im Transformatorkern unbekannt sind. Daraus folgt, daß die Bestimmung
der Remanenzflüsse vor dem Einschalten von Transformatoren nur unter Einbeziehung von
Messungen erfüllt werden kann. Dieses Problem ist bis heute nicht befriedigend gelöst.Devices and methods are known which control the remanence flow of transformer cores
during the switch-on process by various switching processes so that On
switching current surges of the transformers can be reduced (DE 40 19 592, DE 43 12 764). she
have the disadvantage that the transformers are switched on and off several times
have to. This procedure proves to be particularly useful for large transformers
Suppression of the inrush current is problematic. Korrela are also known
between the connection times of the individual phases and the remanence flows for
surge-free switching on of transformers. For their application it is necessary
to know the remanence flows of the transformer core before switching on. This distress
Maneuverability is formulated in DE 36 14 057: In claim 4 is the "magnetic Zu
was to measure the inductance before switching on ", which is why a Hall in the description
probe is proposed. The implementation of this proposal is questionable because, firstly, nor
Sometimes it is not possible to connect the Hall probe in the direction of the flow, i.e. in the transformer core
assign and secondly, only a partial flow can be recorded with a Hall probe, from which on
the total flow must be closed. In DE 36 14 057 and in other sources
furthermore pointed out the possibility of defined switching off of transformers,
through which the remanence flows can be adjusted. This suggestion is below
Suspension realizable that the conditions are clearly defined before switching off. Straight
however, this is not the case for power transformers, as in the case of emergency shutdowns
the flow conditions in the transformer core are unknown. It follows that the provision
of the remanence flows before switching on transformers only with the inclusion of
Measurements can be met. To date, this problem has not been satisfactorily solved.
Die Remanenzflüsse in den Abschnitten eines Transformatorkernes werden vorrangig vom
letzten Ausschaltvorgang des Transformators bestimmt. Sie stellen sich in Millisekunden nach
dem Ausschalten ein und vermindern sich anschließend nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten
mit sehr großen Zeitkonstanten. Unter Kenntnis der Remanenzflüsse nach dem Ausschalten
und der Gesetzmäßigkeiten der sich anschließenden Remanenzminderung können die Rema
nenzflüsse für den darauffolgenden Einschaltvorgang bestimmt werden.The remanence flows in the sections of a transformer core are primarily from
last switching off of the transformer determined. They adjust in milliseconds
switching off and then decrease according to certain laws
with very large time constants. Knowing the remanence flows after switching off
and the regularities of the subsequent remanence reduction, the Rema
flows for the subsequent switch-on process can be determined.
Die Aufgabe der Erfindung ist die Bestimmung der Remanenzflüsse in den Abschnitten von
Transformatorkernen aus dem Ausschaltvorgang zum Zwecke des stoßstromfreien Einschal
tens.The object of the invention is to determine the remanence flows in the sections of
Transformer cores from the switch-off process for the purpose of surge-free switching
tens.
Die Lösung der Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen ausgeführten Detektionsver
fahren erreicht.The solution to the problem is with the Detection Ver explained in the claims
drive reached.
Nachfolgend wird die Remanenzflußbestimmung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.The remanence flow determination is explained in more detail below using exemplary embodiments
explained.
Zur Detektion des Remanenzflusses mit Kernflußsensor gehörig zeigt Fig. 1 idealisiert die
zeitlichen Verläufe der induzierten Spannung 1 und deren Integration 2 ohne Berücksichti
gung der Integrationskonstanten für einen Kernflußsensor (Meßwicklung), beginnend zwei
Netzperioden 7 vor dem Ausschalten 3 bis zum vollständigen Abschluß des Ausschaltens 4.For the detection of the remanent flux with Kernflußsensor belonging FIG. 1 shows idealized waveforms of the induced voltage 1 and integration 2 without Berücksichti the integration constant supply for a Kernflußsensor (measuring winding), starting two mains periods 7 before switching off 3 until the completion of turning off 4 .
Zur Detektion des Remanenzflusses ohne Kernflußsensor gehörig zeigt Fig. 2 die gemessenen
zeitlichen Verläufe der Spannung 8 und des Stromes 9 der erregten Wicklung eines leerlau
fenden Einphasentransformators, beginnend ungefähr eine Netzperiode 12 vor dem Ausschal
ten 13 bis zum vollständigen Abschluß des Ausschaltens 14. Weiterhin ist in Fig. 2 der mit
einem physikalisch basierten Modell des verwendeten Transformators berechnete Flußver
lauf 11 unter Verwendung des Stromverlaufes 9 als Eingangsgröße für die Simulationsrech
nung sowie zum Vergleich der mit einem Kernflußsensor ermittelte Flußverlauf 10 dargestellt.For the detection of the remanent flux without Kernflußsensor belonging Fig. 2 shows the waveforms of the voltage measured 8 and 9 of the current of the energized winding of a single-phase transformer leerlau fenden, beginning approximately one line period prior to the 12 Power off 13 until the completion of turning off the fourteenth Furthermore, the flow curve 11 calculated with a physically based model of the transformer used is shown in FIG. 2 using the current curve 9 as an input variable for the simulation calculation and for comparing the flow curve 10 determined with a core flow sensor.
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Auf jeden Schenkel eines Transformators ist ein Kernflußsensor (Meßwicklung) aufgebracht.
Die an den Klemmen induzierten Spannungen 1 werden mit Analog-Digital-Wandlern diskre
tisiert und fortlaufend in Ringspeicher eingelesen. Nach vollständigem Abschluß des Aus
schaltens 4 des Transformators wird das Einlesen von Spannungswerten in die Ringspeicher
durch die Steuerung gestoppt. Durch Integration der im Speicher vorliegenden diskretisierten
Spannungsverläufe beginnend mit einer oder mehreren stationären Netzperioden, erfolgt die
Bestimmung der zeitlichen Flußverläufe 2. Dabei sind die Integrationskonstanten zunächst
unbekannt und die Flußverläufe in ihrer Gesamtheit um einen Betrag 6 verschoben. Aus den
stationären Netzperioden vor dem Abschalten können die Integrationskonstanten bestimmt
werden, die Flußmittelwerte sind während dieser Zeit gleich Null. Die Integrationen sind jetzt
vollständig und die Remanenzflüsse 5 des Transformatorkerns durch die Endwerte der Inte
grationen und die Verschiebung der Flußverläufe 6 bekannt. Im Ausführungsbeispiel wird die
Analog-Digital-Wandlung, die Integration, die Speicherung und die gesamte Steuerung mit
einem Microcontroller durchgeführt.A core flow sensor (measuring winding) is applied to each leg of a transformer. The voltages 1 induced at the terminals are discretized with analog-digital converters and continuously read into ring memories. After switching off 4 of the transformer has been completed, the reading of voltage values into the ring buffer is stopped by the control. The temporal flow profiles 2 are determined by integrating the discretized voltage profiles present in the memory, starting with one or more stationary network periods. The integration constants are initially unknown and the flow patterns as a whole are shifted by an amount 6 . The integration constants can be determined from the stationary grid periods before switching off, and the mean flux values during this time are zero. The integrations are now complete and the remanence flows 5 of the transformer core through the end values of the integrations and the shift of the flow profiles 6 are known. In the exemplary embodiment, the analog-digital conversion, the integration, the storage and the entire control are carried out with a microcontroller.
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Die Spannungen 8 und / oder die Ströme 9 aller Wicklungen werden mit
Analog-Digital-Wandlern diskretisiert und fortlaufend in Ringspeicher eingelesen. Nach vollständigem
Abschluß des Ausschaltens 14 des Transformators wird das Einlesen von Spannungs- und / oder
Stromwerten in die Ringspeicher durch die Steuerung gestoppt. Die im Speicher abgelegten
Werte sind die Eingangsgrößen für die folgende Computer-Berechnung des Ausschaltvorgan
ges mit einem physikalisch basiertem Transformatormodell, das es erlaubt, die Flußverläufe
11 in einzelnen Abschnitten des Transformatorkerns zu bestimmen. Die Remanenzflüsse 15
ergeben sich als die Endwerte der Flußverläufe 11 nach vollständigem Abschluß des Aus
schaltvorganges 14. Die erforderlichen Anfangsbedingungen für die Berechnung können nur
im stationären Betrieb 12 für jeden Zeitpunkt ermittelt werden. Man erhält sie durch eine Si
mulationsrechnung oder durch Interpolation aus einem entsprechenden vorher abgelegten
Datensatz. Die aufgezeichneten Werte im Speicher müssen deshalb für einen Zeitpunkt begin
nen, der vor dem Ausschalten 13 liegt. Die Nachbildung der Kernabschnitte im Transforma
tormodell muß mit einem Hysteresemodell erfolgen, daß die im Eisen ablaufenden Vorgänge
richtig erfaßt. Nur so können die Remanenzflüsse 15 berechnet werden. Im Ausführungsbei
spiel wurde das Jiles-Atherton-Modell ("Journal of Magnetism and Magnetic Materials", Heft
61, Jahrgang 1986, Seiten 48 bis 60) dafür verwendet.The voltages 8 and / or the currents 9 of all windings are discretized using analog-digital converters and continuously read into ring memories. After the switching off 14 of the transformer has been completed, the reading of voltage and / or current values into the ring buffer is stopped by the control. The values stored in the memory are the input variables for the following computer calculation of the switch-off operation using a physically based transformer model, which allows the flux profiles 11 to be determined in individual sections of the transformer core. The remanence flows 15 result as the final values of the flow curves 11 after the switching operation 14 has been completed . The required initial conditions for the calculation can only be determined for each point in time in stationary operation 12 . They are obtained by a simulation calculation or by interpolation from a corresponding previously stored data set. The recorded values in the memory must therefore begin at a point in time before the switch-off 13 . The simulation of the core sections in the transformer model must be done with a hysteresis model that correctly records the processes taking place in the iron. Only in this way can the remanence flows 15 be calculated. In the exemplary embodiment, the Jiles Atherton model ("Journal of Magnetism and Magnetic Materials", volume 61, year 1986, pages 48 to 60) was used for this.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß die bekannten Schaltvorschriften für gesteuertes Ein
schalten von Transformatoren ohne oder mit vermindertem Einschaltstromstoß praktisch an
gewendet werden können. Insbesondere sind für die auf eine Ausschaltung folgende Einschal
tung die dabei in den Abschnitten des Transformatorkernes vorhandenen Remanenzflüsse aus
den ermittelten Remanenzflüssen 5 und 15 und den Gesetzmäßigkeiten der Remanenzminde
rung, sofern eine Berücksichtigung erforderlich ist, bestimmt.With the invention it is achieved that the known switching instructions for controlled switching of transformers can be practically applied with or without a reduced inrush current. In particular, the remanence flows present in the sections of the transformer core from the determined remanence flows 5 and 15 and the laws of remanence reduction are determined for the switch-on following a switch-off, if consideration is required.