DD141868B1 - Schaltungsanordnung zur ortung von teilentladungsfehlerstellen in hochspannungskabeln - Google Patents

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Ortung von 'leilentladungsfehlerstellen in Hochspannungskabeln

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ortung von TeilentladungsfehlersteIlen in Isolierungen von elektrischen Leitern von jlcchspannungskabeln, voraugsweise Plastkabeln.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

3s ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der iahier in Hochspa-inungskabeln auf ізг Basis von lauf sei triissungen georte" *.7erden.

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Беі dieser Schaltungsanordnung wird das Kabel als ./eilenleiter benutzt, das an einem Z.nde über einen Koppelkondensator und Ankopplungsvierpol an die Meßeinrichtung angeschlossen ist· Das andere Dnde .?ird offen betrieben, se daß hier eintreffende Impulse reflektiert werden und

des Teilentlaaungssignal sich in beiden dichtungen längs des Kabels ausbreitet, entstehen гтуеі Impulse, die seitlich nacheinander an die -.la^einrichtung gelangen. Der erste Impuls läuft auf direktem f/ege von der fehlerstelle zum Kabelende, an dem sich die Heßeinrichtung befindet. Der zweite Impuls läuft in entgegengesetzter Richtung und erreicht schließlich das offene Kabelende,

wird dort reflektiert, läuft zur Fehlerstelle zurück und danach weiter bis zur Meßeinrichtung. Demzufolge trifft der zweite Impuls gegenüber dem ersten zeitlich verzögert ein, wobei sich die Verzögerungszeit aus der zv/eifachen laufzeit zwischen der Fehlerstelle und dem offenen Kabelende ergibt. Durch Messung der Autokorrelationsfunktion der Impulsfolgen wird auf die lage der Fehlerstelle geschlossen.

Der Nachteil der beschriebenen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der zweite Impuls eine unter Umständen "wesentlich größers Wegstrecke zurücklegen muß. Im Extremfall beträgt diese Wegstrecke das zweifache der Gesamtlänge des Kabels. Dieser Impuls wird dadurch beachtlich gedämpft, v/as sich in einer Verringerung der .Amplitude unä- Verflachung des Anstiegs ausdrückt. Das führt einerseits zur Einschränkung der Meßempfindlichkeit und andererseits zu Unsicherheiten in der Iängenangabe.

3s ist ein weiteres Verfahren zur Ortung von Fehlern in der Isolierung von elektrischen Leitern, bekannt, bei dam der Prüfling mit einer Prüfwechselspannung beaufschlagt wird, dia geringfügig unter der ¹Isilentladungseinsatzspannung dar Pelilerstalle liagt. Durch Vorbaiführaa des Prüflings an зіпег .Strahlanaualis mit hartar Strahlung werden ia der Fehlerstelle 'Teilentladungen gezündet, woraus auf die lage der Fehlerstelle geschlossen werden kann

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Dar -lachteil dieses Verfahrens bestellt vor allem darin, daB dia fehlerstelle bei dar üblichen Tailentladungsmessung nicht ermittelt warden kann. Der Zeitaufwand zum Aufsuchen des Pehlers ist dadurch erheblich. Außerdem nüssen aufwendige einrichtungen zum Ab- und Aufwickeln dar Kabel vorhanden sein. Dabei bereitet ein teilentladungsfreier Hochspannungsanschluß an die sich drehenden Kabel große Schwierigkeiten. Hinzu kommt eine Gefährdung das Bedienungspersonals, weil das zu prüfende Kabel unter Hochspannung steht·

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Schließlich sind weitere Meß- und Ortungsverfahren für Teilentladungen bekannt, bei denen im Hinblick auf reproduzierbare Ließergebnisse besonderer Wert auf einen reflexionsfreien Kabelabschluß gelegt wird. Beyer, M.; Borsi, H,: Teiientladungsniessung an Hochspannungskabeln - Ursachen für Meßfehler und Möglichkeiten zu ihrer Vermeidung 31ektrizitätswirtschaft, Prankfurt/M. 2ä O 977) 26,

3. 931 - 936

Beyer, IJ.: Möglichkeiten und Frenzen der TE-iJessung und - Ortung

üTZ-A, .Vest berlin, 2Z (1973) 2 3. 96 - 99 und 3 S. 123 bis 132

Богзі, H.: Verfahren zur Messung von Teilentladungen an liochspannungskabeln unter Berücksichtigung der Aabeldaten, -m.copplungsvierpols und ließ systeme Dissertation TU Hannover 1976

J3in refleid, onsfreier Kabelanschluß kann bei diesem· bekannten Meßverfahren nur erreicht v/erden, -иепп der zur Trennung der Hochspannung von der .(leiteinrichtung erforderliche Xoppelkcndensator зіле Kapazität von ICO Ώ.2 un

r/and an teiianöladungsfreien licchspaanungskon&ensa boren großer Kapazität zur !Realisierung des reflexicnsfreien Kabelabschlusses beträchtlich ^rcß ist. Außerdem sind die benötigten Hochspannungs-Prüfanlagen sehr teuer, zumal bei derartig großen Koppeikondsnsatoren eine große Ladeleistimg von der Hochspsjanungsq.uelle gefordert 7/ird.

-i.uf Grund der bisher bestehenden großen aaiiteclmiscaen Probleme τ/ird bei dan Habe !herste Hern сіэ Fehlerortung größtenteils noch nach der sogenannten Halbierungsmethode durchgeführt. Mit Teilentladungsfehlern behaftete Hochspannungskabel werden nach der Teilentladungsmessung umgerollt, halbiert und erneut zur Teilentladungsmessung vorbereitet. Danach werden teilentiadungsfreie Kabeistücken ausgesondert und teilentladungsbehaftete Kabel-

stücken erneut unigerollt, in der Hälfte geschnitten und erneut zur Messung in das Prüffeld transportiert. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Teilentladungsfehler aus dem Hochspannungskabel herausgeschnitten sind. Ganz abgesehen davon, daß der Arbeitsaufwand für das Umrollen, für Transportleistuugen, die Sndenzubereitung und Teilentladungsinessung erheblich sind, entstehen bei der Anwendung der Halbierungsmethode eine Vielzahl von Kurzlängen und Verschnitt, der der Verschrottung zugeführt wird.

Siel dar Erfindung

3s ist Siel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Crten von Taiientladungsfehlarstellen in der Isolierung elektrischer leiter von Hochspannungskabeln zu schaffen, die bsi Verringerung des geratetechnischen Aufwandes auch im Falle von Prüflingen mit großen längenausdehnungen eine höher-э Ueßeinpfindlichkait und genauere Bestimmung des Fehlerortes unmittelbar während der ieilentladuagsmassung gewährleistet.

Darlegung das Jessns dar Erfindung

Der ^rfindung liegt die Aufgabe augrunde, еіпз Зсііаі-tungsanordniing sum Orten von Teilantladungsfehlern in Hochspannungskabeln zu entwickeln, bei der einerseits die zur Fehlerortung dienenden laurzeitdifferenzsn zwischen den Impulsen verringert und andererseits der reflexionsfreie Abschluß des Hochspannungskabels durch externe Schaltelemente umgangen v/erden soll, um dia Forderung hinsichtlich einer großen Kapazität das Koppelkondensators wesentlich reduzieren zu können.

LIerkmale der Erfindung

Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden .3nden des Hochspannungskabels so miteinander verbunden sind, da£ ein endloser Wellenleiter entsteht,

wobei die beiden Enden des Außenleiters über einen Impulsrichtungsdedektor gekoppelt sind und jeweils ein 3nde des Außenleiters an die Bezugserde geschaltet ist, während die beiden 3nden des Innenleiters unmittelbar verbunden sind und an diesem Verbindungspunkt einerseits die Hochspannungsquelle über die HP-Sperrimpedanz und andererseits das Crtungsgerät über .' eine Anpassungsimpedanz und einen Koppelkondensator angeschlossen sind. Бег Eingangskreis des Ortungsgerätes ist so dimensioniart, daß der für dia zu bewertenden impulsförmigen Vorgänge v/irksame Singangswiderstand wesentlich größer als dar ϊ/eilenwiderstand das Hochspannungskabels ist.

Der Impulsrichtungsdedektor und die Anpassungsimpedanz werden auf der Basis eines Wellenleiters realisiert, indem ein HP-Kabel verwendet wird, das auf einen waich- ~agnetischen Kern aufgebracht ist. 3in Leitar, beispiels-т/зізе der Außenleiter des HP-Kabels, dient zur Signal— fortleitung, während dar andare Leiter, beispielsweise der lnnanleitar,init einem regelbaren Widerstand verbunden ist, wodurch dia Jalil dar ,jaweils geforderten l^pedana das ubartragarsliades an daa Impulsmeßkrais gawährlaistat

Ddz wahlv/eise Anschluß jeweils eines dar beiden das Außenleiters das Hochspannungskabels an die Bezugs-згс.3 erfolgt über einen Umschalter.Zur Gewährleistung ainer Umschaltung bei anliegender Hochspannung ist ein üiida das koaxialen -^ußanleiters das Hochspannungskabais übar dia ІіР-Зр err impedanz ständig mit dar Bc-zugserde varbunden·

-i'asfuhrungsbeispiel:

Die Erfindung soll an ainem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den dazugehörigen Zeichnungan zeigen

Fig.1: eine Prinzipschaltung für die Ortung von Teilen tladungs-Fehlers te Ilen in Hochspannungskabeln

Pig.2: den prinzipiellen Aufbau eines Impulsrichtungsdedektors und einer Anpassungsimpedanz

Pig.3: einen Ablauf der Impulsfolge bei der Pehlerbestimmung

In Pig. 1 ist ersichtlich, wie die Innenleiter des zu prüfenden licchspannungskabels 1 an den Enden miteinander verbunden sind, so daß eine endlose Wanderv/ellenlaitung entsteht. Impulsreflexionan an den Enden des Hochspannungs· Labels 1 wards η dadurch vermieden, v/eil das eine Aabelende für das jeweils andere üabelende einen idealen Abschluß darstallt. Зз ist noch au erwähnen, da£> als Innenleiter das Hcchspannungskabels 1 der Haupt leiter au verstehen ist. Die beiden 3nden das Außenleiters oder konzentrischen Schutzlaiters das Hochspannungskabels 1 sind an den beiden Anschlußklemmen 2;3 über einen Impulsrichtun gs-De de Ic tor 4 zusammengeschaltet. Mit dem Umschalter 'rönnen wahlweise dia Anschlußklammen 2;3 an dia 3azugserde angeschlossen werden. 3anit dia ünischaltung auch bai

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laitar das .ischspanLaungs'-iab^ls 1 übir эіпа IiP-'iparrimp.edans 6 mit dar Sezugsarde verbunden, so da3 dar kapazitive Ladestrom des Hochspannungskabels 1 während der Umschaltung gefahrlos S³Ss^ Jrcia abgeleitet wird.

Das an das Hochspannungskabei 1 angeschlossene Ortungsgerät 7 ist so dimensioniert, la£ зэіп wirksamer JJingangsv/iderstand wesentlich größer ist, als dar v/ellan-•"idarstanc. das Hochspannungskabals 1. Dadurch ergibt sich

3C der Vorteil, lau dar Hapazitätswsrt das in dar Schaltung angeordneten Koppelkondensators δ entsprechend dem Verhältnis des ISingangswiderstandes das Impulsiventungsdadektors Ц- und dem Weilenwiderstand des Hochspannungskabels 1 reduziert werden kann. In einer praktisch raalisierten Schaltung betrug z.B. dar ISingangswiderstand das

Impulsrichtungsdedektors 4 I5OO Ohm, während der Wellenwiderstand eines untersuchten Hochspannungskabels 1 mit Polväthylanisolierung bei 3O Ohm lag. Somit war es möglich, die Kapazität des Koppelfcondensators 8 um das Fünfzigfache von 100 nP auf 2 nP zu reduzieren, ohne daß dadurch eine zusätzliche Verformung des Teilentladungsimpulses auftrat. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß mit der Verkleinerung der Kapazitätswarte auch die Induktivität des Koppelkondensators 3 verringert werden kann, 7/0durch eine Verbesserung der Impulsübertragung erreicht wird.

Um bei dar übertragung dar Гаilantladungsimpulse von niederohmigen Hochspannungskabel 1 zum hochohmigen Eingang des Ortungsgerätes 7 störende Reflexionen su vermeiden, ist der Koppelkondensator 8 über eine Anpassungsimpedanz 9 mit dem Innenlei tar des Hochspannungskabels an den Klammen 10;11 verbunden, an die auch die Hochspannungsqual la 12 über ein HP-HIntkopplungsfiltar I3 angeschlossen ist. Dia Anpassungsimpedanz 9 wird auf minimale Impulsreflexion abgeglichen. Im Prinzip sind dar Impulsrichtungsdedektor 4 und die Anpassuagsimpedanz 9

ledigl

g Зіэ unterscheiden sich lediglich durch

dia V^ ..3 chi adenartige Sins :e llung von elektrischen, ./art an. 2І.З Einzelheiten des konstruktiven Aufbaues das Impulsrichtungsdadaktors 4· und dar Anpassungsimpedanz 9 sind in ?ig. 2 dargestellt. La ein breites Prequenaband von 0,1 1,IHa bis 10 IiHz übertragen werden soll, ist dar 3insatz eines koaxialen І£?-КаЬэ1з 14 als Wellenlaiter ba-сопазгз vorteilhaft. Las Hi'-КаЬэі 14 ist auf ai.ian waichizagnatischen Kern 1$ aufgebracht. Währenα in dar erfindungs^amäiSen -ichaltungsanordnung dar Außenleiter 16 des Н1^!-ІІг.Ьэ1з 14 zur icrblaitung das llaBsignalas und in Italia dar AnpassungsLTipsdanz 9 auch zur Ableitung das i:apazitiven Ladestromes dient, ist dar Innenleiter 1y des HP-Kabels 14 an einen regelbaren Widerstand 13 angeschlossen, woaurch dia Impedanz dieses ubertragungsgliedas von Hull

bis auf den 3ndwert des regelbaren Widerstandes 18 stufenlos eingestellt werden kann. Daraus resultiert, daß der regelbare widerstand 18 nur beim Auftreten von Teilentladungsimpulsen wirksam ist. Der betriebsfrequente Iadestrom führt dagegen zu keiner Belastung. In diesem Pail wirkt nur der geringe ohmsche Widerstand des Außenleiters 16 des HP-Kabels 14, so daß auch bei auftretenden Strömen im Amperebereich der Spannungsabfall vernachlässigbar klein ist·

Einen Ablauf der Impulsfolge bei der Ortung von Teilantladungsfehlern zeigt Pig. 3. Der an dar Fehlerstelle sun Seitpunkt t auftrende Teilentladungsimpuls 19 erscheint am Ende des Hochspannungskabels 1 in Porm eines Doppelimpulses 20;21 zu den Zeitpunkten t,. und tp. Der zuerst eintreffende Teilentladungsimpuls 19 erfährt infoige der zurückgelegten "Jegstrecke auch eine geringe Dämpfung. JTach der Laufzeit tyn über das gesamte Hochspannungskabel 1 erscheint zu den Zeitpunkten Ѣ-, und t. ein weiterer Doppelimpuls 22;23· Diese .Erscheinung wiederholt sich analog stets nach der Zeit t,-,, wobei die Amplituden infolge sunahmender Dampfung immer geringer werden, .us dem zeitlichen, -ibstand Δι des Doppe!impulses 20;21 und d~r Laufzeit t,. über das НоспзозлпипззхаЬе! 1 mit :іэг ~ап~э L^₃ wird die Entfernung der fehlerstelle L-, vom Ende des Hochspannungskabels 1 nach der Gleichung

berechnet.

Um entscheiden zu köanan, von walohan ^inde diese Entfernung der Pehlarsteile L-_v su zählen ist, wird die Impedanz des Impulsrichtungsdedektors 4 von ilull ausgehend vergrößert. ;Vird dadurch die Amplitude des Teilentladungsimpulses 19 stößer und gleichzeitig die des Doppelimpul-S33 20;21 geringer, so ist die Entfernung der !fehlerstelle L₁₇. von dem Ende des Hochspannungskabels 1 aus zu rechnen, wo der Außenleiter des Hochspannungskabels 1

über den Umschalter 3 unmittelbar an die Bezugserde angeschlossen ist. Anderenfalls kehren sich die Verhältnisse um, was bedeutet, daß die Entfernung der Fehlerstelle L_n, vom anderen Ende des Hochspannungskabels 1 zu berechnen ist.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung können im Vergleich zu anderen bekannten Meßanordnungen bei wesentlich geringerein gerätetechnischen Aufwand gleichzeitig сэі der Teilentladungsmessung in Isolierungen von зізк-trisciien leitern vcn Hochspannungskabeln 1 ¹Teilentladungsfdhierstellen mit hoher Genauigkeit geortet warden. ІІзоэп der Einsparung von Arbeitszeit аг^зЪва sich durch den verringerten Verschnitt bei der rehlerbesaitigung zusätzliche material-ökonomischa jjfi'ekta.

Claims (2)

1. Srfi ndungsansprüche

   1. Schal tungsanordnung zur Ortung von Teilentladungsf 3hl erstellen in Hochspannungskabein bei Anschluß des ItaupGleiters über eine HF-Sperrimpedanz an die Hochspannungsquelle und Auskoppelung des .Oeilentladungssignales über einen Koppelkondensator, der mit einem Ortungsgerät verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Enden des Außenleiters des Hochspannungskabels (1) über einen Impulsrichtungsdetektor (4) gekoppelt .sind und сЛз beiden Lnden des Außenleiters über einen Umschalter (5) wahlweise mit der Bezugserde verbunden sind, wobei ein Knde des Außenleiters über die HT-^perrimpedanz (3) ständig mit der Bezugserde verbunden ist, während unmittelbar am Verbindungspunkt der Klemmen (1O;11) beide Snden des Innenleiters einerseits an die Hochspannungsquelle (12) über ein HP-Sntkopplungsfilter (13) und andererseits das Ortungsgerät (7) über eine Anpassungsimpedanz (9) und den Koppelkondensator (S) angeschlossen sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl der Impulsrichtungsdstektor (A-) als au.3h die Anpassungsimpedanz (9) аиз зіпз.:: Koaxialkabel (14) Ьз_ 3S3ht, саз cdi еі.:зп v/eich.iiagns-tischen Kern (15) ausgebracht ist, wobei der ^ußenlaiter (16) zur öignalfcrtleitung dient und der Innenleitor (17) mit einem einstellbaren '.Vi der st and (18) verbunden ist»

   Hierzu 2 _-_a~t