DD214461A1

DD214461A1 - Messsonde und schaltungsanordnung zur elektrischen detektion von teilentladungen

Info

Publication number: DD214461A1
Application number: DD24984983A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Lemke; Werner Weissenberg; Karlheinz Scharnhorst
Original assignee: Meissen Kabelwerk
Priority date: 1983-04-14
Filing date: 1983-04-14
Publication date: 1984-10-10
Also published as: CH665486A5; DD214461B1; DE3408256A1; DE3408256C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messsonde und Schaltungsanordnung zur elektrischen Detektion von Teilentladungen in elektrischen Betriebsmitteln. Es ist Ziel der Erfindung, die Detektion von Teilentladungen an elektrischen Betriebsmitteln zu ermoeglichen, ohne dass Anlagenteile freigeschaltet werden muessen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erfassung von Teilentladungssignalen von unter Hochspannung stehenden Betriebsmitteln ohne Hochspannungskoppelkondensatoren zu gewaehrleisten. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass die Messsonde aus einem ueber ein Kompensationsnetzwerk miteinander verbundenen Dreielektrodensystem besteht, bei dem an der dem Pruefling zugewandten Seite zwischen eine Messelektrode und eine gehaeuseartig ausgestaltete Bezugselektrode eine Kompensationselektrode angeordnet ist. Innerhalb der Bezugselektrode sind zwei Differenzverstaerker integriert, deren Anstiegzeit im Vergleichzur Dauer der TE-Impulse sehr klein ist und im Nanosekundenbereich liegt.

Description

Titel der Erfindung

Meßsonde und Schaltungsanordnung zur elektrischen Detektion von Teilentladungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßsonde und Schaltungsanordnung zur elektrischen Detektion von Isolierungen elektrischer Betriebsmittel der Hochspannungstechnik, vorzugsweise der elektrischen Energieübertragungstechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen die durch Teilentladungs (TE) - Vorgänge verursachten elektrischen Ausgleichsvorgänge in elektrischen Betriebsmitteln, die im Nanosekunden-Zeitbereich ablaufen, mittels TE-freier Hochspannung skoppe !kondensatoren ausgekoppelt und der TE-Meßeinrichtung zugeführt werden

DD - PS 139 958 und 141 868

Obwohl in der DD - PS 141 868 Maßnahmen zur Reduzierung der Kapazität des Hochspannungskoppelkondensators vorgeschlagen wurden, konnte dennoch auf diesen nicht verzichtet werden. Daran ändert auch die Tatsache nichts, daß der Hochspannungskoppe !kondensator nach der DD-PS 159 216 in einem Prüfend-Verschluß integriert ist.

Entsprechende Festlegungen für die Teilentladungsbewertung elektrischer Betriebsmittel sind auch in den internationalen Standards für die Teilentladungsmeßtechnik enthalten.

IEC-Publikation 270 - Ausgabe 1981 Entwurf der Jlö-Publikation 20 A (Secr.) 97 VDE-Vorschrift 0472 - Ausgabe 1982 VDE~Vorschrift 0434 - Ausgabe 1983

Die vorgenannten Teilentladungsiaeßverfahren sind nur für die Qualitätskontrolle als Abnahmeprüfung anwendbar» Sie eignen sich jedoch nicht für Betriebsmessungen und prophylaktische Untersuchungen an Betriebsmitteln der Energieübertragungstechnik, weil diese unter Spannung stehen und aus Gründen der sicüieren Versorgung der Abnehmer nicht freigeschaltet werden können. Außerdem sind die zur Ankopplung benötigten teilentladungsfreien Hochspannungskondensatoren sehr teuer und verursachen auf Grund ihrer großen Masse spezielle Transportprobleme. Schließlich muß für den Anschluß der Hochspannungskoppelkondensatoren der Hochspannung führende Pol des Betriebsmittels zugänglich, sein, wozu geeignete teilentladungsfreie Hochspannungsdurchführungen und Endenabschlüsse notwendig sind.

Die vorgenannten Probleme haben dazu geführt, für Spezialanwendungen in' SiV - Schaltanlagen Hochspannungskoppelkondensatoren in die Anlage zu integrieren« Derartige Schaltung sanordnungen sind aus der nachfolgend angegebenen Literatur bekannt, Beyer, M_e; Kamm, W.5 Sachs, G,

Messung und Ortung von Teilentladungen an Rohrgaskabeln bzw, an gekapselten Schaltanlagen Elektrizitätswirtschaft 81 (1982) 1/2, S* 27 - 30

Reeves, J. H.

Locating high voltage insulation faults in switchgear Electrical Review (1982) 2, S. 36 ~ 37

Boggs, S, A.

Electromagnetic techniques for fault and partial discharge localisation in gas — insulated cables and substations IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems 101 (1982) 7, S, 1935 - 1941

Die darin angegebenen Möglichkeiten sind nur anwendbar, wenn die Betriebsmittel bereits beim Herstellungsprozeß mit integrierten Hochspannungskoppelkondensatoren ausgerüstet werden. Eine nachträgliche Installation unter Betriebsbedingungen ist nicht akzeptabel und kaum realisierbar. Aus vorstehenden Darlegungen folgt, daß im praktischen Fall die Teilentladung smes sung unter Betriebsbedingungen auf speziell dafür ausgestattete Betriebsmittel beschränkt ist.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Detektion elektrischer Teilentladungsvorgänge in Betriebsmitteln der Hochspannungsisoliertechnik im Sinne einfach handhabbarer Betriebsmeßtechnik zu ermöglichen, ohne daß Anlagenteile freigeschaltet werden müssen und Hochspannungskoppelkondensatoren und Hochspannungsdurchführungen notwendig sind,

Darlegung des JVesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßsonde und dazugehörige Schaltungsanordnung zu schaffen, durch die eine Erfassung der Teilentladungssignale von elektrischen Betriebsmitteln, die unter Hochspannung stehen und starken elektromagnetischen Störfeldern ausgesetzt sind, ermöglicht wird.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßsonde aus einem über ein Kompensationsnetzwerk miteinander verbundenem Dreielektrodensystem besteht, bei dem an der dem Prüfling zugewandten Seite zwischen einer Meßelektrode und einer gehäuseartig ausgestalteten Bezugselektrode eine Kompensationselektrode angeordnet ist. Innerhalb der Bezugselektrode sind zwei potentialfrei betriebene Differenzverstärker integriert, deren Anstiegszeit im Vergleich zur Dauer der TE-Impulse sehr klein ist und im NanoSekundenbereich liegt.

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Das Dreielektrodensystem ist zweckmäßigerweise der Geometrie des zu untersuchenden Prüflings angepaßt. Bei zylindrischen Prüflingen z, B, Hochspannungskabel, sind deshalb die Meßelektrode, Bezugselektrode und Kompensationselektrode vorzugsweise koaxial angeordnet und in Form von aufklappbaren Segmenten ausgeführt. Die in der Meßsonde enthaltenen Bau~ elemente sind schaltungstechnisch wie folgt miteinander verbunden j

Die Meßelektrode ist mit dem nicht invertierenden Eingang und die Kompensationselektrode mit dem invertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden. Parallel zu den beiden Eingängen des ersten DifferenzVerstärkers ist ein Kompensationsnetzwerk so geschaltet, daß eine Verbindung zur Bezugselektrode besteht. Der Ausgang des ersten Differenzverstärkers ist an den nicht invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers angeschlossen. Außerdem ist die Bezugselektrode über ein Impulsformernetzwerk und den invertierenden Eingang mit dem zweiten Differenzverstärker verbunden. Der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers sowie die Bezugselektrode ist an eine Bewertungseinheit angekoppelt,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1ϊ eine Meßsonde mit der dazugehörigen Schaltungsanordnung

Fig. 2: den zeitlichen Ablauf der Impulsfolge der durch TE-Vorgänge. verursachten Signale der Schaltungsanordnung.

Die Erfassung der im Betriebsmittel 1 entstehenden TE-Signale erfolgt auf elektromagnetischem Wege durch die Meßelektrode 2. Die Meßelektrode 2 ist so angeordnet, daß sie in ihrer aktiven Zone mit dem Betriebsmittel 1 in engem elektromagnetischen Kontakt steht· Das wird durch einen sehr kleinen Abstand zum Betriebsmittel 1 erreicht«

Dabei ist jedoch zu beachten, daß ein galvanischer Kontakt zum Betriebsmittel nicht erfolgt. Außerdem ist die Meßelektrode 2 von der Bezugselektrode 3 and- Kompensationselektrode 4· elektromagnetisch eingeschirmt. Der Abstand und die Flächenbedeckung sind so zu dimensionieren, daß die Kapazität der Meßelektrode 2 gegenüber der Kompensationselektrode 4 und Bezugselektrode 3 wenige pP nicht übersteigt. Die Kompensationselektrode 4 ist so angeordnet, daß sie zur Bezugselektrode 3 eine Kapazität von über 10 pi" aufweist. Die innerhalb der Bezugselektrode 3 untergebrachte elektronische Verarbeitungseinheit besteht im wesentlichen aus den Differenzverstärkern 5} 10, mit einer Anstiegszeit im Nanosekunden-Zeitbereich, Da die erfaßbare Signalamplitude auf Grund der "losen" Ankopplung an das Betriebsmittel 1 um Größenordnungen gegenüber dem Original-TE-Signal geschwächt wird, kann das Meßsignal nicht ohne zusätzliche Maßnahmen vom Störpegel der Umgebung unterschieden werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der TE-Signalpegel ohnehin nur im Mikrovolt-Bereich liegt. In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird daher im Hinblick auf eine Störsignalreduzierung die Bezugselektrode 3 potentialfrei betrieben, wodurch sie stets das Störsignal des Ortes empfängt, wo sie angeordnet ist. Ein Teil des Störsignales wird auch in der Kompensationselektrode 4 wirksam. Das wird durch die Kapazität zwischen der Bezugselektrode 3 uiid der Kompensationselektrode 4 gewährleistet. Somit gelingt es mit Hilfe des Differenzverstärkers 5» der mit dem nicht invertierenden Eingang 6 an die Meßelektrode 2 und mit dem invertierenden Eingang 7 an die Kompensationselektrode 4 angeschlossen ist, das Störsignal zu kompensieren. Diese Kompensation ist möglich, weil das Störsignal infolge des unvermeidbaren elektromagnetischen Durchgriffs auch an der Meßelektrode 2 und damit am Eingang 6 des MeßVerstärkers 5 in analoger Weise erscheint wie über die Kompensationselektrode 4 am Eingang 7·

Ein Abgleich auf ein optimales Verhältnis zwischen Nutζsignal und Störsignal erfolgt mittels des Kompensationsnetzwerkes 8, durch das die elektromagnetischen Kopplungen zwischen Betriebsmittel 1_? Bezugselektrode 3, Kompensationselektrode 4- und Meßelektrode 2 auf ein Optimum eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 5 gelangt an den nicht invertierenden Eingang 9 des Differenzverstärkers 10, während der invertierende Eingang 11 über ein Impulsformernetzwerk 12 mit der Bezugselektrode 3 verbunden ist. Durch das Impulsformernetzwerk 12 wird gewährleistet, daß einerseits nur unipolare Signale kurzer Anstiegszeit und Dauer, also TE-Impulse, weiterverarbeitet werden und andererseits Störsignale, die von der Bezugselektrode 3 aufgefangen wurden, zur Eliminierung der ebenfalls an der MeBelektrode 2 erscheinenden Störungen beitragen« Es ist noch zu erwähnen, daß die erfindungsgemäJße Schaltungsanordnung auch funktioniert, wenn die Anschlüsse der Eingänge 6; 7 am Differenzverstärker 5 und in analoger'Weise die Eingänge 9? 10 am Differenzverstärker 10 vertauscht werden.

Die Differenzverstärker 5? 10 sind so ausgestaltet, daß ihre Anstiegszeit im Nanosekunden-Zeitbereich liegt. Dadurch wird gesichert, daß die Bezugselektrode 3 während der kurzen Dauer der TE-Signale infolge ihrer Raumkapazität ein festes Bezugspotential beibehält, während sie bei Betrachtung längerer Zeitabstände dem "schwimmenden¹¹ Potential der Umgebung nahezu unverzögert folgt. Somit kann für die kurze Dauer der TE-Signale das Potential der Bezugselektrode 3 als Masse-Bezugs—Potential angesehen werden, wodurch eine Verstärkung der TE-Signale mittels der Differenzverstärker 5 j 10 überhaupt erst ermöglicht wird.

Zur qualitativen und quantitativen Bewertung der TE-Signale wird die Signaldifferenz zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 10 und der Bezugselektrode 3 einer ebenfalls potentialfrei betriebenen Bewertungseinheit 13 zugeführt. An die Bewertungseinheit 13 ist zweckmäßigerweise ein Oszilloskop 14 angeschlossen, das natürlich ebenfalls potentialfrei betrieben werden muß.

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In Fig. 2 sind die Kurvenverläufe dargestellt, wie sie am Oszilloskop 14 sichtbar gemacht werden können. Während in der Kurve A ein vom Betriebsmittel 1 ausgekoppeltes !EB-Signal gezeigt ist, verdeutlicht die Kurve B das Ausgangssignal des Differenzverstärkers und die Kurve C das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10. Der Verlauf des Ausgangssignales der Bewertungseinheit 13 ist aus * der Kurve D erkennbar.

Es ist noch zu erwähnen, daß eine universelle Anwendbarkeit der potentialfreien elektromagnetischen Meßsonde gewährleistet ist, wenn diese in der konstruktiven Ausgestaltung den Prüflingen bzw. Betriebsmitteln 1 weitestgehend angepaßt sowie trag- und aufklappbar ausgeführt ist.

Claims

r— ... - 8 - Erfindungsansprüche ./ i ί I

1« Meßsonde zur elektrischen Detektion Von Teilentladungen in elektrischen Isolierungen von unter Hochspannung stehenden Betriebsmitteln unter Anwendung von breitbandigen Teilentladungsmeßsystemen, gekennzeichnet :dadurch, daß diese aus einem über ein Kompensationsnetzwerk (8) miteinander verbundenem Drehelektrodensystern besteht, bei dem an der dem Prüfling zugewandten Seite zwischen einer Meßelektrode (2) und einer gehäuseartig ausgestalteten Bezugselektrode (3) eine Kompensationselektrode (4) angeordnet ist und innerhalb der Bezugselektrode (3), Differenzverstärker (5;10) integriert sind, deren Anstiegszeit im Vergleich zur Dauer der TE-Iinpulse sehr klein ist und im Nanosekundenbereich liegt.

2. Meßsonde nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daü das Dreielektrodensystem der Geometrie des zu untersuchenden Prüflings angepaßt und bei zylindrischen Betriebsmitteln (1) vorzugsweise die Meßelektrode (2), Bezugselektrode (3) und Kompensationselektrode (4) koaxial angeordnet und in Form von aufklappbaren Segmenten ausgeführt ist.

3. Schaltungsanordnung für Meßsonde nach Punkt 1 und 2» gekennzeichnet dadurch, daß die Meßelektrode (2) mit einem Eingang (6) ub-cL die Kompensationselektrode (4) mit einem Eingang (7) des Differenzverstärkers (5) verbunden und parallel zu den Eingängen (6;7) ein Kompensationsnetzwerk (8) so geschaltet ist, daß eine Verbindung zur Bezugselektrode (3) besteht und der Ausgang des Differenz Verstärkers (5) an den Eingang (9) sowie die Bezugselektrode (3) über ein Impulsformernetzwerk (12) an den Eingang. (11) des Differenzverstärkers (10) angeschlossen und der Ausgang des Differenzverstärkers (10) sowie die Bezugselektrode (3) an eine Bewertungseinheit (13) angekoppelt ist«

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