CH638314A5 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung von fremdteilchen in einem gasdichten elektrischen geraet. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich- die erzeugten elastischen Wellen umso grösser werden, je tung zur Feststellung von metallischen Fremdteilchen in ei- grösser das Teilchen ist. Bei einem kugelförmigen Metallteil-nem gasdichten elektrischen Gerät mit einem ein isolierendes chen ist die elektrostatische Kraft proportional dem Quadrat Gas enthaltenden geerdeten Gefass, das einen Hochspannung 45 des Radius des Teilchens, während die Schwerkraft propor-führenden Teil enthält. tional der dritten Potenz des Radius des Teilchens ist, so dass

Eines der Probleme, die bei ein isolierendes Gas enthalten- die Bewegung des Teilchens umso geringer ist, je grösser der den, abgedichteten elektrischen Geräten auftritt, ist die An- Radius des Teilchens ist. In jedem Falle bewegt sich das Me-wesenheit von Fremdteilchen, wie z.B. Metallteilchen. Solche tallteilchen 4 aktiv in dem Raum zwischen dem zentralen Lei-Fremdteilchen können durch Reibung an den Kontaktflä- 50 ter 1 und dem geerdeten Gefäss 3, und es tritt während der chen der Metallteile während des Zusammenbaues in dem Auf- und Abbewegung des Metallteilchens ein Isolations-Herstellerwerk erzeugt werden, oder sie können an der Stelle durchbrach auf, und zwar bei einer Spannung, die viel gerin-auftreten, an der das elektrische Gerät installiert ist. Die ger ist als die Durchbruchsspannung bei Abwesenheit eines

Fremdteilchen können auch in das Innere des Gerätes hinein- Metallteilchens.

gelangen, solange dieses vor der Abdichtung der umgebenden 55 Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines elektrischen Gerätes, das Atmosphäre ausgesetzt ist. Die Anwesenheit von Fremdteil- durch die Anwesenheit von Metallteilchen beeinträchtigt wer-chen in einem Stromkreisunterbrecher oder einem Ausschal- den kann. Ein zentraler Leiter 1 wird von einem geerdeten ter oder einem Erdungsschalter ist auch zurückführbar auf lo- Gehäuse 3 durch isolierende Abstandshalter 9 gehalten, wo-kales Verschmelzen der bewegbaren und stationären Kon- bei die Abstandshalter Verbindungen 9a für die Verbindung takte aufgrund von Reibungshitze oder Lichtbogenbildung. 60 benachbarter Teile des Leiters 1 aufweisen. Wenn kugelför-Wenn eine hohe Spannung an ein elektrisches Gerät angelegt mige Metallteilchen 10 oder nadeiförmige Metallteilchen 4 wird, das metallische Fremdteile enthält, kann ein Isolations- vorhanden sind, tritt ein Isolationsdurchbruch bei niedriger durchbrach bei einer Spannung auftreten, die um ein Mehrfa- Spannung auf.

ches geringer ist als die Isolationsfestigkeit des keine metalli- Ähnliche Probleme treten auch bei gasgefüllten Strom-

schen Fremdteilchen enthaltenden Gerätes. Bei grossen elek- 65 kreisunterbrechern auf.

frischen Geräten ist es unmöglich, den Teil des Gerätes genau Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und aufzufinden, in dem der anfangliche Spannungsdurchbruch einer Vorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit metalli-aufgetreten ist. Um den Teil des anfänglichen Spannungs- scher Fremdteilchen, in einem gasdicht abgeschlossenen elek-

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trischen Gerät. Durch die Erfindung soll es auch ermöglicht werden, die Metallteilchen in einem gasdichten elektrischen Gerät zu lokalisieren.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an den Hochspannung führenden Teil eine Spannung angelegt wird, die durch Zusammenprall der Fremdteilchen mit dem Gefäss Ultraschallwellen erzeugt, die sich durch das Gefäss fortpflanzen, deren Grösse festgestellt wird, woraus auf das Vorhandensein und auf die Form der Fremdteilchen geschlossen wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die im Anspruch 3 definiert ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch ein elektrisches Gerät zur Illustration der Bewegung von nadeiförmigen Metallteilchen unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes und der Schwerkraft;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine gasgefüllte Stromschiene, in der Metallteilchen enthalten sind;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäss der Erfindung, die an einem elektrischen Gerät angebracht ist;

Fig. 4 eine grafische Darstellung, welche die Grösse der Ausgangssignale des Messgerätes in Abhängigkeit von der angelegten Spannung zeigt;

Fig. 5A eine Vorrichtung nach Fig. 3, die an einer gasgefüllten Stromschiene angebracht ist;

Fig. 5B eine Vorrichtung nach Fig. 3, die an einem gasgefüllten Stromkreisunterbrecher angebracht ist;

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Sensoren an verschiedenen Stellen;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Sensoren unterschiedlicher Polaritäten, die an von einander entfernten Stellen angeordnet sind;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer vereinfachten Vorrichtung; und

Fig. 9 und 10 verschiedene Abwandlungen der vereinfachten Vorrichtung.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung gezeigt. Ein Hochspannung führender zentraler Leiter 1 ist in einem geerdeten Gehäuse oder Gefäss 3 eingebaut, das ein isolierendes Gas 2 enthält. In dem Gehäuse 3 sind ein nadeiförmiges Metallteilchen 4 und kugelförmige Metallteilchen 10 enthalten. Wenn an den zentralen Leiter 1 eine Spannung angelegt wird, bewegen sich die Metallteilchen 4 und 10 auf und ab, und sie erzeugen bei der Berührung mit dem geerdeten Gehäuse 3 elastische Wellen, die im wesentlichen aus Ultraschallwellen bestehen. Die elastischen Wellen werden auch durch eine Coronaentladung erzeugt, die bei einer niedrigeren Spannung auftritt als in dem Falle, in dem keine Metallteilchen vorhanden sind.

Ein Ultraschallwellen-Sensor 5, wie z.B. ein piezoelektrisches Element, ist aussen an dem geerdeten Gefäss 3 angeordnet, um die sich durch das Gehäuse 3 fortpflanzenden Ultraschallwellen zu messen und entsprechende elektrische Signale zu erzeugen. Ein Kabel 6 verbindet den Sensor 5 mit einem Verstärker 7, dessen Ausgang einer Anzeigevorrichtung, wie z.B. einem Synchroskop oder einem Digital-Speicher zugeführt wird, um eine Beobachtung zu ermöglichen. Es kann somit die Anwesenheit von Metallteilchen in dem geerdeten Gehäuse durch die Anzeige der Anzeigevorrichtung 8 festgestellt werden.

Fig. 4 zeigt das durch den Ultraschall-Sensor 5 erzeugte Ausgangssignal. Die durch eine Klammer A zusammengefas-sten Aufzeichnungen werden erhalten, wenn nadeiförmige

Metallteilchen vorhanden sind. Die durch eine Klammer B zusammengefassten Aufzeichnungen werden erhalten, wenn kugelförmige Metallteilchen vorhanden sind. Bei Anwesenheit von nadeiförmigen Metallteilchen liegen die Ausgangs-5 Spannungen etwa bei oder über einem Pegel von 1 V. Längere Metallteilchen erzeugen grössere Ausgangsspannungen. Bei Anwesenheit von kugelförmigen Metallteilchen liegen die gemessenen Spannungen etwa bei oder unterhalb einem Pegel von 0,5 V. Es ist also möglich, zwischen den Grössen der Wel-lo len zu unterscheiden, um festzustellen, ob die vorhandenen Metallteilchen nadeiförmig oder kugelförmig sind. Mit anderen Worten, man kann feststellen, dass die vorhandenen Teilchen nadeiförmig sind, wenn der Ausgang des Messgerätes oberhalb eines bestimmten Pegels liegt (beispielsweise i5 0,75 V), und dass die vorhandenen Teilchen kugelförmig sind, wenn der Ausgang der Messvorrichtung unterhalb dieses Pegels liegt.

Die Fig. 5A und 5B zeigen Ultraschall-Sensoren 5, die am gasgefüllten Gehäuse einer Stromschiene und einem Strom-20 kreisunterbrecher angebracht sind. Bei dem in Fig. 5B dargestellten Stromkreisunterbrecher sind relativ zueinander bewegbare Kontakte 11 in einem gasgefüllten Gefäss 12 enthalten, und es sind diese Kontakte mit den gasgefüllten Stromschienengehäusen 13 verbunden. In jedem Fall ermöglicht die 25 Anzeigevorrichtung 8 die Beobachtung der Ultraschallwellen, die aufgrund der Anwesenheit von Metallteilchen 4 und 10 in einem geerdeten Gehäuse 3 und 12 hervorgerufen werden. Durch Verwendung der Vorrichtung kann die Anwesenheit metallischer Fremdteilchen rechtzeitig erkannt und ein dielek-30 trischer Durchschlag verhindert werden.

In Fig. 6 sind wenigstens zwei Sensoren 5 an verschiedenen Stellen auf demselben geerdeten Gehäuse 3 (oder an verschiedenen Gehäusen 3,15) montiert, und es ist eine einzige Anzeigevorrichtung 8 mit beiden Sensoren verbunden, die 35 gleichzeitig zwei Eingangssignale anzeigt. Die Zeitverzögerung T i eines Signals zum nachfolgenden Signal wird gemessen woraus sich zusammen mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle durch das geerdete Gehäuse 3 und 15, durch Berechnung die Metallteilchen lokalisieren las-40 sen. Wird ein Differentialverstärker 16 verwendet, lassen sich auf die geerdeten Gehäuse 3 und 15 übertragene äussere, mechanische, niederfrequente Geräuschspannungen, die durch die Sensoren 5 erfasst werden ausschalten. Dadurch wird die Genauigkeit der Messung verbessert.

45 Wie in Fig. 7 dargestellt, sind Differentialsensoren 14a und 14b verschiedener Polarität an den gleichen Stellen wie vorher montiert und so angeordnet, dass sie eine zusätzliche Differentialoperation ausführen. Durch die zusätzliche Differentialoperation wird die Empfindlichkeit der Messung 50 erhöht.

Die in den Fig. 5A, 5B, 6 und 7 dargestellten Vorrichtungen sind verhältnismässig sperrig, und erfordern eine Wechselspannungsquelle. Dies ist bei gewissen Anwendungen nachteilig. Auch muss für eine Messung von Metallteilchen in 55 einem hoch gelegenen elektrischen Gerät ein besonderer Träger verwendet werden.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung. Das Ausgangssignal eines Ultraschall-Sensors 5 wird über ein Kabel 6 einem Verstärker 22 zugeführt, der es auf einen ausrei-60 chend hohen Pegel verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 22 wird einem Detektor 23 zugeleitet, der es in eine Welle umformt, die für den Antrieb eines direkt anzeigenden Anzeige-rätes, wie z.B. ein Zeigermessgerät 24, geeignet ist. Das Messgerät 24 kann ein Scheitelwert-Messgerät oder ein Mittelwert-65 Messgerät sein. Der Verstärker 22, der Detektor 23 und das Messgerät 24 bilden eine vereinfachte Messeinrichtung 21, die durch eine tragbare Energiequelle, wie z.B. eine Batterie (Trockenzellen oder Kadmiumzellen) erregt wird und somit

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keine Wechselspannungsquelle erfordert. Wenn die Anzeige des Messgerätes 24 grösser als ein spezifischer Wert ist, kann die Anwesenheit von Metallteilchen angenommen werden.

Es sind Klemmen 24 am Ausgang des Verstärkers 22 vorgesehen, die den Anschluss eines Synchroskops ermöglichen, durch den die Wellenform der Spannung beobachtet werden kann, so dass bestimmt werden kann, ob die vorhandenen Metallteilchen nadeiförmig oder kugelförmig sind, und welche Grösse die Metallteilchen haben.

Wie in Fig. 9 gezeigt, kann zwischen den Detektor 23 und dem Messgerät 24 ein Bandfilter 26 eingesetzt werden, so dass nur die gemessene Spannung einer vorbestimmten Frequenz dem Messgerät 24 zugeführt wird. Der Einsatz des Bandfilters 26 ist vorteilhaft zur Unterdrückung von Rauschspannungen, um auf diese Weise dem Messgerät 24 ein Signal zuzuführen, s welches die von den Rauschspannungen befreiten Ultraschallwellen anzeigt.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Zeigermessgerät 24 nach Fig. 9 ist hier ersetzt io durch einen Analog/Digital-Konverter 27 und ein Digital-Anzeigegerät 28.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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   PATENTANSPRÜCHE durchbruches ausfindig zu machen, muss das ganze elektri-

   1. Verfahren zur Feststellung von metallischen Fremdteil- sehe Gerät auseinandergebaut werden, was sehr mühsam und chen in einem gasdichten, elektrischen Gerät mit einem ein zeitaufwendig ist.

   isolierendes Gas enthaltenden geerdeten Gefäss, das einen Der so hervorgerufene Isolationsdurchbruch führt natür-

   Hochspannung führenden Teil enthält, dadurch gekennzeich- 5 lieh zu Störungen in dem Leistungsübertragungssystem. Ausnet, dass an den Hochspannung führenden Teil eine Span- serdem müssen die durch den Durchbruch beschädigten Teile nung angelegt wird, die durch den Zusammenprall der auseinandergebaut und repariert werden.

   Fremdteilchen mit dem Gefäss Ultraschallwellen erzeugt, die Im allgemeinen bewegen sich die in einem gasdichten, iso-sich durch das Gefäss fortpflanzen und deren Grösse festge- lierendes Gas enthaltenden Gerät vorhandenen Teilchen un-stellt wird, woraus auf das Vorhandensein und auf die Form io ter der Einwirkung des elektrischen Feldes und der Schwer-der Fremdteilchen geschlossen wird. kraft am Boden des geerdeten Gefässteiles in der unten be-
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, schriebenen Weise. In Fig. 1 ist ein elektrisches Gerät gezeigt, dass die sich durch das Gefäss fortpflanzenden Ultraschall- das der Einfachheit halber nur vereinfacht dargestellt ist. Das wellen an mehreren voneinander getrennten Stellen des Ge- elektrische Gerät enthält ein zylindrisches, geerdetes Gehäuse fasses gemessen werden, wobei aus der Zeitdifferenz zwischen is oder ein Gefäss 3, das eine Elektrode bildet, und einen zentri-dem Auftreten der Ultraschallwellen an diesen Stellen durch sehen Leiter 1, welcher eine zweite Elektrode bildet. Der Berechnung die Fremdteilchen lokalisiert werden. Raum zwischen dem Gehäuse 3 und dem zentralen Leiter 1 ist
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mit einem isolierenden Gas 2 gefüllt. Am Boden des Gefässes Anspruch 1 am gasdichten, elektrischen Gerät, dadurch ge- 3 ist ein nadeiförmiges Metallteilchen 4 vorhanden. Wenn an kennzeichnet, dass Mittel zum Messen der sich im Gefäss 20 den zentralen Leiter 1 keine Spannung angelegt ist, befindet fortpflanzenden Ultraschallwellen vorgesehen sind, die einen sich das Metallteilchen 4 in Ruhe, wie es bei (a) in Fig. 1 geVerstärker (7), welcher das Ausgangssignal eines Sensors (5) zeigt ist. Wenn an den zentralen Leiter 1 eine Spannung angeverstärkt und Anzeigemittel (8) umfassen, die das Vorhan- legt wird, wird auf das Metallteilchen eine elektrostatische densein von Fremdteilchen anzeigen, wenn das Ausgangssi- Kraft ausgeübt. Wenn die Spannung erhöht wird, wird auch gnal des Sensors ein bestimmtes Niveau überschreitet. 25 die elektrostatische Kraft erhöht. Wenn die elektrostatische
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- Kraft die Schwerkraft übersteigt, wird das Metallteilchen net, dass mehrere Sensoren (5) an mehreren voneinander ent- nach aufwärts bewegt, wie es in (b) und (c) in Fig. 1 gezeigt ist. fernten Stellen angeordnet sind. Wenn die Spannung weiter erhöht wird, bewegt sich das Me-
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- tallteilchen vom Boden weg nach aufwärts, und es schwebt in net, dass der Verstärker ein Differentialverstärker (16) ist, der 30 dem Gas und erreicht den zentralen Leiter 1, wie es bei (c), zwischen den Sensoren (5) und den Anzeigemitteln (8) ange- (d), (e) in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn die elektrostatische ordnet ist. Kraft kleiner wird als die Schwerkraft oder wenn die Rich-
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- . tung der elektrostatischen Kraft umgedreht wird, fällt das net, dass zum Ausfiltern des Rauschens aus dem Ausgangssi- Metallteilchen 4 nach abwärts, wie es bei (e), (f) und (g) in gnal des Sensors (5,14) ein Bandfilter (26) vorgesehen ist. 35 Fig. 1 gezeigt ist. Bei dem Zusammenprall mit dem Boden des
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- geerdeten Gefässes 3 werden elastische Wellen erzeugt, die im net, dass die Anzeigemittel (8) ein direkt anzeigendes Instru- wesentlichen aus Ultraschallwellen bestehen. Bei einem na-ment (24,28) umfassen. delförmigen Metallteilchen ist die elektrostatische Kraft proportional dem Quadrat der Länge des Teilchens, während die

   40 Schwerkraft direkt proportional der Länge des Teilchens ist,

   so dass die Bewegung des Teilchens umso aktiver wird und