CN110945370B - 用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的方法和测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量屏蔽电缆(GK)的局部放电脉冲的方法，其中，耦合电容器(KK)与电缆芯线的第一连接点(AL1)连接。提供第一、第二和第三耦合单元(K1、K2、K3)。第一耦合单元(K1)的输入端(E)与耦合电容器(KK)连接。第二耦合单元(K2)的输入端与电缆(GK)的护套的第一连接点(AS1)连接，并且第三耦合单元(K3)的输入端(E)与护套的第二连接点(AS2)连接。在芯线的第一连接点(AL1)上提供测试电压。根据测量信号确定用于局部放电脉冲的视在电荷的至少一个特征值。

Description

用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的方法和测试装置

技术领域

本发明涉及用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的方法和测试装置，其尤其用于确定用于局部放电脉冲的视在电荷的特征值。

背景技术

下文中反复参考国际标准IEC 60270。这样的参考始终理解为参考IEC 60270:2000+Cor.:2001+A1:2015，即参考在2000年的第三版包括2001年的附属勘误表1和2015年的修正案A1中的标准。德国标准DIN EN 60270:2001+A1:2016与该国际标准一致。除非另有明确说明，否则按照标准IEC 60270理解下文中使用的所有概念。

局部限制的放电称为局部放电(TE)，该局部放电只部分地桥接在导线之间的绝缘部，并且该局部放电可以但不是必须靠近导线出现。在屏蔽电缆中的局部放电例如可归因于在芯线和护套之间的电绝缘部中的缺陷或不均匀性。局部放电导致在屏蔽电缆的芯线和护套之间的电绝缘部的老化，并且因此对其介电质量、尤其是耐穿透性产生不利影响。为保证屏蔽电缆的介电质量，实施局部放电测量，借助该局部放电测量尤其确定用于局部放电的视在电荷的特征值。

可根据IEC 60270实施这样的局部放电测量。包括耦合电容器和测量阻抗的耦合分支在此与在高压源和接地连接点之间的试验件并联连接。典型地，所述高压源在此连接在芯线上并且所述护套接地。在此代表性地通过耦合电容器的电容与所述试验件的电容之比确定这种布置结构的灵敏度。但在测试屏蔽电缆时，由于要测试的电缆有时具有相当大的长度(最多达好几千米)，耦合电容器的电容通常明显小于试验件的电容。这导致测量灵敏度的相当大的减小。此外，远离测量点出现的放电只能有很小一部分被检测到，因为相应的局部放电脉冲由于信号分散而被显著减弱，并且因此放电能量的大部分未被检测地通过在芯线和护套和接地连接点之间的电容流走。这导致测量的不准确性和不可靠性。此外，由于信号分散与干扰和噪声的影响，不能或只能极为不准确地定位局部放电。

发明内容

因此，本发明的任务在于给出一种用于测量在屏蔽电缆上的局部放电的改进理念，其实现提高的测量灵敏度和准确性。

所述改进理念涉及一种高压测试技术领域的方法以及一种相应的测试装置。对应地，所有说明的部件理解为适合使用在高压测试技术中的部件。高电压理解为1000V或者更高的电压。只要不另外说明，“连接”也始终至少意味着“电连接”。

所述改进理念基于如下构思，即在测量时电缆的护套不与接地连接点连接，而是代替于此，除了已连接或可连接在芯线上的、包含耦合电容器和耦合单元的耦合分支之外还设置至少两个测量分支，其方式是：可在护套的不同位置上连接至少两个另外的耦合单元。由此，一方面有效地抑制了放电能量通过护套朝地流走，因为所述耦合单元由于局部放电脉冲的高频性质而对此起阻断作用。另一方面所述两个测量分支提供除了来自耦合分支的测量信号之外的测量信号。基于这些因此供使用的测量信号可以以特别高的灵敏度和准确性来确定用于局部放电脉冲的视在电荷的特征值。

根据改进理念提供一种用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的方法，该方法尤其是用于确定用于电缆的局部放电脉冲的视在电荷的特征值，所述电缆具有芯线和护套，该芯线和护套相互之间电绝缘。

根据本方法，连接耦合电容器的第一连接点与芯线的第一连接点，该芯线的第一连接点例如设置在电缆的第一端部。所述耦合电容器在此尤其构造为高压电容器。提供第一、第二和第三耦合单元，其中，所述耦合单元分别具有输入端和信号输出端。

所述第一耦合单元的输入端与耦合电容器的第二连接点连接。所述第二耦合单元的输入端与护套的第一连接点连接，并且所述第三耦合单元的输入端与护套的(尤其是在空间上远离第一连接点的)第二连接点连接。

所述耦合单元的相应的参考连接点例如可与参考电位连接，该参考电位例如是地电位。这样通过由耦合电容器和第一耦合单元组成的串联电路构成了一个耦合分支，并且通过第二和第三耦合单元分别构成了测试装置的一个测量分支。在高压测试技术的术语中，耦合单元也可称为四极耦合。

在芯线的第一连接点处提供测试电压，尤其是测试电压脉冲，该测试电压脉冲由一个或多个高压单脉冲组成。在每个耦合单元的信号输出端处获取相应的耦合单元的所属测量信号。

所述测试电压尤其是交流电压，该交流电压例如具有0-500Hz的频率。然而作为替代方案，可在不同的实施方式中使用直流电压作为测试电压。所述测试电压尤其通过高压源来提供，所述高压源直接地或通过至少一个阻断阻抗和/或通过输入端滤波器连接在芯线的第一连接点处。所述阻断阻抗和/或输入端滤波器可用于将高压源与其余的测试结构解耦。

每个耦合单元例如设置用于将在其输入端处的输入端信号(尤其是电流信号)转换为在其信号输出端处的所属测量信号，该测量信号尤其可为电压信号。在此，尤其可通过局部放电脉冲在电缆中引起电流，所述电流由于测试电压而产生。耦合电容器例如确保引起局部放电脉冲的故障的再充电。

根据测量信号(例如测量信号中的一个、两个或三个)确定用于局部放电脉冲的视在电荷的至少一个特征值。所述至少一个特征值例如等于视在电荷或者是与其成比例的值。

根据至少一种实施方式，每个所述耦合单元包含电感元件，该电感元件设置在相应的耦合单元的输入端和参考连接点之间。所述电感元件例如可构造为可适配的电感。作为替代方案，所述电感元件可构造为变流器(尤其为高频变流器，英文为High FrequencyCurrent Transformer，HFCT)。

通过提供耦合分支和两个测量分支给出多通道的测量方法，该测量方法尤其可根据IEC 60270校准。在此使用对耦合电容器和要测试的屏蔽电缆的结构的模拟，该屏蔽电缆构成具有分布元件、尤其是分布电阻、电容和电感的物体。由电缆的分布元件组成的电感片和电容片通过引入耦合单元来支持。如同屏蔽电缆一样，高压电容器也包含分布电容和电感。

耦合单元的电感元件引起耦合分支和两个测量分支对于局部放电脉冲以阻断方式运行，使得局部放电电流可不朝地流出或仅可少量朝地流出。这是因为局部放电脉冲天然地可以具有非常短的、数量级为1ns的上升时间并且因此导致高频瞬态脉冲，该高频瞬态脉冲例如可具有在从10kHz到10MHz的范围内的频率。因此，电感元件对于这些脉冲构成高阻抗。由于局部放电电流不可朝地流出，局部放电电流的特别大的部分流过耦合电容器并且可以对应地以提高的灵敏度和准确性被第一耦合单元检测。此外，第二和第三耦合单元同样可分别检测局部放电电流的一部分，使得也可考虑到用于确定视在电荷的特征值的相应测量信号。为此，耦合单元的测量信号可单独用作为基础，或其可以相互计算和/或关联。由此，进一步提高测量的准确性，因为一方面提高了局部放电在空间上靠近耦合单元之一出现的概率，并且另一方面也可通过不同测量信号的比较、计算和/或关联减小干扰或噪声的影响。

此外，因为通过设置多个耦合单元可获得更短的信号通过时间，所以减小局部放电脉冲的分散作用，该分散作用基于通过电缆引起的减弱引起。

根据至少一种实施方式，至少两个、例如所有的测量信号相互计算，以确定用于视在电荷的特征值。

根据至少一种实施方式，每个所述耦合单元包含滤波元件或滤波网络，该滤波元件或滤波网络设置在相应的耦合单元的输入端和信号输出端之间。所述滤波元件在此例如具有高通或带通特性。

可能的高通极限频率例如可为30kHz或100kHz。而对于带通，100kHz又可以为下极限频率和/或500kHz可以为上极限频率。对应于具体的要求，其他的极限频率也是可能的。

根据至少一个实施方式，耦合单元的滤波元件构造为自适应的滤波元件并且设计用于其相应的频率路径这样适配于屏蔽电缆，使得测量分支和耦合分支的传递函数相互匹配。

根据至少一种实施方式，护套的第一连接点设置在电缆的第一端部。根据至少一个实施方式，护套的第二连接点设置在电缆的(与第一端部不同的)第二端部。设置在电缆的端部尤其具有如下优点，即在电缆的端部处也特别容易接近电缆的芯线，并且因此通过将在芯线和护套之间的局部放电校准器连接在电缆的端部可实现校准，这允许根据IEC60270的校准。

所述分析单元例如包含至少一个局部放电测量装置，尤其是宽带局部放电测量装置。

根据本方法的至少一种实施方式，确定用于视在电荷的至少一个特征值包括加权第一耦合单元的测量信号。此外，加权第二耦合单元的测量信号和/或第三耦合单元的测量信号。

根据至少一种实施方式，通过对第一耦合单元和/或第二耦合单元和/或第三耦合单元的测量信号的模数转换产生相应的数字化测量信号。

根据至少一种实施方式，通过从第一耦合单元的经加权的测量信号减去第二耦合单元的经加权的测量信号和/或第三耦合单元的经加权的测量信号求取差信号。作为替代方案，通过从第一耦合单元的经加权的数字化测量信号减去第二耦合单元的经加权的数字化测量信号和/或第三耦合单元的经加权的数字化测量信号求取所述差信号。然后由差信号确定用于视在电荷的第一特征值。

根据至少一种实施方式，然后对差信号的至少一部分或从该差信号推导出的信号的至少一部分求积分。例如可以对差信号的第一半波求积分和/或对差信号的绝对值的至少一部分和/或差信号的正面积部分和/或差信号的负面积部分和/或差信号的傅里叶谱的一部分求积分。

所述积分的结果构成用于局部放电的视在电荷的第一特征值。通过计算不同测量信号，考虑局部放电的总放电能量的特别大的部分。由此实现特别高的测量准确性。当所有的测量信号被计算时准确性特别高。也特别有利的是，在计算时也可减小通过干扰或噪声引起的影响。所述差分求取考虑：局部放电电流在耦合分支中的电流方向由于上述布置结构而与在测量分支中的电流方向相反。

根据至少一种实施方式，确定用于视在电荷的所述至少一个特征值包含：由第二耦合单元的测量信号和/或第三耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的至少一个第二特征值。

根据至少一种实施方式，确定至少一个第二特征值包含：通过对第一耦合单元的测量信号和/或第二耦合单元的测量信号和/或第三耦合单元的测量信号的模数转换产生相应的数字化测量信号。然后对每个数字化测量信号的至少一部分或从其推导出的信号的至少一部分求积分。例如可对数字化测量信号的第一半波求积分和/或对数字化测量信号的绝对值的一部分和/或数字化测量信号的傅里叶谱的一部分求积分。

所述积分的结果构成用于局部放电的视在电荷的所述至少一个第二特征值。通过以上述的方式确定用于视在电荷的多个特征值，例如可通过选择或求取平均值来获得用于视在电荷的经验证的且特别精确的特征值。例如可剔除明显错误的或不精确的特征值。基于多个在电缆不同位置处的耦合单元提高特别好的测量值的概率。

根据至少一种实施方式，确定所述至少一个第二特征值包含：加权第二耦合单元的测量信号和第三耦合单元的测量信号，和通过将第二和第三耦合单元的经加权的测量信号或其傅里叶谱相加产生和信号。根据至少一种实施方式，通过将第二和第三耦合单元的经加权的数字化测量信号或其傅里叶谱相加产生所述和信号。然后由和信号确定所述第二特征值。

根据至少一种实施方式，为了确定第二特征值，通过和信号的模数转换产生数字化和信号。

然后对每个和信号或数字化和信号的至少一部分或从其推导出的信号的至少一部分求积分。例如可对和信号或数字化和信号的第一半波求积分和/或对和信号或数字化和信号的绝对值的一部分和/或上述信号的正或负面积部分和/或和信号或数字化和信号的傅里叶谱的一部分求积分。

所述积分的结果构成用于局部放电的视在电荷的所述至少一个第二特征值。由此，通过考虑多个测量信号获得较高的测量准确性。

加权测量信号例如通过将测量信号与相应的加权系数相乘获得，其中，所述加权系数例如对应于相应耦合单元在所述布置结构中的校准的相应校准系数。在这样的校准中，比较实际可在耦合单元处测量的电荷和视在电荷之间的差别。对于其他细节参阅IEC6027和下面的校准方法说明。

根据至少一种实施方式，在模数转换之前，对测量信号和/或差信号和/或和信号滤波，尤其通过低通滤波，其中，低通滤波的极限频率与模数转换的采样频率、尤其是最大采样频率一致。由此可在数字化时减小或防止混淆效应。

根据至少一种实施方式，对所述差信号和/或和信号和/或数字化和信号和/或数字化测试信号滤波，以定义测量范围。所述测量范围例如可处于0到100MHz的范围中或0到70MHz的范围中。有利的是，由此也减小干扰信号的影响。

作为上述积分的替代方案，在不同的实施方式中，确定差信号和/或和信号和/或数字化和信号和/或数字化测量信号的峰值。所述峰值则构成第一或第二特征值。

在不同的实施方式中，并行于上述脉冲分析，也相应地检测局部放电的相位信息，尤其是局部放电关于馈电电压的时间点，其例如对应于正弦波。然后由相应的相位信息可产生相应的相位解析直方图，该相位解析直方图可用于特征化局部放电。

根据至少一种实施方式，第一耦合单元设计为在50Hz的频率的情况下引导5A或更大的电流。根据至少一种实施方式，第二和第三耦合单元分别设计为在50Hz的频率的情况下引导100A或更大的电流、优选200A或更大的电流、特别优选500A或更大的电流。根据至少一种实施方式，耦合单元设计用于具有最大达2000V或更大值的电压。

根据至少一种实施方式，利用同步性、尤其是在不同的测量分支和如果有关的耦合分支之间的同步性，以小于15ns、优选小于10ns、特别优选小于5ns来实施一个或多个上述的模数转换。

根据至少一种实施方式，提供具有输入端和信号输出端的第四耦合单元，该第四耦合单元例如如同第一耦合单元一样构造。一个另外的耦合电容器与芯线的第二连接点和第四耦合单元的输入端连接。第四耦合单元的测量信号在其信号输出端处被获取，并且根据第四耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的第三特征值。

根据至少一种实施方式，芯线的第二连接点设置在电缆的第二端部。

确定第三特征值可以用上述用于确定第一或第二特征值的方式来实现，其中，第四耦合单元代替第一耦合单元。

根据至少一种实施方式，所述方法包括由第一耦合单元的测量信号和/或第二耦合单元的测量信号确定第一通过时间。由第三耦合单元的测量信号确定第二通过时间。然后基于电缆的第一和/或第二通过时间实施定位电缆的局部放电。

所述通过时间在此对应于从预先给出的参考时间点直到检测到相应测量信号的时间点、例如直到出现相应测量信号的峰值所经过的相应时间段。由于在电缆中的局部放电距不同的耦合单元或在护套上的所属连接点的空间距离不同，通过时间自然不同。

因此，从通过时间可以直接推断出在电缆中的局部放电的源头的局部位置，并且因此定位和定点局部放电。尤其可比较不同的通过时间，并且选择通过时间之一以用于定位，例如最短的通过时间。由此，可在测量时将分散效应减小到最低限度并且提高测量准确性。附加地或作为替代方案，也可根据相应的测量信号的其他特征、例如所属的视在电荷和/或所属的峰值选择通过时间，以获得尽可能最好的测量结果。

根据至少一种实施方式，本方法包括通过在第一和第三耦合单元的测量信号之间或在第二和第三耦合单元的测量信号之间构成互相关而产生相关信号。由该相关信号确定通过时间并且基于此进行局部放电的定位。

作为替代方案或附加地，为了确定通过时间和定位，相关信号可类似于上述的方法用于确定用于视在电荷的所述至少一个特征值。

通过互相关减小或消除噪声的干扰和影响，这导致测量准确性的进一步提高。

根据至少一种实施方式，提供一个或多个另外的耦合单元，其例如如同第二和第三耦合单元一样构造。所述另外的耦合单元以其输入端与护套的相应的另外的连接点连接，所述另外的连接点优选设置在护套的第一和第二连接点之间。所述另外的耦合单元的相应的测量信号在其相应的信号输出端处被获取，并且根据所述另外的耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的所述至少一个特征值。

在根据所述另外的耦合单元的测量信号确定所述至少一个特征值时，类似于第二和/或第三耦合单元的测量信号如上所述地处理和使用所述另外的耦合单元的测量信号。尤其可如上所述地对应地加权所述另外的耦合单元的测量信号。

尤其可在产生差信号时考虑所述另外的耦合单元的测量信号，其方式是：也从第一耦合单元的测量信号减去该测量信号。作为替代方案或附加地，在确定第二特征值时，尤其在产生和信号时，可类似于第二和/或第三耦合单元的测量信号考虑所述另外的耦合单元的测量信号。

根据至少一种实施方式，在确定用于视在电荷的所述至少一个特征值时替代地或附加地考虑，根据所述另外的耦合单元的测量信号实施局部放电的定位。为此对于所述另外的耦合单元的每个测量信号如上所述地确定相应的通过时间。

根据至少一种实施方式，类似于来自第二和/或第三耦合单元的测量信号的通过时间，使用属于所述另外的耦合单元的测量信号的通过时间，以定位局部放电。

根据至少一种实施方式，等距离地设置在护套上的相应的连接点，第二、第三和所述另外的耦合单元与该相应的连接点连接。

根据至少一种实施方式，至少三个通过时间相互比较，这些通过时间配属于在护套上的不同的连接点或相应的耦合单元。局部放电的定位则包括：将局部放电在空间上限定到护套上的确定两个最短通过时间所在的连接点之间的位置。由此该定位特别简单并且例如可以不具有进一步的计算步骤。此外，可替换或去除定位有局部放电的电缆部分。所述另外的耦合单元的数量越多，有利的是，要去除的电缆部分就越少。

通过设置多个耦合单元减少信号分散的影响。此外，由此实现实时显示局部放电定位结果的。

根据至少一种实施方式，本方法包括：尤其是在上述测试结构中，在提供测试电压、获取测量信号和确定所述至少一个特征值的步骤之前，尤其是根据IEC 60270或部分根据IEC 60270校准耦合单元中的至少一个。

根据至少一种实施方式，所述校准包括：确定用于至少一个所述耦合单元的校准系数。所述校准系数例如对应于用于对耦合单元的测量信号的上述加权的加权系数。

根据至少一种实施方式，在校准时，在芯线的第一连接点和耦合单元的输入端中的一个输入端之间和/或在芯线的第二连接点和耦合单元的输入端中的一个输入端之间和/或在芯线的一个另外的连接点和耦合单元的输入端中的一个输入端之间产生校准脉冲。在此，芯线的另外的连接点尤其对应于与耦合单元中的一个耦合单元连接的连接点。尤其是归因到校准脉冲的校准信号在至少一个所述耦合单元的信号输出端被获取。用于校准脉冲的视在电荷的测试值由校准信号确定。所述测试值与用于视在电荷的参考值比较并且由该比较确定用于耦合单元的校准系数，其中，所述校准系数尤其对应于测试值和参考值之间的比值或对应于与该比值成比例的值。

根据至少一种实施方式，确定测试值包括通过校准信号的模数转换产生数字化校准信号和对数字化校准信号的至少一部分或从其推导出的信号的至少一部分求积分。例如，如关于差信号和/或测量信号所述地实施所述求积分。如关于差信号和/或测量信号所述的用于滤波的不同可能性可以对应地用于校准信号。积分的结果构成校准系数。

优选地，以与对差信号和/或和信号和/或数字化测量信号求积分相同的方式实施对数字化校准信号求积分。

根据至少一种实施方式，确定参考值包含：在耦合单元的输入端和参考电位之间产生校准信号，其中，耦合单元不与电缆、高压源、耦合电容器或上述测试装置的其他部件连接。然后在耦合单元的信号输出端处获取参考信号，并且类似于上述对校准系数的确定来确定参考值。

根据至少一种实施方式，芯线的另外的连接点位于芯线的如下位置，其对应于护套的与被校准的耦合单元的输入端连接的连接点的位置。

在不同的实施方式中，在校准时在护套和/或芯线的两个连接点之间确定至少一个传递函数。因为校准脉冲具有大范围的恒定的尤其是从0到大约10MHz的频谱，所以在所述至少一个耦合单元的信号输出端处被获取的校准信号的傅里叶谱构成阶跃响应并且因此构成传递函数。在此涉及在校准器与电缆连接所在的连接点和上述耦合单元与电缆连接所在的连接点之间的传递函数。因此，通过校准可有效地实施测定电缆的传递特性。

如果护套的连接点不设置在电缆的端部，则芯线例如可借助与校准器连接的套管来触通。尤其可在安装套管时实施校准。

为了产生校准脉冲，例如可使用校准器，尤其是根据IEC 60270的校准器。所述校准器例如可以是发电机，其产生跃变电压，并包括与该校准器串联连接的电容器，使得校准脉冲由一系列具有预定强度的电流或电压脉冲组成。

通过上述校准可对应于校准器的不同的可能的布置结构为每个耦合单元确定多个校准系数。然后可由这些多个校准系数为耦合单元的测量信号的加权选择特别合适的校准器，例如对应于校准器的布置系统尽可能靠近地在护套的连接点处所述耦合单元与校准器连接。作为替代方案，可使用多个校准系数的平均值来加权。

以这种方式实现尤其是根据IEC 60270对局部放电测量的特别准确的校准。

此外，根据改进理念提供用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的测试装置，所述电缆具有芯线和护套。所述测试装置包括第一、第二和第三耦合单元、耦合电容器、高压源和分析单元。第二耦合单元的输入端可连接或连接护套的第一连接点，并且第三耦合单元的输入端可连接或连接护套的第二连接点。

所述高压源具有用于将高压源连接到芯线的第一连接点上的输出端。耦合电容器的第一连接点与高压源的输出端连接，并且第一耦合单元的输入端与耦合电容器的第二输入端连接。

所述分析单元与第一、第二和第三耦合单元的每个信号输入端连接。所述分析单元设置用于从耦合单元的信号输出端获得所属的测量信号并且根据测量信号确定用于电缆的局部放电脉冲的视在电荷的至少一个特征值。

所述分析单元设置用于按照根据改进理念的方法确定所述至少一个特征值和/或按照根据改进理念的方法实施对局部放电的定位。

根据相应的实施方式，所述分析单元设置用于实施所述不同的滤波和其他的信号处理步骤。

根据至少一种实施方式，所述测试装置包括具有输入端和信号输出端的第四耦合单元和可与芯线的第二连接点连接的一个另外的耦合电容器，其中，所述第四耦合单元的输入端与另外的耦合电容器连接。所述分析单元设置用于从第四耦合单元的信号输出端获得测量信号并且根据第四耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的所述至少一个特征值。

上述校准可类似地用于测试装置。

此外，根据改进理念提供一种测试布置结构，其包括根据改进理念的测试装置以及屏蔽电缆。所述测试装置的可与电缆连接的部件与电缆连接。

测试系统的其他的设计方式和实现形式直接由用于测量局部放电脉冲的方法的不同设计方式给出。尤其可对应地实现单个或多个关于方法描述的用于在测试系统中实施所述方法的部件和/或布置结构。

附图说明

以下借助关于附图的有利实施方式详细说明本发明。功能相同的部件或具有相同效果的部件可设有相同的附图标记。相同的部件或具有相同功能的部件可能只关于其首次出现的附图说明。所述说明不一定在以下的附图中重复。

在附图中：

图1示出根据改进理念的测试装置连同屏蔽电缆的示例性实施方式的框图；

图2A示出用于根据改进理念的测试装置或方法的耦合单元的示例性设计的框图；

图2B示出用于根据改进理念的测试装置或方法的耦合单元的另一示例性设计的框图；和

图3示出根据改进理念的测试装置连同屏蔽电缆的另一示例性实施方式的示意图。

具体实施方式

在图1中示出根据改进理念的测试装置的示例性实施方式的框图以及屏蔽电缆GK的等效电路图，该绘出的测试装置在此示例性地与所述屏蔽电缆连接。图1的测试装置可用于根据改进理念的方法。

所述电缆GK包含内部导线，所述内部导线称为芯线并且在等效电路图中通过包括第一导线电感LL1、第一导线电阻RL1、第二导线电感LL2和第二导线电阻RL2的串联电路来表示。此外，所述电缆GK具有导电的护套，该护套通过包括第一护套电感LS1、第一护套电阻RS1、第二护套电感LS2和第二护套电阻RS2的串联电路来表示。护套和内部导线相互电绝缘，这在等效电路图中通过导线护套电容CLS以及与导线护套电容并联设置的导线护套电阻RLS来考虑。所述导线护套电容CLS和导线护套电阻RLS例如设置在代表芯线或护套的串联电路之间。因此，所述等效电路图例如对应于且不限于一侧开放的电缆GK。作为替代方案，电缆的终端例如可以带有端封件或水端封件和/或附加的高压电容器。

所述芯线具有第一连接点AL1，该第一连接点例如设置在电缆的第一端部。护套具有第一和第二连接点AS1、AS2，其例如设置在电缆的第一或第二端部。

所述测试装置具有高压源HV、耦合电容器KK、分析单元A和例如第一、第二和第三耦合单元K1、K2、K3。高压源HV的输出端与芯线的第一连接点AL1和耦合电容器KK的第一连接点连接。耦合电容器的第二连接点与第一耦合单元K1的输入端E连接,所述第一耦合单元的参考连接点R与地电位连接。由此耦合分支由包括耦合电容器KK和第一耦合单元K1的串联电路构成。第二和第三耦合单元K2、K3的输入端E与护套的第一或第二连接点AS1、AS2连接。第二和第三耦合单元K2、K3的参考连接点R与地电位连接,由此构成第一和第二测量分支。耦合单元K1、K2、K3的信号输出端S与分析单元A连接。测试装置可以可选地具有另外的耦合单元,所述另外的耦合单元与护套的另外的连接点连接。

所述高压源HV设置用于在其输出端处产生测试电压，所述测试电压引起测试电流，所述测试电流在耦合分支和电缆GL之间分配(如箭头所示)。所述测试电流基本上由导线护套电容CLS确定。在芯线和护套之间的绝缘电介质的导线护套电阻RLS非常高，使得只有可忽略的部分测试电流流经所述绝缘电介质。

耦合电容器KK构造为高压电容器并且例如包含多个串联的电容器绕组。所述电容器绕组例如成形为卷绕层，该卷绕层包括具有两个导电箔的电介质。在图1中耦合电容器KK通过示例性的等效电路图表示。在电容器绕组之间和从电容器绕组到电容器的连接点的连接通过包括连接电感LK和连接电阻RK的串联电路考虑。与之串联连接的是电容器的电容CK，其通过所述电介质构成。电容器绕组的自电感LI与电容器的电容CK并联连接。

如果在电缆GK中、尤其是在护套和芯线之间的电绝缘部中出现局部放电TE，这导致尤其是高频的和/或瞬态的、既在耦合分支中也在所有测量分支中的局部放电电流或局部放电脉冲。所述耦合单元K1、K2、K3例如具有在输入端E和参考连接点R之间的电感元件，并且在局部放电脉冲的频率范围内表现为电感的，使得所述耦合单元尤其对于在高的两位数和三位数的千赫兹范围内的信号起阻断作用。因此，通过在护套和芯线之间引入耦合单元K1、K2、K3，不仅测量分支而且由第一导线电感LL1、导线护套电容CLS、第二护套电感LS2和第三耦合电感K3的自身电感构成的分支具有高阻抗和对于局部放电脉冲具有相应的阻断作用。局部放电电流由此以特别大的部分流过耦合电容器KK，这导致改进的测量灵敏度。

换言之，局部放电电流在测量分支之间分配特别有利于准确的测量，因为所有的测量分支和耦合分支具有耦合单元。然后，所述护套如同耦合电容器KK一样不直接接地,而是通过耦合单元K2、K3中的一个利用其相应的自身电感接地。

图2A示出用于根据改进理念的测试装置或方法的耦合单元K的示例性设计的框图。

所述耦合单元K构造为测量阻抗。所述耦合单元包含优选可适配的电感IE以及连接在电感IE下游的滤波元件F。所述滤波元件F例如构造为滤波网络，例如为RLC网络，该滤波网络能可选地调整其传递函数。所述耦合单元K具有输入端E和参考连接点R以及用于输出测量信号的信号输出端S，在输入端E和参考连接点R之间连接有电感IE。所述耦合单元K在此例如设置用于输出在信号输出端S的两个连接点处的差信号。

图2B示出用于根据改进理念的测试装置或方法的耦合单元K的另一示例性设计的框图。

所述耦合单元K包括变流器SW，该变流器例如构造为高频变流器(英文为HighFrequency Current Transformer,HFCT)并且构成耦合单元K的电感元件。所述变流器SW例如可构造为主绕组数为1的直通式转换器。

在图2A和2B中所示的耦合单元K可在根据改进理念的测试装置或方法中作为耦合单元使用。

图3示出根据改进理念的测试装置的另一示例性实施方式以及屏蔽电缆GK的示意图，所绘成的测试装置在此与屏蔽电缆示例性地连接。

所述屏蔽电缆GK具有芯线的第一连接点AL1和护套的多个、即N个连接点AS1、AS2、...、ASN，绘出了其中三个连接点。如通过虚线示出的中断所示，电缆GK可具有护套的另外的连接点。

如在图1中，包括耦合电容器KK和第一耦合单元K1的串联电路和高压源HV与芯线的第一连接点AL1连接。测试装置具有多个另外的耦合单元K2、K3、...、KN，示例性示出其中三个耦合单元，并且所述耦合单元以相应的输入端分别与护套的连接点AS1、AS2、...、ASN之一连接，并且所述耦合单元以相应的参考连接点与参考电位(例如地电位)连接。分析单元A与每个耦合单元的所属信号输出端连接。

通过该布置结构可使用多通道的测量方法，如以上对于根据改进理念的方法所述那样，其尤其可根据IEC 60270校准。所述电缆有效地分配到护套和芯线的连接点AS1、AS2、ASN、AL1之间的多个电缆分支中。流入电缆分支和在耦合分支中的测试电流取决于测试电压以及分别起作用的电容。在三位数赫兹范围内的频率的情况下测试结构基本上是电容式的。在根据IEC 60270的宽带的局部放电测量的频率范围中，例如在三位数的千赫兹的和位于其上的范围中，电缆GK的在低频率时可忽略的电感片起作用。

因此，通过使用根据改进理念的方法实现特别高的测量灵敏度和准确性。

通过所述改进理念给出用于在屏蔽电缆或其他具有分配元件的物体上高灵敏度地测量局部放电的方法和测试装置，由此可获得提高的灵敏度。局部放电测量的基本干扰水平可明显降低。远离电缆的第一端部出现的局部放电可明显更好地被检测。通过较小分量的信号分散实现更准确的故障定位。

所述改进理念在此描述用于屏蔽电缆。但对于本领域技术人员而言可毫无问题地类似地应用在其他的具有分布元件、例如分布电容、电感和/或电阻的物体上，并且与在应用在屏蔽电缆上时一样提供相应的优点。这样的具有分布元件的物体例如可为高压电容器、扩展式气体绝缘开关设备、GIS或高压直通装置。

附图标记

HV 高压源

GK 屏蔽电缆

KK 耦合电容器

A 分析单元

K1、K2、K3、KN、K 耦合单元

AS1、AS2、ASN 护套的连接点

AL1、AL2 芯线的连接点

RK 连接电阻

LK 连接电感

LI 电容器绕组的自电感

CK 耦合电容器的电容

LS1、LS2 护套电感

RS1、RS2 护套电阻

LL1、LL2 导线电感

RL1、RL2 导线电阻

CLS 导线护套电容

RLS 导线护套电阻

IE 电感元件

SW 变流器

F 滤波元件

E 输入端

R 参考连接点

S 信号输出端。

Claims (15)

1.用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的方法，所述屏蔽电缆具有芯线和护套，所述方法包括：

-连接耦合电容器和芯线的第一连接点；

-提供第一、第二和第三耦合单元，其中，所述第一、第二和第三耦合单元分别具有输入端和信号输出端；

-连接第一耦合单元的输入端与耦合电容器，连接第二耦合单元的输入端与护套的第一连接点，并且连接第三耦合单元的输入端与护套的第二连接点，使得护套不直接接地，而是通过第二耦合单元和第三耦合单元接地；

-在芯线的第一连接点处提供测试电压；

-在第一、第二和第三耦合单元的信号输出端处获取第一、第二和第三耦合单元的至少两个测量信号；

-根据所述至少两个测量信号确定用于电缆的局部放电脉冲的视在电荷的至少一个特征值；

-其中，使所述至少两个测量信号相互计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定用于视在电荷的所述至少一个特征值包括：

-加权第一耦合单元的测量信号；

-加权第二耦合单元的测量信号和/或第三耦合单元的测量信号；

-通过如下方式产生差信号：

-从第一耦合单元的经加权的测量信号减去第二和/或第三耦合单元的经加权的测量信号，或

-从第一耦合单元的经加权的数字化测量信号减去第二和/或第三耦合单元的经加权的数字化测量信号；和

-由差信号确定用于视在电荷的第一特征值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，由差信号确定用于视在电荷的第一特征值包括：对至少一部分差信号或从差信号推导出的信号求积分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定用于视在电荷的所述至少一个特征值包括：由第二耦合单元的测量信号和/或第三耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的至少一个第二特征值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定用于视在电荷的所述至少一个第二特征值包括：

-加权第二耦合单元的测量信号和第三耦合单元的测量信号；

-通过将第二和第三耦合单元的经加权的测量信号或将第二和第三耦合单元的经加权的测量信号的傅里叶谱相加产生和信号；并且

-由和信号确定用于视在电荷的第二特征值。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：

-提供具有输入端和信号输出端的第四耦合单元；

-连接一个另外的耦合电容器与芯线的第二连接点，并且连接第四耦合单元的输入端与该另外的耦合电容器；

-在第四耦合单元的信号输出端处获取第四耦合单元的测量信号；

-根据第四耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的第三特征值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定用于视在电荷的第三特征值包括：

-加权第三耦合单元和第四耦合单元的测量信号；

-通过如下方式产生一个另外的差信号：

-从第四耦合单元的经加权的测量信号减去第三耦合单元的经加权的信号，或

-从第四耦合单元的经加权的数字化测量信号减去第三耦合单元的经加权的数字化测量信号；和

-由该另外的差信号确定用于视在电荷的第三特征值。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：

-由第一耦合单元的测量信号和/或第二耦合单元的测量信号确定第一通过时间；

-由第三耦合单元的测量信号确定第二通过时间；

-基于第一通过时间和/或第二通过时间定位电缆的局部放电。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：

-通过在第一耦合单元的测量信号和第三耦合单元的测量信号之间或在第二耦合单元的测量信号和第三耦合单元的测量信号之间求取互相关性产生相关信号；

-由相关信号确定通过时间；

-基于通过时间定位电缆的局部放电。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：在提供测试电压、获取测量信号和确定所述至少一个特征值的步骤之前，校准所述第一、第二和第三耦合单元中的至少一个耦合单元。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一、第二和第三耦合单元分别具有参考连接点，所述参考连接点与参考电位连接，并且所述校准包括：

-在芯线的第一连接点与参考电位之间或在芯线的第一连接点与第一、第二和第三耦合单元的输入端之一之间或在芯线的一个另外的连接点与第一、第二和第三耦合单元的输入端之一之间产生校准脉冲；

-在第一、第二和第三耦合单元之一的信号输出端处获取校准信号；

-由校准信号确定用于校准脉冲的视在电荷的测试值；并且

-通过比较测试值与用于校准脉冲的视在电荷的参考值确定用于第一、第二和第三耦合单元的校准系数，在所述第一、第二和第三耦合单元的信号输出端处获取校准信号。

12.用于测量屏蔽电缆的局部放电脉冲的测试装置，所述屏蔽电缆具有芯线和护套，所述测试装置包括：

-第一、第二和第三耦合单元，其分别包括输入端和信号输出端，所述第二耦合单元的输入端用于与护套的第一连接点连接，并且所述第三耦合单元的输入端用于与护套的第二连接点连接，使得护套不直接接地，而是通过第二和第三耦合单元接地；

-高压源，其具有用于将高压源连接到芯线第一连接点上的输出端并且用于在输出端处提供测试电压；

-与高压源输出端连接的耦合电容器，其中，所述第一耦合单元的输入端与耦合电容器连接；和

-分析单元，其与第一、第二和第三耦合单元的信号输出端连接；

-其中，所述分析单元设置用于从第一、第二和第三耦合单元的信号输出端获得所属的至少两个测量信号并且根据所述至少两个测量信号确定用于电缆的局部放电脉冲的视在电荷的至少一个特征值；

-其中，使所述至少两个测量信号相互计算。

13.根据权利要求12所述的测试装置，其中，所述第一、第二和第三耦合单元中的每个耦合单元具有与参考电位连接的参考连接点，并且

-包含电感元件，所述电感元件设置在相应的耦合单元的输入端和参考连接点之间，和/或

-包含滤波元件，所述滤波元件设置在相应的耦合单元的输入端和信号输出端之间。

14.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述第一、第二和第三耦合单元的滤波元件构造为自适应的滤波元件并且为此设置用于使其相应的频率响应适配于屏蔽电缆，使得通过第二耦合单元构成的第一测量分支和通过第三耦合单元构成的第二测量分支以及包含耦合电容器和第一耦合单元的耦合分支的传递函数彼此匹配。

15.根据权利要求14所述的测试装置，还包括：

-具有输入端和信号输出端的第四耦合单元；和

-能够与芯线的第二连接点连接的一个另外的耦合电容器，其中，第四耦合单元的输入端与该另外的耦合电容器连接；

-其中，分析单元设置用于从第四耦合单元的信号输出端获得测量信号并且根据第四耦合单元的测量信号确定用于视在电荷的所述至少一个特征值。

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