DD253333A1

DD253333A1 - Teilentladungsmessanordnung mit unterdrueckung ueberlagerter hf-stoerspannungen

Info

Publication number: DD253333A1
Application number: DD29521586A
Authority: DD
Inventors: Gerd Friese
Original assignee: Robotron Messelekt
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1988-01-13

Abstract

Die Teilentladungsmessanordnung mit Unterdrueckung ueberlagerter HF-Stoerspannung sichert bei der Teilentladungsfehlstellenortung vorzugsweise an Kabeln ein sauberes Abtrennen der die elektrischen Teilentladungsimpulse ueberlagerten HF-Stoerspannung, ohne dass dabei die Polaritaetsinformation der elektrischen Teilentladungsimpulse verlorengeht. Mittels eines in der Zeit variierbaren, z. B. aus einer periodischen Grundwelle einer Pruefwechselspannung oder eines einmaligen Vorganges (Impulsspannung) gewonnenen Steuerimpulses kann die Signaluebertragung in einem Zeitfenster erfolgen. Dadurch wird es ohne zusaetzlichen Schaltungsaufwand moeglich, z. B. die bei 50 Hz Pruefwechselspannung an einem plastisolierten Hochspannungskabel entstehenden Teilentladungsimpulse in Gruppen getrennt und polaritaetsgetreu zu erfassen und zu bewerten. Die Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Gegentakttransistorschaltung mit Dioden und einem steuerbaren Widerstand zwischen den beiden Basen zur Erzeugung eines Ruhestromes. An die Steuerelektrode des steuerbaren Widerstandes ist ueber einen Trennkondensator und einer Gleichrichterschaltung mit optimalem Zeitverhalten und Grundpegeleinstellung der Ausgang eines das Nutz-Stoersignalgemisch verstaerkenden Steuerverstaerker und ueber eine Entkopplungsdiode der Steuerimpuls so gelegt, dass bei aktivem Steuersignal nur die elektrischen Teilentladungsimpulse ueber die Gegentakttransistoren uebertragen werden. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen . .

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Schaltungsanordnung einerTeiientladungsmeßeinrichtung zursicheren Unterdrückung von HF-Störspannungen, welche elektrischen Teilentladungsimpulsen überlagert sind und die eine Messung in einem periodischen Zeitfenster gestattet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die breitbandige Teilentladungsmeßtechnik hat vor allem den Nachteil, daß sie durch äußere Störungen wesentlich stärker beeinflußt wird als selektive Verfahren. Das beeinträchtigt bedeutend die Meßempfindlichkeit bei praktischen Messungen. Diese Störungen kann man grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen:

a) stochastisch auftretende Störungen

b) periodisch auftretende Störungen (z. B. hochfrequente Einstreuungen von Rundfunksendern)

Stochastische Störungen können bei selektiver als auch bei breitbandiger Teilentladungsmeßtechnik nicht unterdrückt werden. Hochfrequente Störungen werden von selektiven Meßgeräten durch Wahl einer geeigneten Meßfrequenz unterdrückt. Bei der breitbandigen Teilentladungsmeßtechnik können sie nur durch zusätzliche Maßnahmen (z. B. Saugkreise) und nur teilweise, weil meistens mehrere Sender mit ihren Frequenzen einfallen, unterdrückt werden. Eine Möglichkeit zur HF-Störunterdrückung ist durch DD-WP 91092 bekanntgeworden. Diese Anordnung sieht vor, daß die unerwünschte HF-Störspannung, welche zu einer gedachten Nullinie symmetrisch verläuft, gleichgerichtet wird, so daß sie durch einen nachfolgenden Hochpaß nicht weiter übertragen werden kann. Die durch die HF-Störspannung überlagerten unsymmetrisch zur gedachten Nullinie verlaufenden unipolaren Spannungsimpulse der Teilentladungen führen zu einer kurzzeitigen Verlagerung der gleichgerichteten Spannung. Diese Spannungsänderung wird durch den Hoch paß übertragen. Das von den HF-Störungen befreite Teilentladungssignal kann somit weiter verarbeitet werden. Die Polaritätsinformation, aus welcher wichtige Rückschlüsse auf Entstehungsort und Art des Fehlers gezogen werden können, geht durch die Gleichrichtung verloren. Eine gleichzeitige Meßfensterbildung, welche bestimmte zeitliche Abschnitte zu betrachten gestattet, erfolgt nicht.

Durch die DE-OS 2836914 ist eine aus Komplementärtransistoren bestehende Gegentaktausgangsstufe bekannt, bei der jeweils der Kollektor auf die Basis zweier vorgeschalteter Transistoren zurückgeführt wird, die über einen Optokoppler, bei welchen der Fototransistor mit Kollektor und Emitter zwischen die Basen der Komplementärtransistoren geschaltet ist, die Vorspannung erzeugen. Diese Schaltungsanordnung dient dazu, die Änderung des Ausgangsstromes auf Grund von Temperaturänderungen in einen der beiden Komplementärtransistoren zu kompensieren.

Eine Kompensation desTemperatureinflusses ist auch dann möglich, wenn, wie in Tietze, Schenk „Halbleiterschaltungstechnik", S.352,4. Auflage, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg veröffentlich, die Basis eines Regeltransistors, dessen Kollektor und Emitter zwischen die Basen der Komplementärtransistoren geschaltet sind, mit Widerständen von entgegengesetzten Temperaturgang vorgespannt ist. In beiden Fällen handelt es sich um eine temperaturgeregelte Vorspannungserzeugung. Eine Gegentaktendstufe mit Dioden zur Vorspannungserzeugung wird durch DE-OS 2623245 bekanntgemacht. Diese Dioden sind so gewählt, daß sich ein kleiner Ruhestrom in den Ausgangstransistoren ergibt, um die sogenannte Übernahmeverzerrung zu minimieren. In den mit Komplementärtransistoren ausgerüsteten Ausgangsgegentaktverstärker soll in jedem Fall das Eingangssignal unverändert in der Form auf den Ausgang übertragen werden.

Bei dem in der DE-OS 3042805 beschriebenen Schalter liegt ebenfalls eine mit Komplementärtransistoren bestückte Gegentaktausgangsstufe zugrunde. Mit dieser Schaltungsanordnung wird gewährleistet, daß während des Umschaltvorganges zur Vermeidung von Störspannungen die Steuerelektroden der Komplementärtransistoren so vorgespannt sind, daß vor der Speisung des gerade leitenden Transistors der gerade speisende Transistor in den leitenden Zustand überführt wird. Diese Schaltungsanordnung ermöglicht nicht das Durchschalten oder Sperren von analogen Signalen durch die Gegentaktausgangsstufe.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung eine einfach realisierbare Schaltungsanordnung zur HF-Störsignalbefreiung von Teilentladungssignalen vorzuschlagen und anderen Schaltungsanordnungen anhaftende Mangel zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von der vorstehenden Zielstellung besteht die Aufgabe darin, unipolare Spannungsimpulse der Teilentladungen von periodischen HF-Störsignalen zu befreien, ohne daß ihre Polaritätsinformation verlorengeht und sie in einem gewünschten zeitlichen Meßfenster zu übertragen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung aus einem Signalverstärker, der direkt an eine Gegentaktausgangsstufe angeschlossen ist und einen Steuerverstärker, welcher mit Hilfe eines Entkoppelkondensators von nachfolgenden Spannungsteilwiderständen und einer Gleichrichterstufe gieichspannungsmäßig getrennt ist, wobei der Ausgang der Gleichrichterstufe an die Steuerelektrode eines steuerbaren Widerstandes, welcher parallel zu den für eine optimale Vorspannung der Komplementärgegentakttransistoren verantwortlichen Dioden zwischen die Basen der Komplementärtransistoren geschaltet ist.

Die Anstiegszeit des Signalverstärkers, als auch des Steuerverstärkers muß im Vergleich zu den zu verstärkenden unipolaren Spannungsimpulsen derTeilentladungen klein sein. Die Spannungsteilerwiderstände ermöglichen das Einstellen des steuerbaren Widerstands auf einen günstigen Arbeitspunkt. Das durch den Steuerverstärker verstärkte und durch die Gleichrichterdiode gleichgerichtete Nutz-Störspannungsgemisch wird gemäß der durch Auf- und Entladewiderstände in Verbindung mit einem Ladekondensator wirkenden Zeitkonstanten geglättet.

Die so gewonnene Steuerspannung folgt der Hüllkurve des originalen Nutz-Störsignalgemisches und steuert den steuerbaren Widerstand derart, daß nur solche Spannungsimpulse durch die Gegentaktausgangsstufe übertragen werden, die folgender Formel genügen

Üü> Übe satt -Uk=

Dabei bedeutet:

Üo: auf eine gedachte Nullinie bezogene maximale Spannungsamplitude der zu übertragenden Spannungsimpulse

UBEsa«: Basis-Emitter-Sättigungsspannung der Komplementärtransistoren der Gegentaktausgangsstufe

Ube^ Basis-Emitter-Spannung im Arbeitspunkt der Komplementärtransistoren der Gegentaktausgangsstufe

Über einen zweiten Eingang, der über eine Entkoppeldiode ebenfalls an die Steuerelektrode des steuerbaren Widerstandes angeschlossen ist, ergibt sich die Möglichkeit mit Hilfe eines Steuerimpulses die Ausgangsstufe für alle Spannungsimpulse, die gleich oder kleiner als U_Besatt sind, zu sperren oder zu öffnen.

Der steuerbare Widerstand kann mit einem Bipolar- oder Unipolartransistor realisiert sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1: die Schaltungsanordnung

Figur 2: zeitliche Verläufe des Nutz-Störsignalgemisches

Die Eingangsspannung U_E besteht aus einem, in der Amplitude stark schwankenden Nutz-Störsignalgemisch und wird auf zwei parallel geschaltete Verstärker 1; 2 geführt. Die Verstärkung V des Signalverstärkers 2 ergibt sich aus folgender Beziehung ₍

V <

U_ESt

wobei Ugst die maximale Amplitude der periodischen HF-Störspannung der Eingangsspannung Ue ist.

Das verstärkte Nutz-Störsignalgemisch wird auf eine aus Komplementärtransistoren 18 und 19 und Kollektorwiderständen 17; 21 bestehende Gegentaktausgangsstufe geschaltet, bei welcher durch zwei zwischen die Basen der Komplementärtransistoren 18; 19 geschalteten und durch Vorwiderstände 13; 16 gespeisten Vorspannungsdioden 14 und 15 ein konstanter Ruhestrom in den Komplementärtransistoren 18 und 19 eingestellt wird. Das durch den Steuerverstärker 1 verstärkte Nutz-Störsignalgemisch wird mittels eines Entkopplungskondensators 3 gleichspannungsmäßig getrennt auf nachfolgende Spannungsteilerwiderstände 4; 5 übertragen. Die beiden Spannungsteilerwiderstände 4; 5 gestatten den Arbeitspunkt eines steuerbaren Widerstandes 20, welcher parallel zu den Vorspanndioden 14 und 15 geschaltet ist, auf einen günstigen Wert einzustellen. Durch eine Gleichrichterdiode 6, einen Entladewiderstand 9 wird das Nutz-Störsignalgemisch gleichgerichtet und entsprechend den sich ergebenden Zeitkonstanten x_a; f_e geglättet.

Dabei bedeuten:

T_a: Aufladezeitkonstante, die sich aus dem Produkt von Aufladewiderstand 7 und Ladekondensator 8 ergibt.

τ_β: Entladezeitkonstante, die sich aus dem Produkt Entladewiderstand 9 und Ladekondensator 8 ergibt.

Ein Begrenzungswiderstand 12 dient zum Schutz des steuerbaren Widerstandes 20. Die Verstärkung des Steuerverstärkers 1 und die Zeitkonstanten T₃ und t_e der Gleichrichterschaltung müssen so bemessen sein, daß die Steuerspannung, welche an der Steuerelektrode des steuerbaren Widerstandes 20 anliegt,

— der Hüllkurve der periodischen HF-Störspannung folgt und

— den steuerbaren Widerstand 20 so aussteuert, daß nur Spannungsimpulse entsprechend der Formel Cl₀ > U_BEsatt - Übe übertragen werden.

Eine Entkopplungsdiode 10 und ein Entkopplungswiderstand 11, weicher für die Anstiegszeitkonstante des Steuerimpulses verantwortlich ist, entkoppeln den Steuersignaleingang Estvom Gleichrichter. Bei entsprechender Höhe des Steuerimpulses wird der steuerbare Widerstand 20 so niederohmig gemacht, daß der Basisstrom der Komplementärtransistoren 18 und 19 der Gegentaktausgangsstufe minimal wird und kein Signal mehr übertragen wird. Das eröffnet die Möglichkeit, bei Verwendung von z.B. Wechselspannung zur Prüfung von elektrotechnischen Anlagen aus der Grundschwingung einen Steuerimpuls abzuleiten. Ist er verschiebbar und in der Breite variierbar, wird es möglich, nur bestimmte Abschnitte des Nutz-Störsignalgemisches bezogen auf die Grundschwingung der verwendeten Prüfspannung zu erfassen und zu bewerten. In Figur 2 sind die zeitlichen Vorläufe des Nutz-Störsignalgemisches dargestellt, wie sie mit einem entsprechenden Speicheroszilloskop sichtbar gemacht werden können. Während in der Kurve A das originale Nutz-Störsignalgemisch und in der Kurve B ein Steuerimpuls gezeigt ist, verdeutlicht Kurve C die Steuerspannung in Verbindung mit dem Steuerimpuls an der Steuerelektrode des steuerbaren Widerstandes 20. In Kurve D ist das Ausgangssignal U_A, welches an den Emittern der Komplementärtransistoren 18 und 19 ausgekoppelt wird, dargestellt.

Claims

1. Teilentladungsmeßanordnung mit Unterdrückung überlagerter HF-Störspannungen, welche elektrischen Teilentladungsimpulsen überlagert sind, vorzugsweise mit zeitlicher Meßfensterauswertung, bestehend aus einer Gegentaktendstufe vorzugsweise mit Komplementärtransistoren, einem steuerbaren Widerstand und parallel dazu geschaltete Vorspannungsdioden zwischen den beiden Basen und einen vorgeschalteten Signalverstärker, gekennzeichnet dadurch, daß der zwischen den Basen der Komplementärtransistoren (18; 19) geschaltete steuerbare Widerstand (20) mit seiner Steuerelektrode und vorgeschalteten Begrenzungswiderstand (12) über eine Sperrdiode (10) und einen Sperrwiderstand (11) mit einem Steuereingang (E_St) und direkt mit einer Gleichrichterschaltung (6; 7; 8; 9) verbunden ist, wobei durch Spannungsteilerwiderstände (4; 5) der Arbeitspunkt des steuerbaren Widerstandes (20) auf einen optimalen Wert eingestellt ist und ein der Gleichrichterschaltung vorgeschalteter Steuerverstärker (1) durch einen Entkoppelkondensator (3) gleichspannungsmäßig von der Gleiehrichterschaltung getrennt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der steuerbare Widerstand (20) ein Bipolar-Transistor oder ein Feldeffekttransistor ist.