DD253716A1

DD253716A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung und ortung von teilentladungen

Info

Publication number: DD253716A1
Application number: DD25768383A
Authority: DD
Inventors: Helmut Ambrosch; Ottmar Mueller; Frank Otto
Original assignee: Zittau Ing Hochschule
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1988-01-27

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Ortung von Teilentladungen finden Verwendung an metallgekapselten Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlagen, insbesondere zur Erhoehung der Verfuegbarkeit dieser Anlagen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die mechanischen Schwingungen der Kapselung infolge innerer Teilentladungen durch die Ausnutzung der mechanischen Verstaerkungseigenschaften der Kapselung (Resonanzueberhoehungen) ueber einen auf der Mitte der Kapselungsgefaesse angebrachten resonanzbetriebenen elektroakustischen Wandler kombiniert mit einem Selektivverstaerker erfasst und das gewonnene Signal zur Ansteuerung von Warn-, Steuer- oder Schutzeinrichtungen genutzt wird.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung an metallgekapselten Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlagen. Es kommt eine Vorrichtung zum Einsatz, die die Ausbildung von teilentladungsbedingter Störlichtbögen in der Kapselung verhindert. Die Einrichtung ist durch die mögliche Erfassung und Ortung von Teilentladungen sowohl für die Bewertung der Isolierung von Anlagenabschnitten im Herstellerwerk bzw. an der vollständig montierten Anlage vor Ort als auch für die kontinuierliche Überwachung desZustandes der Isolierung während des Energiebetriebes der Anlage geeignet. Parallel dazu ist mit der Einrichtung die selektive Erfassung von anderweitig verursachten dielektrischen Durchschlägen (z.B. infolge Überspannungen) möglich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die metallische Kapselung von Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlagen wird in erster Linie angewendet, um gegenüber Umwelteinflüssen weitestgehend unabhängig zu werden und damit deren Zuverlässigkeit im Vergleich zu konventionellen Anlagen zu erhöhen.

Konstruktiv sind metallgekapselte Anlagen derart aufgebaut, daß durch die thermische Kapselung einerseits und gasdichte Abstandshalter andererseits abgeschlossene Gasräume entstehen. Die technische Realisierung basiert auf der Nutzung eines schwach inhomogenen Grundfeldes.

Als Isoliermedium hat sich Schwefelhexafluorid (SF₆) international durchgesetzt.

Die veränderte Grundkonzeption metallgekapselter Anlagen führt aber auch dazu, daß an die Betriebsführung Forderungen gestellt werden müssen, wie aus dem Umgang mit der konventionellen Technik nur wenig bzw. völlig unbekannt sind. So können Teilentladungen nicht auf Dauer d.h. bei Spannungen kleiner oder gleich der Betriebsspannung zugelassen werden. Die daraus resultierenden, qualitativ höheren Anforderungen an die Ausführung der erforderlichen Fertigungsprozesse machen zu verschiedenen technologischen Etappen die sichere Erfassung und Ortung eventuell vorhandener Störstellen erforderlich. Aber auch während des Betriebes der Anlagen kann es z.B. infolge Kontaktabrieb zur Ausbildung von Störstellen kommen.

Resultierende Entladungserscheinungen haben die Zersetzung des Isoliergases zur Folge.

Nachfolgende Reaktionen mit der im Isoliergas enthaltenen Restfeuchte führen zu aggressiven Verbindungen, welche leitfähige Beläge an den Abstandshaltern bewirken und damit die elektrische Festigkeit der Anordnung herabsetzen. Derartige Prozesse haben früher oder später die Ausbildung eines Störlichtbogens zur Folge, welcher in metallgekapselten Anlagen eine Reihe zusätzlicher Schutzeinrichtungen erforderlich machen. So u.a. deshalb, da der Störlichtbogen zu einem Druckaufbau in dem fehlerbehafteten Gasraum führt und dadurch das Bedienungspersonal sowie andere Anlagenabschnitte gefährdet werden.

Durch die Einwirkung des Störlichtbogens können Anlagenelemente, z. B. Abstandshalter, beschädigt und damit für einen Weiterbetrieb der Anlage unbrauchbar werden. Vor einer erneuten Inbetriebnahme ist daher die Sichtung des fehlerbehafteten Gasraumes unbedingt erforderlich. Voraussetzung für einen gezielten Eingriff und damit verbundene De- und Montagearbeiten ist die gefäßgenaue Ortung der Fehlerstelle. Diese wird durch die bestehende Kapselung erschwert.

Verfahren, welche die Erfassung und Ortung dielektrischer Durchschläge ermöglichen, sind aus der Literatur (OS 2315323, OS 2900316) bekannt. Entsprechende Verfahren und Einrichtungen basieren z.B. auf einer Gasanalyse der verschiedenen Gasräume bzw. registrieren Kapselungsschwingungen infolge der, mit dem Störlichtbogen auftretenden Druckschwingungen.

Der gemeinsame Nachteil dieser Verfahren liegt darin, daß der Störlichtbogen zwar erfaßt und geortet, nicht aber prophylaktisch verhindert werden kann. Um dieser Aufgabenstellung gerecht zu werden, ist bereits die Erfassung von Teilentladungen als der Vorstufe der Mehrzahl derartiger Fehler erforderlich. Bekannte Lösungen (US 3869665) nutzen hier die, mit dem Auftreten von Teilentladungen gekoppelter Stromimpulse, welche über L-C-Resonanzkreise bzw. eine Reihenauskopplung d. h. über, mit einem Koppelkondensator modifizierte Anlagenelemente (z. B. Abstandhalter) nachgewiesen werden. Derartige Verfahren verlangen eine galvanische Trennung der für die Fehlerortbestimmung vorgesehenen Kapselungsabschnitte sowie die Modifikation spezieller Anlagenelemente und/oder eine dem gegenüber dem Erdpotential isolierte Aufstellung. Entsprechende Restriktionen können unvorteilhafte Auswirkungen auf die Betriebsführung metallgekapselter Anlagen bewirken.

Ziel der Erfindung

Zielstellung ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit metallgekapselter Schaltanlagen auf der Grundlage der Erfassung und Ortung von inneren Teilentladungen ohne der Notwendigkeit einer Modifizierung von Anlagenelementen (z. B. Elektroden im Abstandshalter) und ohne die Betriebsführung der Anlage erschwerende Restriktionen (z. B. elektrische Sektionierung der Kapselung).

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die mechanischen Schwingungen der Kapselung infolge innerer Teilentladungen durch die Ausnutzung der mechanischen Verstärkungseigenschaften der Kapselung (Resonanzüberhöhungen) über einen auf der Mitte der Kapselungsgefäße angebrachten resonanzbetriebenen elektroakustischen Wandler (z. B. piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer mit einer Resonanzfrequenz im Bereich der kapselungseigenen Resonanzüberhöhungen) kombiniert mit einem Selektivverstärker (abgestimmt auf die Resonanzfrequenz des Aufnehmers) erfaßt und das gewonnene Signal zur Ansteuerung von Warn-, Steuer- oder Schutzeinrichtungen genutzt wird. Teilentladungen führen in einem hermetisch abgeschlossenen Gasraum zu Dichteveränderungen, welche sich druckabhängig im Isoliergas fortpflanzen und von der metallischen Kapselung frequenzabhängig übertragen werden. Der meßtechnische Nachweis dieser Schwingungen erfolgt vorteilhaft in der Mitte der Kapselungsgefäße. Um eine ausreichende Empfindlichkeit und gleichermaßen Störungsempfindlichkeit zu gewährleisten (Teilentladungen mit einer Impulsladung <10pC) ist der Einsatz resonanzbetriebener Schwingungsaufnehmern kombiniert mit einem Selektivverstärker (abgestimmt auf die entsprechende Resonanzfrequenz der Aufnehmer) erforderlich. Die Auswahl der Resonanzfrequenz erfolgt aus den obig genannten Gründen vorteilhaft im Ultraschallbereich in einem Frequenzbereich, in welchem die mechanischen Schwingungen infolge Teilentladungen bereits durch das Eigenverhalten der Kapselung eine erste Verstärkung erfahren. Je Schottraum ist eine derartige Kombination aus Aufnehmer und Selektivverstärker in geeigneter Weise anzubringen. Die einzelnen Kombinationen sind schaltungstechnisch so verknüpft, daß sowohl die kontinuierliche Überwachung der gesamten Anlage auf Teilentiadungen ohne Unterbrechung des Energiebetriebes als auch im Falle des Auftretens von Teilentladungen, die selektive Abfrage der einzelnen Meßpunkte zum Zwecke der gefäßgenauen Ortung des teilentladungsbehaftenden Kapselungsabschnittes möglich wird. Die Einrichtung kann auch zur zerstörungsfreien Bewertung der Isolierung metallgekapseiter Anlagen sowohl im Herstellerwerk als auch, auf Grund der relativen Störungsempfindlichkeit, vorOrtd.h.an der vollständig montierten Anlage angewendet werden. Kommt es durch anderweitige Ursachen (z. B. infolge der Einwirkung von Überspannungen) zur Ausbildung eines Störlichtbogens, so können in diesem Falle die, infolge des Störlichtbogens auftretenden Kapselungsschwingungen als Kriterium für eine selektive Erfassung und Abschaltung des betreffenden Anlagenabschnittes herangezogen werden. Die Unterscheidung zwischen Teilentladung und Störlichtbogen ist auf Grund der auftretenden Differenzen im Pegel und Frequenzbereich eindeutig möglich.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels für die kontinuierliche Bewertung des Zustandes der Isolierung näher beschrieben werden. Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer einpolig gekapselten Anlage mit einem hermetisch abgeschlossenen Gasraum, in welchem eine ortsfeste Störstelle auf der Innenelektrode angenommen wird. Kommt es an dieser Störstelle zur Ausbildung von Teilentladungen, so werden die bereits ausführlich dargestellten Phänomene wirksam. Damit werden die Entladungserscheinungen am empfindlichsten von dem auf der Mitte des betreffenden Gefäßteiles befestigten Aufnehmer 1 b erfaßt.

Sind die Entladungen stärker, so ist deren Erfassung auch über die Aufnehmer auf den angrenzenden Gefäßteilen 1 a und 1 c möglich. Dabei setzt der Aufnehmer 1 a im Vergleich zum Aufnehmer 1 c eine geringere Entladungsenergie voraus, da das Schwingungssignal hauptsächlich über die Gasstrecke übertragen wird. Das Spannungssignal am Ausgang der Aufnehmer wird über den nachgeschalteten Selektivverstärker bewertet und kann über den Meßstellenumschalter 4 auf dem Auswertegerät als Pegelerhöhung nachgewiesen werden. Jede kontinuierliche Pegelerhöhung gegenüber dem von Auswertegerät registrierten Grundstörpegel deutet auf Entladungserscheinungen im überwachten Anlagenabschnitt hin. Davon ausgehend kann über bekannte Verstärkerschaltungen eine Verbindung mit Warn-, Steuer- und Schutzeinrichtungen erfolgen. Störungen durch Schalthandlungen o.a. sind im bewerteten Frequenzbereich durch ihren Impulscharakter eindeutig auszumachen.

Zum Zwecke der gefäßgenäuen Ortung der Entladung kann über den Meßstellenumschalter 3 eine Abfrage der einzelnen Kombinationen (Aufnehmer und Selektivverstärker) erfolgen. Fürdas ausgeführte Beispiel ergibtsich folgende Pegelverteilung:

wodurch das störstell en behaftete Gefäßteil eindeutig als solches bestimmt werden kann. In an a loger Weise kann die Anordnung auch an dreipolig gekapselten Anlagen angebracht werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfasssung und Ortung von Teilentladungen in metallgekapselten Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlagen, in Kombination von Aufnehmer und Selektivverstärker, gekennzeichnet dadurch, daß als Meßvorrichtung ein resonanzbetriebener elektroakustischer Wandler einem Selektivverstärker vorgeschaltet ist.

2. Verfahren zur Erfassung und Ortung von Teilentladungen für eine Vorrichtung gemäß Punkt 1 in Kombination von Aufnehmer und Selektivverstärker, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufnehmer bei seiner Resonanzfrequenz arbeitet.

3. Verfahren gemäß Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die mechanische Schwingungsverstärkung des Meßobjekts durch Abstimmung der Resonanzfrequenz des Aufnehmers auf den Frequenzbereich, in welchem die Schwingungsverstärkung wirkt, in der Meßvorrichtung erfaßt wird.