DD277982A1 - Anordnung zur teilentladungsmessung unter vor-ort-bedingungen - Google Patents

Abstract

Die Anordnung zur TE-Messung fuer Vor-Ort-Bedingungen ermoeglicht Fehler in der Isolation von Hochspannungskabeln und elektrotechnischen Anlagen zu erkennen. Mittels eines in der Scheitel- und Rueckenhalbwertzeit variierbaren und somit dem entsprechenden Pruefling anpassbaren Schaltspannungsimpulses oder einer Pruefwechselspannung werden im Pruefling Teilentladungen gezuendet. Aus dem beim Schalten eines Entladeschalters entstehenden Stoerimpulsen, welche vor der eigentlichen Entladung einer Stosskapazitaet entstehen, wird ein Messfenstersignal abgeleitetet, welches noch einmal zeitlich verschoben, eine Teilentladungssonde und nachfolgende Verarbeitungsstufen aktiviert. Durch gleichzeitige Aenderungen des Arbeitspunktes eines Integrators und eines Spitzenwertspeichers ist am Ausgang eines TE-Verarbeitungsblockes ein Uebersichtsbild bestehend aus Messfenstersignal und geformten TE-Signal entnehmbar. Durch Umschalten eines Betriebsartenschalters kann der TE-Verarbeitungsblock auch zur Messung von TE bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung eingesetzt werden. Bei isolierter Aufstellung des TE-Verarbeitungsblockes und Kontaktierung mit einem hochspannungsfuehrenden Anschluss des Prueflings erfolgt nach Modulation eine Lichtsignaluebertragung zu einem entsprechenden Lichtempfaenger. Fuer die Wiedergabe des Uebersichtsbildes wird ein Digitaloszillograf eingesetzt. Fig. 1 a

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Teilentladungs (TE)-Messung an elektrotechnischen Anlagen und Hochspannungskabeln. Die Messung von TE als wichtigste zerstörungsfreie Prüfmethode dient dazu. Fehlerstellen in der Isolation frühzeitig zu erkennen. Das gewinnt insbesondere bei elektrotechnischen Anlagen und Hochspannungskabeln an Bedeutung, welche sich schon längere Zeit in Betrieb befinden. Durch gezielte TE-Messungan unter Vor-Ort-Bedingungen kann die TE-Intensitätsentwicklung von Isolationen verfolgt und gefährliche Situationen erkannt werden. Das ermöglicht eine Auswechselung beschädigter elektrotechnischer Anlagenteile und bei Feststellung des TE-Feh!erortes an Hochspannungskabeln die prophylaktische Auswechselung hochgradig durchschlaggefährdeter Kabelabschnitte zu einem für den Betreiber günstigen Zeitpunkt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

TE-Messung findet als Prüfmethode vor allem in der Endprüfung von plastisolierten Hochspannungskabeln und elektrotechnischen Anlagen seine Anwendung. Die dabei erzielten Ergebnisse ermöglichen, die Betriebszuverlässigkeit und das Langzeitverhalten konkret einzuschätzen. Des weiteren ist es von außerordentlicher Wichtigkeit, mit Hilfe derTE-Meßtechnikden

Alterungszustand der Hochspjnnungsisolierungen von elektrotechnischen Anlagen und plastisolierten Hochspannungskabeln zu beurteilen, welche sich bereits über einen längeren Zeitraum im Betrieb befinden. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Schädigungen an Hochspannungsisolierungen zu erkennen, Reparaturen zu planen und gezielt durchzuführen. Eine Prüfung mit Wechselspannung ist besonders dann problematisch, wenn der Prüfling eine große Eigenkapazität besitzt, wie es z. B. bei plastisolierten Hochspannungskabeln der Fall ist, weil eine sehr hohe Ladeleistung aufgebracht werden muß, was sehr Leistungsstarke und schwere Prüfanlagen erfordert. Die klassische Art der Vor-Ort-Prüfung von plastisolierten Hochspannungskabeln besteht in der Prüfung mit erhöhter Gleichspannung. In „Elektrizitätswirtschaft" Jahrgung 84. Juni 1985 Heft 13 wird besonders darauf bezug genommen, daß die dabei auftretenden Raumladungseffekte zum einen zwarzum Zünden einiger, jedoch nicht aller TE und damit zur Falschinformation führen. Zum anderen entstehen z. B. bei Kabeldurchschlägen Wanderwellen, welche im Zusammenwirken mit den akkumulierten Raumladungen maximal die doppelte Amplitude der ursprünglichen Prüfgleichspannung besitzen und somit Ausgangspunkt für weitere Vorschädigungen des Isolationsmaterials sind.

Die im Beitrag H 3-01 der „Wissenschaftlichen Konferenz der Sektion Elektrotechnik der TU Dresden" 1987 vorgestellte Möglichkeit der Prüfung elektrotechnischer Isoliersysteme basiert auf den Einsatz infrafrequenter Spannungen. Aus plus 5OkV und minus SOkV werden mittels mikrorechnergesteuerter Hochspannungsventile Infrafrequenien zwischen 0,5Hz und 0,001 Hz hergestellt. Die zur Prüfung von plastisolierten Hochspannungskabeln notwendige Ladeleistungen sind entsprechend gering. Diesem scheinbaren Vorteil stehen aber entgegen, daß

- es trotz Umpolvorgängen ebenfalls zu Raumladungsakkumulationseffekten und damit beim Kabeldurchschlag zu oben genannten Wechselwirkungen mit Bildung von Wanderwellen kommt,

- es keinen wissenschaftlich begründeten Zusammenhang zwischen den bei Einsatz infrafrequenter Prüfspannung gemessenen TE-Kennwdrten und denen bei 50Hz Prüfspannung gemessenen gibt.

Die in der,.Elektrizitätswirtschaft" Jg.87 (1938) Heft 4 vorgestellte Methode zur Messung und Ortung von TE in verlegten Mittelspannungskabeln verwendet 50 Hz Betriebsspannung. Es wird zwischen Mittelspannungskabel und Speiseanschluß eine Sperrimpedanz zur Unterdrückung von aus dem Speisenetz einlaufenden Störungen geschaltet. Die Auskopplung der TE-Signale erfolgt über ein steckbares TE-freies Mittelspannungskabel mit angeschlossenen Koppelkondensator. Die Auswertung der TE-Signale erfolgt rechnergestützt. Da hierbei die maximale Prüflingskapazität 10OnF beträgt, was etwa dar Kabellänge von 150 m bis 300 m (je nach Kabeltyp) entspricht, ist es für den Einsatz für Vor-Ort-Bedingungen mit Kabellängen weit über 1000m nicht geeignet.

Eine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz von externen 50Hz Prüispannungsquellen. Jedoch haben derartige TE-freie Hochspanrungstransformatoren den Nachteil eines großen Volumens und hohen Gewichts, was zu bedeutenden Transportpioblemen führt.

Invers betriebene Spannungswandler werden, ν ') in DE-OS 2156354 vorgestellt, als Prüfspannungserzeuger bei gasisolierten Schaltanlagen eingesetzt. Damit blc'lit die TE-Messung auf bestimmte Anlagenteile eingeschränkt und setzt einen fest eingebauten Auskoppelkondensator voraus.

Das in DE-OS 2721353 vorgestellte Verfahren basiert auf den Einsatz von 50Hz Wechselspannung als Prüfspannung und dient zur Erfassung von inneren TE-Impulsen von elektrischen Isolierungen. Störungen, ζ. Β äußere Entladungen welche im Bereich des Maximums der Prüfspannung auftreten, werden durch einen speziellen elektronischen Kurzschließer unterdrückt und damit nicht zur Auswertung mit herangezogen.

Im Beitrag 21-06 zur „International Conference on Large High Voltage Electric Systems" Paris 8/1988 wird eine einfache Prüfspannungsanlage zur Erzeugung von oszillierender Spannung auf der Grundlage eines über eine Funkenstrecke getriggerten Resonanzschwingkreises erzeugt. Diese oszillierende Prüfspannung soll als Alternativlösung zur GIo .hspannungsprüfung von plastisolierten Hochspannungskabeln eingesetzt werden mit dem Ziel, die nachweislich bei Gleichspannungsprüfung entstehenden Vorschädigungen zu vermeiden, aber die gleichen Aussagen zu eventuell bereits vorhandenen Fehlern in Kabeln zu liefern. Eine TE-Messung bei oszillierender Prüfspannung wird nicht durchgeführt.

In der DD-WP 243355 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Hochspannungsprüfimpulsen vorgestellt. Diese Prüfimpulsc werden durch Stoßentladungen von Kondensatoren erzeugt und betragen ein Mehrfaches des Spitzenwertes der Betriebsspannung. Das Ziel besteht in der Störfestigkeitsprüfung von elektrotechnischen oder elektronischen Geräten und nicht in der TE-Messung.

Im „Taschenbuch Elektrotechnik" Bd. 6 Seite 390-393 2. Auflage ist eine Anlage zur Erzeugung hoher Schaltspannungen zur Prüfung elektrotechnischer Anlagen dargestellt. Diese dient zum Nachweis entsprechender Isolationskennwerte und dem Langzeitverhalten des Isolierstoffes. Eine TE-Messung wird nicht durchgeführt.

In einem Gastvortrag „Teilentladungsmessung bei Schaltimpulsspannungen an PE-Kabeln" zum 31.Intern. Wiss. KoII. TH Ilmenau 1986 sowie im Beitrag 1020-02 des CIGRE-Symposiums 05-87 Wien 1987 wurde durch die TU Dresden eine TE-Meßanordnung mit Schaltimpulsspannung vorgestellt.

Dabei wurde insbesondere die Problematik der im Hochspannungsprüfkreis entstehenden internen Störungen betrachtet.

Dominierend ist dabei der auf Grurd der großen Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Prüfspannung vom kapazitiven Strom über den Koppelkondensator am Ausgang der Meßimpedanz hervorgerufene Störimpuls mit einer äquivalenten Ladung von bis zu 5000OnC.

Mit einem speziellen Leitungsübertrager in der Meßimpedanz (DE-OS 2806592) sowie einer sehr breitbandigen TE-Signalverarbeitung gelnpg es, die hinsichtlich ihrer Form sehr unterschiedlichen TE- und Stöf'mpulss wirksam zu trennen, wobei eine fiktive Verbesserung des Nutz-Störsignal-Verhältnisses um ein 3n Faktor von über 10000 erreicht wurde. Das zur Bewertung der TE-Signale verfügbare kommerzielle TE-Meßgerät ist jedoch von der Betriebsart und seinen technischen Parametern nur bedingt füi TE-Messungen mit Schaltimpuls geeignet. Der dem Eingangsverstärker des TE-Meßgerätes zusätzlich vorgeschaltete elektronische Schalter diente dazu, iangandauernde Übersteuerungen, die durch dynamische Ausgleichsvorgänge beim Durchschlag der Zündfunkenstrecke ausgelöst wurden, zu beseitigen.

Zur Befreiung der TE-Signale von HF-Störungen durch örtliche HF-Sender ist eine Lösung gemäß DD-WP 253333 bekannt. Die offenbarte TE-Meßanordnung mit Unterdrückung überlagerter HF-Störspannung sichort bei TE-Fehlstellenortung an Kabeln ein sauberes Abtrennen der den elektrischen TE-Impulse überlagerter HF-Störspannung, ohne daß dabei die Polaritätsinformation der elektrischen TE-Impulse verloren geht. Mittels eines in der Zeit variierbaren, z. B. aus einer periodischen Grundwelle einer Prüfwechselspannung oder eines einmaligen Vorganges (Impulsspannung) gewonnenen Steuerimpulses kann die

Signalübertragung in einem Zeitfenster erfolgen. Dadurch wird es ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand möglich, z. B. die bei 50Hz Prüfwechselspannung an einem plastisolierten Hochspannungskabel entstehenden TE-Impulse in Gruppen getrennt und polaritätsgetreu zu erfassen und zu bewerten. Die Lösung 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 über einen Trennkondensator und einer Gleichrichterschaliiing mit optimalem Zeitverhalten und Grundpegeleinstellung der Ausgang eines das Nutz-Störsignalgemisch verstärkenden Steuerverstärkers und über eine Entkoppelungsdiodo der Steuerimpuls so gelegt, daß bei aktivem Steuersignal nur die elektrischen TE-Impulse über die Geyentakttransistoren übertragen werden.

Anordnungen zur Messung von ΓΕ sind in der IEC 270 (1981) und abgeleitet davon in der TGL 20625 festgelegt und bekanntgemacht. Zum einen werden direkt mittels eines Koppelkondensators und einer Meßimpedanz parallel zum Prüfling und zum anderen die Meßimpedanz in Reihe mit dem Prüfling, jedoch beides parallel zum Koppelkondensator, TE ausgekoppelt. Erstere Variante ist dabei die gebräuchlichste, da beim Durchschlag des Prüflings keine Gefahr für die an die Meßimpedanz angeschlossenen Meßgeräte besteht. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, daß zwischen der Reihenschaltung von Prü'ling und Meßimpedanz, sowie Koppelkondensator und Meßimpedanz, in Form einer Brückenschaltung die entsprechenden Meßgeräte eingebaut sind. Damit lassen sich Störsignale, welche aus dem Prüfkreis herrühren, wirkungsvoll unterdrücken. Die hierbei verwendeten Meßimpedanzen bestehen im wesentlichen aus einer Filterschaltung, deren Frequenzgang so gewählt ist, daß die Frequenz der Prüfspannung von den Meßgeräten ferngehalten wird, die TE-Signale jedoch ausgekoppelt werden können.

Die Kalibrierung der Meßgeräte im vollständigen Prüfkreis mit angeschlossenem Prüfling erfolgt mit dem Ziel den Maßstabfaktor und die kleinste meßbare Entladungsstärke, welche im wesentlichen durch den Grundstörpegel und den Kennwerten des Meßkreises, wie z. B. das Eigenrauschen des Meßgerätes begrenzt ist, zu ermitteln (DD-WP 150802). Die Kalibrierung von Meßgeräten im vollständigen Prüfkreis erfolgt dadurch, daß kurze Stromimpulse in die Klemmen des Prüflings geleitet werden. Diese Impulse werden erzeugt, indem ein Rechteckimpuls einer bestimmten Spannungsamplitude auf einen Kalibrierkondensator gegeben wird. Dieser KaIiL. iorkondensator sollte nicht größer als etwa 0,1 mal der Summe von Koppelkapazität und Prüflingskapazität sein, um nach Anlegen der Prüfspannung und Entfernen des Kalibrierkondensators die Gültigkeit der Kalibrierung zu erhalten.

Eine zweite Möglichkeit der Auskopplung und Verarbeitung von TE wird in DE-PS 3408256 offenbart. Es wird eine TE-Sonde zur Erfassung des beim Zünden von TE entstehenden elektromagnetischen Strahlungsfeides mit Frequenzanteilen weit über 100MHz mittels einer Breitbandantenne vorgestellt. Es ist Ziel, die Erfassung von TE an elektrotechnischen Betriebsmitteln zu ermöglichen, ohne diese Anlagen freischalten zu müssen. Sie dient vor allem zu prophylaktischen Untersuchungen unter Vor-Ort-Bedingungen zur Erkennung von Vorschädigungon, also elektrisch gefährlicher Situationen. Die Sonde besteht im wesentlichen aus einem über ein Netzwerk verbundenes Dreielektrodensystem, bei dem an der dem Prüfling zugewandten Seite zwischen einer Meßelektrode und einer umfassenden gehäuseartig ausgestalteten, mit einem Fenster versehenen Bezugselektrode eine rahmenförmige Kompensationselektrode angeordnet ist. Innerhalb der Bezugselektrode sind dabei zwei Differenzverstärker integriert, deren Anstiegszeit im Vergleich zur Dauer derTE-Signale sehr klein ist und im ns-Zeitbereich liegt. Durch die Anordnung der Elektroden ergibt sich eine Richtcharakteristik und durch ihre Zusammenschaltung eine erhöhte Störsignalreduzierung von Fernfeldern.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, einfach realisierbare Anordnungen einer Prüfspannungsquelle, und solcher zur Auskopplung und Verarbeitung von TE-Signalen zu schaffen, welche im Gegensatz zu bestehenden TE-Meßsystemen sowohl irr. Prüflabor, als auch unter Vor-Ort-Bedingungen einsetzbar sind, keinen leistungsstarken TE-freien Hochspannungserzeuger benötigen und auf Grund des modulartigen Aufbaues problemlos demontierbar und transportierbar sind.

Darlegung dos Wesens der Erfindung

Ausgehend von der vorstehenden Zielstellung besteht die Aufgabe darin, als Prüfspannungsquelle eine Schaltspannungsanlage sowie eine entsprechende TE-Signal-, Auskoppel-, -Verarbeitungs- und Anzeigeeinrichtung zu realisieren. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise mit einer modifizierten Schaltspannungsanlage, welche mit einem Steuerblock verbunden ist, die Aufgabe dadurch gelöst, daß diese einen Prüfspannungsimpuls mit programmierbarer Polarität erzeugt und diesen auf den Prüfling schaltet, wobei die dabei im Prüfling erzeugten TE-Signale vorzugsweise mittels einer bekannten Meßimpedanz ausgekoppelt und in einem TE-Verarbeitungsblock, der die bekannte TE-Sonde mit dem Droielektrodensystem einschließt, verarbeitet und angezeigt werden.

Die Schaltspannungsanlage enthält eine Nachladesperre, welche aus einem mechanischen Schalter oder aus einem elektrisch oder optisch gesteuerten Thyristor besteht. Diese dient zum Schalten der Versorgungsspannung on den an sich bekannten Hochspannungstransformator mit umschaltbaren Gleichrichtern, wobei die Umschaltung durch Drehen beweglich golagerter Gleichrichter, durch Umschalten fest montierter Gleichrichter, durch Zünden selbst- oder fremdgelöschter Thyristoren, als auch durch Steuerung entsprechender Hochspannungsvakuumventile erfolgen kann. Über einen nachfolgenden Ladewiderstand ist ein Gleichspannungsteiler zum Messen der Ladespannung des dem Gleichspannungsteilers parallelgeschalteten Stoßkondensators angeordnet. Die Nachladesperre gestattet beim Entladen des Stoßkondensators mittels eines bekannten Entladeschalters über eine an sich bekannte Dämpfungs- und Entladeimpedanz auf den zu untersuchenden Prüfling, den Hochspannungstransformator vorr. Netz abzuschalten, so daß weder im Hochspannungstransformator entstehende elektrische Entladungen noch aus dem speisenden Netz herrührende Störungen im TE-Verarbeitungsblock fälschlich wie TE-Signale verarbeitet und angezeigt werden. Der Entladeschalter kann durch eine extern getriggerte Funkenstrecke oder durch einen mechanisch betätigten Hochspannungsschalter realisiert werden. Auch solche Störungen, welche durch das schnelle Nachladen der Stoßkapazität beim Einsatz einer Funkenstrecke infolge des Nachzündens der Funkenstrecke nach Entladung der Stoßkapazität über einen vorzugsweise kapazitiven Spannungsindikator mit intagrierter Meßimpedanz, welcher gleichzeitig als

Belastungskapazität für die Schaltspannungsanlage und als Koppelkondonsator fungiert, ausgekoppelt werden, bleiben wirkungslos.

Eine der Stoßkapazität parallelgeschaltete an sich bekannte Restentladeeinrichtung entlädt die Stoßkapazität vollständig, wenn als Schalter zum Entladen der Stoßkapazität eine Funkenstrecke verwendet wird und dementsprechend nach Unterschreitung der Aussetzspannung der gezündeten Entladung eine Restladung in der Stoßkapazität verbleiben würde. So wird verhindert, daß bei Umpolung des Hochspannungsgleichrichters die Stoßkapazität über den Hochspannungstransformator entladen wird bzw. bei Abschaltung der Schaltspannungsanlage eine Restladung im Stoßkondensator verbleibt. Bei Einsatz eines mechanischen Hochspannungsschalters entfällt die Restentladeeinrichtung, da die Entladung der Stoßkapazität über die Entladeimpedanz, welche für die Festlegung der Rückenhalbwertzeit der Schaltspannung verantwortlich ist, vollständig erfolgt.

Dämpfungs- und Entladeimpedanz sind so zu dimensionieren, daß beim Entladen der Stoßkapazität über den Entladeschalter Schei'elzeiten der Schaltspannung von 1 ms-10ms und Rückenhalbwartzeiten vorn 5- bis lOfachen der Scheitelzeit der Schaltspannung erreicht werden.

Abweichend von der international standardisierten Form (250/2500) der Schaltspannung sind dio Werte so gewählt, daß die erzielten Meßergebnisse über die TE-Intensität in einem entsprechenden Prüfling vergleichbar mit denen bei 50Hz Prüfwechselspannung sind. Nachladesperre, Polaritätsumschalter, Restentladeeinrichtung und Entladeschalter sind in Verbindung mit den Werten des Ladezustandes des Stoßkondensators und des Wertes der Scheitelspannung, sowie deren zeitlichen Verlaufs vorzugsweise mit einem Mikrorechner zu steuern.

Die zeitlichen Abläufe sind entsprechend der gewählten Betriebsart zu steuern:

- Wechselnde Polarität der Schaltspannung.

Die Nachladesperre wird durchgeschaltet und die Stoßkapazität lädt sich über die Gleichrichter auf einen durch den Steuerblock vorgegebenen Wert auf. Danach öffnet die Nachladesperre und der Entladeschalter wird geschlossen. Nach dem Abklingen der Schaltspannung auf den Wert Null und dem Öffnen des Entladescha'ters bzw. nach Unterschreitung der Aussetzspannung der gezündeten Entladung der als Entladeschalter eingesetzten gotriggerten Funkenstrecke wird getestet, ob sich noch eine Restladung in der Stoßkapazität befindet. Ist dies der Fall, schaltet der Schalter der Restentladeeinrichtung ein und entlädt die Stoßkapazität vollständig. Danach öffnet sich der Schalter der Restentladoeinrichtung wieder und der Polaritätsschaltor schaltet in die andere Polarität um und die Nachladesperre schaltet wieder ein, womit der Zyklus von vorn beginnt.

- Festeingestellte Polarität der Schaltspannung

Es erfolgt die Vorwahl der gewünschten Polarität mit dem Polaritätsschalter für die Iv Jespannung. Nach dem Schließen der Nachladesperre erfolgt die Aufladung der Stoßkapazität bis zu einem eingestellten Wert. Ist dieser Wert erreicht, öffnet die Nachladesperre und der Entladeschalter schließt. Nach Öffnen des Entladeschalters bzw. nach Unterschreitung der Aussetzspannung der gekündeten Entladung der getriggerten Funkenstrecke beginnt mit dem Schließen der Nachladesperre der Zyklus von vorn. Beim Abschalten der Schaltspannungsanlage wird die Stoßkapazität automatisch geerdet. Dämpfungs- und Entladeimpedanz, vorzugsweise jedoch die Entladeimpedanz können ohmisch (zur Bildung nicht durchschwingender Schaltspannungsimpulse), induktiv oder gemischt zur Erzielung oszillierender Schaitspannungsimpulse mit frei wählbarer Schwingfrequenz ausgeführt sein. Dadurch besteht weiterhin der Vorteil, daß hochfrequente Störimpulse aus der Schaltspannungsanlage die induktiv oder gemischt ausgeführte Dämpfungsimpedanz nicht passieren können, d. h. eine Hf-mäßige Entkopplung von der Schaltspannungsanlage erfolgt.

Ein der Piüflingskapazität parallel geschalteter, kapazitiver Spannungsindikator wirkt gleichzeitig als Auskoppeleinheit für eine integrierte Meßimpedanz aber auch als Belastungskapazität für die Schaltspannungsanlage und gestattet sowohl den entsprechenden zeitlichen Signalverlauf der erzeugten Schaltspannung als auch die vorzugsweise über der Meßimpedanz ausgekoppelten Stör- und TE-Signale Hf-mäßig an den Meßeingang des TE-Verarbeitungsblockes weiterzuleiten. Die Bezugserde des TE-Verarbeitungsblockes ist dabei über tiie Meßimpedanz mit der Gesamterde der Schaltspannungsanlage verbunden. Das Stör-TE-Signalgemisch gelangt über ein Schutznetzwerk an die Meßelektrode der bekannten TE-Sonde mit dem Dreielektrodensystem, deren Betriebsspannung über einen gesteuerten Speisestromschalter geführt ist. Gleichfalls gelangt das Signalgemisch an den Eingang eines Schwellwertmonoflops, welches bei Überschreitung einer Ansprechwelle durch das erste Störsignal einen Impuls bildet, dessen Zeitdauer von seiner intern eingestellten Haltezeit abhängig ist und gleichzeitig die Meßfensterdauer repräsentiert.

Dieser so gebildete Meßfensterimpuls wird mit seiner Vorderflanke einmal als Triggerimpuls zur Darstellung des Bildes in einem als Auswertegerät fungierenden Digitaloszillografen oder ähnliches genutzt. Zweitens wird er mittels logischer Bausteine zeitlich verschoben und steuert den Schalter für Zuschaltung der Versorgungsspannung an die TE-Sonde; weiterhin hebt er durch Öffnen eines elektronischen Kurzschließers ein im TE-Signalverarbeitungsweg vorliegenden Kurzschluß für die Dauer des Meßfenstersignales auf. Mit einem Betriebsartenumschalter von Schaltspannungsbetrieb auf traditionellen Prüfwechselspannungsbetrieb kann diese Meßzeitfenstersteuerung auch ausgeschaltet werden, wobei die Speisestromschalter für die TE-Sonde ständig geschlossen und der elektronische Kurzschließer im TE-Signalweg ständig offen ist. Auf Grund von Umladevorgängen der in der TE-Sonde integrierten Kapazitäten beginnt die TE-Sonde erst nach einer fest vorgegebenen Einschwingzeit zu arbeiten, so daß die beim Schalten des Entladeschalters entstehenden Störsignale bereits abgeklungen sind. Die aus der TE-Sonde herauskommenden TE-Signale werden im anschließenden Verstärker, HF-Gleichrichter, Integrator und Spitzenwertgleichrichter verstärkt, umgeformt und bewertet und aus dem TE-Verarbeitungsblock zur Darstellung auf einem Auswertegerät herausgeführt.

Auf Grund der geringen Abmessung des TE-Verarbeitungsbiockes ist es vorzugsweise auch möglich, diesen auf ein Isolierstativ zu montieren und nur den Meßeingang direkt an eine Hochspannungsklemme des Prüflings zu klemmen. Das Schutznetzwerk am Eingang der Meßelektrode der TE-Sonde gewährleistet dabei, daß bei einem möglichen Prüf lingsdurch- oder Überschlag die TE-Sonde und damit der gesamte

TE-Auswerteblock funktionstüchtig bleibt. Dabei bildet die mit dem Sondengehäuse verbundene Bezugselektrode über die Gehäuse-Raumkapazität den benötigten Gegenpol für die TE-Verarbeitungseinheit. Bei dieser Anordnung werden die aufwendigen und teuren sowie schweren Koppelkondensatoren und die Meßimpedanz eingespart. Das Schutznetzwerk bildet mit einsr Querinduktivität für flachansteigende Spannungsimpulse eine Sicherheitsableitung, während die steilen TE-Impulse unverfälscht hindurchgelassen werden. Die TE-Signalübertragung zur Anzeige erfolgt dabei nach Modulation über Lichtwellenleiter oder einen fokussierten Lichtstrahl zu einen entsprechenden Lichtempfänger, welcher die Demodulation des Lichtsignales in elektrische Signale realisiert. Die so regenerierten TE-Signale können auf einon als Auswertegerät fungierenden Digitaloszillografen dargestellt und bewertet werden.

Ausfühmngsbelcpiel

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

Fig. 1A: die Schaltspannungsanlage mit Steuer- und Verarbeitungsblock als Blockschaltbild, Fig. 1B: die Schaltspannungsanlage mit Verarbeitungsblock auf Hochspannungspotential als Blockschaltbild, Fig.2A: das Zeitdiagramm für den Steuerblock der Schaltspannungsanlage bei programmierten Polaritätswechsel, Fig. 2 B: das Zeitdiagramm für den Steuerblock der Schaltspannungsanlage bei festeingestellter Polarität, Fig.3 : das Blockschaltbild des TE-Verarbeitungsblockes,

Fig.4 : den zeitlichen Verlauf der Steuerung der TE-Sonde und die Bildung geformter TE-Impulse.

Eine Nachladesperre 1 (Fig. 1), besteht aus einem herkömmlichen Schalter oder einem elektrisch oder optisch gesteuerten Leistungsthyristor, welche dem Hochspannungstrafo 2 mit einer Gleichrichterschaltung 'J und einem Polaritätsumschalter 4 vorangeschaltet ist. Sie verhindert durch die Abtrennung des Hochspannungstransformator 2 von der an den Eingangsklemmen anliegenden Netzspannung Ue, daß weder beim Entladen der Stoßkapazität 7 (Cs) über den Entladeschalter 10, derohmschen Entladeimpedanz 11 (R_E)undohmschen Dämpfungsimpedanz 12 (Rd) auf die Prüflingskapazität 15 (C_p) aus dem speisenden Netz herrührende Störungen, noch die durch das Nachladen der Stoßkapazität 7 über den Ladewiderstand 5, beim Einsatz einer getriggerten Funkenstrecke als Entladeschalter 10, infolge des Nachzündens dieser Funkenstrecke entstehende Störungen den originalen TE-Signalen überlagert werden und zu falschen Ergebnissen führen. Über eine Meßimpedanz 14, welche in einem kapazitiven Spannungsindikator 13 (C₁) integriert ist, werden dia TE-Signale ausgekoppelt und im TE-Verarbeitungsblock 17 weiterverarbeitet

Die Scheitelzeit ts der Schaltspannung berechnet sich nährungsweise aus der Formel

t_s = R_D x (Cp/C,) und die Rückenhalbwertzeit tu = C₅ x R_E.

Die ohmsche Entladeimpedanz 11 und Dämpfungsimpedanz 12 sind konstruktiv so ausgeführt, daß sie leicht in Abhängigkeit der Kapazität des Prüflings ausgetauscht werden können, mit der Zielstellung Scheitelzeiten t_s von 1-10 ms und Ruckhalbwertzeiten tR von

t_R = 5-10 x t_s

zu realisieren. In diesem angegebenen Bereich entspricht die gemessene TE-Intenssität etwa der bei 50 Hz Prüfwechsolspannung. Die Steuerung der Scheltspannungsanlage durch den Steuerblock erfolgt verzugsweise mit einem Mikrorechner. Der zeitliche Ablauf der Ausführung der einzelnen Steuersignale ist in Figur 2 A für programmierten Polaritätswechsel dargestellt. Zu einem Startzeiipunkt t, (Diagramm 1) erfolgt Jie Zuschaltung der Eingangsspannung U_E durch die Nachladesperre 1 und die Aufladung der Stoßkapazität 7 beginnt. Erreicht die Ladespannung U₁ (Diagramm 2) den vorgegebenen Spannungswert- U_son, welcher über den Gleichspannungsteiler 6 gemessen wird, schaltet die Nachladesperre 1 den Hochspannungstransformator 2 zum Abschaltzeitpunkt t₂ wieder ab. Zum Entladezeitpunkt t₃ wird die Stoßkapazität 7 über den Entladeschalter 10 entladen und ist zum Endzeitpunkt t₄ (Diagramm 5 und 6) buendet. Befindet sich noch eine Restladung auf der Stoßkapazität 7, wird durch die Restentladeeinrichtung 8: 9 zum Restentladezeitpunkt t₅ (Diagramm 4) die Stoßkapazität 7 völlig entladen, mit dem Ziel, bei Polaritätswechsel die Stoßkapazität 7 nicht über den Hochspannungstransformator zu entladen bzw. bei Anlagenabschaltung keine Restladung auf der Stoßkapazität zu hinterlassen, was zum Nullzeitpunkt t₆ realisiert ist. Zum Polaritätsschaltzeitpunkt t_; schaltet der Polaritätsschalter 4 (Diagramm 3) um und zum Zykluswiederholzeitpunkt t₈ beginnt der Zyklus von neuem. Dabei stellt t_z die Zykluszeit dar. Wird mit einer Schaltspannung konstanter Polarität gearbeitet, so gestaltet sich der zeitliche Ablauf wie in Figur 2 B dargestellt. Zu einem Anlagenstartzeitpunkt t₀ wird die entsprechende Polarität der Ladespannung Ui (Diagramm 3) vorgewählt und zu dsm Startzeitpunkt t, erfolgt die Zuschaltung der Spannung U_E (Diagramm 2) an den Hochspannungstransformator 2 durch die Nachladesperre 1 (Diagramm 1). Der Verlauf der Ladespannung ist im Diagramm 2 dargestellt. Bei Erreichen eine.· Spannung U_son zum Abschaltzeitpunkt t₂ schaltet die Nachladesperre 1 den Hochspannungstransformator 2 von der Spannung U_E ab. Zu einem vorgegebenen Entladezeitpunkt ta (Diagramm 5) entlädt der Entladeschalter 10 den Stoßkondensator 7. Die Entladeeinrichtung 8; 9 (Diagramm 4) wird nicht wirksam, da die bei Einsatz einer getriggerten Funkenstrecke als Entladeschalter 10 verbleibende Restladung der Stußkapazität 7 keine Auswirkungen hat, weil im weiteren mit einer Ladespannung gleichbleibender Polarität gearbeitet wird. Bei Einsatz einos mechanisch betätigten Entladescha'ters 10 wird ohnehin jedesmal die Stoßkapazität 7 völlig entladen. Zum Wiederholzeitpunkt tw beginnt der gesamte Zyklus von neuem.

Die gesamte Schaltspannungsanlage ist in einzelne Module aufgegliedert, welche mechanisch schnell unter Vor-Ort-Bedingungen montiert und an den entsprechenden Prüfling angeschlossen werden können. Bevor ein Meßzyklus beginnt, muß sich die Schaltspannungsanlage selbst auf TE-Freiheit testen. Dabei ist die ohmsche Dämpfungsimpedanz 12 so zu bemessen, daß in Verbindung mit der Kapazität des kapazitiven Spannungsindikators 13 Schaltspannungsimpulse mit den angegebenen Parametern realisiert werden.

Die beim Test von Prüflingen mittels Schaltspannung entstehenden TE-Signale werden im TE-Verarbeitungsblock 17 (Figur 3), welche eine Kompakteinheit darstellt, wie folgt ausgewertet:

Die am Meßeingang ME anliegenden Stör- und TE-Signale werden über ein Schutznetzwerk 20 an der Meß- MEL und Bezugselektrode BEL der bekannten TE-Sonde 21 mit dem Dreielektrodensystem und an den Eingang eines Schwellwertmonoflops 22 geführt.

Beim Überschreiten dar Ansprechspannungsschwelle U_0n zum Anrurechieitpunkt t, durch die beim Schalten des Entladeschalters 10 entstehenden Störsignale (Figur 4 Diagramm 1 und 2) wird im Monoflop 22 ein Impuls gebildet (Diagramm 3), dessen Zeitdauer von seiner intern eingestellten Haltezeit abhängig ist und gleichzeitig die Meßfensterdauer tm repräsentiert. Die Vorderflanke dieses Impulses wird einmal als Triggerimpuls TP bei Darstellung eines Bildes in einem als Auswertegerät 17a fungierenden Digitaloszillcgraphen oder ähnliches genutzt. Zweitens wird dieser Impuls mittels einer Verzögerungsstufe 23 um die Verschiebezeit tv (Diagramm 4) verschoben und als Steuersignal für einen elektronischen Kurzschließer 27 im TE-Sigalverarbeitungsweg und zum Zuschalten der Versorgungsspannung für die TE-Sonde 21 mittels eines gesteuerten Speisestromschalters 24 benutzt. Auf Grund der Umladevorgänge der in der TE-Sonde 21 integrierten Kapazitäten besitzt diese eine fest vorgegebene Einschwingzeit t_E (Diagramm 5), so daß sie erst dann zu arbeiten beginnt, wenn die durch das Schalten des Entladeschalters 10 entstehenden Störsignale bereits abgeklungen sind. Die aus der TE-Sonde 21 herauskommenden TE-Signale werden von den an sich aus der klassischen TE Meßtechnik bekannten Verarbeitungsstufen, wie Verstärker 25, HF-Gleichi ichter 26, Integrator 28 und Spitzenwertgleichrichter 29 verstärkt, umgeformt und bewertet und auf ein Auswertegerät 17a herausgeführt. HF-Gleichrichter 26, Integrator 28 und Spitzenwertgleichrichter 29 sind gleichspannungsmäßig miteinander verkoppelt.

Der an der Verbindung zwischen HF-Gleichrichter 26 und Integrator 28 angeordnet:) elektronische Kurzschließer 27 zieht den Gleichspannungsarbeitspunkt von Integrator 28 und Spitzenwertgleichrichter 29 auf den Wert 0 V, wenn ein Betriebsartenschalter 30 geschlossen ist. Gelangt ein Signal mit der Meßfensterdau-'.r tm auf den elektronischen Kurzschließer 27, so wird dieser für die Meßfensterdauer tm geöffnot und integrator 28 und Spitzenwertgleichrichter 29 beginnen zu arbeiten. Das am Ausgang B abnehmbare" und darstellbare Signal setzt sich zusammen aus geformten TE-Signalen und durch den elektronischen Kurzschließer 28 vorgegebsnen Meßfensterzeitraum tm (Diagramm 5). Wird der Betriebsartenschalter 30 geöffnet, dann wird dem Monoflop 22 und der Impulsverschiebestufe 23 in Verbindung zur Bezugserde entzogen und sie damit potentialhochliegend unwirksam, was ein Öffnen des elektronischen Kurzschließers 24 zur Folge hat. Gleichzeitig bewirkt die hochliegende Steuerleitung auch ein Schließen des Speisestromschalters 24 für die TE-Sonde 21, so daß der TE-Versrbeitungsblock 17 auch zur traditionellen Messung von TE-Signalen bei Prüfwechselspannungslieauflagung des Prüflings 15 oder auch bei 50Hz Betriebswdchselspannung verwendet werden kann. Des weiteren kann in dieser Betriebsart eine Kalibrierung des TE-Verarbeitungsblockes 17 mit Auswertegerät 17a erfolgen, in dem ohne Schaltspannungserzeugung parallel zum Prüfling 15 ein Kalibriergenerator 15a angeschlossen wird. Auf Grund des geringen Gewichts und Größe des TE-Verarbeitungsblockes 17 ist es möglich, diesen auf ein Isolierstativ 19 zu montieren und nur den MoiJeingang ME direkt mit einer Hochspannungsklemme des Prüflings 15 zu verbinden (Fig. 1 b). Das Schutznetzwerk 20 (Fig. 3) mit einer Ouerinduktivität am Eingang dei Meßelektrode MEL der TE-Sonde 21 gewährleistet dabei, daß bei einem möglichen Durchschlag des Prüflings 15 oder bei einem Überschlag über diesen die TE-Sonde 21 und damit der gesamte TE-Auswerteblock 17 vor hohen Spannungsimpulsen geschützt wird und funktionstüchtig bleibt. Um bei Kontaktierung des TE-Verarbeitungsblockes 17 mit einer hochspannungsführenden Klemme des Prüflings 15 keine äußerden TE, z.B. Gehäusekanten, zünden zu lassen, ist die Verkleidung mit entsprechenden Tellersegmentelektroden zur Feldsteuerung ratsam. Es ist jedoch auch möglich, den TE-Verarbeitung sblock in einem kugel- odor zylinderförmigen Gehäuse unterzubringen, bei dem Sprühkanten vermieden sind.

Die TE-Signalübertragung erfolgt bei dieser Betriebsart mittels Lichtwellenleiter, wobei in einem Lichtsender 31 die TE-Signale auf Lichtsignale moduliert werden. In einem entsprechenden Lichtempfänger 18 erfolgt die Demodulation der Lichtsignale in äquivalente Spannungsimpulse, die auf einem als Auswertegerät 17a fungierenden Digitaloszillographen dargestellt und ausgewertet werden.

Stehen für höhere Betriebs- oder Schalispannungen keine hochspannungsfesten Lichtwellenleiter zur Verfügung, ist es vorteilhaft, mittels modulierbaren fokussieren Licht- oder Laserstrahlen die TE-Signalübertragung zwischen TE-Verarbeitungsblock 17 und Auswertegerät 18 vorzunehmen.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Teilentladungsmessung unter Vor-Ort-Bedingungen, bestehend aus einer Schaltspannungsanlage, einer Auskoppel-, Verarbeitungs- und Anzeige· iinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltspannungsanlage mit program niert steuerbarer Nachladesperre (1), Hochspannungspolaritätsumschalter (4), Restentla jeeinrichtung (8; 9), Entladeschalter (10) sowie Entlade- (11) und Dämpfungsimpedanz (12) modifiziert ist, wobei deren Steuereingänge (Si; S₂; S₃; S₄) von einem, vorzugsweise einen Mikrorechner aufweisenden Steuerblock (16) in Abhängigkeit von der Betriebsart, den gewählten Parametern, insbesondere aus dem zeitlichen Verlauf der Ladespannung (U₁) und der Schaltspannung (U₂) aktiviert sind, daß ein an sich bekannter, vorzugsweise kapazitiver Spannungsindikator (13) vorzugsweise mit integrierter Auskoppeleinrichtung (14) parallel zum Prüfling (15) sowohl die entstandenen Teilentladungssignale (TE), als auch die beim Schalten des Entladeschalters (10) entstehenden Störsignale auf den Verarbeitungsblock (17), der die bekannte TE-Sonde (21) mit dem Dreielektrodensystem einschließt, auszukoppeln gestattet, wobei die Störsignale auf einen Schwellwert-Monoflop (22) mit nachfofgender Verzögerungsstufe (23) gegeben, ein Meßfenstersignal (tm) bilden, das einen Speisestromschalter (2£) für die TE-Sonde (21) schließt und einen Signalkurzschluß (27) im TE-Verarbeitungsweg aufhebt, so daß nur innerhalb des Meßfenstersignais eine Verstärkung und Formung der TE-Signa!e mittels der TE-Sonde (21), Verstärker (25), HF-Gleichrichter (26), Integrator (28) und Spitzenwertgleichrichter (29), sowie die Übertragung der TE-Signale vorzugsweise mittels Lichtsender (31) über Lichtleitkabel zu einem Lichtempfänger (18) und die Bilddarstellung der Amplituden-Zeit-Funktion mittels des Sichtgerätes (17 a) erfolgt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Betriebsartenschalter zur Umschaltung von Schaltspannungsbetrieb auf Wechselspannungsbetrifib vorgesehen ist, der dem Schwellwert-Monoflop (22) und die Verzögerungsstufe (23) wirkungslos «ehaltet, den Speisestromschalter (24) durchschaltet und den Kurzschließer (27) im TE-Signalverarbeitungsweg öffnet.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verarbeitungseinheit (17) auf einem Isolierstativ (19) angeordnet ist und ihr Meßeingang (ME) mit einer Hochspannungsklemme des Prüflings (15) verbunden ist und die Signalübertragung mittels Lichtsender (31) und -empfänger (18) erfolgt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der TE-Verarbeitungsblock (17) mittels Tellersegmentelektroden verkleidet ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der TE-Verarbeitungsblock (17) ein kugel- oder zylinderförmiges Gehäuse mit gerundeten Kanten besitzt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Signalübertragung mittels modulierbarem und fokussiertem Licht- oder Laserstrahl erfolgt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß dem Meß- (ME) und Bezugseingang (BE) des TE-Verarbeitungsb!ockes (17) ein Schutznetzwerk mit Querinduktivität vorgeschaltet ist.