DD277982A1

DD277982A1 - ARRANGEMENT FOR PART DISCHARGE MEASUREMENT UNDER ON-SITE CONDITIONS

Info

Publication number: DD277982A1
Application number: DD88323157A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Lemke; Gerd Friese; Roland Roeding; Rainer Siebert
Original assignee: Robotron Messelekt
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1988-12-15
Publication date: 1990-04-18

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 aThe TE measurement arrangement for on-site conditions enables detection of high-voltage insulation and electrical equipment insulation faults. By means of a variable in the peak and Rueckenhalbwertzeit and thus the corresponding Pruefling adaptable switching voltage pulse or a Pruefwechselspannung partial discharges are zuundend in the test. From the generated when switching a discharge switch pulses, which arise before the actual discharge of shock power, a measurement window signal is derived, which once again shifted in time, a partial discharge probe and subsequent processing stages activated. By simultaneous changes in the operating point of an integrator and a peak value memory, a superimposed image comprising a measuring window signal and a shaped TE signal can be taken at the output of a TE processing block. By switching a mode switch, the TE processing block can also be used to measure TE upon application of an AC voltage. If the TE processing block is isolated and contacted with a high-voltage terminal of the test piece, a light signal transmission to a corresponding light receiver takes place after modulation. For the reproduction of the overview image, a digital oscilloscope is used. Fig. 1 a

Description

Hierzu 5 Seiten ZeichnungenFor this 5 pages drawings

Field of application of the invention

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.The invention relates to an arrangement for partial discharge (TE) measurement of electrical equipment and high voltage cables. The measurement of TE as the most important nondestructive testing method serves this purpose. Detecting fault locations in isolation early. This is gaining in importance particularly in the case of electrical systems and high-voltage cables, which have been in operation for a long time. Targeted TE measurement under on-site conditions can track the TE intensity evolution of insulation and detect dangerous situations. This allows a replacement of damaged electrical equipment parts and the determination of the TE Feh! Erortes high-voltage cables, the prophylactic replacement of highly impact-prone cable sections at a convenient time for the operator.

Characteristic of the known technical solutions

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-MeßtechnikdenTE measurement is used as a test method, especially in the final testing of plastisolierten high-voltage cables and electrical equipment its application. The results obtained allow concrete assessment of operational reliability and long-term behavior. Furthermore, it is of paramount importance to use the TE measuring technique

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.To assess the aging state of the high-voltage insulation of electrical installations and plastisolierten high-voltage cables, which are already in operation for a long period. This results in the ability to detect damage to high-voltage insulation, to plan repairs and perform targeted. An AC test is particularly problematic when the device under test has a large self-capacitance, as z. B. in plastisolierten high voltage cables is the case because a very high charging power must be applied, which requires very powerful and heavy testing equipment. The classic type of on-site testing of plastic insulated high voltage cables is the test with increased DC voltage. In "Elektrizitätswirtschaft" Jahrgung, 84 June 1985, issue 13, special reference is made to the fact that the space charge effects that occur in this case lead, on the one hand, to the ignition of some, but not all, of the TE and thus to misinformation in interaction with the accumulated space charges have a maximum of twice the amplitude of the original test DC voltage and thus are the starting point for further previous damage of the insulating material.

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, daßThe possibility of testing electrotechnical insulation systems presented in article H 3-01 of the "Scientific Conference of the Electrical Engineering Section of the TU Dresden" in 1987 is based on the use of infra-frequency voltages from + 5OkV and minus SOkV by means of microcomputer-controlled high-voltage valves infra frequencies between 0.5Hz and 0.001Hz The charging power required to test plastisolated high-voltage cables is correspondingly low, but this apparent advantage is opposed by the fact that

- es trotz Umpolvorgängen ebenfalls zu Raumladungsakkumulationseffekten und damit beim Kabeldurchschlag zu oben genannten Wechselwirkungen mit Bildung von Wanderwellen kommt,- there is also Umpolvorgängen to Raumladungsakkumulationseffekten and thus the cable breakdown to above interactions with formation of traveling waves,

- es keinen wissenschaftlich begründeten Zusammenhang zwischen den bei Einsatz infrafrequenter Prüfspannung gemessenen TE-Kennwdrten und denen bei 50Hz Prüfspannung gemessenen gibt.- there is no scientifically-based relationship between the measured when using infra-frequency test voltage TE-Kennwdrten and those measured at 50Hz test voltage.

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.The method for measuring and locating TE in laid medium voltage cables presented in the "Elektrizitätswirtschaft" Jg.87 (1938) No. 4 uses 50 Hz operating voltage, a blocking impedance is connected between the medium voltage cable and the supply terminal to suppress disturbances coming in from the supply network The TE signals are coupled via a pluggable TE-free medium-voltage cable with connected coupling capacitor.The evaluation of the TE signals is computer-aided, since the maximum test sample capacity is 10OnF, which corresponds to a cable length of 150 m to 300 m (depending on the cable type) , it is not suitable for use for on-site conditions with cable lengths well over 1000m.

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.Another possibility is the use of external 50Hz test voltage sources. However, such TE-free high-voltage transformers have the disadvantage of a large volume and high weight, which leads to significant Transportpioblemen.

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.Inverse-operated voltage transformers are, ν ') presented in DE-OS 2156354, used as Prüfspannungserzeuger in gas-insulated switchgear. This limits the PD measurement to certain parts of the system and requires a permanently installed decoupling capacitor.

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.The presented in DE-OS 2721353 method is based on the use of 50Hz AC voltage as test voltage and is used to detect internal TE pulses of electrical insulation. Faults, ζ. Β External discharges which occur in the range of the maximum of the test voltage are suppressed by a special electronic short-circuiter and thus not used for the evaluation.

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.The article 21-06 of the "International Conference on Large High Voltage Electric Systems" Paris 8/1988 produces a simple test voltage system for generating oscillating voltage on the basis of a resonant circuit triggered by a spark gap.This oscillating test voltage is intended as an alternative to the GIo voltage test of plastisolated high-voltage cables are used with the aim of avoiding the pre-damages that are demonstrably caused by DC voltage testing, but to provide the same statements on any already existing faults in cables.A TE measurement with oscillating test voltage is not carried out.

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.In DD-WP 243355 a circuit arrangement for generating high voltage test pulses is presented. These Prüfimpulsc generated by surge discharges of capacitors and amount to a multiple of the peak value of the operating voltage. The goal is the immunity test of electrical or electronic equipment and not in the TE measurement.

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 the "Taschenbuch Elektrotechnik" Bd. 6 Page 390-393 2nd edition a system for the generation of high switching voltages for the testing of electro-technical systems is shown, which serves to prove corresponding insulation characteristics and the long-term behavior of the insulating material A TE measurement is not carried out.

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.In a guest lecture "Partial discharge measurement with switching impulse voltages on PE cables" for the 31st International Knowledge Institute II Ilmenau 1986 as well as in the article 1020-02 of the CIGRE Symposium 05-87 Vienna 1987 a TU measuring arrangement with switching pulse voltage was developed by the TU Dresden presented.

Dabei wurde insbesondere die Problematik der im Hochspannungsprüfkreis entstehenden internen Störungen betrachtet.In particular, the problem of internal disturbances arising in the high-voltage test circuit was considered.

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.The dominating factor is the interference pulse caused by the large voltage change rate of the test voltage from the capacitive current via the coupling capacitor at the output of the measuring impedance with an equivalent charge of up to 5000 oC.

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.With a special line transformer in the measuring impedance (DE-OS 2806592) and a very broadband TE signal processing gelnpg it to effectively separate in terms of their shape very different TE and Stöf'mpulss, with a fictitious improvement of the useful-to-noise ratio to a 3n factor of over 10,000 has been achieved. However, the commercial TE meter available for evaluation of the TE signals is only conditionally suitable for the TE measurements with switching pulse as a function of the operating mode and its technical parameters. In addition, the electronic switch upstream of the input amplifier of the TE meter was used to remove any overmodulation caused by dynamic equalization during breakdown of the spark gap.

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 dieFor the liberation of the TE signals of RF interference by local RF transmitter a solution according to DD-WP 253333 is known. The disclosed TE measuring arrangement with suppression of superimposed RF interference voltage locates at TE fault location on cables clean separation of the electrical TE pulses superimposed RF interference voltage, without losing the polarity information of the electrical TE pulses is lost. By means of a variable in time, z. B. from a periodic fundamental wave of a test AC voltage or a single event (pulse voltage) obtained control pulse, the

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.Signal transmission in a time window done. This makes it possible without additional circuitry, z. B. separated at 50Hz test AC voltage on a plastisolierten high voltage cable TE pulses in groups and polarity accurate to capture and evaluate. The solution consists essentially of a push-pull transistor circuit with diodes and a controllable resistor between the two bases for generating a quiescent current. To the control electrode of the controllable resistor is via a separating capacitor and a Gleichrichterschaliiing with optimal timing and basic level setting the output of a Nutz-Störsignalgemisch amplifying control amplifier and a Entkoppelungsdiodo the control pulse so that when active control signal transmitted only the electrical TE pulses through the Geyentakttransistoren become.

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.Arrangements for measuring ΓΕ are specified and disclosed in IEC 270 (1981) and derived therefrom in TGL 20625. On the one hand, directly by means of a coupling capacitor and a measuring impedance parallel to the DUT and on the other hand, the measuring impedance in series with the DUT, but both parallel to the coupling capacitor, TE coupled out. The former variant is the most common, as there is no danger to the devices connected to the measuring impedance at the breakdown of the specimen. A third possibility is that between the series connection of Prü'ling and measuring impedance, and coupling capacitor and measuring impedance, in the form of a bridge circuit, the corresponding measuring devices are installed. This can effectively suppress interference signals that originate from the test circuit. The measuring impedances used in this case consist essentially of a filter circuit whose frequency response is chosen so that the frequency of the test voltage is kept away from the meters, but the TE signals can be decoupled.

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.The calibration of the measuring instruments in the complete test circuit with connected DUT is done with the aim of the scale factor and the smallest measurable discharge intensity, which essentially by the basic noise level and the characteristics of the measuring circuit, such. B. the intrinsic noise of the meter is limited to determine (DD-WP 150802). The calibration of measuring instruments in the complete test circuit takes place in that short current pulses are conducted into the terminals of the test object. These pulses are generated by applying a square pulse of a specific voltage amplitude to a calibration capacitor. This KaIiL. The capacitor should not be greater than about 0.1 times the sum of the coupling capacitance and the sample capacitance in order to maintain the validity of the calibration after applying the test voltage and removing the calibration capacitor.

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.A second possibility of decoupling and processing of TE is disclosed in DE-PS 3408256. A TE probe is introduced to detect the electromagnetic radiation annulus generated when igniting TE with frequency components well above 100 MHz using a broadband antenna. The aim is to enable the collection of TE in electrical equipment without having to activate these systems. It is used primarily for prophylactic investigations under on-site conditions for the detection of Vorschädigungigungon, ie electrically dangerous situations. The probe essentially consists of a three-electrode system connected via a network, in which a frame-shaped compensating electrode is arranged on the side facing the specimen between a measuring electrode and a comprehensive housing-like, provided with a window reference electrode. Within the reference electrode, two differential amplifiers are integrated, whose rise time is very small compared to the duration of the TE signals and lies in the ns time range. The arrangement of the electrodes results in a directional characteristic and by their interconnection increased interference signal reduction of far fields.

Object of the invention

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.It is an object of the invention to provide easily realizable arrangements of a Prüfspannungsquelle, and those for coupling and processing of TE signals, which in contrast to existing TE measuring systems both irr. Test laboratory, as well as under field conditions are used, no high-performance TE-free high-voltage generator and need due to the modular design easily removable and transportable.

Explanation of the essence of the invention

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.Based on the above objective, the object is to realize a test voltage source as a test voltage source and a corresponding TE signal, Auskoppel-, processing and display device. According to the invention is preferably achieved with a modified switching voltage system, which is connected to a control block, the fact that this generates a test voltage pulse with programmable polarity and this switches to the device under test, wherein the thereby generated in the device under test TE signals preferably coupled by means of a known measuring impedance and processed and displayed in a TE processing block including the known TE probe with the drug electrode system.

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 alsThe switching voltage system includes a Nachladesperre, which consists of a mechanical switch or an electrically or optically controlled thyristor. This is used to switch the supply voltage on the known high-voltage transformer with switchable rectifiers, the switchover can be done by rotating movable golagerter rectifier, by switching permanently mounted rectifier, by igniting self or externally quenched thyristors, as well as by controlling appropriate high voltage vacuum valves. A direct voltage divider for measuring the charging voltage of the surge capacitor connected in parallel with the DC divider is arranged via a subsequent charging resistor. The Nachladesperre allowed when unloading the surge capacitor by means of a known discharge switch via a known damping and Entladeimpedanz on the test specimen to be examined, the high-voltage transformer vorr. Disconnect power so that neither resulting in the high-voltage transformer electrical discharges nor resulting from the feeding network disturbances in the TE processing block are incorrectly processed and displayed as TE signals. The discharge switch can be realized by an externally triggered spark gap or by a mechanically operated high voltage switch. Also such disturbances, which by the rapid reloading of the surge capacity when using a spark gap due to the Nachzündens the spark gap after discharge of the surge capacity via a preferably capacitive voltage indicator with intagrierter measuring impedance, which at the same time

Belastungskapazität für die Schaltspannungsanlage und als Koppelkondonsator fungiert, ausgekoppelt werden, bleiben wirkungslos.Load capacitance for the switching voltage system and acts as a coupling capacitor, are coupled, remain ineffective.

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.One of the surge capacity in parallel known residual discharge discharges the shock capacity completely when a spark gap is used as a switch for discharging the surge capacity and accordingly would remain after falling below the Aussetzspannung the ignited discharge a residual charge in the surge capacity. This prevents the surge capacitance from being discharged via the high-voltage transformer when the high-voltage rectifier is reversed, or a residual charge remaining in the surge capacitor when the switching-voltage system is switched off. When using a mechanical high-voltage switch eliminates the residual discharge device, since the discharge of the surge capacity on the discharge impedance, which is responsible for setting the back half-life of the switching voltage, completely done.

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.Damping and discharging impedance are to be dimensioned so that when discharging the surge capacity via the discharge switch Schei'elzeiten the switching voltage of 1 ms-10ms and Rückenhalbwartzeiten front of 5 to 10 times the peak time of the switching voltage can be achieved.

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.Deviating from the internationally standardized form (250/2500) of the switching voltage, the values are selected so that the measured results obtained via the TE intensity in a corresponding test object are comparable to those at 50 Hz test alternating voltage. Reload lock, polarity switch, residual unloader and discharge switch are in connection with the values of the state of charge of the surge capacitor and the value of the peak voltage, and their timing, preferably with a microcomputer to control.

Die zeitlichen Abläufe sind entsprechend der gewählten Betriebsart zu steuern:The time sequences are to be controlled according to the selected operating mode:

- Wechselnde Polarität der Schaltspannung.- Changing polarity of the switching voltage.

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.The afterload lock is turned on and the surge capacitance charges through the rectifier to a value specified by the control block. Thereafter, the reload lock opens and the unload switch is closed. After the decay of the switching voltage to the value zero and the opening of the discharge or after falling below the dropout voltage of the ignited discharge of the used as a discharge breaker Gothic sparked spark gap is tested whether there is still a residual charge in the impact capacity. If this is the case, the switch of the residual discharger switches on and discharges the surge capacity completely. Thereafter, the switch of Restentladoeinrichtung opens again and the polarity switcher switches to the other polarity and the Nachladesperre switches back on, whereby the cycle begins again.

- Festeingestellte Polarität der Schaltspannung- Fixed polarity of the switching voltage

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.The preselection of the desired polarity takes place with the polarity switch for the Iv Jes voltage. After closing the reload lock, the charging of the surge capacity takes place up to a set value. When this value is reached, the afterload lock opens and the discharge switch closes. After opening the discharge switch or after falling below the intermittent voltage of the discharged discharge of the triggered spark gap begins with the closing of the Nachladesperre the cycle from the beginning. When switching off the switching voltage system, the surge capacity is automatically grounded. Damping and discharging impedance, but preferably the discharge impedance can be ohmic (to form non-resonating switching voltage pulses), inductive or mixed to achieve oscillating Schaitspannungsimpulse with freely selectable oscillation frequency. This further provides the advantage that high-frequency glitches from the switching voltage system, the inductively or mixed running attenuation impedance can not happen, d. H. a Hf-moderate decoupling of the switching voltage system takes place.

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.One of the Piüflingskapazität connected in parallel, capacitive voltage indicator acts simultaneously as decoupling unit for an integrated Meßimpedanz but also as load capacity for the switching voltage system and allows both the corresponding temporal waveform of the generated switching voltage and the decoupled preferably via the measuring impedance noise and TE signals Hf-moderate to forward to the measuring input of the TE processing block. The reference ground of the TE processing block is connected via tiie measuring impedance with the total earth of the switching voltage system. The interference TE signal mixture passes through a protective network to the measuring electrode of the known TE probe with the three-electrode system, the operating voltage is passed through a controlled supply current switch. Likewise, the composite signal reaches the input of a Schwellwertmonoflops, which forms a pulse when exceeding a Ansprechwelle by the first interference signal whose duration is dependent on its internally set hold time and simultaneously represents the Meßfensterdauer.

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.This Meßfensterimpuls thus formed is used with its leading edge once as a trigger pulse for displaying the image in a functioning as an evaluation digital oscilloscope or the like. Secondly, it is shifted in time by means of logic modules and controls the switch for switching on the supply voltage to the TE probe; Furthermore, by opening an electronic short-circuiter, it releases a short circuit present in the TE signal processing path for the duration of the measuring window signal. With a mode switch from switching voltage operation to traditional test AC operation, this measurement time window control can also be switched off, with the supply current switch for the TE probe constantly closed and the electronic short-circuiter in the TE signal path constantly open. Due to reloading of the integrated capacitors in the TE probe, the TE probe begins to work only after a fixed settling time, so that the noise generated when switching the discharge switch have already subsided. The TE signals coming out of the TE probe are amplified, reshaped, and evaluated in the subsequent amplifier, RF rectifier, integrator, and peak rectifier, and fed out of the TE processing block for display on an evaluation device.

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 gesamteDue to the small size of the TE processing block, it is preferably also possible to mount it on an insulating stand and to clamp only the measuring input directly to a high voltage terminal of the test object. The protective network at the entrance of the measuring electrode of the TE probe ensures that in a possible test lingsdurch- or rollover the TE probe and thus the entire

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.TE evaluation block remains functional. In this case, the reference electrode connected to the probe housing forms the required opposite pole for the TE processing unit via the housing space capacity. In this arrangement, the complex and expensive and heavy coupling capacitors and the measuring impedance can be saved. The protection network, with its shunt inductance for shallow voltage pulses, provides a safety drain, while allowing the steep TE pulses to pass through unadulterated. The TE signal transmission for display takes place after modulation via optical waveguide or a focused light beam to a corresponding light receiver, which realizes the demodulation of the light signal into electrical signals. The regenerated TE signals can be displayed and evaluated on a digital oscilloscope that functions as an evaluation unit.

AusfühmngsbelcpielAusfühmngsbelcpiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsheispioles näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to a Ausführungsheispioles. In the accompanying drawings show:

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. 1A: the switching voltage system with control and processing block as a block diagram, Fig. 1B: the switching voltage system with processing block to high voltage potential as a block diagram, Figure 2A: the timing diagram for the control block of the switching voltage system with programmed polarity change, Fig. 2 B: the timing diagram for the control block of the switching voltage system with fixed polarity, Figure 3: the block diagram of the TE processing block,

Fig.4 : den zeitlichen Verlauf der Steuerung der TE-Sonde und die Bildung geformter TE-Impulse.4 shows the time course of the control of the TE probe and the formation of shaped TE pulses.

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 weiterverarbeitetA recharging lock 1 (FIG. 1) consists of a conventional switch or an electrically or optically controlled power thyristor, which is connected upstream of the high-voltage transformer 2 with a rectifier circuit 'J and a polarity switch 4. It prevents by the separation of the high voltage transformer 2 from the voltage applied to the input terminals Ue that neither when discharging the surge capacity 7 (Cs) via the discharge switch 10, the ohmic discharge impedance 11 (R _E ) and ohmic damping impedance 12 (Rd) to the DUT 15 ( C _p ) interference originating from the feeding network, nor the interference caused by the recharging of the surge capacitance 7 via the charging resistor 5, when using a triggered spark gap as discharge switch 10, as a result of Nachzündens this spark gap the original TE signals are superimposed and false results to lead. Via a measuring impedance 14, which is integrated in a capacitive voltage indicator 13 (C ₁ ), the TE signals are coupled out and further processed in the TE processing block 17

Die Scheitelzeit ts der Schaltspannung berechnet sich nährungsweise aus der Formel The peak time ts of the switching voltage is approximated by the formula

t_s = R_D x (Cp/C,) und die Rückenhalbwertzeit tu = C₅ x R_E.t _s = R _D x (Cp / C,) and the half-life half tu = C ₅ 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 vonThe ohmic discharge impedance 11 and the damping impedance 12 are structurally designed so that they can easily be exchanged as a function of the capacity of the test object, with the goal of peak times t _s of 1-10 ms and return half-times tR of

t_R = 5-10 x t_s t _R = 5-10 xt _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.to realize. In this specified range, the measured TE intensity corresponds approximately to that at 50 Hz Prüfwechsolspannung. The control of the Scheltspannungsanlage by the control block is preferably carried out with a microcomputer. The timing of the execution of the individual control signals is shown in Figure 2A for programmed polarity change. At a start time t, (diagram 1), the input voltage U _{E is switched on} by the afterload lock 1 and the charging of the surge capacitance 7 begins. Reaches the charging voltage U ₁ (Diagram 2) the predetermined Spannungswert- U _so n, is measured which via the DC voltage divider 6, the reloading 1 switches the high voltage transformer 2 to the switch-off time t ₂ again. At the discharge time t ₃ , the surge capacity 7 is discharged via the discharge switch 10 and is at the end time t ₄ (diagram 5 and 6) buendet. If there is still a residual charge on the surge capacitance 7, the surge capacitor 7 is completely discharged by the residual discharge device 8: 9 at the residual discharge time t ₅ (diagram 4), with the aim of not discharging the surge capacitance 7 via the high-voltage transformer when the polarity is reversed or if the system is switched off leave no residual charge on the surge capacity, which is realized at zero time t ₆ . At the polarity switching time t _; the polarity switch 4 (diagram 3) switches over and at the cycle repetition time t ₈ the cycle starts anew. In this case, t _{z represents} the cycle time. If a switching voltage of constant polarity is used, the time sequence is as shown in FIG. 2 B. At a system start time t ₀ , the corresponding polarity of the charging voltage Ui (diagram 3) is preselected and at dsm starting time t, the connection of the voltage U _E (diagram 2) to the high-voltage transformer 2 by the Nachladesperre 1 (diagram 1). The course of the charging voltage is shown in diagram 2. Upon reaching a voltage U _so n at the switch-off time t ₂ , the after-loading barrier 1 switches off the high-voltage transformer 2 from the voltage U _E. At a predetermined discharge time ta (diagram 5), the discharge switch 10 discharges the surge capacitor 7. The discharge device 8; 9 (Diagram 4) does not take effect, since the remaining charge when using a triggered spark gap discharge switch 10 residual charge of the Stosskapazität 7 has no effect, because in the further work with a charging voltage of constant polarity. When using a mechanically operated Entladescha'ters 10 each time the impact capacity 7 is completely discharged anyway. At the repeat time tw, the entire cycle begins again.

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.The entire switching voltage system is subdivided into individual modules which can be mounted mechanically quickly under on-site conditions and connected to the corresponding test object. Before a measurement cycle begins, the switching power plant itself must test for TE freedom. In this case, the ohmic damping impedance 12 is to be dimensioned so that in conjunction with the capacitance of the capacitive voltage indicator 13 switching voltage pulses are realized with the specified parameters.

Die beim Test von Prüflingen mittels Schaltspannung entstehenden TE-Signale werden im TE-Verarbeitungsblock 17 (Figur 3), welche eine Kompakteinheit darstellt, wie folgt ausgewertet:The TE signals resulting from the testing of test objects by means of switching voltage are evaluated in the TE processing block 17 (FIG. 3), which represents a compact unit, as follows:

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.The interfering and TE signals applied to the measuring input ME are conducted via a protective network 20 to the measuring MEL and reference electrode BEL of the known TE probe 21 with the three-electrode system and to the input of a threshold monoflop 22.

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.When exceeding the Ansprechspannungsschwelle U _0n Anrurechieitpunkt t, by the noise generated during switching of the discharge switch 10 (Figure 4 diagram 1 and 2) in the monostable pulse 22 is a pulse formed (diagram 3), whose time is dependent on its internally set hold time and simultaneously the measurement window duration tm represents. The leading edge of this pulse is used once as a trigger pulse TP when displaying an image in a Digitaloszillcgraphen acting as evaluator 17a or the like. Secondly, this pulse is shifted by means of a delay stage 23 by the shift time tv (diagram 4) and used as a control signal for an electronic short-circuiter 27 in TE-Sigalverarbeitungsweg and for switching on the supply voltage for the TE probe 21 by means of a controlled supply current switch 24. Due to the Umladevorgänge integrated in the TE probe 21 capacitances this has a fixed settling time t _E (diagram 5), so that it only starts to work when the resulting by the switching of the discharge switch 10 spurious signals have already subsided. The TE signals coming out of the TE probe 21 are amplified by the conventional TE measuring technique known processing stages, such as amplifier 25, RF Gleichi funnel 26, integrator 28 and peak rectifier 29, transformed and evaluated and brought out to an evaluation 17 a , RF rectifier 26, integrator 28 and peak rectifier 29 are DC coupled together.

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.The electronic short-circuiter 27 located at the junction between RF rectifier 26 and integrator 28 draws the DC operating point of integrator 28 and peaking rectifier 29 to the value 0 V when a mode switch 30 is closed. If a signal with the measuring window duration τ r tm reaches the electronic short-circuiter 27, it will be opened for the measuring window duration tm and the integrator 28 and peak value rectifier 29 will start to operate. The removable and displayable signal at output B is composed of TE shaped signals and measurement window period tm (Diagram 5) preset by the electronic short circuiter 28. When mode switch 30 is opened, monoflop 22 and pulse shift stage 23 are connected to reference ground At the same time, the high-level control line also causes the supply current switch 24 to close for the TE probe 21, so that the TE processing block 17 is also used for the traditional measurement of TE. In addition, in this operating mode, a calibration of the TE processing block 17 with evaluation device 17a can take place in which, without switching voltage generation, a calibration generator 15a is triggered parallel to the test object 15 is closed. Due to the small weight and size of the TE processing block 17, it is possible to mount it on an insulating stand 19 and connect only the MoiJeingang ME directly to a high voltage terminal of the DUT 15 (Figure 1 b). The protective network 20 (FIG. 3) with an ohmic inductance at the input of the measuring electrode MEL of the TE probe 21 ensures that, in the event of a possible breakdown of the test object 15 or a flashover over it, the TE probe 21 and thus the entire TE evaluation block 17 is protected against high voltage pulses and remains functional. Upon contacting the TE processing block 17 with a high voltage carrying terminal of the device under test 15, no outer TE, e.g. Casing edges to ignite, the panel with appropriate plate segment electrodes for field control is advisable. However, it is also possible to accommodate the TE processing block in a spherical odor cylindrical housing, are avoided in the spray edges.

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.The TE signal transmission takes place in this mode by means of optical waveguides, wherein in a light transmitter 31, the TE signals are modulated to light signals. In a corresponding light receiver 18, the demodulation of the light signals is carried out in equivalent voltage pulses, which are displayed and evaluated on a digital oscilloscope functioning as evaluation device 17a.

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.If no high-voltage-resistant optical waveguides are available for higher operating or switching voltages, it is advantageous to carry out the TE signal transmission between TE processing block 17 and evaluation device 18 by means of modulating light or laser beams.

Claims

claims:

1. Arrangement for partial discharge measurement under on-site conditions, consisting of a switching voltage system, a decoupling, processing and display · iinrichtung, characterized in that the switching voltage system with programmable controllable Nachladesperre (1), Hochspannungspolaritätsumschalter (4), Restentla jeeinrichtung (8; 9), discharge switch (10) and discharge (11) and damping impedance (12) is modified, their control inputs (Si; S ₂ ; S ₃ ; S ₄ ) being controlled by a control block (16), preferably having a microcomputer. Depending on the operating mode, the selected parameters, in particular from the time course of the charging voltage (U ₁ ) and the switching voltage (U ₂ ) are activated, that a known, preferably capacitive voltage indicator (13) preferably with integrated decoupling device (14) parallel to the DUT (15) both the resulting partial discharge signals (TE), and the ent when switching the discharge switch (10) ent the interfering signals to a threshold monoflop (22) with nachfofgender delay stage (23) given a Meßfenstersignal (tm), the interference signal to the processing block (17), which includes the known TE probe (21) with the three-electrode system, decouple allowed which closes a supply current switch (2 £) for the TE probe (21) and releases a signal short circuit (27) in the TE processing path, so that amplification and shaping of the TE signal by means of the TE signal is only possible within the measuring window signal. Probe (21), amplifier (25), RF rectifier (26), integrator (28) and peak rectifier (29), and the transmission of TE signals preferably by means of light emitter (31) via optical fiber cable to a light receiver (18) and the Image representation of the amplitude-time function by means of the viewing device (17 a) takes place.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a mode switch for switching from switching voltage operation is provided on Wechselspannungsbetrifib which the threshold monoflop (22) and the delay stage (23) ineffective «holds, the feed current switch (24) turns on and the short circuiter ( 27) in the TE signal processing path opens.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the processing unit (17) is arranged on an insulating stand (19) and its measuring input (ME) with a high voltage terminal of the specimen (15) is connected and the signal transmission by means of light emitter (31) and - receiver (18).

4. Arrangement according to claim 1 and 3, characterized in that the TE processing block (17) is covered by tray segment electrodes.

5. Arrangement according to claim 1 and 3, characterized in that the TE processing block (17) has a spherical or cylindrical housing with rounded edges.

6. Arrangement according to claim 1 and 3 to 5, characterized in that the signal transmission takes place by means of modulatable and focused light or laser beam.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the measuring (ME) and reference input (BE) of the TE processing backbone (17) is preceded by a protective network with transverse inductance.