DE102004027349B4 - Prüfanordnuung and method for determining the loss factor of a high-voltage feedthrough - Google Patents

Prüfanordnuung and method for determining the loss factor of a high-voltage feedthrough Download PDF

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Abstract

Prüfanordnung zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Hochspannungsdurchführung, wobei die Hochspannungsdurchführung
– einen sich in einer Längsrichtung durch eine Isolierung erstreckenden Hochspannungsleiter;
– in der Isolierung eingebettete elektrisch leitende Einlagen zur Absteuerung eines elektrischen Feldes;
– eine Außenklemme auf dem Potential einer ersten Einlage und
– wenigstens eine Innenklemme, die mit einer bezüglich der ersten Einlage im Querschnitt weiter innen angeordneten Einlage verbunden ist,
aufweist,
gekennzeichnet durch
einen mit der Außenklemme (16) elektrisch verbundenen regelbaren Referenzkondensator (Cn) und einen Spannungsmesser, der zum Messen einer zwischen wenigstens einer der Innenklemmen (17) und der Außenklemme (16) abfallenden Prüfspannung (U22), einer an dem geerdeten Referenzkondensator (Cn) abfallenden Stellspannung (U23) und einer Phasenverschiebung zwischen der Prüfspannung (U22) und der Stellspannung (U23) eingerichtet ist.Test arrangement for determining the loss factor of a high-voltage feedthrough, wherein the high-voltage feedthrough
A high voltage conductor extending through an insulation in a longitudinal direction;
- embedded in the insulation electrically conductive deposits for the control of an electric field;
- An outer terminal on the potential of a first deposit and
At least one inner clamp, which is connected to a liner which is arranged further inwardly with respect to the first insert,
having,
marked by
a controllable reference capacitor (C n ) electrically connected to the outer terminal (16) and a voltmeter for measuring a test voltage (U 22 ) dropping between at least one of the inner terminals (17) and the outer terminal (16), one on the grounded reference capacitor ( C n ) decreasing control voltage (U 23 ) and a phase shift between the test voltage (U 22 ) and the control voltage (U 23 ) is established.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Hochspannungsdurchführung, wobei die Hochspannungsdurchführung

  • – einen sich in einer Längsrichtung durch eine Isolierung erstreckenden Hochspannungsleiter;
  • – in der Isolierung eingebettete elektrisch leitende Einlagen zur Absteuerung eines elektrischen Feldes;
  • – eine Außenklemme auf dem Potential einer ersten Einlage und
  • – wenigstens eine Innenklemme, die mit einer bezüglich der ersten Einlage im Querschnitt weiter innen angeordneten Einlage verbunden ist,
aufweist.The invention relates to a test arrangement for determining the loss factor of a high-voltage feedthrough, wherein the high-voltage feedthrough
  • A high voltage conductor extending through an insulation in a longitudinal direction;
  • - embedded in the insulation electrically conductive deposits for the control of an electric field;
  • - An outer terminal on the potential of a first deposit and
  • At least one inner clamp, which is connected to a liner which is arranged further inwardly with respect to the first insert,
having.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Isolierung einer Hochspannungsdurchführung.The The invention further relates to a method for determining the loss factor an insulation of a high voltage feedthrough.

Eine solche Hochspannungsdurchführung und ein solches Verfahren sind aus der US 3,710,242 bereits bekannt. Die dort offenbarte Prüfanordnung ist zum Ermitteln eines Verlustfaktors einer Hochspannungsdurchführung vorgesehen. Die Hochspannungsdurchführung weist einen Hochspannungsleiter auf, der sich durch eine Isolierung hindurch erstreckt, die an ihrer Außenseite auf Erdpotenzial liegt. In die Isolierung sind Metallfolien eingebettet, welche den Hochspannungsleiter konzentrisch umgeben. Die Metallfolien dienen zur Absteuerung des im Betrieb zwischen der Hochspannungsleitung und dem Erd potenzial der Außenfläche abfallenden elektrischen Feldes. Sie können in einem Ersatzschaltbild als Reihenschaltung von Kondensatoren dargestellt werden, die eingangsseitig auf einem Hochspannungspotenzial und ausgangsseitig auf Erdpotenzial liegt. Eine im Querschnitt der Isolierung im Außenbereich liegende Metallfolie ist mit einer Anzapfung versehen, die durch die Isolierung nach außen geführt ist. Der Anpassung ist ein Kondensator mit geringerer Reaktanz parallel geschaltet, so dass in dem Ersatzschaltbild ein Stromfluss ausschließlich über den Parallelkondensator stattfindet. Die Prüfanordnung weist Abgreifmittel zum Erfassen der über den Parallelkondensator abfallenden Parallelspannung auf. Ferner ist ein Verstärker zum Verstärken der Spannung sowie ein erster Regelwiderstand vorgesehen, um die Amplitude der verstärkten Parallelspannung zu variieren. Die vorbekannte Prüfeinrichtung verfügt ferner über einen Hochspannungstransformator, der mit einer Primärwicklung zwischen Erdpotenzial und dem Hochspannungspotenzial geschaltet ist, mit dem auch der Hochspannungsleiter der Hochspannungsdurchführung beaufschlagt ist. Die Sekundärwicklung des Transformators erzeugt eine bekannte Vergleichsspannung, die über Verbindungsleitungen an den Eingang eines zweiten Regelwiderstands gelegt ist. Der Ausgang des ersten Regelwiderstandes und des zweiten Regelwiderstandes wird von einem Voltmeter verglichen, wobei die Regelwiderstände so lange variiert werden, bis die von dem Voltmeter angezeigte Spannung minimal wird. Mit bekannter Einstellung der Regelwiderstände bei minimaler Spannung am Voltmeter kann die Kapazität der von der Anzapfung aus weiter innen liegenden Reihenschaltung aus Kondensatoren und schließlich der Verlustfaktor berechnet werden. Auf diese Weise können Aussagen über die Güte der Isolierung der Hochspannungsführung getroffen werden. Der vorbekannten Prüfanordnung und dem vorbekannten Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, dass ein kostenintensiver Hochspannungstransformator zur Bereitstellung einer Vergleichsspannung erforderlich ist.Such a high voltage implementation and such a method are known from US 3,710,242 already known. The test arrangement disclosed therein is provided for determining a loss factor of a high-voltage bushing. The high voltage feedthrough has a high voltage conductor extending through an insulation that is grounded at its outside. In the insulation metal foils are embedded, which surround the high-voltage conductor concentric. The metal foils serve to control the falling in operation between the high voltage line and the ground potential of the outer surface of the electric field. They can be represented in an equivalent circuit diagram as a series circuit of capacitors, which has a high-voltage potential on the input side and earth potential on the output side. A lying in the cross section of the insulation in the outer region metal foil is provided with a tap, which is guided through the insulation to the outside. The adaptation is a capacitor with a lower reactance connected in parallel, so that in the equivalent circuit, a current flow takes place exclusively via the parallel capacitor. The test arrangement has pickup means for detecting the drop across the parallel capacitor parallel voltage. Further, an amplifier for amplifying the voltage and a first variable resistor is provided to vary the amplitude of the amplified parallel voltage. The previously known test device also has a high-voltage transformer which is connected to a primary winding between ground potential and the high-voltage potential, which is also applied to the high-voltage conductor of the high-voltage feedthrough. The secondary winding of the transformer generates a known reference voltage, which is connected via connecting lines to the input of a second variable resistor. The output of the first variable resistor and the second variable resistor is compared by a voltmeter, the variable resistors are varied until the voltage indicated by the voltmeter is minimal. With a known setting of the resistors at minimum voltage on the voltmeter, the capacitance of the series of capacitors lying further inward from the tap can be calculated and finally the loss factor. In this way, statements can be made about the quality of the insulation of the high-voltage line. The previously known test arrangement and the prior art method, however, has the disadvantage that a costly high-voltage transformer for providing a reference voltage is required.

Weitere Verfahren zur Bestimmung des Verlustfaktors einer Isolierung sind in der DE 20 35 617 sowie der DE 41 28 395 beschrieben.Further methods for determining the loss factor of an insulation are in DE 20 35 617 as well as the DE 41 28 395 described.

Den zuletzt genannten Verfahren ist gemein, dass der Verlustfaktor mit Hilfe einer Brückenschaltung ermittelt wird. 1 zeigt eine solche Brückenschaltung 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Brückenschaltung 1 weist einen Stromzweig 2 mit einer Hochspannungsdurchführung 3 auf, sowie einen Parallelzweig 4 in Parallelschaltung zum Stromzweig 2 mit einem ebenfalls für Hochspannungen ausgelegten kalibrierten Prüfkondensator Cpr. Der Wirk- und Blindwiderstand des Prüfkondensators Cpr sind bekannt. Im Stromzweig 2 ist in Reihenschaltung zur Hochspannungsdurchführung 3 ein regelbarer Kondensator 5 angeordnet. Entsprechend ist im Parallelzweig 4 in Reihenschaltung zum Prüfkondensator Cpr ein regelbarer Kondensator geschaltet, der hier durch sein Ersatzschaltbild, nämlich einen idealen Kondensator 6 sowie einen die Verluste repräsentierenden regelbaren ohmschen Widerstand 7 dargestellt ist. Ein Messzweig 8 erstreckt sich zwischen dem Stromzweig 2 und dem Parallelzweig 4 und weist ein Messinstrument 9 auf. Die einstellbaren Kondensatoren können nun so lange variiert werden, bis die Spannungsdifferenz und Phasendifferenz zwischen den Zweigen 2 und 4 im Wesentlichen gleich Null ist und kein Stromfluss durch das Messinstrument 9 mehr nachweisbar ist. Der Verlustfaktor errechnet sich aus den eingestellten Größen der regelbaren Kondensatoren 5, 6 und 7 sowie den bekannten Eigenschaften des Prüfkondensators Cpr. Als Messinstrument 9 eignet sich ein Oszilloskop.The latter method has in common that the loss factor is determined by means of a bridge circuit. 1 shows such a bridge circuit 1 according to the prior art. The bridge circuit 1 has a current branch 2 with a high voltage feedthrough 3 on, as well as a parallel branch 4 in parallel with the current branch 2 with a likewise designed for high voltages calibrated test capacitor C pr . The active and reactive resistance of the test capacitor C pr are known. In the current branch 2 is in series connection to the high voltage feedthrough 3 a variable capacitor 5 arranged. Accordingly, in the parallel branch 4 connected in series with the test capacitor C pr a controllable capacitor, here by its equivalent circuit diagram, namely an ideal capacitor 6 as well as a variable ohmic resistance representative of the losses 7 is shown. A measuring branch 8th extends between the current branch 2 and the parallel branch 4 and has a measuring instrument 9 on. The adjustable capacitors can now be varied until the voltage difference and phase difference between the branches 2 and 4 is essentially zero and no current flow through the measuring instrument 9 is more detectable. The loss factor is calculated from the set variables of the controllable capacitors 5 . 6 and 7 as well as the known properties of the test capacitor C pr . As a measuring instrument 9 an oscilloscope is suitable.

Die vorbekannten Brückenmessverfahren weisen mehrere Nachteile auf. Zunächst ist zum Messen des Verlustfaktors der Isolierung der Hochspannungsdurchführung ein Hochspannungskondensator erforderlich. Die Verwendung eines kostenintensiven und raumgreifenden Hochspannungskondensators macht das Verfahren aufwendig und teuer. Weiterhin ist bei Brückenschaltungen eine möglichst störungsfreie Messspannung unabdingbar, die insbesondere am Einsatzort der Durchführung nicht ohne weiteres zur Verfügung steht. Zur Messung wird daher üblicherweise eine von transienten Spannungsstößen befreite sinusförmige Wechselspannung im Hochspannungsbereich erzeugt. Das Bereitstellen einer die sinusförmige Wechselspannung erzeugenden Hochspannungsquelle erhöht den Kostenaufwand des Verfahrens zusätzlich.The previously known bridge measuring methods have several disadvantages. First, a high voltage capacitor is required to measure the loss factor of the insulation of the high voltage feedthrough. The use of a costly and expansive high-voltage capacitor makes the process consuming and expensive. Furthermore, in bridging circuits as trouble-free as possible measuring voltage is indispensable, which is not readily available, especially at the site of the implementation. Therefore, a sinusoidal alternating voltage in the high voltage range which is freed from transient voltage surges is usually generated for the measurement. The provision of a sinusoidal AC voltage generating high voltage source increases the cost of the process in addition.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hochspannungsdurchführung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit eine aufwandsarme und kostengünstige Überwachung der Güte der Isolierung ermöglicht ist.task The invention is therefore a high voltage bushing and to provide a method of the type mentioned, which a low-cost and cost-effective monitoring of Goodness of Insulation allows is.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer ersten Variante durch einen mit der Außenklemme elektrisch verbundenen regelbaren Referenzkondensator und einen Spannungsmesser, der zum Messen einer zwischen wenigstens einer der Innenklemmen und der Außenklemme abfallenden Prüfspannung, einer an dem geerdeten Referenzkondensator abfallenden Stellspannung und einer Phasenverschiebung zwischen der Prüfspannung und Stellspannung eingerichtet ist.The Invention solves this task according to a first variant by an electrically connected to the outer terminal adjustable reference capacitor and a voltmeter for measuring one between at least one of the inner terminals and the outer terminal falling test voltage, a falling at the grounded reference capacitor control voltage and a phase shift between the test voltage and the control voltage is set up.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer zweiten Variante durch ein Verfahren zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Isolierung einer Hochspannungsdurchführung, in der Einlagen zur Absteuerung eines elektrischen Feldes eingebettet sind, wobei eine Außenklemme auf dem Potential einer ersten Einlage und wenigstens eine Innenklemme vorgesehen sind, die mit einer bezüglich der ersten Einlage im Querschnitt weiter innen angeordneten Einlage verbunden ist, mit den folgenden Verfahrensschritten:

  • – Verbinden der Außenklemme über einen regelbaren Referenzkondensator mit Erdpotential;
  • – Ermitteln der zwischen Innenklemme und Außenklemme abfallende Prüfspannung;
  • – Ermitteln der an dem Referenzkondensator abfallenden Stellspannung;
  • – Ermitteln der Phasenverschiebung zwischen der Prüfspannung und der Stellspannung;
  • – Berechnen einer resultierenden Spannung durch Bilden der Differenz zwischen der Prüfspannung und der Stellspannung unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung; und
  • – Regeln des Referenzkondensators, so dass die Phasenverschiebung zwischen der resultierenden Spannung und der Prüfspannung oder zwischen der resultierenden Spannung und der Stellspannung gleich null ist,
wobei sich der Verlustwinkel des sich zwischen der Innenklemme und der Außenklemme erstreckenden Isolierungsabschnittes aus dem Verlustwinkel des Referenzkondensators ergibt.The invention solves this object according to a second variant by a method for determining the loss factor of an insulation of a high-voltage bushing, are embedded in the deposits for Abschirm an electric field, wherein an outer terminal at the potential of a first insert and at least one inner terminal are provided with a liner disposed further inwardly of the first liner in cross-section, comprising the following process steps:
  • - Connecting the outer terminal via a controllable reference capacitor to ground potential;
  • - Determining the falling between the inner terminal and outer terminal test voltage;
  • - Determining the falling at the reference capacitor control voltage;
  • - Determining the phase shift between the test voltage and the control voltage;
  • - calculating a resulting voltage by taking the difference between the test voltage and the control voltage taking into account the phase shift; and
  • Regulating the reference capacitor so that the phase shift between the resulting voltage and the test voltage or between the resulting voltage and the control voltage is equal to zero,
wherein the loss angle of the insulating section extending between the inner terminal and the outer terminal results from the loss angle of the reference capacitor.

Erfindungsgemäß wird der Verlustfaktor nicht mehr auf aufwändige Art und Weise mittels einer Brückenschaltung unter Verwendung eines kalibrierten Hochspannungskondensators oder unter Verwendung eines Hochspannungstransformators bestimmt. Vielmehr wird sich bei der Überprüfung der Güte der Isolierung darauf beschränkt, lediglich einen Abschnitt der Isolierung zu betrachten, der zwischen der mit der Außenklemme verbundenen ersten Einlage und der jeweiligen Einlage der Innenklemme angeordnet ist. Der von der ersten Einlage und der ausgewählten inneren Einlage begrenzte Isolierungsabschnitt ist im Querschnitt zweckmäßigerweise so weit außen, also vom Hochspannungsleiter entfernt, angeordnet, dass Hochspannungsbauteile bei der Messung vermieden werden können. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Isolierung der Hochspannungsdurchführung von den Alterungsprozessen im Wesentlichen gleichmäßig erfasst wird, so dass die Prüfung in guter Näherung auf die besagte Isolierungsschicht begrenzt werden kann. Durch das Vermeiden einer Brückenschaltung entfällt auch das Erfordernis, eine Prüfspannung mit hoher Güte bereitzustellen. Erfindungsgemäß dient das Potential der Außenklemme quasi als Bezugspunkt für die Messung des Verlustfaktors. Schwankungen der an dem Hochspannungsleiter anliegenden Betriebsspannungen heben sich auf Grund der Differenzbildung zwischen Prüfspannung und Stellspannung, die gleichermaßen von den Schwankungen erfasst werden, gegenseitig auf. So stören beispielsweise transiente Spannungen die Messgenauigkeit im Wesentlichen nicht.According to the invention Loss factor no longer in a complicated way using a bridge circuit using a calibrated high voltage capacitor or determined using a high voltage transformer. Much more will look at the quality of the insulation limited to just to look at a section of insulation between the one with the outer terminal connected first liner and the respective liner of the inner clamp arranged is. The one of the first deposit and the selected inner deposit limited Insulation section is in cross section expediently so far outside, so away from the high voltage conductor, arranged that high voltage components in the measurement can be avoided. It is assumed that the insulation of the high voltage feedthrough of the aging processes are recorded substantially evenly, so that the exam in a good approximation can be limited to the said insulating layer. By avoiding a bridge circuit deleted also the requirement of a test voltage with high quality provide. According to the invention serves the potential of the outer terminal almost as a reference point for the measurement of the loss factor. Fluctuations in the high-voltage conductor applied operating voltages cancel each other due to the difference between test voltage and control voltage, which is equally affected by the fluctuations become, each other. So disturb For example, transient voltages, the measurement accuracy substantially Not.

Die Isolierung besteht beispielsweise aus einem zweckmäßigen Harz. In dem Harz sind Metallfolien als Einlagen eingebettet, die konzentrisch in vorgegebenen Abständen angeordnet sind und geschlossen um Hochspannungsleiter herum verlaufen. In einem zweckmäßigen Bereich der Hochspannungsdurchführung, der elektrisch wenig stark beansprucht ist, wird das Potential einer der äußeren Einlagen als erste Einlage isoliert nach außen geführt, so dass die Außenklemme der Hochspannungs durchführung realisiert ist. Auf die isoliert an der äußeren Hochspannungsdurchführung gehaltenen Außenklemme kann daher auf einfache Art und Weise von außen zugegriffen werden. Entsprechendes gilt für die Innenklemme und ihrer Verbindung mit einer inneren Einlage. Abweichend hiervon besteht die Isolierung beispielsweise aus Ölpapier.The Insulation consists for example of a suitable resin. In the resin, metal foils are embedded as inserts which are concentric at predetermined intervals are arranged and run closed around high voltage conductor around. In a convenient area the high voltage bushing, the electrically is not heavily stressed, the potential of a the outer deposits insulated as the first insert led outwards, leaving the outer terminal the high voltage implementation is realized. On the isolated on the outer high-voltage bushing held outside clamp Therefore, it can be easily accessed from the outside. The same applies to the inner clamp and its connection with an inner insert. Notwithstanding this, the insulation consists for example of oil paper.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der ersten Variante der Erfindung weisen die Spannungsmesser Momentanspannungswertmesser zum Messen von Momentanspannungswerten, Abtasteinheiten zum Abtasten der Momentanspannungswerte unter Gewinnung von Abtastwerten und Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren der Abtastwerte unter Gewinnung digitaler Spannungswerte auf, wobei die digitalen Spannungswerte einer programmgestützten Logikeinheit zugeführt werden, die zum Bestimmen der Phasenverschiebung auf der Grundlage der digitalen Spannungswerte und zum Anzeigen der digitalen Spannungswerte und der Phasenverschiebung eingerichtet ist.According to an advantageous further development of the first variant of the invention, the voltmeters comprise instantaneous voltage value meters for measuring instantaneous voltage values, sampling units for sampling the instantaneous voltage values while obtaining sample values and An analog-to-digital converter for digitizing the samples to yield digital voltage values, wherein the digital voltage values are provided to a program-based logic unit configured to determine the phase shift based on the digital voltage values and for displaying the digital voltage values and the phase shift.

Zweckmäßigerweise zeigt eine Anzeige der Logikeinheit den Verlustwinkel oder eine Farbe an, die sich entsprechend bei der Wartungsbedürftigkeit der Isolierung ändert. Dabei ist die Logikeinheit mit Schwellenparametern versehen, die einer auf der Logikeinheit ablaufenden Berechnungsroutine als Vergleichsparameter dienen. Übersteigt beispielsweise der sich aus den Messwerten ergebende Verlustwinkel den Schwellenparameter, löst die Logikeinheit ein Alarmsignal aus. Dieses ändert beispielsweise die Farbe der Anzeige von grün nach rot.Conveniently, an indication of the logic unit indicates the loss angle or a Color according to the need for maintenance of the Isolation changes. The logic unit is provided with threshold parameters, the a running on the logic unit calculation routine as a comparison parameter serve. exceeds for example, the loss angle resulting from the measured values the threshold parameter, triggers the logic unit an alarm signal. This changes the color, for example the display of green to red.

Die Logikeinheit umfasst bei einer zweckmäßigen Weiterentwicklung ein GSM-Modul, das als Alarmsignal eine SMS-Nachricht an einen zuvor eingestellten Empfänger sendet. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklungen weist die Hochspan nungsdurchführung eine kompakte selbstauslösende Überwachungseinheit auf, die beispielsweise außen an der Hochspannungsdurchführung befestigt ist. Die Logikeinheit mit Anzeige ist beispielsweise mit zweckmäßigen Batterien ausgerüstet oder wird durch in der Hochspannungsdurchführung integrierte Versorgungswandler mit der notwendigen Energie versorgt.The Logic unit includes in a purposeful development GSM module that sends an SMS message to a previously alarm signal set receiver sends. According to this advantageous developments, the high-voltage implementation has a compact self-triggering monitoring unit on, for example, the outside the high voltage feedthrough is attached. The logic unit with display is for example with appropriate batteries equipped or is powered by supply transformers integrated in the high voltage feedthrough supplied with the necessary energy.

Weitere Vorteile entstehen, wenn die erste Einlage die im Querschnitt äußerste Einlage ist. Die Außenklemme ist mit der äußersten Einlage verbunden. Auf Grund ihrer Lage nahe an der Außenkontur der Isolierung ist die mit der Außenklemme verbundene Einlage weit von dem Hochspannungsleiter beabstandet und weist im Vergleich zu den anderen weiter innen liegenden Einlagen das niedrigste Potential auf. Der mit der Außenklemme verbundene Referenzkondensator kann somit ebenfalls für vergleichsweise geringe Spannungen ausgelegt sein und ist somit noch kostengünstiger.Further Advantages arise when the first insert the outermost in cross section insert is. The outer terminal is with the utmost Deposit connected. Due to its location close to the outer contour of the Insulation is the one with the outer terminal spaced insert widely spaced from the high voltage conductor and shows in comparison to the other internal deposits the lowest potential. The reference capacitor connected to the external terminal can therefore also for be designed comparatively low voltages and is thus even cheaper.

Vorteilhafterweise ist eine einzige Innenklemme vorgesehen, die mit derjenigen inneren Einlage elektrisch verbunden ist, die der äußersten Einlage unmittelbar benachbart ist. Gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung wird ein äußerer ringförmiger Isolierungsabschnitt, der von den beiden äußersten Einlagen begrenzt ist, auf die Veränderung seines Verlustwinkels hin überwacht. Hohe Spannungen werden somit vermieden, so dass kostengünstige Bauelemente einsetzbar sind.advantageously, is a single inner clamp provided with those inner Insole is electrically connected, the outermost insert directly is adjacent. According to this Further development of the invention is an outer annular insulation section, that of the two extremes Deposits is limited to the change in his loss angle monitored. High voltages are thus avoided, allowing cost-effective components can be used.

Vorteilhafterweise wird gemäß der zweiten Variante der Erfindung der Verlustwinkel ermittelt, indem der Referenzkondensator so geregelt wird, dass eine Phasenverschiebung zwischen der resultierenden Spannung und der Prüfspannung oder zwischen der resultierenden Spannung und der Stellspannung gleich Null ist. Bei einer solchen Einstellung ist der Ver lustwinkel des Referenzkondensators gleich dem Verlustwinkel des sich zwischen der Innenklemme und der Außenklemme erstreckenden Isolierungsabschnittes. Die Einstellungen des Referenzkondensators können somit als Hinweis auf den Alterungszustand oder die Güte der Isolierung gewertet werden.advantageously, becomes according to the second variant the invention determines the loss angle by the reference capacitor is regulated so that a phase shift between the resulting Voltage and the test voltage or equal between the resulting voltage and the control voltage Is zero. In such a setting, the loss of the Reference capacitor equal to the loss angle of the between the inner terminal and the outer terminal extending isolation section. The settings of the reference capacitor can thus as an indication of the state of aging or the quality of the insulation get ranked.

Abweichend hiervon wird der Verlustwinkel aus der gemessenen Amplitude der Prüfspannung der Amplitude der Stellspannung und der Amplitude der resultierenden Spannung nach der Formel δ = arc cos((Ures 2 – U22 2 – U23 2)/(2·U22·U23)),bestimmt, wobei Ures der resultierenden Spannung, U23 der Stellspannung und U22 der Prüfspannung entsprechen. Gemäß dieser Variante kann der Verlustwinkel der Isolierung der Hochspannungsdurchführung ohne Regelung des Referenzkondensators bestimmt werden.Deviating from this, the loss angle from the measured amplitude of the test voltage of the amplitude of the control voltage and the amplitude of the resulting voltage according to the formula δ = arc cos ((U res 2 - U 22 2 - U 23 2 ) / (2 * U 22 · U 23 )), determined, where U res of the resulting voltage, U 23 of the control voltage and U 22 correspond to the test voltage. According to this variant, the loss angle of the insulation of the high-voltage bushing can be determined without regulation of the reference capacitor.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobeiFurther expedient embodiments and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments of the Invention, wherein like-acting components with the same reference numerals are provided and where

1 eine Brückenschaltung zur Ermittlung des Verlustfaktors einer Isolierung gemäß dem Stand der Technik, 1 a bridge circuit for determining the loss factor of insulation according to the prior art,

2 eine schematische Darstellung einer Hochspannungsdurchführung mit Einlagen, 2 a schematic representation of a high-voltage bushing with deposits,

3 ein Ersatzschaltbild der Hochspannungsdurchführung gemäß 2, 3 an equivalent circuit diagram of the high-voltage bushing according to 2 .

4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungsdurchführung und 4 An embodiment of the high-voltage bushing according to the invention and

5 ein Zeigerdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen. 5 show a pointer diagram to illustrate the method according to the invention.

1 zeigt eine vorbekannte Schaltungsanordnung 1 zur Bestimmung des Verlustfaktors einer Isolierung einer Hochspannungsdurchführung 3. Die Schaltungsanordnung 1 wurde bereits weiter oben im Zusammenhang mit dem relevanten Stand der Technik beschrieben. 1 shows a prior art circuit arrangement 1 for determining the loss factor of insulation of a high voltage feedthrough 3 , The circuit arrangement 1 has already been described above in connection with the relevant prior art.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsdurchführung 3 in einer schematischen Querschnittsansicht. Die gezeigte Hochspannungsdurchführung 3 weist einen Hochspannungsleiter 10 auf, der sich durch eine Isolierung 11 in einer Längsrichtung hindurch erstreckt. Weiterhin ist ein Befestigungsabschnitt 12 vorgesehen, mit dem die Hochspannungsdurchführung 3 an einer Durchgangsöffnung eines Gehäuses befestigbar ist, das sich auf Erdpotential befindet. Demgegenüber ist der Hochspannungsleiter 10 mit einem Hochspannungspotential beispielsweise 100 kV beaufschlagbar. 2 shows an embodiment of a high voltage feedthrough 3 in a schematic cross-sectional view. The high voltage bushing shown 3 has a high voltage ladder 10 on top of itself through insulation 11 extending in a longitudinal direction. Furthermore, a fastening portion 12 provided with the high-voltage feedthrough 3 can be fastened to a passage opening of a housing, which is at ground potential. In contrast, the high-voltage conductor 10 with a high voltage potential, for example, 100 kV acted upon.

Zur Verbesserung der Absteuerung des zwischen dem Hochspannungsleiter 10 und dem Erdpotential des Befestigungsabschnittes 12 entstehenden elektrischen Feldes, sind im Inneren der Isolierung 11 metallische Einlagen 13 aus Aluminium vorgesehen, die in einer nicht gezeigten Querschnittsansicht kreisförmig ausgebildet und konzentrisch zum Hochspannungsleiter 10 angeordnet sind. Aufgrund der Leitfähigkeit der metallischen Einlagen 13 werden in der Isolierung 11 mittels der Einlagen 13 dünne zylinderförmige Schichten konstanten Potentials ausgebildet. Dabei begrenzen einander unmittelbar benachbart angeordnete Einlagen 13 einen ringförmigen Isolierungsabschnitt. Die Isolierung 11 besteht beispielsweise aus Gießharz oder Ölpapier. Die einander unmittelbar benachbart angeordneten Einlagen wirken als Platten eines Kondensators, zwischen denen ein Dielektrikum angeordnet ist.To improve the Absteuerung of between the high voltage conductor 10 and the ground potential of the attachment portion 12 arising electric field, are inside the insulation 11 metallic inserts 13 made of aluminum, which is circular in a cross-sectional view, not shown, and concentric with the high-voltage conductor 10 are arranged. Due to the conductivity of the metallic inserts 13 be in isolation 11 by means of deposits 13 formed thin cylindrical layers of constant potential. This limit each other immediately adjacent arranged deposits 13 an annular insulation portion. The insulation 11 consists, for example, of cast resin or oil paper. The immediately adjacent deposits arranged act as plates of a capacitor, between which a dielectric is arranged.

In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Potential der zweitäußersten inneren Einlage 14 über eine Anschlussverbindung nach außen geführt und bildet eine von Außen kontaktierbare Innenklemme 17 aus. Entsprechendes gilt für die äußerste Einlage 15, die mit einer Anschlussklemme 16 verbunden ist.In the in 2 the embodiment shown, the potential of the second outermost inner liner 14 via a connection connection led to the outside and forms an externally contactable inner terminal 17 out. The same applies to the outermost insert 15 that with a connection terminal 16 connected is.

Aufgrund der im Querschnitt äußersten Lage der Einlage 15 fällt zwischen dem Hochspannungsleiter 10 und der zweitäußersten inneren Einlage 14 eine im Vergleich zur Hochspannung U1 geringe Spannung ab. Mit anderen Worten bilden der Hochspannungsleiter 10 und die zweitäußerste innere Einlage 14 einen Kondensator C1 aus, der im Vergleich zu dem Kondensator C2, der durch die zweitäußerste innere Einlage 14 und der äußersten Einlage 15 gebildet ist, einen hohen Scheinwiderstand aufweist.Due to the cross-sectional outermost layer of the insert 15 falls between the high voltage conductor 10 and the second outermost insole 14 a low voltage compared to the high voltage U 1 . In other words, the high-voltage conductor form 10 and the second outermost insole 14 a capacitor C 1 , in comparison to the capacitor C 2 , by the second outermost inner liner 14 and the outermost insert 15 is formed, has a high impedance.

3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Hochspannungsdurchführung 3 gemäß 2. Die Außenklemme 16 ist hier auf ein Erdpotential zum Beispiel des Gehäuses 12 gelegt. Zwischen der Außenklemme 16 sowie der Innenklemme 17 fällt somit die Spannung U2 ab. U2 liegt im Niederspannungsbereich. Mit anderen Worten fällt die gesamte Spannung U1 im Wesentlichen an dem Kondensator C1 ab. 3 shows an equivalent circuit diagram of the high voltage feedthrough 3 according to 2 , The outer terminal 16 is here on a ground potential, for example, the housing 12 placed. Between the outer terminal 16 as well as the inner clamp 17 Thus, the voltage U 2 drops. U 2 is in the low voltage range. In other words, the entire voltage U 1 substantially drops across the capacitor C 1 .

4 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel der Hochspannungsdurchführung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Hochspannung U1, mit der die Hochspannungsdurchführung 3 beaufschlagt ist, speist einen Wechselstrom IC. Es ist erkennbar, dass die Außenklemme 16 nicht auf Erdpotential liegt. 4 illustrates an embodiment of the high-voltage bushing 3 according to the present invention. The high voltage U 1 , with the high voltage feedthrough 3 is supplied with an alternating current I C. It can be seen that the outer terminal 16 not at ground potential.

Vielmehr ist in Reihenschaltung zu den Kondensatoren C1 und C2 ein weiterer Kondensator Cn als Referenzkondensator vorgesehen, dessen Wirkwiderstand und Blindwiderstand regelbar und somit bekannt sind. Mit anderen Worten ist die Außenklemme mittels des Referenzkondensators Cn mit dem Erdpotential verbunden. Gemessen wird die zwischen der Innenklemme 17 und der Außenklemme 16 abfallende Spannung U22 sowie die an dem Referenzkondensator Cn abfallende Spannung U23. Aus diesem Grunde ist zur Spannungsmessung ein Spannungsmesser vorgesehen, der sowohl die Amplituden der Spannungen U22 und U23, aber auch die Phasenlagen dieser Spannungen zueinander misst. Da U22 und U23 im Niederspannungsbereich liegen, ist der Spannungsmesser beispielsweise ein handelsübliches Oszilloskop.Rather, in series connection to the capacitors C 1 and C 2, a further capacitor C n is provided as a reference capacitor whose resistance and reactance are adjustable and thus known. In other words, the outer terminal is connected to the ground potential by means of the reference capacitor C n . Measured is the between the inner terminal 17 and the outer terminal 16 decreasing voltage U 22 and the voltage dropping at the reference capacitor C n voltage U 23 . For this reason, a voltage meter is provided for voltage measurement, which measures both the amplitudes of the voltages U 22 and U 23 , but also the phase angles of these voltages to each other. Since U 22 and U 23 are in the low voltage range, the voltmeter is for example a commercial oscilloscope.

Bei einem hiervon abweichenden Ausführungsbeispiel ist der Spannungsmesser ein handelsüblicher Momentanspannungsmesser, an dessen Ausgang analoge Spannungssignale abgreifbar sind, die den Spannungen U22 und U23 entsprechen. Der Spannungsmesser umfasst weiterhin eine Abtasteinheit, welche die an dem Momentanspannungsmesser abfallenden analogen Signale abtastet und Abtastwerte erzeugt, die von einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert werden. Die auf diese Weise gewonnenen digitalen Momentanspannungswerte werden einer figürlich nicht dargestellten Logikeinheit zugeführt.In a different embodiment, the voltmeter is a commercial instantaneous voltage meter, at whose output analog voltage signals can be tapped, which correspond to the voltages U 22 and U 23 . The voltmeter further comprises a sampling unit which samples the analog signals dropping at the instantaneous voltage meter and generates samples which are digitized by an analog-to-digital converter. The digital instantaneous voltage values obtained in this way are fed to a logic unit (not shown in the figure).

In der Logikeinheit ist eine Berechnungsroutine, beispielsweise in Form eines Computerprogramms, installiert, das die erhaltenden Signale auswertet und die Spannungsamplituden von U22 und U23 und die Phasenverschiebung zwischen diesen beiden einer Anzeigeeinheit zuleitet.In the logic unit, a calculation routine, for example in the form of a computer program, is installed which evaluates the signals received and supplies the voltage amplitudes of U 22 and U 23 and the phase shift between the two to a display unit.

5 verdeutlicht die von der Berechnungsroutine zu berücksichtigenden Zusammenhänge anhand eines Zeigermodells. 5 illustrates the relationships to be taken into account by the calculation routine on the basis of a pointer model.

Hier sind die Spannungen U23 sowie U22 sowie die Phasenverschiebung dieser beiden Spannungen in Form von Zeigern dargestellt. Die Länge des jeweiligen Zeigers entspricht der Amplitude der zugeordneten Spannungen. Der zwischen zwei Zeigern aufgespannte Winkel verdeutlicht die Phasenverschiebung. Die Zeiger sind auf das Potential der Außenklemme 16 bezogen, so dass anstelle einer Differenz die vektorielle Summe aus U22 und U23 zur Berechnung der resultierenden Spannung Ures zu bilden ist. Zur Bestimmung des Verlustfaktors des Kondensators C2 wird der Referenzkondensator Cn so lange variiert, bis die resultierende Spannung 18 gleich Null oder kolinear zu einer der Spannungen U23 und U22 ist. Mit anderen Worten wird der Referenzkondensator so lange variiert, bis die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen U23 und U22 180° beträgt.Here are the voltages U 23 and U 22 and the phase shift of these two voltages shown in the form of pointers. The length of each pointer corresponds to the amplitude of the associated voltages. The angle subtended between two hands illustrates the phase shift. The hands are on the potential of the outer terminal 16 so that, instead of a difference, the vectorial sum of U 22 and U 23 is to be used to calculate the resulting voltage U res . To determine the loss factor of the capacitor C 2 , the reference capacitor C n is varied until the resulting voltage 18 equal to zero or collinear to one of the voltages U 23 and U 22 is. In other words, the reference capacitor is varied until the phase shift between the voltages U 23 and U 22 is 180 °.

Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des Verlustfaktors besteht in der Anwendung der weiter angegebenern trigonometrischen Rechenbeziehung.A different possibility for the determination of the loss factor is in the application of specified trigonometric computational relationship.

Claims (6)

Prüfanordnung zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Hochspannungsdurchführung, wobei die Hochspannungsdurchführung – einen sich in einer Längsrichtung durch eine Isolierung erstreckenden Hochspannungsleiter; – in der Isolierung eingebettete elektrisch leitende Einlagen zur Absteuerung eines elektrischen Feldes; – eine Außenklemme auf dem Potential einer ersten Einlage und – wenigstens eine Innenklemme, die mit einer bezüglich der ersten Einlage im Querschnitt weiter innen angeordneten Einlage verbunden ist, aufweist, gekennzeichnet durch einen mit der Außenklemme (16) elektrisch verbundenen regelbaren Referenzkondensator (Cn) und einen Spannungsmesser, der zum Messen einer zwischen wenigstens einer der Innenklemmen (17) und der Außenklemme (16) abfallenden Prüfspannung (U22), einer an dem geerdeten Referenzkondensator (Cn) abfallenden Stellspannung (U23) und einer Phasenverschiebung zwischen der Prüfspannung (U22) und der Stellspannung (U23) eingerichtet ist.A test arrangement for determining the loss factor of a high voltage feedthrough, the high voltage feedthrough comprising: - a high voltage conductor extending longitudinally through an insulation; - embedded in the insulation electrically conductive deposits for the control of an electric field; - An outer terminal at the potential of a first insert and - at least one inner terminal, which is connected to a relative to the first insert in cross section further inwardly disposed insert, characterized by a with the outer terminal ( 16 ) electrically connectable controllable reference capacitor (C n ) and a voltmeter adapted to measure between at least one of the inner terminals ( 17 ) and the outer terminal ( 16 ) dropping test voltage (U 22 ), one of the grounded reference capacitor (C n ) falling control voltage (U 23 ) and a phase shift between the test voltage (U 22 ) and the control voltage (U 23 ) is set up. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesser Momentanspannungswertmesser zum Messen von Momentanspannungswerten, Abtasteinheiten zum Abtasten der Momentanspannungswerte unter Gewinnung von Abtastwerten und Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren der Abtastwerte unter Gewinnung digitaler Spannungswerte aufweisen, wobei die digitalen Spannungswerte einer programmgestützten Logikeinheit zugeführt werden, die zum Bestimmen der Phasenverschiebung auf der Grundlage der digitalen Spannungswerte und zum Anzeigen der digitalen Spannungswerte und der Phasenverschiebung eingerichtet ist.test set according to claim 1, characterized in that the voltmeter Instantaneous voltage value meter for measuring instantaneous voltage values, Scanning units for sampling the instantaneous voltage values while obtaining Samples and analog-to-digital converters for digitizing the samples having digital voltage values, the digital voltage values a program-based Logic unit supplied be used to determine the phase shift based on the digital voltage values and to display the digital voltage values and the phase shift is established. Prüfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einlage die im Querschnitt äußerste Einlage (15) ist.Test arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first insert has the outermost in cross-section insert ( 15 ). Prüfanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Innenklemme (17) vorgesehen ist, die mit derjenigen inneren Einlage (14) elektrisch verbunden ist, die der äußersten Einlage (15) unmittelbar benachbart ist.Test arrangement according to claim 3, characterized in that a single inner terminal ( 17 ) provided with the inner liner ( 14 ), which is the outermost insert ( 15 ) is immediately adjacent. Verfahren zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Isolierung (11) einer Hochspannungsdurchführung (3), in der Einlagen (13, 14, 15) zur Absteuerung eines elektrischen Feldes eingebettet sind, wobei eine Außenklemme (16) auf dem Potential einer ersten Einlage (15) und wenigstens eine Innenklemme (17) vorgesehen sind, die mit einer bezüglich der ersten Einlage (15) im Querschnitt weiter innen angeordneten Einlage (14) verbunden ist, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Verbinden der Außenklemme (16) über einen regelbaren Referenzkondensator (Cn) mit Erdpotential; – Ermitteln der zwischen Innenklemme (17) und Außenklemme (16) abfallende Prüfspannung (U22) ; – Ermitteln der an dem Referenzkondensator (Cn) abfallenden Stellspannung (U23); – Ermitteln der Phasenverschiebung zwischen der Prüfspannung (U22) und der Stellspannung (U23) ; – Berechnen einer resultierenden Spannung (18) durch Bilden der Differenz zwischen der Prüfspannung (U22) und der Stellspannung (U23) unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung; und – Regeln des Referenzkondensators, so dass die Phasenverschiebung zwischen der resultierenden Spannung und der Prüfspannung oder zwischen der resultierenden Spannung und der Stellspannung gleich null ist, wobei sich der Verlustwinkel des sich zwischen der Innenklemme und der Außenklemme erstreckenden Isolierungsabschnittes aus dem Verlustwinkel des Referenzkondensators ergibt.Method for determining the loss factor of an insulation ( 11 ) a high voltage feedthrough ( 3 ), deposits ( 13 . 14 . 15 ) are embedded for the control of an electric field, wherein an outer terminal ( 16 ) at the potential of a first deposit ( 15 ) and at least one inner terminal ( 17 ) provided with respect to the first insert ( 15 ) in cross-section further inwardly arranged insert ( 14 ), comprising the following steps: - connecting the outer terminal ( 16 ) via a controllable reference capacitor (C n ) with ground potential; - Determining the between inner clamp ( 17 ) and outer terminal ( 16 ) falling test voltage (U 22 ); - Determining the at the reference capacitor (C n ) falling control voltage (U 23 ); - Determining the phase shift between the test voltage (U 22 ) and the control voltage (U 23 ); Calculating a resulting voltage ( 18 by taking the difference between the test voltage (U 22 ) and the control voltage (U 23 ) taking into account the phase shift; and controlling the reference capacitor so that the phase shift between the resulting voltage and the test voltage or between the resulting voltage and the control voltage is zero, the loss angle of the insulating section extending between the inner terminal and the outer terminal being the loss angle of the reference capacitor. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Verlustwinkel aus der gemessenen Amplitude der Prüfspannung (U22), der Amplitude der Stellspannung (U23) und der Amplitude der resultierenden Spannung (18) nach der Formel δ = arc cos((Ures 2 – U22 2 – U23 2)/(2·U22·U23)),bestimmt wird, wobei Ures der resultierenden Spannung, U23 der Stellspannung und U22 der Prüfspannung entsprechen.The method of claim 5, wherein the loss angle of the measured amplitude of the test voltage (U 22 ), the amplitude of the control voltage (U 23 ) and the amplitude of the resulting voltage ( 18 ) according to the formula δ = arc cos ((U res 2 - U 22 2 - U 23 2 ) / (2 * U 22 · U 23 )), is determined, where U res of the resulting voltage, U 23 of the control voltage and U 22 correspond to the test voltage.
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