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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung
von Teilentladungen an einem Hochspannungsbauteil mit einer geschichteten Reihenschaltung
von Kapazitäten,
insbesondere an einer kapazitiv gesteuerten Durchführung, sowie
ein Hochspannungsbauteil mit einer solchen Vorrichtung.
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Die
Erfindung wird allgemein in Hochspannungsbauteilen verwendet, welche
mit Spannungen von über
1 kV, insbesondere mit Spannungen von mehreren 10 kV bis über 1000
kV, betrieben werden. Insbesondere wird die Erfindung in Hochspannungsbauteilen
in der Form von sogenannten kapazitiv gesteuerten Durchführungen
eingesetzt. Solche Durchführungen
sind hinlänglich
aus dem Stand der Technik bekannt und werden dazu verwendet, Hochspannungen
an elektrische Hochspannungskomponenten heranzuführen. Ein Anwendungsbereich
ist der Übergang
zwischen der Freiluftisolation einer Hochspannungsleitung in eine
gasgefüllte
Schaltanlage oder einen Transformator. Transformatordurchführungen werden
hierbei in eine entsprechende Öffnung
in dem Transformatorgehäuse
befestigt und umfassen einen zentralen Leiter, mit dem die Hochspannung zum
Aktivteil des Transformators geführt
wird. Solche Durchführungen
umfassen ferner einen Isolationskörper mit einer Vielzahl von
darin durch Anordnung ausgebildeten Kapazitäten, wodurch eine geeignete Feldstärkeverteilung
innerhalb und außerhalb
der Durchführung
erreicht wird, um Überschläge zwischen
dem zentralen Leiter und dem Transformatorgehäuse zu vermeiden.
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In
Hochspannungsanlagen, welche Hochspannungsbauteile mit Reihenschaltungen
von Kapazitäten
enthalten, können
sogenannte Teilentladungen in den Hochspannungsbauteilen selbst
bzw. in unmittelbarer Umgebung der Hochspannungsbauteile, z. B.
an Zuleitungen bzw. an mit dem Hochspannungsbauteil verbundenen
hochspannungstechnischen Betriebsmitteln, auftreten.
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Um
die Zerstörung
von teueren Hochspannungsanlagen bzw. insbesondere Transformatoren zu
vermeiden, ist es wünschenswert,
sich abzeichnende Isolationsfehler in Durchführungen, welche sich meist
durch Teilentladungen äußern, frühzeitig zu
erkennen, um die Durchführungen
ggf. rechtzeitig zu ersetzen. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen,
dass Durchführungen
im Vergleich zu Transformatoren relativ preisgünstig sind. Die Kosten einer Durchführung liegen
vielfach in etwa nur bei einem Tausendstel der Kosten eines Transformators.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Überwachungssysteme von Durchführungen
bekannt (siehe beispielsweise Druckschrift
DE 100 37 432 A1 ). Bei
den bekannten Überwachungsverfahren besteht
das Problem, dass eine Abweichung vom Normalbetriebszustand der
Durchführung
nicht eindeutig einer Ursache zugeordnet werden kann. Insbesondere
kann nicht festgestellt werden, ob mit dem Überwachungssystem erfasste
Teilentladungen tatsächlich
auf Fehler in der Durchführung
zurückzuführen sind,
oder ob die Teilentladungen anderen Betriebsmitteln der entsprechenden
Hochspannungsanlage zuzuordnen sind.
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In
der Druckschrift
DE
100 05 540 A1 ist ein Verfahren zur Ortung von Teilentladungen
an Transformatoren und ähnlichen
Hochspannungsgeräten beschrieben.
Bei diesem Verfahren werden an mehreren Klemmen einer Wicklung eines
Transformators die zeitlichen Verläufe eines Teilentladungsimpulses gemessen
und hieraus der Entstehungsort der Teilentladung ermittelt. Das
Verfahren verwendet somit zur Lo kalisation von Teilentladungen Laufzeitunterschiede
zwischen Teilentladungssignalen. Es ist deshalb nicht in Hochspannungsbauteilen
mit konzentrierter geschichteter Anordnung von Kapazitäten anwendbar,
denn die Laufzeitunterschiede in solchen Anordnungen sind zu kurz,
um mit ausreichend guter Auflösung
den Ort der Teilentladung festzustellen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Messung von Teilentladungsimpulsen zu schaffen, mit welchen
die Teilentladungen an Hochspannungsbauteilen lokalisiert werden
können,
welche eine geschichtete Reihenschaltung von Kapazitäten aufweisen,
beispielsweise an einer kapazitiv gesteuerten Durchführung, ferner
soll ein Hochspannungsbauteil mit einer solchen Vorrichtung realisiert
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Reihenschaltung von Kapazitäten in dem Hochspannungsbauteil
mit einer oder mehreren Induktivitäten zu einem elektrischen Schwingkreis
verschaltet, wobei die Antwort des Schwingkreises auf einen innerhalb
oder außerhalb
des Hochspannungsbauteils auftretenden Teilentladungsimpuls gemessen wird.
Diese Antwort wird häufig
auch als Systemantwort bzw. Impulsantwort bezeichnet und stellt
im Wesentlichen die Antwort des Schwingkreises auf einen Delta-
bzw. Diracstoß dar,
wobei der Teilentladungsimpuls näherungsweise
als ein solcher Deltastoß betrachtet
werden kann. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde,
dass die Systemantwort eines solchen Schwingkreises in unmittelbarem
Zusammenhang mit dem Entstehungsort des Teilentladungsimpulses steht,
so dass mit Hilfe der Antwort des Schwingkreises der Teilentladungsimpuls
lokalisiert werden kann. Dies ist dadurch möglich, dass sich in Abhängigkeit
vom Entstehungsort der Teilentladung die am Teilentladungsimpuls
beteiligten Kapazitäten
der Reihenschaltung der Kapazitäten
verändern,
was wiederum Einfluss auf die Eigenfrequenz des Schwingkreises und
somit auf dessen Systemantwort hat.
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Hier
und im Folgenden sind unter Induktivitäten neben elektrischen Spulen
auch beliebige andere Bauelemente zu verstehen, welche wie Induktivitäten wirken,
z. B. elektronische Schaltungen, wie Gyratorschaltungen. Demzufolge
ist auch der Begriff „Schwingkreis" weit auszulegen
und umfasst jede Verschaltung, welche ein Verhalten wie ein elektrischer
Schwingkreis aufweist.
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Ein
bevorzugter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Messung
von Teilentladungen in einer Hochspannungsdurchführung, insbesondere in einer
Transformatordurchführung.
Die Hochspannungsdurchführung
umfasst hierbei einen mit einer Betriebsspannung beaufschlagten Leiter,
wobei um den Leiter ein Isolationskörper angeordnet ist, in dem
eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Einlagen eingebettet
sind, wodurch die Reihenschaltung von Kapazitäten gebildet wird. Die Einlagen
sind insbesondere leitfähige
Folien, beispielsweise aus Aluminium. An zumindest einer, vorzugsweise
dem Erdpotential nahen äußeren Einlage
ist hierbei ein Messanschluss vorgesehen, an dem die eine oder mehrere
Induktivitäten
gegen ein Bezugspotential, insbesondere gegen Masse, geschaltet
werden. Auf diese Weise wird eine sehr einfache Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch erreicht, dass an einem an sich bereits vorgesehenen Messanschluss
Induktivitäten
hinzugeschaltet werden, wodurch ein Schwingkreis erzeugt wird, dessen
Systemantwort gemessen wird. Die Hochspannungsdurchführung ist
dabei insbesondere derart aufgebaut, dass die Einlagen zylindrisch
um den zentralen Leiter angeordnet sind, wobei der Messanschluss
an der äußersten
Einlage vorgesehen ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird zur Lokalisation des Teilentladungsimpulses aus
der Antwort des Schwingkreises ermittelt, ob der Teilentladungsimpuls
innerhalb oder außerhalb
des Hochspannungsbauteils auftritt. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass sich alle Teilentladungsimpulse außerhalb
des Hochspannungsbauteils deutlich von den Teilentladungsimpulsen
innerhalb des Hochspannungsbauteils unterscheiden. Insbesondere
sind bei den Teilentladungsimpulsen außerhalb des Hochspannungsbauteils
immer alle Kapazitäten
der Reihenschaltung von Kapazitäten
an der gemessenen Systemantwort des Schwingkreises beteiligt. In
einer bevorzugten Variante werden ferner solche Teilentladungsimpulse,
für deren
Entstehungsort ein Ort innerhalb des Hochspannungsbauteils bestimmt
wurde, noch genauer lokalisiert. Insbesondere wird ermittelt, an
welcher Kapazität
der Reihenschaltung von Kapazitäten
ein solcher Teilentladungsimpuls entstanden ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine besonders einfache Verschaltung der Induktivitäten mit
den Kapazitäten
dadurch erreicht, dass die Kapazitäten mit den Induktivitäten in Reihe
geschaltet werden. Der gebildete elektrische Schwingkreis ist somit
ein Reihenschwingkreis.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Antwort
des Schwingkreises im Frequenzbereich gemessen, da mit der Frequenzantwort
am Einfachsten über
die Eigenfrequenz des Schwingkreises die am Teilentladungsimpuls
beteiligten Kapazitäten
und somit der Ort der Teilentladung bestimmt werden können. Dabei
kann vorgegebenen Frequenzen und/oder Frequenzintervallen jeweils
eine Kapazität
der Reihenschaltung von Kapazitäten
zugeordnet sein, wobei die zugeordnete Kapazität dem Entstehungsort des Teilentladungsimpulses
mit der entsprechenden vorgegebenen Frequenz bzw. in dem entsprechenden vorgegebenen
Frequenzintervall entspricht. Auf diese Weise wird vor der eigentlichen
Messung bereits der Zusammenhang zwischen gemessener Frequenz und
Teilentladungsort ermittelt und beispielsweise in einem Lookup-Table
gespeichert, so dass auf eine entsprechende Berechnung bei der Messung
verzichtet werden kann. Es ist es jedoch auch möglich, dass während der
Messung aus der Antwort des Schwingkreises im Frequenzbereich der
Kapazitätswert
zwischen Ort des Teilentladungsimpulses und der einen oder mehreren
Induktivitäten
mit entsprechenden Rechenmitteln berechnet wird und hieraus diejenige
Kapazität
der Reihenschaltung von Kapazitäten
bestimmt wird, an welcher der Teilentladungsimpuls entsteht.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind die eine oder mehreren Induktivitäten derart auf die Reihenschaltung von
Kapazitäten
abgestimmt, dass die Antwort des Schwingkreises im Frequenzbereich
ein Maximum bei einer Frequenz zwischen 10 Kilohertz und 100 Megahertz,
insbesondere zwischen 50 Kilohertz und 10 Megahertz aufweist. Es
hat sich gezeigt, dass in diesem Frequenzbereich besonders gut die
Teilentladungsimpulse detektiert werden können bzw. die Entstehungsorte
der Teilentladungsimpulse unterschieden werden können. In einer weiteren Ausführungsform
für das
Verfahren in einem Hochspannungsbauteil eingesetzt, bei dem die
einzelnen Kapazitäten
der Reihenschaltung von Kapazitäten
jeweils Werte zwischen 100 Picofarad bis 5 Nanofarad, insbesondere
zwischen 1 und 4 Nanofarad und vorzugsweise einen Wert von 3 Nanofarad
aufweisen. Die eine oder mehrere Induktivitäten werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorzugsweise derart gewählt,
dass in dem elektrischen Schwingkreis eine Gesamtinduktivität zwischen
5 Mikrohenry und 50 Millihenry vorliegt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die eine
oder mehrere Induktivitäten
ferner mit einem oder mehreren Widerstanden in Reihe und/oder parallel
verschaltet, wobei über
wenigstens einen der Widerstände
die Antwort des Schwingkreises gemessen wird. Es ist jedoch auch
möglich,
die Systemantwort direkt über eine
Induktivität
auszukoppeln. Die eine oder mehreren Induktivitäten, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Bildung eines Schwingkreises verwendet werden, sind hierbei
vorzugsweise zumindest teilweise Spulen.
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Neben
dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine
Vorrichtung zur Messung von Teilentladungen an einem Hochspannungsbauteil
mit einer geschichteten Reihenschaltung von Kapazitäten, insbesondere
an einer kapazitiv gesteuerten Durchführung, wobei die Vorrichtung
umfasst:
- – eine
oder mehreren Induktivitäten,
welche im Messbetrieb mit der Reihenschaltung von Kapazitäten zu einem
elektrischen Schwingkreis verschaltbar sind;
- – eine
Mess- und Auswerteeinheit, welche derart ausgestaltet ist, dass
sie im Messbetrieb die Antwort des Schwingkreises auf einen innerhalb
oder außerhalb
des Hochspannungsbauteils auftretenden Teilentladungsimpuls misst
und mit Hilfe der Antwort des Schwingkreises den Teilentladungsimpuls
lokalisiert und ggf. weitere Parameter für die Teilentladungsmessung
ermittelt (z. B. Ladung).
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Analog
zu dem oben beschriebenen Verfahren kann mit der Vorrichtung durch
Bildung eines Schwingkreises mit Hilfe von einer oder mehreren Induktivitäten, welche
mit der Reihenschaltung von Kapazitäten verschaltet werden, der
entsprechende Teilentladungsimpuls durch die Antwort des Schwingkreises
lokalisiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass alle im Vorangegangenen
beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dieser Vorrichtung
durchführbar
sind. Insbesondere ist die Vorrichtung zur Messung von Teilentladungen
an Hochspannungsdurchführungen
ausgebildet, wobei die Vorrichtung im Messbetrieb an einem entsprechenden
Messanschluss der Hochspannungsdurchführung angeschlossen werden
kann.
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In
Analogie zu dem oben beschriebenen Verfahren sind die eine oder
mehreren Induktivitäten
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorzugsweise in Reihe mit der Reihenschaltung von Kapazitäten verschaltbar,
so dass der Schwingkreis ein Reihenschwingkreis ist. Die Mess- und
Auswerteeinheit ist vorzugsweise ferner derart ausgestaltet, dass
im Messbetrieb die Antwort des Schwingkreises im Frequenzbereich
ermittelt wird und hieraus diejenige Kapazität der Reihenschaltung von Kapazitäten ermittelt
wird, an welcher der Teilentladungsimpuls entstanden ist. In einer
Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weisen die eine oder mehreren Induktivitäten insgesamt einen Induktivitätswert zwischen
5 Mikrohenry und 50 Millihenry auf. Die eine oder mehreren Induktivitäten können ferner
mit einem oder mehreren Widerständen
in Reihe und/oder parallel verschaltet sein, wobei über wenigstens
einen der Widerstände
die Antwort des Schwingkreises gemessen wird. Die Antwort des Schwingkreises
kann jedoch auch direkt über
eine oder alle Induktivitäten gemessen
werden. Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendeten Induktivitäten
sind ferner vorzugsweise elektrische Spulen.
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Neben
der soeben beschriebenen Messvorrichtung betrifft die Erfindung
ferner ein Hochspannungsbauteil mit einer geschichteten Reihenschaltung
von Kapazitäten,
insbesondere eine kapazitiv gesteuerte Durchführung, welches die obige Messvorrichtung
beinhaltet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur
detailliert beschrieben.
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1 zeigt
in Schnittansicht eine in einem Transformator eingebaute Hochspannungsdurchführung, an
welche eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
zur Lokalisation von Teilentladungen angeschlossen ist.
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Die
in 1 gezeigte Transformatordurchführung 1 umfasst einen
zentralen Leiter 2, über
welchen eine an der Hochspannungsleitung 3 anliegende Betriebsspannung
U bzw. ein entsprechender Betriebsstrom durch das auf Erdpotential
liegende Transformatorgehäuse 4 einem
(nicht gezeigten) Aktivteil des Transformators innerhalb des Transformatorgehäuses zugeführt wird.
Der Bereich oberhalb des Gehäuses 4 in 1 ist
hierbei der außerhalb des
Transformators liegende Bereich, wohingegen der Bereich unterhalb
des Gehäuses 4 das
Innere des Transformatorgehäuses
darstellt. Das Innere des Gehäuses
ist dabei zur Isolation bzw. zur Kühlung z. B. mit Öl gefüllt. In
dem Transformatorgehäuse 4 ist eine
im Wesentlichen zylindrische Öffnung
vorgesehen, welche durch einen entsprechenden zylindrischen Flansch 5 begrenzt
wird und die Durchführung mechanisch
hält.
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Zur
Isolation des Hochspannungsleiters 2 gegenüber dem
Transformatorgehäuse 4 weist
die Durchführung 1 einen
Isolationskörper 6 auf,
der sich von dem Flansch 5 konisch sowohl nach oben als auch
nach unten erstreckt, wobei der sich zur Hochspannungsleitung 3 erstreckende
Konus länger
ist als der sich in das Transformatorgehäuse erstreckende Konus. Der
Isolationskörper
ist aus einem hochisolierenden Dielektrikum gebildet, beispielsweise aus
einem Öl-Papier-Dielektrikum
oder aus einem Dielektrikum aus Epoxidharz. Zum Schutz vor äußerem Kriechstrom
ist im äußeren Bereich
noch ein aus Schirmen bestehender Isolator über dem Isolationskörper 6 angebracht,
der hier jedoch nicht weiter erläutert
wird. In dem Isolationskörper 6 sind
eine Vielzahl von Einlagen in der Form von zylindrischen, über das
Dielektrikum gegeneinander isolierten, leitenden Folien aus Aluminium
eingebettet. In 1 sind beispielhaft vier zylindrische
Folien 7, 8, 9 und 10 gezeigt,
welche rotationssymmetrisch um den Leiter 2 angeordnet
sind. In einer Transformatordurchführung befinden sich im Isolationskörper 6 jedoch
eine wesentlich höhere
Anzahl an Folien. Es können
insbesondere bis zu 100 solcher Folien in dem Isolationsmaterial
des Isolationskörpers 6 ausgebildet
sein. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind
jedoch hier nur vier Folien dargestellt.
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Durch
die im Isolationskörper
vorgesehenen Einlagen wird eine kapazitiv gesteuerte Durchführung dadurch
gebildet, dass sich zwischen den einzelnen Einlagen entsprechende
Kapazitäten
ausbilden, welche in 1 gestrichelt wiedergegeben
sind und mit den Bezugszeichen C1, C2, C3 und C4 bezeichnet sind.
Die Kapazität
C1 ist hierbei die Kapazität,
die sich zwischen dem Leiter 2 und der Einlage 10 ausbildet.
Die Kapazität
C2 ist die Kapazität
zwischen Einlage 10 und Einlage 9. C3 bezeichnet
die Kapazität
zwischen Einlage 9 und Einlage 8 und C4 ist die
Kapazität
zwischen Einlage 8 und Einlage 7. An der äußersten
Einlage 7 ist hierbei ein Messanschluss 11 vorgesehen,
an dem die erfindungsgemäße Messvorrichtung
angeschlossen wird, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Durch die über die Einlagen
gebildeten Kapazitäten
werden Äquipotentiallinien
der elektrischen Feldstärke
in dem Isolationskörper
gebildet, wodurch ein im Wesentlichen gleichmäßiger Verlauf der elektrischen
Feldstärke
im Isolationskörper
und im Außenraum
um den Isolationskörper
erreicht wird. Auf diese Weise werden lokale Bereiche mit sehr hohen
Feldstärken,
insbesondere in direkter Umgebung um den Leiter 2, vermieden,
wodurch die Haltbarkeit der Durchführung erhöht wird.
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In
der Anordnung der 1 kommt es durch die angelegte
Hochspannung U oftmals zu sogenannten Teilentladungen, welche in
der Durchführung 1 selbst
bzw. auch in der unmittelbaren Umgebung der Durchführung, z.
B. an der Zuleitung 3, auftreten können. Es ist hierbei wünschenswert,
solche Teilentladungen nicht nur zu detektieren, sondern auch zu
ermitteln, an welcher Stelle solche Teilentladungen aufgetreten
sind. Insbesondere ist es erwünscht,
die Teilentladungen außerhalb
der Durchführung
von Teilentladungen innerhalb der Durchführung zu unterscheiden. Ursachen
für Teilentladungen innerhalb
der Durchführung
sind insbesondere Isolierstofffehler im Isolationskörper 6,
beispielsweise sich ausbildende kleine Hohlräume, welche dabei lokal die
Kapazitäten
zwischen den Folien verändern. Durch
die Ausbildung von Hohlräumen
entstehen lokale Bereiche mit sehr kleiner Kapazität, wodurch
es zu Mikrodurchschlägen
und einer entsprechenden Teilentladung kommen kann. Ebenso können bei
eng aneinanderliegenden Folien zwischen benachbarten Folien Kurzschlüsse auftreten,
die ebenfalls als Teilentladungen bezeichnet werden.
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Zur
Detektion von Teilentladungen ist an dem Messanschluss 11 die
erfindungsgemäße Messanordnung
angeschlossen, welche aus einer Induktivität L in der Form einer Spule
sowie einem Messwiderstand R besteht, welche gegen Masse oder über eine
sehr große
Kapazität
an Masse geschaltet sind. Am Messwiderstand oder direkt über der
Spule L ist eine entsprechende Mess- und Auswerteeinheit 12 angeordnet,
wobei die Ergebnisse der Messung an einer entsprechenden Anzeige
wiedergegeben werden bzw. mit einer digitalen Auswerteeinheit schließlich auf
einem digitalen Datenträger
gespeichert werden. Ebenso können
die Messergebnisse an eine zentrale Überwachungsstelle weitergeleitet
werden.
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Durch
den Anschluss der Messvorrichtung an den Messanschluss 11 wird
ein Reihenschwingkreis aus den Kondensatoren C1 bis C4 und der Induktivität L geschaffen.
Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass beim Auftreten
einer Teilentladung in einem der Kondensatoren C1 bis C4 diese Kondensatorkette
in zwei Teilschaltungen mit unterschiedlicher Kapazität geteilt
wird. Der Strom aus der Teilentladung regt dabei beide Teilschaltungen
jeweils mit einem Impuls an, der näherungsweise ein Diracstoß ist. Beide
dieser Teilschaltungen reagieren voneinander unabhängig mit
der jeweiligen Systemantwort. In der hier beschriebenen Ausführungsform
wird die Systemantwort der Teilschaltung ausgewertet, welche sich
von dem Ort der Teilentladung über
die Induktivität
L hin zum Erdpotential erstreckt. Je nach Ort der Teilentladung
sind unterschiedliche Kapazitäten
für diese
Teilschaltung an der Systemantwort beteiligt. Tritt beispielsweise
eine Teilentladung zwischen dem Leiter 2 und der Einlage 10 auf,
besteht die Teilschaltung aus den drei Reihenkapazitäten C2 bis
C4, wohingegen beim Auftreten der Teilentladung zwischen der Einlage 8 und 9 an
der Systemantwort nur die Kapazität C4 beteiligt ist. Auf diese
Weise werden je nach Ort der Teilentladung Reihenschwingkreise mit
unterschiedlichen Kapazitäten
gebildet, was unterschiedliche Eigenfrequenzen der Schwingkreise
und somit unterschiedliche Systemantworten der Schwingkreise zur
Folge hat.
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Diese
Erkenntnis wird in der Mess- und Auswerteeinheit 12 dazu
verwendet, um aus der Systemantwort den Ort der Teilentladung festzustellen.
Es ist hierbei insbesondere auch möglich, die Teilentladungen
dahingehend zu unterscheiden, ob sie innerhalb oder außerhalb
der Durchführung
auftreten. Für Teilentladungen
außerhalb
der Durchführung
sind nämlich
an der Teilschaltung alle Kapazitäten C1 bis C4 beteiligt, so
dass es für
Teilentladungen außerhalb
der Durchführung
im Wesentlichen immer zu sehr ähnlichen
Systemantworten kommt. Die in der Transformatordurchführung 1 entstehenden
Kapazitäten
C1 bis C4 liegen üblicherweise
im Bereich von ungefähr
100 pF bis ca. 5 nF. Die Induktivität L wird unter Berücksichtigung
dieser Kapazitäten
derart gewählt,
dass die Systemantwort beim Auftreten einer Teilentladung in einem
Frequenzbereich von einigen MHz liegt, insbesondere zwischen 0,5
und 5 MHz. Bevorzugte Werte für
die Induktivität
L liegen bei einigen Millihenry.
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Die
Mess- und Auswerteeinheit 12 misst beim Auftreten einer
Teilentladung den zeitlichen Verlauf der Systemantwort und transformiert
diese Antwort in den Frequenzbereich. Es ergibt sich hierbei ein
Maximalwert im Frequenzbereich, der im Wesentlichen mit der Eigenfrequenz
des Schwingkreises gleichgesetzt werden kann, der durch die Kapazitäten sowie
die Induktivität
zwischen Teilentladungsort und Erdpotential gebildet wird. Über die
Eigenfrequenz des Schwingkreises können somit die am Schwingkreis
beteiligten Kapazitäten
und hierdurch der Ort der Teilentladung, d. h. die Kapazität, an der
die Teilentladung auftritt, ermittelt werden.
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Anstatt
einer einzelnen Induktivität
L können gegebenenfalls
auch mehrere Induktivitäten
eingesetzt werden, wobei die Induktivitäten nicht zwangsläufig durch
Spulen realisiert sein müssen.
Entscheidend ist lediglich, dass die Induktivitäten Werte aufweisen, so dass
der hierdurch gebildete Reihenschwingkreis eine Systemantwort aufweist,
welche über
die Mess- und Auswerteeinheit 12 geeignet messbar ist.
Gegebenenfalls können
auch noch weitere Bauelemente in der Messanordnung vorgesehen sein,
beispielsweise weitere Widerstände
in Reihen- oder Parallelschaltung bzw. weitere Kondensatoren. Anstelle
einer Spule sind auch elektronische Schaltungen mit induktivem Verhalten
(Gyratorschaltungen) einsetzbar, die zusammen mit den Kapazitäten eine
unterscheidbare Systemantwort erzeugen können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wurde von dem Erfinder in mehreren Schaltungssimulationen unter
der Annahme einer Messschaltung an einem Transformator mit einer
Durchführung
aus zehn in Reihe geschalteten Kapazitäten mit je 3000 pF getestet.
Die Induktivität
der Messvorrichtung lag bei diesen Simulationen bei 10 mH. Es konnte
hierbei nachgewiesen werden, dass die Systemantwort im Frequenzbereich
je nachdem, bei welcher Kapazität ein
Teilentladungsimpuls durch die Simulation eingespeist wird, sehr
unterschiedlich ist. Darüber
hinaus konnte durch die Simulationen gezeigt werden, dass die Systemantwort
bei Einspeisung des Teilentladungsimpulses von außerhalb
der Reihenschaltung der Kapazitäten
unterschiedlich zu den Systemantworten bei Einspeisung des Teilentladungsimpulses zwischen
den Kapazitäten
ist. Das im Vorangegangenen beschriebene Verfahren zur Lokalisation
von Teilentladungen stellt somit einen vielversprechenden Ansatz
dar, um im praktischen Betrieb einer Hochspannungsanlage die Lokalisation
der Teilentladungen zu ermöglichen
und Teilentladungen innerhalb und außerhalb von Durchführungen
zu unterscheiden.