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Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Ortung von Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen im Zeitbereich.
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Durch die
DE 195 04 731 C1 (Meßsystem für gekapselte Hochspannungsschaltanlagen) ist ein Messsystem zur Störungsüberwachung für in die gekapselte Schaltanlage eingestrahlte Störsignale bekannt. Derartige Störungen werden unter anderem durch Radarsender hervorgerufen. Störungen in der gekapselten Schaltanlage, hervorgerufen unter anderem durch Teilentladungen, sind damit nicht erfassbar.
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Die
DE 195 48 466 A1 (Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer hochspannungsführenden elektrischen Anlage) beinhaltet einen Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer hochspannungsführenden elektrischen Anlage. Der Sensor ist mit mindestens einer konzentrisch zu den Aktivteilen der Anlage angeordneten, dem elektromagnetischen Feld der Anlage ausgesetzten, etwa ringförmig ausgebildeten Messelektrode versehen. Dem Sensor ist ein Analogschalter nachgeschaltet, der mit einer Erfassungseinrichtung für Teilentladungsimpulse zusammengeschaltet ist. Eine Ortung der Teilentladungen ist nicht vorgesehen.
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Durch die
DE 690 26 426 T2 (Verfahren und Vorrichtung zur Lokalisierung einer Anomalie in einem gasisolierten elektrischen Apparat) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wobei die Ausbreitung einer von einer Teilentladung in einem weiten Bereich des Metallbehälters erzeugten elektromagnetischen Welle mit Detektoren erfasst wird, um dadurch die Spektrumstärken zu gewinnen. Die elektromagnetische Welle weist eine Schwächungseigenschaft auf, die durch den Wandwiderstand und ähnliches im Metallbehälter beeinflusst wird, was zu vom Abstand vom Ort der Teilentladung zu einem jeden Detektor abhängigen, unterschiedlichen Spektrumstärken, die von den Detektoren geliefert werden, führt. Die Ortung wird durch die Empfindlichkeit der Detektoren begrenzt, zumal die Erfassung der Teilentladung außerhalb des gasisolierten elektrischen Apparats erfolgt.
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Die
US 4 446 420 A (Method and device for detecting and locating fault and/or partial discharges in a gas-insulated electrical equipment) beinhaltet eine Einrichtung zur Ortung von Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen im Zeitbereich. Diese Einrichtung weist mindestens zwei die Leistung des Signals der durch eine Teilentladung hervorgerufenen elektromagnetischen Wellen erfassende Sensoren auf, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Diese sind jeweils mit einer Einrichtung zur Bandbreitenreduktion zur Signalkonditionierung verbunden. Anschließend wird auf Grund der Zeitdifferenz der an den Sensoren anliegenden Signale die Position der Teilentladung zwischen den Sensoren bestimmt. Nachteilig sind dabei die eingesetzten sehr aufwändigen Stromsensoren.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen einfach zu lokalisieren.
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Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Einrichtungen zur Ortung von Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen im Zeitbereich zeichnen sich insbesondere sowohl durch die einfache Möglichkeit der Ermittlung als auch der einfachen Realisierung zur Ermittlung der Position von Teilentladungen zwischen den Leitern und damit im Isolationsraum aus.
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Dazu sind mindestens zwei die Leistung des Signals der durch eine Teilentladung hervorgerufenen elektromagnetischen Wellen erfassende Sensoren beabstandet zueinander angeordnet und jeweils über eine Einrichtung zur Bandbreitenreduktion zur Signalkonditionierung und einen Leistungsdetektor mit einer Schwellwertmesseinrichtung zusammengeschaltet, wobei sich hervorgerufen durch eine bestimmte Leistungsänderung jeweils digitale Signale am Ausgang der Schwellwertmesseinrichtungen ergeben.
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Weiterhin sind die Schwellwertmesseinrichtungen mit einem die Zeitdifferenz der digitalen Signale der Schwellwertmesseinrchtungen ermittelnden und digital arbeitenden Korrelator verbunden. Darüber hinaus ist der Korrelator mit einer aus der relativen Häufigkeit der Zeitdifferenzen die angenäherte Laufzeitdifferenz und daraus die Position der Teilentladung zwischen den Sensoren bestimmende Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschaltet.
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Teilentladungen werden beispielsweise durch Störungen hervorgerufen. Das können Oberflächenverwertungen, mechanische Beschädigungen, Ablagerungen, Fehlstellen oder Isolationsfehler sein.
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Die Ortung der Position der Teilentladung erfolgt dabei vorteilhafterweise im Zeitbereich mit einfachen Mitteln. Grundlage der Bestimmung der Positionen der Teilentladungen bilden die Laufzeitdifferenzen zweier beabstandet zueinander angeordneter Sensoren, wobei durch die Teilentladungen hervorgerufene hochfrequente Leistungen der elektromagnetischen Wellen genutzt werden.
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Die Sensoren selbst können dabei bandbegrenzt für die Signale wirken. Eine Bandbegrenzung erfolgt durch die nachgeschalteten Einrichtungen zur Bandbreitenreduktion zur Signalkonditionierung. Das sind bekannte Filter vorzugsweise als Tief- und/oder Hochpässe.
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Die den Einrichtungen zur Bandbreitenreduktion nachgeschalteten Leistungsdetektoren und Schwellwertmesseinrichtungen signalisieren das Erreichen, das Überschreiten oder das Unterschreiten der durch die Teilentladung hervorgerufenen Leistungen. An den Ausgängen der Schwellwertmesseinrichtungen stehen damit digitale Signale zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung. Diese digitalen Signale sind vorzugsweise TTL-Signale, so dass die TTL-Technik als bekannteste bipolare Technik zur Weiterverarbeitung der Signale nutzbar ist.
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Aus den digitalen Signalen werden die jeweiligen Zeitdifferenzen der Leistungsänderungen über den digital arbeitenden Korrelator ermittelt. Grundlage dazu sind die Zeitdifferenzen der Leistungssignale, welche an den Ausgängen der Schwellwertmesseinrichtungen digitale Signale ergeben. Die relative Häufigkeit der Zeitdifferenzen bildet die Grundlage für die Ermittlung der angenäherten Laufzeitdifferenz, aus der die Position der Teilentladung zwischen den Sensoren bestimmt wird. Das erfolgt in einer Datenverarbeitungseinrichtung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 ange- geben.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 mit einem Datensichtgerät zusammengeschaltet, so dass die relative Häufigkeit der durch die Einrichtungen zur Bandbreitenreduktion, der Leistungsdetektoren, der Leistungstrigger und des Korrelators bestimmten Zeitdifferenzen durch ein Histogramm dargestellt wird. Über die Treppenkurve werden die relativen Häufigkeiten der Zeitdifferenzen der Leistungssignale einfach veranschaulicht. Vorteilhafterweise kann die Darstellung nutzerspezifisch verändert werden, wobei auch neue Grenzen wählbar sind.
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Als Sensoren sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 mindestens zwei kapazitive oder induktive Sensoren beabstandet zueinander angeordnet.
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Die Sensoren wirken als Antennen, wobei die elektromagnetische Leistung der elektromagnetischen Wellen der Teilentladungen in eine geführte hochfrequente Leistung gewandelt wird. Natürlich können auch andere Sensoren zur Erfassung elektromagnetischer Wellen als Sensoren eingesetzt werden. Die Ortung der Teilentladung ist vom jeweiligen Abstand des Sensors von der Teilentladung abhängig. Die Bedingungen dafür sind bekannterweise standardisiert. Am günstigsten ist dabei ein kleiner Abstand mit der Teilentladung in der Mitte der Sensoren.
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Der Korrelator besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 vorteilhafterweise aus einer Äquivalenzschaltung als Multiplikator, einem damit verbundenen Summierglied als Integrator und einem nachgeschaltetem Schieberegister als sowohl Signalspeicher als auch Verzögerungsglied.
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Die Schwellwertmesseinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 eine Komparatorschaltung, wobei der Schwellwert für ein digitales Signal aus zwei Teilschwellwerten als jeweils bestimmbare Start- und Endpunkte gebildet wird. Damit kann vorteilhafterweise ein zweiter Schwellwert der Leistungsänderungen in die Ortung der Teilentladungen einbezogen werden. Daraus kann der Startpunkt und folgernd die Zeit genauer bestimmt werden. Weiterhin können schwache Signale, langsamere Anstiege der Flanken sowie oszillierende Impulse und Toleranzen der Einrichtung wenigstens teilweise erkannt und kompensiert werden. Die Ortung der Position der Teilentladung ist selbst bei nachhaltig oszillierenden und verrauschten Signalen genauer möglich.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 eine die Position der Teilentladung als Abstand (X1) zum ersten Sensor über den Abstand (X) der Sensoren und der Lichtgeschwindigkeit (c) ermittelnde Datenverarbeitungseinrichtung, wobei gilt X1 = (X – c·Δt)/2.
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Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen ist die bekannte Lichtgeschwindigkeit, so dass aus der Laufzeitdifferenz und dem bekannten Abstand der Sensoren zueinander die Entfernung der Teilentladung zu einem der Sensoren einfach bestimmbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen 1 eine Einrichtung zur Ortung von Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen im Zeitbereich und 2 ein Histogramm.
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Eine Einrichtung zur Ortung von Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen im Zeitbereich besteht im Wesentlichen aus zwei Sensoren S1, S2, Einrichtungen 1a, 1b zur Bandbreitenreduktion zur Signalkonditionierung, Leistungsdetektoren 2a, 2b, Schwellwertmesseinrichtungen 3a, 3b, einem digital arbeitenden Korrelator 4 und einer Datenverarbeitungseinrichtung 5.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Ortung von Teilentladungen in gasisolierten Schaltanlagen im Zeitbereich in einer prinzipiellen Darstellung.
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Die Sensoren S1, S2 sind beabstandet zueinander angeordnete kapazitive Sensoren, die die Leistung der durch eine Teilentladung hervorgerufenen elektromagnetischen Wellen erfassen. Die Sensoren S1, S2 wirken dabei jeweils als Antenne für die elektromagnetischen Wellen der Teilentladung. Die zu kontrollierende Schaltanlage befindet sich dabei zwischen den Sensoren S1, S2. Die Teilentladung kann zum Beispiel auf einer Störung 6 basieren.
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Die Sensoren S1, S2 sind jeweils über eine Einrichtung 1a, 1b zur Bandbreitenreduktion zur Signalkonditionierung, einen Leistungsdetektor 2a, 2b mit einer Schwellwertmesseinrichtung 3a, 3b zusammengeschaltet, wobei hervorgerufen durch eine bestimmte Leistungsänderung sich jeweils digitale Signale am Ausgang der Schwellwertmesseinrichtungen 3a, 3b ergeben.
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Die Sensoren selbst können dabei bandbegrenzt für die Signale wirken. Eine Bandbegrenzung erfolgt durch die nachgeschalteten Einrichtungen 1a, 1b zur Bandbreitenreduktion zur Signalkonditionierung. Das sind bekannte Filter vorzugsweise als Tief- und/oder Hochpässe.
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Die digitalen Signale am Ausgang der Schwellwertmesseinrichtungen 3a, 3b sind vorzugsweise TTL-Signale. Bedingt durch den Abstand der Sensoren S1, S2 besteht bei einer Teilentladung zwischen den Sensoren S1, S2 eine Zeitdifferenz der empfangenen elektromagnetischen Wellen. Diese Zeitdifferenz wird über die Korrelationsfunktion als Laufzeitdifferenz Δt der Zeiten der digitalen Leistungssignale in einem mit den Schwellwertmesseinrichtungen 3a, 3b verbundenem digital arbeitenden Korrelator 4 ermittelt.
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Dieser besteht beispielsweise aus einer Äquivalenzschaltung als Multiplikator, einem damit verbundenen Summierglied als Integrator und einem nachgeschalteten Schieberegister als sowohl Signalspeicher als auch Verzögerungsglied.
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Der Korrelator 4 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 5 zusammengeschaltet, wobei aus der relativen Häufigkeit der Zeitdifferenzen die angenäherte Laufzeitdifferenz und daraus die Position der Teilentladung zwischen den Sensoren S1, S2 bestimmt wird. Dabei wird die Position der Teilentladung als Abstand X1 zum ersten Sensor S1 über den Abstand X der Sensoren S1, S2 und der Lichtgeschwindigkeit c ermittelt, wobei gilt: X1 = (X – c·Δt)/2.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 ist weiterhin mit einem Datensichtgerät zusammengeschaltet, wobei die relative Häufigkeit der durch die Einrichtungen 1a, 1b zur Bandbreitenreduktion, der Leistungsdetektoren 2a, 2b, der Schwellwertmesseinrichtungen 3a, 3b und des Korrelators 4 bestimmten Zeitdifferenzen durch ein Histogramm dargestellt wird.
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Die 2 zeigt ein Histogramm als eine prinzipielle Darstellung.
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Im Histogramm sind die relativen Häufigkeiten der Zeitdifferenzen in einer Treppenkurve dargestellt.
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In einer Ausführungsform können die Schwellwertmesseinrichtungen 3a, 3b jeweils eine Komparatorschaltung sein, wobei jeweils der Schwellwert für ein digitales Signal aus zwei Teilschwellwerten als jeweils bestimmbare Start- und Endpunkte gebildet wird.
