DE102018211230A1 - Anordnung und Verfahren zum Monitoring von äußeren Oberflächen einer Hochspannungseinrichtung - Google Patents

Anordnung und Verfahren zum Monitoring von äußeren Oberflächen einer Hochspannungseinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (7) und ein Verfahren zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung (1), mit wenigstens einer äußeren Oberfläche (5) eines Elements der Hochspannungseinrichtung (1) und mit wenigstens einer Messeinrichtung (8). Die Messeinrichtung (8) ist ausgebildet zum Messen wenigstens einer Eigenschaft der Oberfläche (5) .

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung, mit wenigstens einer äußeren Oberfläche eines Elements der Hochspannungseinrichtung und mit wenigstens einer Messeinrichtung.
  • In der Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie, insbesondere in der Hochspannungstechnik mit Spannungen im Bereich von bis zu 1300 kV und/oder mit Strömen im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere, werden Isolatoren eingesetzt, um zwei elektrische Potenziale mechanisch zu verbinden und elektrisch zu trennen. Diese sind z.B. als Gehäuse von elektrischen Betriebsmitteln wie Überspannungsableitern, Leistungsschaltern und/oder Messwandlern ausgebildet, wie z. B. aus der DE 10 2016 205 673 A1 bekannt ist. Das Material, aus dem die Isolatoren bestehen bzw. welches diese umfassen ist z. B. Porzellan, Kunststoff und/oder Elastomermaterial wie z. B. Silikon.
  • Die Oberflächen der Isolatoren, d. h. die äußere Oberfläche, welche mit der Umgebungsluft in Kontakt steht und z. B. bei Freiluftanlagen Umwelteinflüssen wie z. B. Wind, Regen, Sonneneinstrahlung und/oder Schwebepartikeln ausgesetzt ist, kann derart geformt sein, dass sich ein besonders langer, so genannter Kriechweg für einen etwaigen Strom ausbildet. Der Kriechweg wird durch eine Beschirmung verlängert, welche z. B. schirm- bzw. krempenförmige, um den Umfang eines insbesondere hohlzylinderförmigen Isolators verlaufende, seitlich vom Isolator abstehende Teile des Isolators umfasst. Diese sind z. B. in regelmäßigen Abständen voneinander, entlang der Längsachse des Isolators angeordnet. Der Kriechstrom, der unerwünschter weise zwischen den beiden Potenzialen, z. B. in Richtung der Längsachse des Isolators, über die Oberfläche des Isolators fließen kann, muss unterhalb einer Schwellgrenze liegen. Oberhalb der Schwellgrenze kann der Kriechstrom zu einem elektrischen Überschlag zwischen den Enden des Isolators mit unterschiedlichen Potentialen führen, und eine Beschädigung und/oder Zerstörung von elektrischen Betriebsmitteln ergeben.
  • Die Höhe des unerwünschten Stromes, d. h. die Höhe des Kriechstroms hängt direkt ab vom Alterungszustand des Isolators sowie von dessen Verschmutzungsgrad. Feuchtigkeit, Schmutzpartikel wie z. B. Ruß, Verwitterung, insbesondere durch Sonneneinstrahlung und/oder z. B. durch sauren Regen, können zu einem erhöhten Kriechstrom verglichen mit sauberen, unverwitterten Oberflächen führen. Der Betreiber eines Betriebsmittels, welches derartige Isolatoren umfasst, muss Überschläge vermeiden, indem z. B. stark verschmutzte Oberflächen gereinigt werden oder bei starker Alterung ein Austausch des Isolators erfolgt. Zur Bestimmung des Zeitpunktes, an welchem eine Reinigung und/oder ein Austausch erfolgen müssen, ist eine Zustandskontrolle des Isolators notwendig. Derartige Zustandskontrollen erfolgen bisher bei Wartungsrundgängen in Form von Sichtprüfungen. Derartige Sichtprüfungen sind mit Aufwand und Kosten verbunden, erfordern kurze Wartungsintervalle und ermöglichen nur indirekt und ungenau Rückschlüsse auf das Isolationsverhalten der Oberfläche von Isolatoren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe, den Zustand, insbesondere den Alterungszustand und/oder Verschmutzungsgrad von Elementen der Hochspannungseinrichtung, d. h. der äußeren Oberfläche des Elements mit wenig Aufwand, zeitsparend, kostengünstig, und/oder mit hoher Genauigkeit bezüglich insbesondere des Isolationsverhaltens der Oberfläche zu ermitteln, z. B. in kurzen zeitlichen Intervallen und/oder kontinuierlich, insbesondere online übertragbar.
  • Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung, insbesondere unter Verwendung der zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung und/oder des Verfahrens zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung, insbesondere unter Verwendung der zuvor beschriebenen Anordnung, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung mit wenigstens einer äußeren Oberfläche eines Elements der Hochspannungseinrichtung und mit wenigstens einer Messeinrichtung umfasst, dass die Messeinrichtung ausgebildet ist zum Messen wenigstens einer Eigenschaft der Oberfläche.
  • Durch die Messeinrichtung, welche ausgebildet ist zum Messen von Eigenschaften der Oberfläche, ist es möglich den Zustand, insbesondere den Alterungszustand und/oder Verschmutzungsgrad von Elementen der Hochspannungseinrichtung zu bestimmen. Es ist möglich mit wenig Aufwand, zeitsparend, kostengünstig, und/oder mit hoher Genauigkeit bezüglich insbesondere des Isolationsverhaltens der Oberfläche, die äußere Oberfläche des Elements zu monitoren bzw. deren Zustand zu ermitteln, insbesondere in kurzen zeitlichen Intervallen und/oder kontinuierlich. Dabei können die Messdaten oder Ergebnisse aus der Auswertung von Messdaten online übertragen werden und ein online Monitoring von Elementen der Hochspannungseinrichtung ist zu jedem Zeitpunkt kontinuierlich möglich oder zu gewünschten, definierten Zeitpunkten ermöglich. Es können auch abhängig von Messdaten und vorbelegten Daten kritische Zustände z. B. der Alterung oder Verschmutzung erkannt werden, und ein Hinweis oder Alarm kann gegeben werden, um z. B. elektrische Überschläge über die Oberfläche zu vermeiden, welche bei verschmutzten oder gealterten Oberflächen z. B. durch reduzierte Isolationswirkung erfolgen kann, insbesondere wenn der Kriechstrom kritische Werte überschreitet. Eine Wartung, Reinigung und/oder ein Austausch des Elements der Hochspannungseinrichtung kann erfolgen, um Überschläge zu verhindern und eine Störung oder Zerstörung der Hochspannungseinrichtung zu vermeiden.
  • Die wenigstens eine äußere Oberfläche eines Elements der Hochspannungseinrichtung kann die Oberfläche eines Isolators sein, insbesondere eines Hohl- und/oder Stützisolators, welche insbesondere in Form einer Beschirmung ausgebildet sein kann. Die Beschirmung verlängert den Kriechstromweg zwischen zwei Potentialen, welche durch den Isolator getrennt werden. Bei zunehmender Verschmutzung kann der Kriechstrom zunehmen, bis z. B. ein elektrischer Überschlag erfolgt, welcher zu einer Beschädigung oder zu einer Zerstörung der Hochspannungseinrichtung führen kann. Die Messeinrichtung kann den Grad der Verschmutzung oder z. B. den Grad einer Alterung der Isolierung bzw. einer äußeren Oberfläche der Isolierung messen, welcher bei zunehmender Verschmutzung oder Alterung zu einer abnehmenden Isolierwirkung führen kann. Der Grad kann von Wartungspersonal z. B. online gemonitort werden oder ein Signal, z. B. ein Alarm kann bei Überschreitung eines vordefinierten Grads ausgelöst werden bzw. an das Wartungspersonal übermittelt werden, und das Wartungspersonal kann z. B. Maßnahmen auslösen, insbesondere abhängig vom Grad, wie z. B. eine Reinigung der äußeren Oberfläche des Isolators oder den Austausch des Isolators beauftragen.
  • Die wenigstens eine äußere Oberfläche des Elements der Hochspannungseinrichtung kann eine Keramik-, eine Silikon- und/ oder eine Kompositwerkstoff-Oberfläche sein, insbesondere in Kontakt mit der Umgebungsluft einer Freiluft-Hochspannungseinrichtung. Keramik-, Silikon- und/oder Kompositwerkstoffe sind gute elektrische Isolatoren. Deren Oberflächen können durch hydrophile Eigenschaften Feuchtigkeit und Schmutz bzw. Partikel anziehen, welche wie zuvor beschrieben die elektrische Isolierwirkung verringern. Auch ohne hydrophile Eigenschaften kann sich Feuchtigkeit und/oder Schmutz bzw. Partikel auf der äußeren Oberfläche aus der Umgebungsluft insbesondere bei Freiluft-Hochspannungseinrichtungen absetzen. Umwelteinflüsse wie z. B. Sonneneinstrahlung, Regen, insbesondere saurer Regen, Luftfeuchtigkeit, und/oder chemische Substanzen aus der Luft können zu einer beschleunigten Alterung von Isolatoroberflächen führen. Bei derartigen Oberflächen ist ein Monitoring von Eigenschaften der Oberfläche durch eine Messeinrichtung besonders vorteilhaft, insbesondere um eine Verschlechterung von Isolatoreigenschaften rechtzeitig zu registrieren.
  • Die Messeinrichtung kann ausgebildet sein zum Messen wenigstens eines Leckstroms über Bereiche der äußeren Oberfläche des Elements der Hochspannungseinrichtung. Die Messung von Leckströmen ist gut geeignet, eine Verschlechterung von Isolatoreigenschaften auf Oberflächen rechtzeitig zu registrieren, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Notwendige Maßnahmen können so rechtzeitig ergriffen werden und elektrische Überschläge können so zuverlässig vermieden werden.
  • Die Messeinrichtung kann ausgebildet sein zum Messen wenigstens einer optischen Eigenschaft der äußeren Oberfläche des Elements der Hochspannungseinrichtung, insbesondere über Reflektion an der Oberfläche. Die Messeinrichtung kann wenigstens eine Kamera, insbesondere eine CCD Kamera umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung wenigstens eine optische Strahlenquelle, insbesondere einen Laser, und wenigstens einen optischen Detektor umfassen. Insbesondere eine Wellenlängenabhängige Messung der Intensität reflektierter Strahlung und/oder winkelabhängige und/oder zeitabhängige Analysen der Reflektion können Aufschluss über Eigeneschaften bzw. den Zustand der äußeren Oberfläche eines Elements der Hochspannungseinrichtung geben. Nicht nur der Grad von z. B. Alterung und/oder Verschmutzung, auch stoffliche Analysen der Oberfläche geben Aufschluss über den Zustand, insbesondere Isolatoreigenschaften der Oberfläche. Auch Wellenlängen z. B. im Wärmebildbereich können Informationen ergeben, welche die Notwendigkeit z. B. einer Reinigung oder eines Austauschs bestimmen.
  • Die Messeinrichtung kann ausgebildet sein zum Messen wenigstens einer akustischen Eigenschaft der äußeren Oberfläche des Elements der Hochspannungseinrichtung, insbesondere über Reflektion an der Oberfläche. Die Messeinrichtung kann wenigstens eine Schallquelle, insbesondere einen Lautsprecher, und wenigstens ein Mikrofon umfassen. Die Messung von insbesondere reflektiertem Schall ist gut geeignet, eine Verschlechterung von Oberflächeneigenschaften insbesondere in Hinblick auf Verwitterung, Verschmutzung und/oder Alterung rechtzeitig zu registrieren, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Die Messung kann z. B. Frequenzabhängig oder mit einer festen Frequenz erfolgen. Notwendige Maßnahmen können so rechtzeitig ergriffen werden und elektrische Überschläge können zuverlässig vermieden werden.
  • Die Messeinrichtung kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein zum Messen des Alterungszustands und/oder des Verschmutzungsgrads der wenigstens einen äußeren Oberfläche des Elements der Hochspannungseinrichtung. Durch Umwelteinflüsse wie z. B. Licht, UV-Strahlung und/oder Feuchtigkeit können Oberflächen chemisch verändert werden, z. B. Kunststoffe zersetzt werden. Damit ändern sich die elektrischen Eigenschaften der Oberflächen. Partikel und Feuchtigkeit aus der Umwelt können sich auf den Oberflächen absetzen und ändern ebenfalls die elektrischen Eigenschaften der Oberflächen. So können z. B. Feuchtigkeit und/oder Rußpartikel zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit an der Oberfläche führen, was zu erhöhten Leckströmen führen kann. Die Isolatorwirkung nimmt ab und schlagartige Überschläge mit hohen Strömen können zwischen zwei Potentialen erfolgen, insbesondere im Hochspannungsbereich. Die damit verbundene Erwärmung der Oberfläche kann zu irreversiblen Schäden führen und die hohen Ströme können die Hochspannungseinrichtung beschädigen oder zerstören. Ein rechtzeitiger Austausch gealterter Elemente der Hochspannungseinrichtung, insbesondere von Isolatoren, und/oder eine rechtzeitige Reinigung bei Verschmutzung von Oberflächen können zuverlässig Überschläge und Zerstörungen vermeiden. Wartungsintervalle können verlängert werden durch ein Monitoring der Oberflächen der Elemente von Hochspannungseinrichtungen, durch Messen von Eigenschaften der Oberflächen mit wenigstens einer Messeinrichtung.
  • Eine Übermittlungseinrichtung kann umfasst sein, welche ausgebildet ist einen Alarm bei Überschreitung und/oder Unterschreitung von vordefinierten Werten zu übermitteln, insbesondere für eine Wartung, Austausch und/oder Reinigung der Oberfläche. Z. B. kann eine Übermittlung von Signalen/Alarm und/oder Messwerten über das Internet, Mobilfunk oder andere Übermittlungseinrichtungen erfolgen. Eine Datenverarbeitungseinheit und/oder ein Datenspeicher können vor Ort vorgesehen sein um Messdaten zu speichern oder zu verarbeiten, insbesondere um Signale bei Überschreitung und/oder Unterschreitung von vordefinierten Werten zu übermitteln, insbesondere an Wartungspersonal und/oder eine zentrale Leitstelle. Eine Datenverarbeitung und/oder eine Datenspeicherung kann auch in der Cloud oder an einem entfernten Ort erfolgen. Durch, wie zuvor beschrieben, eingesparte Wartung vor Ort mit Wartungspersonal und/oder durch Vermeidung von Schäden an Hochspannungseinrichtungen, können Kosten und Aufwand eingespart werden, eine zuverlässige Funktion der Hochspannungseinrichtung gewährleistet werden, und Gefahren durch elektrische Überschläge vermieden werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung, umfasst, dass wenigstens eine Messeinrichtung wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer äu-ßeren Oberfläche eines Elements der Hochspannungseinrichtung misst.
  • Die Messeinrichtung kann kontinuierlich und/oder in zeitlichen Intervallen, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Intervallen messen.
  • Die Messeinrichtung kann den Alterungszustand und/oder den Verschmutzungsgrad der wenigstens einen äußeren Oberfläche des Elements der Hochspannungseinrichtung messen, insbesondere elektrisch, und/oder optisch, und/oder akustisch.
  • Bei Überschreitung und/oder Unterschreitung von Messwerten im Vergleich zu vordefinierten Werten kann, wie zuvor beschrieben, ein Alarm über eine Übermittlungseinrichtung übermittelt werden, insbesondere an Wartungspersonal.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den 1 bis 4 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
  • Dabei zeigen die
    • 1 schematisch in Schnittansicht ein Element einer Hochspannungseinrichtung 1 in Form eines zylinderförmigen Hohlisolators 2 mit Beschirmung 4 von einer Seite betrachtet und mit einer Verschmutzung 6 der Beschirmung 4, und
    • 2 schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Element einer Hochspannungseinrichtung 1 gemäß der 1 und mit einem Strom-/Spannungs-Messgerät 9 als Messeinrichtung 8 zur Messung von Leckströmen, und
    • 3 schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Element einer Hochspannungseinrichtung 1 gemäß der 1 und mit einer optischen Strahlenquelle 10 sowie einem optischen Detektor 11 als Messeinrichtung 8 zur Messung von Alterung und/oder Verschmutzungen der Oberfläche des Elements 1, und
    • 4 schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Element einer Hochspannungseinrichtung 1 gemäß der 1 und mit einer Schallquelle 12 sowie einem Mikrofon 13 als Messeinrichtung 8 zur Messung von Alterung und/oder Verschmutzungen der Oberfläche des Elements 1.
  • In 1 ist schematisch in Schnittansicht ein Element einer Hochspannungseinrichtung 1 in Form eines zylinderförmigen Hohlisolators 2 mit Beschirmung 4 von einer Seite betrachtet dargestellt. Eine Verschmutzung 6 der Beschirmung 4 liegt in Form von Partikeln vor, welche auf der äußeren Oberfläche 5 aufliegen. Der Isolator 2 ist z. B. ein Element 1 einer Hochspannungs-Durchführung, eines Hochspannungs-Leistungsschalters und/oder eines Instrument Transformers. Beispielhaft ist der Isolator 2 als Element bzw. Teil einer Hochspannungseinrichtung 1 hohlzylindrisch ausgebildet, jeweils mit einem Flansch 3 an den Enden des Hohlzylinders. An dem Flansch 3 können elektrische Anschlüsse für eine Hochspannung vorgesehen sein. Auf einer Seite liegt z. B. Erdpotential an und kann z. B. ein Träger angeordnet sein für die Hochspannungseinrichtung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlzylinders liegt z. B. ein Potential von bis zu 1300 kV an und ist z. B. ein Gehäuse mit Spulen eines Instrument Transformers angeordnet, ein Gehäuse mit Kontakten eines Hochspannungsleistungsschalters angeordnet und/oder eine Wandung angeordnet, durch welche ein elektrischer Leiter über das Innere des Hohlisolators geführt ist.
  • Der Isolator 2 ist z. B. aus Keramik, Silikon oder einem Kompositmaterial. Eine hohe mechanische Festigkeit bei guter elektrischer Isolation ermöglicht den Einsatz z. B. als Stützisolator. Am äußeren Umfang sind in Ebenen senkrecht zur Längsachse des Isolators 2 krempen- bzw. schirmartige Formen ausgebildet, welche insbesondere in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind und eine Beschirmung 4 bilden. Die Beschirmung 4 führt zu einer Verlängerung des Weges für einen Kriechstrom zwischen den Enden des Isolators 2 bzw. zwischen den Flanschen 3 an den Enden des Isolators 2, an welchen ein unterschiedliches Potential angeschlossen werden kann. Die äußere Oberfläche 5 des Elements 1 wird im Wesentlichen durch die Oberfläche der Beschirmung 4 und der äußeren Oberfläche des Hohlzylinders zwischen der Beschirmung 4 gebildet.
  • Verschmutzungen 6, welche beispielhaft in der 1 durch Punkte auf der Oberfläche 5 dargestellt sind, können in Form von Partikeln, z. B. Staub und/oder Rußpartikeln, Flüssigkeit, z. B. Kondens- und/oder Regenwasser, gleichmäßig verteilt oder nur punktuell auf der Oberfläche 5 vorliegen. Insbesondere bei Freiluft-Hochspannungseinrichtungen, bei welchen die Oberfläche 5 mit Luft der Umgebung in Verbindung steht und Umwelteinflüssen insbesondere ungeschützt ausgesetzt ist, führen Umwelteinflüsse zu einer Verschmutzung 6 der Oberfläche 5. Nicht dargestellt in den Figuren, kann die Oberfläche 5 insbesondere durch Umwelteinflüsse gealtert sein, z. B. durch sauren Regen oder Sonneneinstrahlung. Dabei ist die Oberfläche 5 des Isolators 2 chemisch und/oder mechanisch verändert, z. B. Silikon zersetzt und/oder aufgeraut. Die veränderten chemischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Oberfläche durch Alterung und/oder Verschmutzungen 6 können zu einer erhöhten Leitfähigkeit über die Oberfläche und somit zu höheren Leckströmen zwischen den Flanschen 3 bei angelegtem Hochspannungspotential führen. Überschläge, welche in Form von Stromschlägen blitzartig über die Oberfläche fließen können, sind mit höherer Leitfähigkeit wahrscheinlicher und ab einem bestimmten Leckstromwert kaum zu vermeiden, wodurch die Hochspannungseinrichtung beschädigt und/oder zerstört werden kann.
  • In 2 ist schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Element einer Hochspannungseinrichtung 1 gemäß der 1 und mit einem Strom-/Spannungs-Messgerät 9 als Messeinrichtung 8 zur Messung von Leckströmen dargestellt. Die Messeinrichtung 8 ist ausgebildet, als wenigstens eine Eigenschaft der äußeren Oberfläche 5 eines Isolators 2 als Element der Hochspannungseinrichtung 1 den Leckstrom über die Oberfläche 5 zu messen. Die Messung des Leckstroms ermöglicht ein Monitoring des Zustands der äußeren Oberfläche 5 des Isolators 2, insbesondere in Hinblick auf Verschmutzung und/oder Alterung der Oberfläche 5, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Bei Erreichen eines bestimmten, z. B. vordefinierten Leckstromwertes oder -Bereichs, können Service- und/oder Wartungspersonal informiert werden und z. B. eine Reinigung und/oder ein Austausch des Isolators 2 erfolgen. Dadurch können elektrische Überschläge zuverlässig vermieden werden oder zumindest kann die Wahrscheinlichkeit für Überschläge minimiert bzw. reduziert werden.
  • Das Strom-/Spannungs-Messgerät 9 als Messeinrichtung 8 zur Messung von Leckströmen ist elektrisch z. B. über elektrische Leitungen insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl und Anschlüssen, insbesondere an den Flanschen 3, mit dem Isolator 2 als Element der Hochspannungseinrichtung 1 verbunden und bildet zusammen mit dem Element der Hochspannungseinrichtung 1 die erfindungsgemäße Anordnung 7. Eine Strom- und/oder Spannungsmessung über die Messeinrichtung 8, welche elektrische z. B. parallel zur äußeren Oberfläche 5 des Isolators 2 geschaltet ist, ermöglicht die Bestimmung von Leckströmen über die Oberfläche 5. Die Leckströme sind abhängig von der Verschmutzung und Alterung der Oberfläche 5, und deren Wert ist, abhängig vom Potentialunterschied zwischen den Flanschen 3, ein Grad für die Verschmutzung und Alterung, d. h. den Zustand der Oberfläche 5 bzw. des Isolators 2.
  • Eine Messung mit dem Strom-/Spannungs-Messgerät 9 kann alternativ auch nur über einen kleinen Bereich der Oberfläche 5 erfolgen statt zwischen den Flanschen 5. Das Messgerät kann auch in Reihe, z. B. zwischen einem Bereich der Oberfläche 5 und einem Flansch 3 geschaltet sein, insbesondere für eine Strommessung. Die elektrische Verbindung des Strom-/Spannungs-Messgeräts 9 bzw. von elektrischen Leitungen an den Flanschen 3 oder direkt am Isolator 2 bzw. der Oberfläche 5, kann elektrisch leitend z. B. über Schraub-, Klemm-, Steck-, und/oder Lötverbindungen erfolgen.
  • In 2 ist eine Verschmutzung 6 in Form von zufällig auf der gesamten äußeren Oberfläche 5 verteilten Partikeln dargestellt. Eine Verschmutzung und/oder Alterung kann aber auch lokal, z. B. nur auf bestimmten Bereichen auftreten. Eine Strom-Spannungsmessung misst über die gesamte Fläche 5 zwischen den Anschlüssen des Strom-/Spannungs-Messgeräts 9. Eine lokale Auflösung an mehreren Bereichen erfordert mehrere Strom-/Spannungs-Messgeräte 9 und einen Anschluss nur über zu untersuchende Bereiche. Dies kann Kosten und Aufwand erhöhen. Vorteilhaft am Einsatz von Strom-/Spannungs-Messgeräten ist der einfache und kostengünstige Grundaufbau von Strom-/Spannungs-Messgeräten 9.
  • Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit der Bestimmung des Zustands der äußeren Oberfläche 5, insbesondere der Verschmutzung und/oder der Alterung, ist in 3 dargestellt. 3 zeigt schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Element einer Hochspannungseinrichtung 1 gemäß der 1 und mit einer optischen Strahlenquelle 10 sowie einem optischen Detektor 11 als Messeinrichtung 8 zur Messung des Zustands der Oberfläche 5 des Elements 1 analog dem Ausführungsbeispiel der 2. Die Messeinrichtung 8 ist ausgebildet, als wenigstens eine Eigenschaft der äußeren Oberfläche 5 des Isolators 2 als Element der Hochspannungseinrichtung 1 die optische Reflektion an der Oberfläche 5 zu messen. Im Unterschied zur Messung des Leckstromes kann eine optische Messung einfach lokal erfolgen, insbesondere mit einem Laser als Strahlenquelle 10 und einem optischen Detektor 11 zur Messung. Große Flächen bzw. die gesamte äußere Oberfläche 5 von einer Seite betrachtet können z. B. über eine Kamera, insbesondere über eine CCD Kamera gemonitort werden.
  • Die optische Messung ermöglicht ein Monitoring des Zustands der äußeren Oberfläche 5 des Isolators 2, insbesondere in Hinblick auf Verschmutzung und/oder Alterung der Oberfläche 5, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Bei Erreichen eines bestimmten, z. B. vordefinierten Reflektionsgrads oder Aussehens, kann Service- und/oder Wartungspersonal informiert werden und z. B. eine Reinigung und/oder ein Austausch des Isolators 2 erfolgen. Dadurch können elektrische Überschläge zuverlässig vermieden werden oder zumindest kann die Wahrscheinlichkeit für Überschläge minimiert bzw. reduziert werden. Eine Analyse der Oberfläche kann auch spektral aufgelöst erfolgen, womit Informationen z. B. bezüglich der Art von Verschmutzungen oder der Form der Alterung, insbesondere der Ursache, gewonnen werden können. Eine Messung des Zustandes der Oberfläche 5 kann zeitlich und/oder räumlich aufgelöst erfolgen, und die Art der erforderlichen Maßnahmen, insbesondere welche Bereiche zu reinigen sind oder ob ein Austausch erfolgen muss, kann abhängig von dem Ergebnis geplant bzw. durchgeführt werden.
  • Weiterhin ist eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit einer Bestimmung des Zustands der äußeren Oberfläche 5, insbesondere der Verschmutzung und/oder der Alterung, über akustische Messungen möglich, wie in 4 dargestellt ist. 4 zeigt schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Element einer Hochspannungseinrichtung 1 gemäß der 1 und mit einer Schallquelle 12 sowie einem Mikrofon 13 als Messeinrichtung 8 zur Messung des Zustands der Oberfläche 5 des Elements 1 analog dem Ausführungsbeispiel der 3. Die Messeinrichtung 8 ist ausgebildet, als wenigstens eine Eigenschaft der äußeren Oberfläche 5 des Isolators 2 als Element der Hochspannungseinrichtung 1 die akustische Reflektion an der Oberfläche 5 zu messen. Im Unterschied zur Messung des Leckstromes kann eine akustische Messung analog einer optischen Messung berührungslos lokal oder global erfolgen, z. B. über ein Richtmikrofon nahe an der Oberfläche oder mit ausreichender Entfernung für große Flächen bzw. die gesamte äußere Oberfläche 5 von einer Seite betrachtet.
  • Die akustische Messung ermöglicht, wie die elektrische und/ oder optische Messung, ein Monitoring des Zustands der äußeren Oberfläche 5 des Isolators 2, insbesondere in Hinblick auf Verschmutzung und/oder Alterung der Oberfläche 5, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Bei Erreichen eines bestimmten, z. B. vordefinierten Reflektionsgrads in Form von Lautstärkedämpfung oder frequenzabhängigen Tonsignal aus der Reflektion, können Service- und/oder Wartungspersonal informiert werden und z. B. eine Reinigung und/oder ein Austausch des Isolators 2 erfolgen. Dadurch können elektrische Überschläge zuverlässig vermieden werden oder zumindest kann die Wahrscheinlichkeit für Überschläge minimiert bzw. reduziert werden. Eine Messung des Zustandes der Oberfläche 5 kann wie bei der optischen Messung zeitlich und/oder räumlich aufgelöst erfolgen, und die Art der erforderlichen Maßnahmen, insbesondere welche Bereiche zu reinigen sind oder ob ein Austausch erfolgen muss, kann abhängig dem Ergebnis geplant bzw. durchgeführt werden.
  • Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Daten-Speicher-, - Verarbeitungs- und/oder -Übermittlungseinrichtungen verwendet werden, um Schwellwerte für das Auslösen von Signalen/Alarmen zu speichern, mit Messwerten zu vergleichen und/oder an Wartungspersonal z. B. in einer Wartungszentrale zu übermitteln. Eine Übermittlung kann z. B. online per Internet oder Mobilfunk erfolgen. Die Messergebnisse können auch kontinuierlich übermittelt und/oder gemonitort werden, oder nur abhängig von bestimmten, vordefinierten Werten und/oder zu vordefinierten Zeiten. Es können auch automatisch Maßnahmen erfolgen. Z. B. kann bei Erreichen eines bestimmten Verschmutzungsgrads eine automatische Abschaltung der Hochspannungseinrichtung erfolgen und/oder es kann eine automatische Reinigung, z. B. durch Abspritzen mit insbesondere Wasser oder anderen Reinigungsmitteln über gesteuerte Düsen, oder mit Hilfe eines Roboters erfolgen.
  • Das Element einer Hochspannungseinrichtung 1 kann ein Isolator 2 mit oder ohne Beschirmung 4 sein, oder ein anderes Element. Eine Beschirmung 4 kann gleiche Schirme in regelmäßigem oder unregelmäßigem Abstand umfassen, oder Schirme mit unterschiedlichen Größen und/oder Formen, z. B. abwechselnd große und kleinere Schirme, wie in den Figuren dargestellt ist. Alterung und/oder Verschmutzungen können lokal oder gleichmäßig auf der Oberfläche 5 auftreten, und zeitlich zu und abnehmen. In den Figuren ist ein zylinderförmiger Hohlisolator 2 gezeigt als Element einer Hochspannungseinrichtung 1. Der Isolator 2 kann z. B. auch andere Formen aufweisen, z. B. als Stützisolator massiv, ohne Hohlraum ausgebildet sein und/oder statt zylinderförmig, säulenförmig mit z. B. quadratischen oder rechteckigen Querschnitt oder z. B. kugelförmig ausgebildet sein. Statt reflektieren akustischen oder optischen Wellen können auch Wellen in Transmission, z. B. im Wellenlängenbereich von Röntgenstrahlen oder Ultraschall für die Messung genutzt werden. Optische und/oder akustische Messungen können mit einer Wellenlänge oder spektral aufgelöst erfolgen, elektrische Messungen können die Messung von Strom, Spannung und/oder Widerständen bzw. Leitfähigkeiten umfassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Element einer Hochspannungseinrichtung
    2
    Isolator
    3
    Flansch
    4
    Beschirmung
    5
    Äußere Oberfläche des Elements
    6
    Verschmutzung, insbesondere Partikel aus der Luft
    7
    Anordnung
    8
    Messeinrichtung
    9
    Strom-/Spannungs-Messgerät
    10
    optische Strahlenquelle, insbesondere Laser
    11
    optischer Detektor
    12
    Schallquelle, insbesondere Lautsprecher
    13
    Mikrofon
    14
    Akustische Welle vom Lautsprecher
    15
    Reflektierte akustische Welle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016205673 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Anordnung (7) zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung (1), mit wenigstens einer äußeren Oberfläche (5) eines Elements der Hochspannungseinrichtung (1) und mit wenigstens einer Messeinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist zum Messen wenigstens einer Eigenschaft der Oberfläche (5).
  2. Anordnung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine äußere Oberfläche (5) eines Elements der Hochspannungseinrichtung (1) die Oberfläche eines Isolators (2), insbesondere eines Hohl- und/oder Stützisolators ist, welche insbesondere in Form einer Beschirmung (4) ausgebildet ist.
  3. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine äußere Oberfläche (5) des Elements der Hochspannungseinrichtung (1) eine Keramik-, eine Silikon- und/oder eine Kompositwerkstoff-Oberfläche ist, insbesondere in Kontakt mit der Umgebungsluft einer Freiluft-Hochspannungseinrichtung.
  4. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist zum Messen wenigstens eines Leckstroms über Bereiche der äußeren Oberfläche (5) des Elements der Hochspannungseinrichtung (1).
  5. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist zum Messen wenigstens einer optischen Eigenschaft der äußeren Oberfläche (5) des Elements der Hochspannungseinrichtung (1), insbesondere über Reflektion an der Oberfläche (5).
  6. Anordnung (7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) wenigstens eine Kamera, insbesondere eine CCD Kamera umfasst, und/oder dass die Messeinrichtung (8) wenigstens eine optische Strahlenquelle (10), insbesondere einen Laser, und wenigstens einen optischen Detektor (11) umfasst.
  7. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist zum Messen wenigstens einer akustischen Eigenschaft der äußeren Oberfläche (5) des Elements der Hochspannungseinrichtung (1), insbesondere über Reflektion an der Oberfläche (5).
  8. Anordnung (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) wenigstens eine Schallquelle (12), insbesondere einen Lautsprecher, und wenigstens ein Mikrofon (13) umfasst.
  9. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist zum Messen des Alterungszustands und/oder des Verschmutzungsgrads der wenigstens einen äußeren Oberfläche (5) des Elements der Hochspannungseinrichtung (1).
  10. Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übermittlungseinrichtung umfasst ist, welche ausgebildet ist einen Alarm bei Überschreitung und/oder Unterschreitung von vordefinierten Werten zu übermitteln, insbesondere für eine Wartung, Austausch und/oder Reinigung der Oberfläche.
  11. Verfahren zum Monitoring von Elementen einer Hochspannungseinrichtung (1), insbesondere mit einer Anordnung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Messeinrichtung (8) wenigstens eine Eigenschaft wenigstens einer äußeren Oberfläche (5) eines Elements der Hochspannungseinrichtung (1) misst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) kontinuierlich und/oder in zeitlichen Intervallen, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Intervallen misst.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung und/oder Unterschreitung von Messwerten im Vergleich zu vordefinierten Werten ein Alarm über eine Übermittlungseinrichtung übermittelt wird, insbesondere an Wartungspersonal.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (8) den Alterungszustand und/oder den Verschmutzungsgrad der wenigstens einen äußeren Oberfläche (5) des Elements der Hochspannungseinrichtung (1) misst, insbesondere elektrisch, und/oder optisch, und/oder akustisch misst.
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