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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Techniken zum Messen und Lokalisieren von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Vorrichtungen und Verfahren zum Messen von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen, und einen Server und Verfahren zur Berechnung von Orten von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen.
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HINTERGRUND
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In elektrischen Isolationssystemen, beispielsweise Hochspannungs-Kabelanlagen, können Teilentladungen auftreten, welche zu Schäden an und sogar Ausfällen des elektrischen Isolationssystems führen können. Teilentladungen sind lokale Entladungen, die oft vor einem vollständigen Durchschlag einer Isolationsschicht des elektrischen Isolationssystems auftreten und sich in einer baumförmigen Struktur entwickeln.
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Mit Hilfe von Teilentladungs-Messungen lässt sich feststellen, ob und an welchem Ort in dem elektrischen Isolationssystem Teilentladungen aufgetreten sind. Die Norm IEC 60270 (High-voltage test techniques - Partial discharge measurement) betrifft Messungen von Teilentladungen an einem Ende eines elektrischen Kabels. Teilentladungs-Impulse werden gemäß dieser Norm über eine Messimpedanz aus dem elektrischen Kabel ausgekoppelt. Die Messimpedanz konvertiert einen durch einen lokalen Isolationszusammenbruch im elektrischen Kabel verursachten impulsartigen Nachladestrom in einem parallel zum elektrischen Kabel angeschlossenen Koppelkondensator in ein ladungsäquivalentes Spannungssignal.
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Dieses Spannungssignal kann von einem Teilentladungs-Messsystem erfasst und verarbeitet werden. Das Teilentladungs-Messsystem berechnet den Ort der Teilentladung in dem elektrischen Kabel basierend auf den Laufzeiten des Teilentladungssignals in dem elektrischen Kabel. Zur Ortsberechnung verwendet das Teilentladungs-Messsystem direkt eingehende und am gegenüberliegenden Ende des elektrischen Kabels reflektierte Teilentladungs-Impulse. Dies führt dazu, dass ein Teilentladungssignal eine Strecke bis zur doppelten Länge des elektrischen Kabels durchlaufen muss, ehe die erste Reflektion vom gegenüberliegenden Ende des elektrischen Kabels von dem Teilentladungs-Messsystem erfasst werden kann. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des elektrischen Kabels erfolgt eine Dämpfung des Teilentladungssignals, wodurch die maximale Länge des zu prüfenden elektrischen Kabels eingeschränkt ist. Ferner ist mit der in der IEC 60270 beschriebenen Technik zum Messen von Teilentladungen keine Messung von Teilentladungen in verzweigten Kabelanlagen mit vielfachen Reflektionsstellen, wie beispielsweise an Kabelenden oder Muffen, möglich.
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KURZER ABRISS
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Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Techniken zum Messen und Lokalisieren von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen bereitzustellen, welche verbesserte Messempfindlichkeiten und Messergebnisse liefern und auch bei relativ langen elektrischen Isolationssystemen werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Messen von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen vorgeschlagen, die eine erste Erfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, an einer ersten Stelle des elektrischen Isolationssystems ein erstes Teilentladungssignal zu erfassen und eine zweite Erfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, an einer zweiten Stelle des elektrischen Isolationssystems ein zweites Teilentladungssignal zu erfassen umfasst, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das erste Teilentladungssignal und das zweite Teilentladungssignal mit Hilfe von von einem Satellitennavigationssystem empfangenen Signalen zeitlich zu synchronisieren.
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Bei dem elektrischen Isolationssystem kann es sich um jede Art von elektrischem Betriebsmittel handeln, welches eine elektrische Isolation aufweist und einen elektrischen Stromfluss zu leiten vermag. Insbesondere kann es sich bei dem elektrischen Isolationssystem um ein elektrisches Kabel, beispielsweise ein Hochspannungskabel, das mit vernetztem Polyethylen isoliert ist, oder eine Kabelanordnung mit einer Vielzahl über eine Muffe verbundene Mittelspannungskabel, handeln.
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Bei der ersten Erfassungseinheit kann es sich um eine Auskoppeleinheit handeln, die an einem ersten Ende des elektrischen Isolationssystems angeordnet ist.
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Entsprechend kann es sich bei der zweiten Erfassungseinheit um eine mit der ersten Erfassungseinheit baugleiche Auskoppeleinheit handeln, die an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des elektrischen Isolationssystems angeordnet ist. Insbesondere können die ersten und zweiten Erfassungseinheiten dazu eingerichtet sein, die ersten und zweiten Teilentladungssignale an den beiden Enden eines elektrischen Kabels auszukoppeln. Beispielsweise können die ersten und zweiten Erfassungseinheiten in Trafostationen an Endverschlüssen zum Einsatz kommen.
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So können die erste Erfassungseinheit und die zweite Erfassungseinheit dazu eingerichtet sein, einen Teilentladungsstrom und eine Prüfspannung zu erfassen. Die Prüfspannung kann von einer an das elektrische Isolationssystem angeschlossenen Spannungsquelle, beispielsweise einer Spannungsquelle, die niederfrequente Prüfspannungen von 0,1 Hz liefert, stammen.
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Mit Hilfe der von dem Satellitennavigationssystem empfangenen Signale können die ersten und zweiten Teilentladungssignale zeitlich synchronisiert werden. Bei den von dem Satellitennavigationssystem empfangenen Signalen kann es sich um Synchronsignale handeln, die von den Satellitennavigationssystemen Global Positioning System (GPS), Galileo, GLONASS oder Beidou ausgesendet werden.
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Somit ist es zur weiteren Verarbeitung der Teilentladungssignale möglich, die originären Teilentladungssignale zu verwenden und auf Reflektionssignale, die stark gedämpft sind, zu verzichten, wodurch die Länge der zu prüfenden elektrischen Isolationssysteme vergrößert werden kann. Insbesondere ist es möglich, elektrische Kabel mit einer Länge von mehr als 5.000 Meter zu prüfen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Erfassungseinheit eine erste Empfangseinheit, die dazu eingerichtet ist, Synchronsignale von dem Satellitennavigationssystem zu empfangen, und eine erste Bestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den empfangenen Synchronsignalen einen Startzeitpunkt und/oder einen Endzeitpunkt für die Erfassung des ersten Teilentladungssignals zu bestimmen, und die zweite Erfassungseinheit umfasst eine zweite Empfangseinheit, die dazu eingerichtet ist, Synchronsignale von dem Satellitennavigationssystem zu empfangen, und eine zweite Bestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den empfangenen Synchronsignalen einen Startzeitpunkt und/oder einen Endzeitpunkt für die Erfassung des zweiten Teilentladungssignals zu bestimmen, wobei der Startzeitpunkt und/oder der Endzeitpunkt für die Erfassung des ersten Teilentladungssignals zeitlich mit dem Startzeitpunkt und/oder dem Endzeitpunkt für die Erfassung des zweiten Teilentladungssignals synchronisiert ist.
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Bei der ersten und der zweiten Empfangseinheit kann es sich beispielsweise um GPS-Empfänger handeln, welche Zeitgebungssignale von GPS-Satelliten empfangen und diese jeweils an die erste und die zweite Bestimmungseinheit weiterleiten, welche mit Hilfe der Zeitgebungssignale synchronisierte Startzeitpunkte und/oder Endzeitpunkte für die Erfassung der ersten und zweiten Teilentladungssignale bestimmen.
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Zur vereinfachten Weiterleitung der ersten und zweiten Teilentladungssignale und zur Verbesserung der Messergebnisse kann die erste Erfassungseinheit einen ersten Analog-Digital-Wandler umfassen, der dazu eingerichtet ist, das erste Teilentladungssignal mit einer Genauigkeit von mindestens 1x10-9 zu wandeln und die zweite Erfassungseinheit einen zweiten Analog-Digital-Wandler umfassen, der dazu eingerichtet ist, das zweite Teilentladungssignal mit einer Genauigkeit von mindestens 1x10-9 zu wandeln. Die Genauigkeit der Analog-Digital-Wandler ist dabei durch die Auflösung und die Summe aller Fehler bestimmt. So kann beispielsweise eine gemessene Prüfspannung von einem Analog-Digital-Wandler gewandelt und an einen Field Programmable Gate Array (FPGA) weitergeleitet werden, wobei ein erfasstes Teilentladungssignal zuerst einen Anti-Aliasing-Filter durchläuft, ehe es verstärkt und mit einem Analog-Digital-Wandler abgetastet und anschließend ebenfalls dem FPGA zugeführt wird. Nachdem das FPGA die empfangenen Signale getriggert und digital gefiltert hat, können diese weitergesendet bzw. weiterverarbeitet werden.
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Zur Verarbeitung und Visualisierung der erfassten ersten und zweiten Teilentladungssignale kann die erste Erfassungseinheit eine erste Aufzeichnungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, das erste Teilentladungssignal aufzuzeichnen und die zweite Erfassungseinheit eine zweite Aufzeichnungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, das zweite Teilentladungssignal aufzuzeichnen, wobei die erste Aufzeichnungseinheit und die zweite Aufzeichnungseinheit dazu eingerichtet sind, die Aufzeichnung des ersten Teilentladungssignals und die Aufzeichnung des zweiten Teilentladungssignals mit Hilfe der von dem Satellitennavigationssystem empfangenen Signale zeitlich zu synchronisieren. Insbesondere können die ersten und zweiten Teilentladungssignale nach den Wandlungen durch die ersten und zweiten Analog-Digital-Wandler aufgezeichnet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Offenbarung kann die erste Erfassungseinheit einen ersten Ankopplungs-Mehrpol umfassen, der dazu eingerichtet ist, das erste Teilentladungssignal über einen Kabelschirm des elektrischen Isolationssystems zu erfassen und die zweite Erfassungseinheit einen zweiten Ankopplungs-Mehrpol umfassen, der dazu eingerichtet sind, das zweite Teilentladungssignal über einen Kabelschirm des elektrischen Isolationssystems zu erfassen. Insbesondere kann es sich bei den ersten und zweiten Ankopplungs-Mehrpolen jeweils um Ankopplungs-4-pole handeln. So werden gemäß diesem Aspekt das erste und das zweite Teilentladungssignal nicht aus Kabeladern sondern aus geerdeten Kabelschirmen des elektrischen Isolationssystems ausgekoppelt, wodurch kein offener Hochspannungsprüfbereich an den Gegenseiten auftritt. Ferner ist es bei passender Wahl des Messfrequenzbereichs möglich, Teilentladungen zu erfassen, die im elektrischen Isolationssystem in einer relative großen Entfernung vom Endverschluss erzeugt worden sind.
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Zur Weiterverarbeitung und Visualisierung der ersten und zweiten Teilentladungssignale und damit die Vorrichtung zum Messen von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen mit einer Vielzahl von Teilentladungs-Messsystemen unterschiedlicher Hersteller zusammenarbeiten kann, kann die erste Erfassungseinheit eine erste Sendeeinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, das erste Teilentladungssignal an einen Server zu senden und die zweite Erfassungseinheit eine zweite Sendeeinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, das zweite Teilentladungssignal an den Server zu senden. Die erste und/oder die zweite Sendeeinheit können insbesondere dazu eingerichtet sein, die ersten und zweiten Teilentladungssignale per Glasfaserkabel, Mobilfunk (z.B. 3G, Long Term Evolution, LTE, 5G, etc.), Wireless Local Area Network, WLAN, oder sonstigen Funkstandards an den Server zu senden.
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Bei dem Server kann es sich um einen Webserver handeln, der die von dem ersten und zweiten Analog-Digital-Wandlern digitalisierten und von den ersten und zweiten Aufzeichnungseinheiten synchronisiert aufgezeichneten ersten und zweiten Teilentladungssignale empfängt.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt kann die hier beschriebene Vorrichtung zur Messung und Bestimmung von Teilentladungen verwendet werden, die in einem verzweigten elektrischen Isolationssystem, beispielsweise in einer Kabelanlage mit verzweigten Kabeltrassen, die über Muffen verbunden sind, auftreten. Dazu kann die Vorrichtung eine dritte Erfassungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, an einer Kabelstrecke, die über eine Abzweigmuffe mit einem elektrischen Kabel des elektrischen Isolationssystems verbunden ist, ein drittes Teilentladungssignal zu erfassen, wobei das erste Teilentladungssignal, das zweite Teilentladungssignal und das dritte Teilentladungssignal mit Hilfe von von dem Satellitennavigationssystem empfangenen Signalen zeitlich synchronisiert sind.
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Die dritte Erfassungseinheit kann baugleich zu der ersten und/oder zweiten Erfassungseinheit sein. Insbesondere kann die dritte Erfassungseinheit eine dritte Sendeeinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, das dritte Teilentladungssignal an den Server zu senden.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Messen von in einem elektrischen Isolationssystem auftretenden Teilentladungen, welches die Schritte Erfassen, durch eine erste Erfassungseinheit, an einer ersten Stelle des elektrischen Isolationssystems eines ersten Teilentladungssignals und Erfassen, durch eine zweite Erfassungseinheit, an einer zweiten Stelle des elektrischen Isolationssystems eines zweiten Teilentladungssignals umfasst, wobei das erste Teilentladungssignal und das zweite Teilentladungssignal mit Hilfe von von einem Satellitennavigationssystem empfangenen Signalen zeitlich synchronisiert sind.
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Das Verfahren kann ferner die Schritte Senden des ersten Teilentladungssignals an einen Server und Senden des zweiten Teilentladungssignals an den Server umfassen.
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Des Weiteren kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen: Erfassen, durch eine dritte Erfassungseinheit, an einer Kabelstrecke, die über eine Abzweigmuffe mit einem elektrischen Kabel des elektrischen Isolationssystems verbunden ist, eines drittes Teilentladungssignals, wobei das erste Teilentladungssignal, das zweite Teilentladungssignal und das dritte Teilentladungssignal mit Hilfe von von dem Satellitennavigationssystem empfangenen Signalen zeitlich synchronisiert sind.
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Das Verfahren kann auch ein Senden des dritten Teilentladungssignals an den Server umfassen.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner einen Server, der eine Empfangseinheit, die dazu eingerichtet ist, ein erstes Teilentladungssignal von einer ersten Erfassungseinheit zu empfangen und ein zweites Teilentladungssignal von einer zweiten Erfassungseinheit zu empfangen, und eine Recheneinheit, die die dazu eingerichtet ist, aus den empfangenen ersten und zweiten Teilentladungssignalen einen Ort einer Teilentladung in einem elektrischen Isolationssystem zu berechnen, umfasst. Bei dem Server kann es sich insbesondere um den vorstehend beschriebenen Webserver handeln und die Empfangseinheit kann dazu eingerichtet sein, per Glasfaserkabel, Mobilfunk (z.B. 3G, Long Term Evolution, LTE, 5G, etc.), Wireless Local Area Network, WLAN, oder sonstigen Funkstandards mit einer Vielzahl von Erfassungseinheiten zu kommunizieren. Eine webbasierte Lösung hat den Vorteil, dass Messdaten von Teilentladungs-Messsystemen unterschiedlicher Hersteller verarbeitet und visualisiert werden können.
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Zur Diagnose von relativ langen elektrischen Kabeln kann die Recheneinheit dazu eingerichtet sein, basierend auf dem ersten Teilentladungssignal eine erste Laufzeit eines unreflektierten Teilentladungsimpulses zu der ersten Erfassungseinheit zu bestimmen, basierend auf dem zweiten Teilentladungssignal eine zweite Laufzeit eines unreflektierten Teilentladungsimpulses zu der zweiten Erfassungseinheit zu bestimmen, und basierend auf der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit einen Ort der Teilentladung in dem elektrischen Isolationssystem zu berechnen. Da hier bei der Berechnung auf stark gedämpfte Reflektionssignale verzichtet wird, können elektrische Kabel mit einer Länge von mehr als 5.000 Meter geprüft werden. So ist im Gegensatz zur Echometrie (Time-Domain Reflectometer, TDR) keine Erfassung von am Kabelende reflektierten Impulsen notwendig, die eine lange Wegstrecke auf dem dämpfenden Kabel zurücklegen müssen.
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Des Weiteren kann der Server dazu eingerichtet sein, weitere Parameter, wie Teilentladungseinsetzspannung, Teilentladungslöschspannung, Teilentladungspegel bei definierten Spannungspegeln, Teilentladungshäufigkeit und Intensität über der Phasenlage zu bestimmen. Diese Parameter können auch für einen Nutzer, beispielsweise durch einen mit dem Server in Kommunikationsverbindung stehenden Laptop-Computer, visualisiert werden. Beispielsweise kann der Nutzer über einen Web-Client auf den Server zugreifen.
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Um auch verzweigte elektrische Isolationssysteme diagnostizieren zu können, kann die Empfangseinheit dazu eingerichtet ist, ein drittes Teilentladungssignal von einer dritten Erfassungseinheit zu empfangen und die Recheneinheit dazu eingerichtet sein, mit Hilfe eines Triangulationsverfahrens aus den empfangenen ersten, zweiten und dritten Teilentladungssignalen einen Ort einer Teilentladung in drei Kabelstrecken, die über eine Abzweigmuffe miteinander verbunden sind, des elektrischen Isolationssystems, zu berechnen. Bei der Berechnung des Teilentladungsortes mit Hilfe des Triangulationsverfahrens können die Ortskoordination der ersten, zweiten und dritten Erfassungseinheiten berücksichtigt werden. Die Ortskoordination der ersten, zweiten und dritten Erfassungseinheiten können dabei mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems bestimmt und von den ersten, zweiten und dritten Erfassungseinheiten an den Server gesendet werden.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Berechnen eines Ortes einer Teilentladung in einem elektrischen Isolationssystem, welches die Schritte Empfangen, durch eine Empfangseinheit, eines ersten Teilentladungssignals von einer ersten Erfassungseinheit und eines zweiten Teilentladungssignals von einer zweiten Erfassungseinheit, und Berechnen, durch eine Recheneinheit, aus den empfangenen ersten und zweiten Teilentladungssignalen den Ort der Teilentladung in dem elektrischen Isolationssystem umfasst.
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Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte umfassen: Empfangen, durch die Empfangseinheit, eines dritten Teilentladungssignals von einer dritten Erfassungseinheit und Berechnen, durch die Recheneinheit, mit Hilfe eines Triangulationsverfahrens aus den empfangenen ersten, zweiten und dritten Teilentladungssignalen einen Ort einer Teilentladung in drei Kabelstrecken, die über eine Abzweigmuffe miteinander verbunden sind, des elektrischen Isolationssystems.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Messung und Verarbeitung von Teilentladungssignalen an einem elektrischen Kabel;
- 2a zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer ersten Erfassungseinheit zum Erfassen von Teilentladungssignalen;
- 2b zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer zweiten Erfassungseinheit zum Erfassen von Teilentladungssignalen;
- 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Webservers; und
- 4 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Messung und Verarbeitung von Teilentladungssignalen an einer Kabelanlage mit drei Kabelstrecken.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Messung und Verarbeitung von Teilentladungssignalen an einem elektrischen Kabel mit einer Vorrichtung zum Messen von in dem elektrischen Kabel auftretenden Teilentladungen und einem Webserver.
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Als Prüfobjekt ist ein Mittelspannungskabel 70 mit einer Länge von mehr als 5.000 Meter vorgesehen. An einem ersten Ende des Mittelspannungskabels 70 befindet sich ein erster Mittelspannungs-Warmschrumpf-Endverschluss 81 und an einem zweiten Ende des Mittelspannungskabels 70 befindet sich ein zweiter Mittelspannungs-Warmschrumpf-Endverschluss 82. Eine Spannugsquelle 100, die eine niederfrequente Prüfspannung von 0,1 Hz liefert, ist über einen parallel geschalteten Koppelkondensator 90 mit dem Mittelspannungs-Warmschrumpf-Endverschluss 81 geerdet verbunden. Bei der Spannungsquelle 100 kann es sich beispielsweise um eine Serie-Resonanz-Anlage mit variabler Frequenz handeln.
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Des Weiteren zeigt die 1 eine erste Erfassungseinheit 10 und eine zweite Erfassungseinheit 20. Die erste Erfassungseinheit 10 ist an dem ersten Mittelspannungs-Warmschrumpf-Endverschluss 81 elektrisch mit dem Mittelspannungskabel 70 verbunden und die zweite Erfassungseinheit 20 ist an dem zweiten Mittelspannungs-Warmschrumpf-Endverschluss 82 elektrisch mit dem Mittelspannungskabel 70 verbunden. Insbesondere sind die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 über Ankopplungs-4-pole mit Kabelschirmen des Mittelspannungskabels 70 verbunden (in 1 nicht gezeigt).
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Die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 empfangen GPS-Signale von GPS-Satelliten 60. Ferner stehen die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 über eine Mobilfunk-Luftschnittstelle 45 mit einem Webserver 40 in Kommunikationsverbindung. Auf den Webserver 40 kann über das Internet mit einem Laptopcomputer 50 zugegriffen werden. Insbesondere kann ein Nutzer mit Hilfe des Laptopcomuputers 50 über einen Web-Client auf den Webserver 40 zugreifen, wobei der Web-Client Teilentladungs-Messergebnisse für den Nutzer visualisiert.
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Die 2a zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer ersten Erfassungseinheit 10 zum Erfassen von Teilentladungssignalen und die 2b zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer zweiten Erfassungseinheit 20 zum Erfassen von Teilentladungssignalen. Bei der ersten Erfassungseinheit 10 und der zweiten Erfassungseinheit 20 kann es sich um die in der 1 gezeigten Einheiten handeln.
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Die erste Erfassungseinheit 10 umfasst einen ersten Ankopplungs-4-pol 11, eine erste Empfangseinheit 12, eine erste Bestimmungseinheit 13, einen ersten Analog-Digital-Wandler 14, eine erste Aufzeichnungseinheit 15 und eine erste Sendeeinheit 16. Entsprechend umfasst die zweite Erfassungseinheit 20 einen zweiten Ankopplungs-4-pol 21, eine zweite Empfangseinheit 22, eine zweite Bestimmungseinheit 23, einen zweiten Analog-Digital-Wandler 24, eine zweite Aufzeichnungseinheit 25 und eine zweite Sendeeinheit 26. Weitere, in den 2a und 2b nicht gezeigte Einheiten, können in der ersten Erfassungseinheit 10 und der zweiten Erfassungseinheit 20 vorgesehen sein.
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Da die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 baugleich ausgebildet sind wird nachfolgend nur die Funktionsweise der ersten Erfassungseinheit 10 beschrieben.
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Bei der ersten Empfangseinheit 12 handelt es sich um einen GPS-Empfänger, bei der ersten Aufzeichnungseinheit 15 handelt es sich um einen digitalen Schreib-/Lesespeicher und bei der ersten Sendeeinheit 16 handelt es sich um ein LTE-Modul.
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Der erste Ankopplungs-4-pol 11 koppelt Teilentladungssignale aus dem elektrischen Kabel 70 aus. Die erste Empfangseinheit 12 empfängt von den GPS-Satelliten 60 Synchronsignale. Die empfangen Synchronsignale werden von der ersten Bestimmungseinheit 13 zum Bestimmen synchronisierter Start- und Endzeitpunkte für eine Aufzeichnung der ausgekoppelten Teilentladungssignale durch die erste Aufzeichnungseinheit 15 verwendet. Vor der Aufzeichnung der ausgekoppelten Teilentladungssignale durch die erste Aufzeichnungseinheit 15 werden die analogen Teilentladungssignale noch durch den ersten Analog-Digital-Wandler 14 in digitale Signale gewandelt. Anschließend werden die synchronisiert aufgezeichneten Teilentladungssignale von der ersten Sendeeinheit 16 über die LTE-Luftschnittstelle an den Webserver 40 (siehe 1) gesendet.
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In den 2a und 2b sind die gezeigten Elemente als in der ersten Erfassungseinheit 10 bzw. in der zweiten Erfassungseinheit 20 angeordnet beschrieben. Es ist auch denkbar, dass die Elemente über mehrere physikalische Vorrichtungen verteilt sind und miteinander kommunizieren.
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Ein Verfahren zum Messen von in dem elektrischen Kabel 70 auftretenden Teilentladungen, kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen: Erfassen, durch die erste Erfassungseinheit 10, an einem ersten Ende des elektrischen Kabels 70 eines ersten Teilentladungssignals und Erfassen, durch die zweite Erfassungseinheit 20, an einem zweiten Ende des elektrischen Kabels 70 eines zweiten Teilentladungssignals, wobei das erste Teilentladungssignal und das zweite Teilentladungssignal mit Hilfe der von den GPS-Satelliten 60 empfangenen Signale zeitlich synchronisiert werden.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Webservers 40. Bei dem Webserver 40 handelt es sich insbesondere um den in der 1 gezeigten Server 40.
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Der Webserver 40 umfasst eine Empfangseinheit 41 und eine Recheneinheit 42. Die Empfangseinheit 41 empfängt ein erstes Teilentladungssignal von der ersten Erfassungseinheit 10 und ein zweites Teilentladungssignal von der zweiten Erfassungseinheit 20. Die Recheneinheit 42 berechnet aus den empfangenen ersten und zweiten Teilentladungssignalen einen Ort einer Teilentladung in dem elektrischen Kabel 70. Insbesondere bestimmt die Recheneinheit 42 basierend auf dem ersten Teilentladungssignal eine erste Laufzeit eines unreflektierten Teilentladungsimpulses zu der ersten Erfassungseinheit 10 und basierend auf dem zweiten Teilentladungssignal eine zweite Laufzeit eines unreflektierten Teilentladungsimpulses zu der zweiten Erfassungseinheit 20. Ferner berechnet die Recheneinheit 42 basierend auf der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit einen Ort der Teilentladung in dem elektrischen Kabel 70. Die Recheneinheit 42 kann ferner weitere Messdaten verarbeiten bzw. zur Visualisierung aufbereiten, wie beispielsweise Teilentladungseinsetzspannung, Teilentladungslöschspannung, Teilentladungspegel und Teilentladungshäufigkeit.
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Der in der 1 gezeigte Laptopcomputer 50 kann über eine webbasierte Software auf den Webserver 40 zugreifen. Insbesondere kann der Laptopcomputer 50 die von dem Webserver 40 berechneten bzw. verarbeiteten Daten abrufen und diese für einen den Laptopcomputer 50 verwendenden Nutzer sichtbar machen. Dadurch kann der Nutzer auf einfache Weise für die Teilentladungsbestimmung relevante Daten, wie beispielsweise den Ort der Teilentladung in dem elektrischen Kabel 70 oder den Teilentladungspegel, studieren und analysieren.
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Die 4 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Messung und Verarbeitung von Teilentladungssignalen an einer Kabelanlage mit drei Kabelstrecken.
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So betrifft die 4 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der 1, bei der eine verzweigte Kabelanlage mit drei Kabelstrecken 71, 72 und 73, die über eine Abzweigmuffe 75 miteinander verbunden sind, diagnostiziert wird. Die 4 unterscheidet sich von der 1 durch eine zusätzliche dritte Erfassungseinheit 30, die am Ende einer Kabelstrecke 73, d.h. an einem dritten Mittelspannungs-Warmschrumpf-Endverschluss 83 angebracht ist. Die dritte Erfassungseinheit 30 empfängt von den GPS-Satelliten 60 Synchronsignale und ist, wie die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 dazu eingerichtet, über die Mobilfunk-Luftschnittstelle 45 mit dem Webserver 40 zu kommunizieren. Insbesondere ist die dritte Erfassungseinheit 30 baugleich zu der ersten Erfassungseinheit 10 und der zweiten Erfassungseinheit 20 ausgebildet, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der dritten Erfassungseinheit 30 hier verzichtet wird.
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Mit dem in der 3 gezeigten Webserver 40 ist es wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 beim Ausführungsbeispiel der 4 möglich, den Ort des Auftretens der Teilentladung in der Kabelanlage 71, 72, 73 und den Teilentladungspegel zu bestimmen. Dazu kann der Webserver 40 auf ein Triangulationsverfahren zur Ortsbestimmung zurückgreifen. Zu diesem Zweck kann jede der Erfassungseinheiten 10, 20 und 30 dazu eingerichtet sein, die eigenen Ortskoordination mit Hilfe der GPS-Satelliten 60 zu bestimmen und diese Ortskoordination mit Hilfe der Sendeeinheiten an den Webserver 40 zu senden. Der Webserver 40 kann diese Ortskoordination in dem Triangulationsverfahren zur Berechnung des Orts der Teilentladungsentstehung in der der Kabelanlage 71, 72, 73 verwenden. Wie in dem Ausführungsbeispiel der 1 können die gemessenen und verarbeiteten Daten dann in dem Laptopcomputer 50 für den Nutzer visualisiert werden.
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In den vorgestellten Beispielen sind unterschiedliche Merkmale und Funktionen der vorliegenden Offenbarung getrennt voneinander sowie in bestimmten Kombinationen beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass viele dieser Merkmale und Funktionen, wo dies nicht explizit ausgeschlossen ist, miteinander frei kombinierbar sind.
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Die vorliegende Offenbarung liefert die folgenden Vorteile: Es wird eine vom verwendeten Messsystem unabhängige, webbasierte Auswertung vorgeschlagen, die mit Messsystemen von vielen Herstellern kombinierbar ist. Durch Signalauskopplung aus den Schirmdrähten gibt es keinen offenen Hochspannungsprüfbereich an der/den Gegenseite(n). Es werden auch Teilentladungs-Messungen und Teilentladungs-Auswertungen an (beliebig) verzweigten Netzen ermöglicht. Schließlich wird eine erhebliche Erhöhung der zu diagnostizierende Kabellängen ermöglicht.
