DE102020214614B3 - Circuit arrangement for voltage testing and partial discharge detection - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung und Teilentladungserfassung in einer ein- oder mehrphasigen Mittel- oder Hochspannungsanlage, mit einem oder mehreren Leitersignaleingängen (1), von denen jeder zur Ankopplung an je eine kapazitive Koppelelektrode (2) eingerichtet ist, die an je einen Leiter (L1, L2, L3) der ein- oder mehrphasigen Mittel- oder Hochspannungsanlage angekoppelt ist, je einer eingangsseitig an den zugeordneten Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung angekoppelten Spannungsprüfeinheit (3), die zur schwellwertbasierten Spannungszustandserfassung bezüglich des zugeordneten Leiters eingerichtet ist, mindestens einer zur Teilentladungserkennung bezüglich eines zugeordneten Leiters eingerichteten Teilentladungsdetektoreinheit (4), die eine eingangsseitig an einen zugeordneten Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung angekoppelte Teilentladungsdetektorschaltung (5) und eine eingangsseitig an einen Signalausgang (6) der Teilentladungsdetektorschaltung angekoppelte Teilentladungs-Anzeigeschaltung (7) umfasst, und einer Energieversorgung für die Teilentladungsdetektoreinheit.Erfindungsgemäß umfasst die Energieversorgung für die Teilentladungsdetektoreinheit (4) eine erste Energieversorgungsschaltung (8), die zur Speisung der Teilentladungsdetektorschaltung (4) mit Energie von dem oder einem der Leitersignaleingänge der Schaltungsanordnung eingerichtet ist, und/oder eine zweite Energieversorgungsschaltung (9), die zur Speisung der Teilentladungs-Anzeigeschaltung (7) mit Energie von dem oder einem der Leitersignaleingänge der Schaltungsanordnung eingerichtet ist.Verwendung zur Spannungsprüfung und Teilentladungserfassung in ein- oder mehrphasigen Mittel- oder Hochspannungsanlagen.Circuit arrangement for voltage testing and partial discharge detection in a single or multi-phase medium or high voltage system, with one or more conductor signal inputs (1), each of which is set up for coupling to a capacitive coupling electrode (2) which is connected to a conductor (L1, L2 , L3) of the single- or multi-phase medium or high-voltage system is coupled to a voltage testing unit (3) which is coupled on the input side to the assigned conductor signal input of the circuit arrangement and is set up for threshold-based voltage state detection with respect to the assigned conductor, at least one set up for partial discharge detection with respect to an assigned conductor Partial discharge detector unit (4) which has a partial discharge detector circuit (5) coupled on the input side to an assigned conductor signal input of the circuit arrangement and a Te According to the invention, the energy supply for the partial discharge detector unit (4) comprises a first energy supply circuit (8) which is used to supply the partial discharge detector circuit (4) with energy from the or one of the conductor signal inputs of the circuit arrangement is set up, and / or a second energy supply circuit (9) which is set up to supply the partial discharge display circuit (7) with energy from the or one of the conductor signal inputs of the circuit arrangement. Use for voltage testing and partial discharge detection in single or multi-phase medium or high voltage systems .
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung und Teilentladungserfassung in einer ein- oder mehrphasigen Mittel- oder Hochspannungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for voltage testing and partial discharge detection in a single- or multi-phase medium or high voltage system according to the preamble of
Ein- oder mehrphasige Mittel- oder Hochspannungsanlagen, insbesondere in Form sogenannter Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen, beinhalten bekanntermaßen eine der Anzahl von Phasen entsprechende Anzahl von kurz als Leiter bezeichneten, spannungsführenden elektrischen Leitungen. In den gängigen dreiphasigen Systemen sind dies folglich drei Leiter, die meist abgekürzt als L1, L2 bzw. L3 bezeichnet werden.Single-phase or multi-phase medium or high voltage systems, in particular in the form of so-called medium or high voltage switchgear systems, are known to contain a number of voltage-carrying electrical lines corresponding to the number of phases, briefly referred to as conductors. In the common three-phase systems these are consequently three conductors, which are usually referred to as L1, L2 or L3 for short.
Die besagte Schaltungsanordnung dient in solchen Anlagen zum einen zur schwellenbasierten Spannungsprüfung, insbesondere gemäß der
Zum anderen dient die Schaltungsanordnung in solchen Anlagen zur Erkennung von Teilentladungen an einem jeweiligen Leiter und beinhaltet dazu mindestens eine zur Teilentladungserkennung bezüglich des zugeordneten Leiters eingerichtete Teilentladungsdetektoreinheit, die eine eingangsseitig an einen zugeordneten Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung angekoppelte Teilentladungsdetektorschaltung und eine eingangsseitig an einen Signalausgang der Teilentladungsdetektorschaltung angekoppelte Teilentladungs-Anzeigeschaltung umfasst. Außerdem weist die Schaltungsanordnung eine geeignete Energieversorgung für die Teilentladungsdetektoreinheit auf.On the other hand, the circuit arrangement in such systems serves to detect partial discharges on a respective conductor and for this purpose contains at least one partial discharge detector unit set up for partial discharge detection with respect to the assigned conductor, which has a partial discharge detector circuit coupled on the input side to an assigned conductor signal input of the circuit arrangement and an input side coupled to a signal output of the partial discharge detector circuit Includes partial discharge indicator circuit. In addition, the circuit arrangement has a suitable power supply for the partial discharge detector unit.
Neue Beschreibungsseiten 2 und 2a
Schaltungsanordnungen dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Eine herkömmliche Ausführung ist z.B. in der Offenlegungsschrift
Die Offenlegungsschrift
Für sogenannte Spannungsprüfsysteme, bei denen es sich um Schaltungsanordnungen nur zur schwellwertbasierten Spannungszustandserfassung ohne Teilladungserfassung handelt, sind Ausführungen mit und ohne Hilfsenergie bekannt und z.B. in den Normen VDE0682T415 und IEC61243-5 beschrieben. Die Patentschrift
Es sind auch bereits verschiedentlich Spannungsprüfsysteme zur Spannungsprüfung in Mittel- oder Hochspannungsanlagen bekannt, die zusätzlich über Mittel zur Erkennung eines Leiterbruchs auf der Prüfsignal-Verbindungsleitung von der kapazitiven Koppelelektrode zum Leitersignaleingang der Prüfschaltung verfügen, wie z.B. in den Gebrauchsmusterschriften
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zugrunde, die insbesondere hinsichtlich ihres Energieversorgungsmanagements Vorteile gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik bietet.The technical problem underlying the invention is the provision of a circuit arrangement of the type mentioned at the outset which, in particular with regard to its energy supply management, offers advantages over the prior art explained above.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention solves this problem by providing a circuit arrangement having the features of
Bei dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst die Energieversorgung für die Teilentladungsdetektoreinheit eine erste Energieversorgungsschaltung, die zur Speisung der Teilentladungsdetektorschaltung mit Energie von dem oder einem der Leitersignaleingänge der Schaltungsanordnung eingerichtet ist, und/oder eine zweite Energieversorgungsschaltung, die zur Speisung der Teilentladungs-Anzeigeschaltung mit Energie von dem oder einem der Leitersignaleingänge der Schaltungsanordnung eingerichtet ist.In this circuit arrangement according to the invention, the energy supply for the partial discharge detector unit comprises a first energy supply circuit which is set up to supply the partial discharge detector circuit with energy from the or one of the conductor signal inputs of the circuit arrangement, and / or a second energy supply circuit which is used to supply the partial discharge display circuit with energy from the or one of the conductor signal inputs of the circuit arrangement is set up.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung lässt sich in einem einzigen Gerät realisieren, das eine kombinierte Spannungsprüfung und Teilentladungserfassung ermöglicht. Die Erfassung und Anzeige von Teilentladungen auf einem jeweiligen Leiter der Mittel- oder Hochspannungsanlage ist bei Vorhandensein der ersten Energieversorgungsschaltung ohne Hilfsenergie für die Teilentladungsdetektorschaltung und bei Vorhandensein der zweiten Energieversorgungsschaltung ohne Hilfsenergie für die Teilentladungs-Anzeigeschaltung möglich. Unter Hilfsenergie ist hierbei jedwede elektrische Energie zu verstehen, die nicht über den jeweiligen Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung abgenommen, sondern anderweitig bereitgestellt wird, z.B. durch eine Batterie oder einen Netzspannungsanschluss eines die Schaltungsanordnung beinhaltenden Gerätes. Verglichen mit einer derartigen Verwendung von Hilfsenergie ergibt sich dadurch der Vorteil, dass keine wartungsintensiven Batterien benötigt werden und keine Störsignale berücksichtigt werden müssen, die fälschlich als Teilentladungssignal interpretiert werden könnten und häufig von Schaltnetzteilen verursacht werden, die für den Anschluss solcher Geräte an Netzspannung benutzt werden.The circuit arrangement according to the invention can be implemented in a single device which enables a combined voltage test and partial discharge detection. The detection and display of partial discharges on a respective conductor of the medium or high voltage system is possible with the presence of the first energy supply circuit without auxiliary energy for the partial discharge detector circuit and with the presence of the second energy supply circuit without auxiliary energy for the partial discharge display circuit. Auxiliary energy is to be understood as any electrical energy that is not taken from the respective conductor signal input of the circuit arrangement, but is provided in some other way, e.g. by a battery or a mains voltage connection of a device containing the circuit arrangement. Compared to using auxiliary energy in this way, this has the advantage that no maintenance-intensive batteries are required and no interference signals have to be taken into account that could be incorrectly interpreted as partial discharge signals and are often caused by switched-mode power supplies that are used to connect such devices to the mains voltage .
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht es durch entsprechende Schaltungsauslegung, die für den Betrieb der Teilentladungsdetektoreinheit und insbesondere von deren Teilentladungsdetektorschaltung und deren Teilentladungs-Anzeigeschaltung benötigte elektrische Energie aus dem am zugehörigen Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung anstehenden Messsignal zu entnehmen, insbesondere aus dessen niederfrequentem Signalanteil. Die Schaltungsanordnung eignet sich sowohl für einphasige als auch für mehrphasige, insbesondere dreiphasige, Mittel-/Hochspannungssysteme.The circuit arrangement according to the invention enables the electrical energy required for the operation of the partial discharge detector unit and in particular of its partial discharge detector circuit and its partial discharge display circuit to be taken from the measurement signal present at the associated conductor signal input of the circuit arrangement, in particular from its low-frequency signal component. The circuit arrangement is suitable for both single-phase and multi-phase, in particular three-phase, medium / high voltage systems.
Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den Vorteil, dass eine aktive Teilentladungserfassung, bestehend aus der Auswertung des anstehenden Eingangssignals und dem Anzeigen des Auswertungsergebnisses, von selbst auf die allein interessierenden Zeiträume beschränkt wird, in denen am betreffenden Leitersignaleingang der Schaltungsanordung das Messsignal effektiv anliegt, womit gemeint ist, dass das Messsignal in einer für die Spannungsprüfung durch die Spannungsprüfeinheit ausreichenden Signalgröße bzw. Signalstärke vorliegt. In inaktiven Zeiträumen, in denen dieses aktive Messsignal nicht vorliegt, das eine entsprechende Spannungsführungsaktivität auf dem zugehörigen Leiter der Mittel- oder Hochspannungsanlage widerspiegelt, wird keine Teilentladungserfassung benötigt. Indem nun erfindungsgemäß die Teilentladungsdetektorschaltung und/oder die Teilentladungs-Anzeigeschaltung energetisch über die erste bzw. zweite Energieversorgungsschaltung vom am Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung anstehenden Messsignal versorgt wird/werden, bleiben eine oder beide dieser Komponenten für die Teilentladungserfassung mangels ausreichender Energiespeisung von selbst inaktiv, solange kein aktives Messsignal am Leitersignaleingang ansteht.Furthermore, the circuit arrangement according to the invention offers the advantage that an active partial discharge detection, consisting of the evaluation of the incoming input signal and the display of the evaluation result, is automatically limited to the only periods of interest in which the measurement signal is effectively applied to the relevant conductor signal input of the circuit arrangement, which means What is meant is that the measurement signal is present in a signal size or signal strength sufficient for the voltage test by the voltage test unit. In inactive periods in which this active measurement signal is not available, which reflects a corresponding voltage carrying activity on the associated conductor of the medium or high voltage system, no partial discharge detection is required. Since, according to the invention, the partial discharge detector circuit and / or the partial discharge display circuit is / are energetically supplied via the first or second power supply circuit from the measurement signal present at the conductor signal input of the circuit arrangement, one or both of these components for the partial discharge detection automatically remain inactive due to insufficient energy supply as long as none there is an active measurement signal at the conductor signal input.
Durch diese energetische Speisung der Teilentladungsdetektoreinheit aus demselben Messsignal, das der Spannungsprüfeinheit zugeführt wird, kann folglich die Energieversorgung für die Detektion und Anzeige von Teilentladungen über die erste bzw. zweite Energieversorgungsschaltung in einer einstellbaren Abhängigkeit von der Größe bzw. Stärke des Messsignals für die Spannungsprüfung gehalten werden, so dass z.B. unterhalb einer Mindestschwelle für das von der Spannungsprüfeinheit detektierte Vorhandensein der Spannung automatisch die Detektion und Anzeige von Teilentladungen unterbleibt. Dies schützt zudem von selbst vor einer fälschlichen Teilentladungserkennung aufgrund hochfrequenter Störsignale bzw. Störeinkopplungen in den Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung, deren Frequenz deutlich über der üblichen Netzfrequenz des normalen, niederfrequenten Messsignals liegt. Denn bei fehlendem aktivem Messsignal bleibt die Teilentladungsdetektoreinheit mangels ausreichender Energieversorgung inaktiv und damit unempfindlich gegen diese Störsignale. Mit anderen Worten macht es die Erfindung durch die Energieversorgung der Teilentladungserfassung aus dem Messsignal für die Spannungsprüfung möglich, die Teilentladungserfassung ausschließlich für Signale, die mit einem bestimmten niederfrequenten Netzfrequenzsignal gekoppelt sind, hinsichtlich Teilentladung auszuwerten, während hochfrequente Störeinkopplungen ohne niederfrequenten Signalanteil keine Teilentladungsanzeige bewirken.As a result of this energetic supply of the partial discharge detector unit from the same measurement signal that is fed to the voltage test unit, the energy supply for the detection and display of partial discharges via the first or second energy supply circuit can consequently be kept in an adjustable dependence on the size or strength of the measurement signal for the voltage test so that, for example, below a minimum threshold for the presence of the voltage detected by the voltage testing unit, the detection and display of partial discharges is automatically omitted. This also protects against false partial discharge detection due to high-frequency interference signals or interference injections into the conductor signal input of the circuit arrangement, the frequency of which is well above the usual network frequency of the normal, low-frequency measurement signal. Because if there is no active measurement signal, the partial discharge detector unit remains inactive due to a lack of sufficient energy supply and thus insensitive to these interfering signals. In other words, by supplying the partial discharge detection with energy from the measurement signal for the voltage test, the invention makes it possible to evaluate the partial discharge detection exclusively for signals that are coupled to a specific low-frequency mains frequency signal with regard to partial discharge, while high-frequency interference injections without a low-frequency signal component do not result in a partial discharge indication.
Um den Energiebedarf für die Teilentladungsdetektion niedrig zu halten, kann sich in entsprechenden Realisierungen die Auswertung der Teilentladungserfassung durch entsprechende Auslegung der Teilentladungsdetektoreinheit einfach darin bestehen, eine Mehrzahl diskreter unterschiedlicher Teilentladungs-Pegelstufen vorzugeben und festzustellen sowie entsprechend zu melden bzw. anzuzeigen, welcher dieser Pegelstufen aktuell vorliegt. In einer einfachsten Ausführung kann es sich um eine rein binäre, zweistufige Meldung und Anzeige handeln, die lediglich anzeigt, ob eine Teilentladung vorhanden ist oder nicht.In order to keep the energy requirement for the partial discharge detection low, the evaluation of the partial discharge detection by appropriate design of the partial discharge detector unit can simply consist in specifying and determining a plurality of discrete different partial discharge level levels and correspondingly reporting or displaying which of these level levels is currently in use is present. In In the simplest embodiment, it can be a purely binary, two-stage message and display that only indicates whether a partial discharge is present or not.
In einer entsprechenden Ausführung ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in der Lage, die Spannungsprüfung und die Teilentladungserfassung im Rahmen eines kombinierten mehrphasigen Prüf- und Anzeigesystems vorzunehmen. Insbesondere kann die Schaltungsanordnung für jeden von mehreren Leitern der jeweils zu überwachenden Mittel- oder Hochspannungsanlage oder nur für einen Teil aller Leiter dieser Anlage die zugeordnete Spannungsprüfeinheit aufweisen. Analog kann die Schaltungsanordnung je nach Bedarf für jeden von mehreren Leitern der Mittel- oder Hochspannungsanlage oder nur für einen Leiter bzw. nur einen Teil aller Leiter der Anlage die jeweils zugeordnete Teilentladungsdetektoreinheit aufweisen. Eine Verwendung der Teilentladungsdetektoreinheit nur an einer von mehreren Phasen eines mehrphasigen Systems minimiert den Schaltungsaufwand und den Energiebedarf. Eine Verwendung der Teilentladungsdetektoreinheit an mehreren bzw. allen Phasen erhöht zwar den Schaltungsaufwand, kann aber bei Bedarf die Melde- bzw. Anzeigeselektivität bezüglich Teilentladungen verbessern.In a corresponding embodiment, the circuit arrangement according to the invention is able to carry out the voltage test and the partial discharge detection within the framework of a combined multiphase test and display system. In particular, the circuit arrangement can have the associated voltage testing unit for each of several conductors of the medium or high voltage installation to be monitored, or for only some of all conductors of this installation. Analogously, the circuit arrangement can have the respectively assigned partial discharge detector unit for each of several conductors of the medium or high voltage system or for only one conductor or only a part of all conductors of the system, as required. Using the partial discharge detector unit on only one of several phases of a multiphase system minimizes the circuit complexity and the energy requirement. Using the partial discharge detector unit on several or all phases increases the circuit complexity, but can, if necessary, improve the reporting or display selectivity with regard to partial discharges.
Bei der Dimensionierung der Schaltungsanordnung ist es nützlich, wenn die energieverbrauchenden Bestandteile der Teilentladungsdetektoreinheit, d.h. die Teilentladungsdetektorschaltung und die Teilentladungs-Anzeigeschaltung, ausreichend hochohmig ausgeführt werden, so dass deren Vorhandensein das Ansprechverhalten der Spannungsprüfeinheit weitestgehend unverändert lässt. Zudem trägt eine solche hochohmige Auslegung der Teilentladungsdetektoreinheit zu einem minimalen Energiebedarf derselben bei, der problemlos über die erste und/oder die zweite Energieversorgungsschaltung vom Messsignal am betreffenden Leitersignaleingang gedeckt werden kann.When dimensioning the circuit arrangement, it is useful if the energy-consuming components of the partial discharge detector unit, i.e. the partial discharge detector circuit and the partial discharge indicator circuit, have a sufficiently high resistance so that their presence leaves the response behavior of the voltage testing unit largely unchanged. In addition, such a high-resistance design of the partial discharge detector unit contributes to a minimal energy requirement of the same, which can easily be covered by the measurement signal at the relevant conductor signal input via the first and / or the second energy supply circuit.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Energieversorgungsschaltung an den gleichen Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung wie die Teilentladungsdetektoreinheit oder an einen anderen von mehreren Leitersignaleingängen der Schaltungsanordnung angekoppelt. Die erstgenannte Alternative ist für einphasige Systeme gegeben und kann auch für mehrphasige Systeme bei Bedarf vorgesehen sein, wenn ein Zugriff der Energieversorgungsschaltung für die Teilentladungsdetektoreinheit auf einen anderen als den von der Teilentladungsdetektoreinheit überwachten Leiter nicht gewünscht ist. Die andere Alternative kann bei mehrphasigen Systemen von Vorteil sein, um beispielsweise die Energieabnahme durch die Schaltungsanordnung auf mehrere Leiter der Mittel-/Hochspannungsanlage möglichst gleichmäßig zu verteilen.In a further development of the invention, the first energy supply circuit is coupled to the same conductor signal input of the circuit arrangement as the partial discharge detector unit or to another of several conductor signal inputs of the circuit arrangement. The first-mentioned alternative is given for single-phase systems and can also be provided for multi-phase systems if required if the power supply circuit for the partial discharge detector unit does not want access to a conductor other than the one monitored by the partial discharge detector unit. The other alternative can be advantageous in multi-phase systems, for example in order to distribute the energy consumption by the circuit arrangement as evenly as possible over several conductors of the medium / high voltage system.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Energieversorgungsschaltung an den gleichen Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung wie die Teilentladungsdetektoreinheit oder an einen anderen von mehreren Leitersignaleingängen der Schaltungsanordnung angekoppelt. Auch hier kann diese Maßnahme für die zweite Energieversorgungsschaltung in der einen oder anderen Alternative je nach Anwendungsfall vorteilhaft sein, wie oben zur ersten Energieversorgungsschaltung erläutert.In a further development of the invention, the second energy supply circuit is coupled to the same conductor signal input of the circuit arrangement as the partial discharge detector unit or to another of several conductor signal inputs of the circuit arrangement. Here, too, this measure can be advantageous for the second energy supply circuit in one or the other alternative, depending on the application, as explained above for the first energy supply circuit.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Teilentladungsdetektoreinheit, die erste Energieversorgungsschaltung und die zweite Energieversorgungsschaltung an drei unterschiedliche Leitersignaleingänge der Schaltungsanordnung angekoppelt. Diese Ausführung kann insbesondere für ein dreiphasiges System von Vorteil sein, wobei sie die Energieaufnahme aus den verschiedenen Leitern vergleichmäßigt und die vorzugsweise für alle drei Leiter vorgesehenen Spannungsprüfeinheiten auf allen drei Leitern bzw. Phasen sehr gleichmäßig belastet. Dies trägt dazu bei, dass sich für die Spannungsprüfung über alle drei Phasen bzw. Leiter hinweg ohne Zusatzaufwand eine näherungsweise einheitliche Ansprechschwelle vorgeben lässt.In one embodiment of the invention, the partial discharge detector unit, the first energy supply circuit and the second energy supply circuit are coupled to three different conductor signal inputs of the circuit arrangement. This design can be particularly advantageous for a three-phase system, whereby it even out the energy consumption from the various conductors and loads the voltage testing units, which are preferably provided for all three conductors, very evenly on all three conductors or phases. This contributes to the fact that an approximately uniform response threshold can be specified for the voltage test across all three phases or conductors without additional effort.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung am jeweiligen Leitersignaleingang einen variablen Kondensator zur Bildung eines kapazitiven Spannungsteilers mit der zugeordneten kapazitiven Koppelelektrode auf. Mit diesem variablen Kondensator, d.h. einem Kondensator mit variabel einstellbarer Kapazität, kann bei Bedarf die Ansprechschwelle für die Spannungsprüfung durch die Spannungsprüfeinheit und die Empfindlichkeit für die Teilentladungserfassung durch die Teilentladungsdetektoreinheit variabel eingestellt, d.h. verstellt, werden. Mit größerer Kapazität des variablen Kondensators wird die Teilentladungserfassung unempfindlicher, bei Verkleinerung dieser Kapazität wird sie empfindlicher. Da die Ansprechschwellen für die Spannungsprüfung gemäß der Norm IEC61243-5 für das Nichtansprechen bzw. das Ansprechen der Spannungsanzeige eine relativ hohe Toleranz, nämlich 10% bis 45%, aufweisen, kann die Kapazität des variablen Kondensators in einem entsprechend großen Bereich zur Änderung der Empfindlichkeit der Teilentladungserfassung variiert werden, ohne die Ansprechschwellen der Spannungsanzeige gemäß dieser Norm zu verletzen.In a further development of the invention, the circuit arrangement has a variable capacitor at the respective conductor signal input for forming a capacitive voltage divider with the associated capacitive coupling electrode. With this variable capacitor, i.e. a capacitor with variably adjustable capacitance, the response threshold for the voltage test by the voltage test unit and the sensitivity for the partial discharge detection by the partial discharge detector unit can be variably set, i.e. adjusted, if required. The larger the capacitance of the variable capacitor, the more insensitive partial discharge detection becomes; if this capacitance is reduced, it becomes more sensitive. Since the response thresholds for the voltage test according to the IEC61243-5 standard for non-response or response of the voltage display have a relatively high tolerance, namely 10% to 45%, the capacitance of the variable capacitor can be used in a correspondingly large range to change the sensitivity the partial discharge detection can be varied without violating the response thresholds of the voltage display according to this standard.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Teilentladungsdetektoreinheit empfindlichkeitsverstellbar ausgeführt. Die Verstellbarkeit der Empfindlichkeit der Teilentladungsdetektoreinheit kann vorteilhaft z.B. dazu genutzt werden, einen Ansprechpegel für die Teilentladungsdetektion je nach dem gegebenen System ausreichend hoch einzustellen, um Fehlanzeigen zu vermeiden, die von einem Grundrauschen herrühren können, das durch in der Praxis oftmals auftretende, hochfrequente Fremdstörungen bedingt ist.In a further development of the invention, the partial discharge detector unit is designed to be adjustable in sensitivity. The adjustability of the sensitivity of the partial discharge detector unit can advantageously be used, for example, for a Set the response level for the partial discharge detection sufficiently high, depending on the given system, in order to avoid false displays, which can result from a background noise that is caused by high-frequency extraneous interference that often occurs in practice.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Teilentladungsdetektoreinheit zur Empfindlichkeitsverstellung eine an den Signalausgang der Teilentladungsdetektorschaltung angekoppelte Schaltungskomponente, die einen variablen Kondensator oder ein Potentiometer oder ein einstellbares Widerstandsnetzwerk, d.h. ein Netzwerk aus ohmschen Widerständen mit variabel einstellbarem ohmschem Gesamtwiderstand, aufweist. Dies stellt zusätzlich oder alternativ zu dem erwähnten Anordnen eines variablen Kondensators am Leitersignaleingang eine vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit für die Empfindlichkeitsverstellung bezüglich Teilentladungserfassung dar. Die Spannungsprüfeinheit bleibt von dieser Variante der Empfindlichkeitsverstellung der Teilentladungsdetektion unbeeinflusst, so dass mit dieser Variante die Teilentladungsdetektion in ihrer Empfindlichkeit bei Bedarf auch über den Bereich hinaus verstellt werden kann, der bei entsprechender Verstellung der Kapazität des variablen Kondensators am Leitersignaleingang noch nicht zu einer Verletzung der normgemäßen Ansprechschwellen für die Spannungsanzeige der Spannungsprüfung führt.In one embodiment of the invention, the partial discharge detector unit for sensitivity adjustment comprises a circuit component which is coupled to the signal output of the partial discharge detector circuit and which has a variable capacitor or a potentiometer or an adjustable resistor network, i.e. a network of ohmic resistors with variably adjustable total ohmic resistance. In addition or as an alternative to the aforementioned arrangement of a variable capacitor at the conductor signal input, this represents an advantageous implementation option for the sensitivity adjustment with regard to partial discharge detection. The voltage testing unit remains unaffected by this variant of the sensitivity adjustment of the partial discharge detection, so that with this variant the partial discharge detection can also be sensitive in its sensitivity if required can be adjusted beyond the range that does not yet lead to a violation of the standard response thresholds for the voltage display of the voltage test with a corresponding adjustment of the capacitance of the variable capacitor at the conductor signal input.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Teilentladungsdetektoreinheit ein Deaktivierungselement auf, durch das sie unabhängig von der an den gleichen Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung angekoppelten Spannungsprüfeinheit deaktivierbar ist. Mit diesem Deaktivierungselement lässt sich die Teilentladungsdetektoreinheit bei Bedarf deaktivieren, während die Spannungsprüfeinheit aktiv bleiben kann. Dies ermöglicht auf Wunsch Spannungsprüfungen durch die Spannungsprüfeinheit in Zeiträumen, in denen die Teilentladungsdetektoreinheit deaktiviert ist, so dass die Spannungsprüfung vollständig unbeeinflusst von der Teilentladungsdetektoreinheit gehalten werden kann.In a further development of the invention, the partial discharge detector unit has a deactivation element by means of which it can be deactivated independently of the voltage test unit coupled to the same conductor signal input of the circuit arrangement. With this deactivation element, the partial discharge detector unit can be deactivated if necessary, while the voltage test unit can remain active. If desired, this enables voltage tests by the voltage test unit in periods in which the partial discharge detector unit is deactivated, so that the voltage test can be kept completely unaffected by the partial discharge detector unit.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Teilentladungs-Anzeigeschaltung eine Anzeigeeinheit und einen zwischen die Anzeigeeinheit und die zweite Energieversorgungsschaltung eingeschleiften, ansteuerbaren Schalter, der mit einem Steuereingang an den Signalausgang der Teilentladungsdetektorschaltung angekoppelt ist. Dies stellt eine vorteilhafte schaltungstechnische Realisierung für die Teilentladungs-Anzeigeschaltung hinsichtlich Energieverbrauch und benötigter Anzeigefunktionalität dar, die nur geringen Schaltungsaufwand erfordert.In a further development of the invention, the partial discharge display circuit comprises a display unit and a controllable switch looped in between the display unit and the second power supply circuit, which switch is coupled with a control input to the signal output of the partial discharge detector circuit. This represents an advantageous circuit implementation for the partial discharge display circuit with regard to energy consumption and required display functionality, which requires only a small amount of circuitry.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Schaltungsanordnung eine Masseanbindung, einen Detektionsinformations-Anschluss zum Übertragen von Detektionsinformation der Teilentladungsdetektoreinheit nach außen und einen ansteuerbaren Schalter, der einerseits mit der Masseanbindung und andererseits mit dem Detektionsinformations-Anschluss verbunden ist, wobei ein Steuereingang des ansteuerbaren Schalters mit dem Signalausgang der Teilentladungsdetektorschaltung verbunden ist. Über den Detektionsinformations-Anschluss kann Information bezüglich einer detektierten Teilentladung nach außen übermittelt werden.In a further development of the invention, the circuit arrangement contains a ground connection, a detection information connection for transmitting detection information of the partial discharge detector unit to the outside and a controllable switch which is connected on the one hand to the ground connection and on the other hand to the detection information connection, a control input of the controllable switch with is connected to the signal output of the partial discharge detector circuit. Information relating to a detected partial discharge can be transmitted to the outside via the detection information connection.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Schaltungsanordnung einen Diagnose-Anschluss, der mit dem Signalausgang der Teilentladungsdetektorschaltung verbunden ist. Über den Diagnose-Anschluss kann bei erkanntem Vorliegen einer Teilentladung das zugehörige, am Signalausgang der Teilentladungsdetektorschaltung anstehende Teilentladungssignal abgegriffen werden, z.B. um es extern mittels eines Oszilloskops zwecks Diagnose der Ursache der Teilentladung zu untersuchen.In a further development of the invention, the circuit arrangement contains a diagnosis connection which is connected to the signal output of the partial discharge detector circuit. If a partial discharge is detected, the associated partial discharge signal at the signal output of the partial discharge detector circuit can be tapped via the diagnostic connection, e.g. to examine it externally using an oscilloscope for the purpose of diagnosing the cause of the partial discharge.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die jeweilige Spannungsprüfeinheit eine eingangsseitig an den zugeordneten Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung angekoppelte Spannungsprüfschaltung und eine eingangsseitig an einen Signalausgang der Spannungsprüfschaltung angekoppelte Spannungszustands-Anzeigeschaltung. Die Teilentladungs-Anzeigeschaltung der Teilentladungsdetektoreinheit und die Spannungszustands-Anzeigeschaltung der an den gleichen Leitersignaleingang der Schaltungsanordnung angekoppelten Spannungsprüfeinheit weisen hierbei eine gemeinsame Anzeigeeinheit auf. Somit teilen sich die Spannungsprüfeinheit und die Teilentladungsdetektoreinheit vorteilhaft eine gemeinsame Anzeigeeinheit, was dazu beiträgt, den Schaltungsaufwand und den Energiebedarf für die Schaltungsanordnung gering zu halten.In a further development of the invention, the respective voltage testing unit comprises a voltage testing circuit coupled on the input side to the assigned conductor signal input of the circuit arrangement and a voltage status display circuit coupled on the input side to a signal output of the voltage testing circuit. The partial discharge display circuit of the partial discharge detector unit and the voltage status display circuit of the voltage test unit coupled to the same conductor signal input of the circuit arrangement have a common display unit. The voltage testing unit and the partial discharge detector unit therefore advantageously share a common display unit, which helps to keep the circuit complexity and the energy requirement for the circuit arrangement low.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung eine Koaxialleitung mit einem Innenleiter, der mindestens einen Teil einer Verbindungsleitung vom jeweiligen Leitersignaleingang zur zugeordneten kapazitiven Koppelelektrode bildet, und einem den Innenleiter umgebenden Außenleiter, der an einem ersten, koppelelektrodenzugewandten Ende geerdet ist, und eine Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung auf, die an ein zweites, koppelelektrodenabgewandtes Ende des Außenleiters ankoppelbar ist und dafür eingerichtet ist, eine Potentialabweichung auf dem Außenleiter zu detektieren. Die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung realisiert ein Installationsüberwachungsmittel, mit dem eine hochohmige Störung des Außenleiters detektiert werden kann, die insbesondere durch einen Leiterbruch der Koaxialleitung verursacht sein kann und mit der typischerweise auch eine hochohmige Störung des Innenleiters und damit der Verbindungsleitung einhergeht. als auch eine hochohmige Störung einer Erdverbindung der Auswerteeinheit zu detektieren.In a further development of the invention, the circuit arrangement has a coaxial line with an inner conductor, which forms at least part of a connection line from the respective conductor signal input to the associated capacitive coupling electrode, and an outer conductor surrounding the inner conductor, which is grounded at a first end facing the coupling electrode, and a connection line. Monitoring circuit which can be coupled to a second end of the outer conductor facing away from the coupling electrodes and is set up to detect a potential deviation on the outer conductor. The connecting line monitoring circuit implements an installation monitoring means with which a high-resistance fault in the outer conductor can be detected can be caused in particular by a wire break in the coaxial line and which is typically also associated with high-resistance interference in the inner conductor and thus in the connecting line. as well as a high-resistance disturbance of a ground connection of the evaluation unit.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Schaltungsanordnung einen gemeinsamen Anschlussstecker zur simultanen lösbaren Ankopplung der Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung an das zweite Ende des Außenleiters und des Leitersignaleingangs an ein koppelelektrodenabgewandtes Ende des Innenleiters. Damit kann z.B. der Fehlerfall ausgeschlossen werden, dass zwar der Leitersignaleingang an den Innenleiter angeschlossen wurde, jedoch vergessen wurde, zusätzlich auch den Außenleiter an die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung anzuschließen.In one embodiment of the invention, the circuit arrangement contains a common connector for the simultaneous detachable coupling of the connecting line monitoring circuit to the second end of the outer conductor and the conductor signal input to an end of the inner conductor facing away from the coupling electrode. In this way, for example, the error case can be ruled out that although the conductor signal input was connected to the inner conductor, however, it was forgotten to also connect the outer conductor to the connection line monitoring circuit.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung über eine Erdverbindung mit einem Erdpotential verbunden und dafür eingerichtet, eine Potentialabweichung auf der Erdverbindung zu detektieren. In dieser Realisierung kann somit die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung auch eine hochohmige Störung ihrer Erdverbindung erkennen. Unter dem Begriff „hochohmige Störung“ ist dabei vorliegend eine Störung zu verstehen, die den elektrischen Widerstand der Verbindungsleitung bzw. der Erdverbindung verglichen mit deren normalem, fehlerfreiem Betriebszustand signifikant erhöht, was insbesondere den Fall einschließt, dass die Verbindungsleitung bzw. die Erdverbindung vollständig unterbrochen ist.In one embodiment of the invention, the connecting line monitoring circuit is connected to an earth potential via an earth connection and is set up to detect a potential deviation on the earth connection. In this implementation, the connecting line monitoring circuit can therefore also detect a high-resistance fault in its earth connection. The term "high-resistance interference" is to be understood here as a fault that significantly increases the electrical resistance of the connection line or the earth connection compared to its normal, error-free operating state, which in particular includes the case that the connection line or the earth connection is completely interrupted is.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen gezeigt. Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Spannungsprüfung und Teilentladungserfassung in einer ein- oder mehrphasigen Mittel- oder Hochspannungsanlage und -
2 ein schematisches Schaltbild einer Variante derSchaltungsanordnung von 1 mit zusätzlichem Diagnose-Anschluss und zusätzlicher Leiterbruchüberwachung.
-
1 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement for voltage testing and partial discharge detection in a single or multi-phase medium or high voltage system and -
2 a schematic circuit diagram of a variant of the circuit arrangement of1 with additional diagnostic connection and additional wire break monitoring.
Die in den
Die gezeigte Schaltungsanordnung beinhaltet je eine eingangsseitig an den zugeordneten Leitersignaleingang
Des Weiteren weist die gezeigte Schaltungsanordnung mindestens eine zur Teilentladungserkennung bezüglich des zugeordneten Leiters
Außerdem beinhaltet die gezeigte Schaltungsanordnung eine Energieversorgung für die Teilentladungsdetektoreinheit
Die erste Energieversorgungsschaltung
In den
Die Spannungsprüfeinheit
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Energieversorgungsschaltung
Ebenso ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die zweite Energieversorgungsschaltung
Beispielsweise können in einer vorteilhaften Realisierung die Teilentladungsdetektoreinheit
In vorteilhaften Ausführungen beinhaltet die Schaltungsanordnung wie im gezeigten Beispiel einen variablen Kondensator
Die Teilentladungsdetektorschaltung
In vorteilhaften Realisierungen umfasst die Teilentladungs-Anzeigeschaltung
In vorteilhaften Realisierungen der Schaltungsanordnung ist die Teilentladungsdetektoreinheit
In vorteilhaften Ausführungen weist die Teilentladungsdetektoreinheit
In entsprechenden Realisierungen der Schaltungsanordnung verfügt die Teilentladungsdetektoreinheit
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anzeigeeinheit
Je nach Bedarf und Anwendungsfall beinhaltet die Teilentladungsdetektorschaltung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die kombinierte Teilentladungserfassung und Spannungsprüfung mittels eines einzigen Prüfgerätes, wozu die Schaltungsanordnung z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse
In vorteilhaften Ausführungsformen weist die Schaltungsanordnung wie im Beispiel von
In vorteilhaften Ausführungsformen weist die Schaltungsanordnung für eine, zwei oder, wie im Beispiel von
Des Weiteren weist die Schaltungsanordnung in diesem Fall für mindestens eine der drei Phasen bzw. in Zuordnung zu mindestens einer der Koaxialleitungen
Schirmanschlusspunkt
Die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung
In entsprechenden Realisierungen ist ein in
In entsprechenden Realisierungen ist die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung
In vorteilhaften Realisierungen umfasst die Verbindungsleitungs-Überwachungsschaltung
Ein Steueranschluss
Die so ausgeführte Überwachungsschaltung
Tritt hingegen eine Leitungsunterbrechung der Koaxialleitung
Über den zweiten Schalttransistor
Die beiden Schalttransistoren
Die Koppelschaltung
Wenngleich dies bislang nicht explizit erwähnt wurde, versteht es sich, dass das gezeigte Spannungsprüfsystem in üblicher Weise zur Spannungsprüfung von dreiphasiger Hochspannung ausgelegt sein kann und die beschriebene Überwachung und Spannungsprüfung für jede der drei Phasen vorgesehen sein kann. Vorteilhaft ist in diesem Fall, einen gemeinsamen Anschlusspunkt für alle drei Phasen und den jeweiligen überwachten Koaxialkabelschirm bzw. Außenleiter
Bei der Leiterbrucherfassung durch die Überwachungsschaltung
Wie das gezeigte und die weiteren oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Verfügung, die in einer sehr vorteilhaften Weise die bekannten Überwachungsaufgaben der Teilentladungserfassung und der Spannungsprüfung an Mittel-/Hochspannungsanlagen erfüllt und sich dabei mit relativ geringem Schaltungsaufwand in einem einzigen, diese Funktionen kombinierenden Gerät realisieren lässt und auf Wunsch ohne jegliche Hilfsenergie sowohl für die Spannungsprüfung als auch für die Teilentladungserfassung auskommt. Die Teilentladungserfassung lässt sich automatisch auf die interessierenden Zeiträume begrenzen, in denen ein aktives Messsignal für die Spannungsprüfung ansteht. In anderen Zeiträumen kann die Teilentladungserfassung durch fehlende Energieversorgung wegen Fehlens des Messsignals inaktiv gehalten werden. Optional kann zusätzlich eine Leiterbrucherkennung als ein integraler Bestandteil der Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die in einem gemeinsamen Gerät bzw. Gerätegehäuse realisiert sein kann.As the shown and the other embodiments explained above make clear, the invention provides a circuit arrangement that fulfills the known monitoring tasks of partial discharge detection and voltage testing on medium / high voltage systems in a very advantageous manner and with relatively little circuit complexity in a single , can implement these functions combining device and, if required, can do without any auxiliary energy for both voltage testing and partial discharge detection. The partial discharge detection can be automatically limited to the periods of interest in which there is an active measurement signal for the voltage test. In other periods of time, the partial discharge detection can be kept inactive due to a lack of energy supply due to the lack of the measurement signal. Optionally, wire break detection can also be provided as an integral part of the circuit arrangement, which can be implemented in a common device or device housing.
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