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Verfahren zum Orten einer Isolationsfehlerstelle Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Orten einer Isolationsfehlerstelle eines von einem elektrischen
Leiter durchdrungenen Isolationskörpers.
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Zur Prüfung der Isolation von elektrischen Leitungen, insbesondere
von Hochspannungskabeln, auf Fehler im Isolierstoff und zur Ortsbestimmung des Fehlers
wird der Isolierstoff bekanntlich mit einer so hohen elektrischen Spannung belastet,
daß an Stellen, in denen z. B. Luft eingeschlossen ist, Glimmentladungen einsetzen.
Diese Erscheinung beruht darauf, daß in den Hohlräumen des Isolierstoffes eine so
hohe elektrische Feldstärke auftritt daß es zu Entladungen kommt. Glimmentladungen
stellen eine Folge kurzer Entladungsimpulse dar und können daher auf Grund der von
ihnen erzeugten elektromagnetischen Wellen auch noch im Bereich sehr hoher Frequenzen
nachgewiesen werden. Derartige Messungen können daher im Bereich höherer Frequenzen
durchgeführt werden.
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Bei der Herstellung von Isolierkörpern, insbesondere bei der Herstellung
der Isolierschicht von Hochspannungskabeln, kann es vorkommen, daß gelegentlich
ein Luft- oder Fremdkörpereinschluß im Isolierstoff auftritt. Im Betrieb können
dann solche Stellen zu Störungen führen.
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Es sind bereits Prüfverfahren bekannt, mit deren Hilfe man Sprühentladungen
in Isolierstoffen von Hochspannungskabeln feststellen kann. Zu diesem Zweck wird
das noch nicht mit einem - leitenden Mantel versehene Hochspannungskabel durch eine
Ringelektrode gezogen, die in einen mit leitender Flüssigkeit gefüllten Trog eingetaucht
ist. Zwischen der Kabelseele und der Ringelektrode ist die Prüfspannung angelegt.
Treten wegen irgendwelcher Fehler in der Isolierschicht des Hochspannungskabels
Entladungen auf, so werden diese durch Anzeigeorgane gemeldet, wobei als Empfänger
die Ringelektrode selbst dient. Diese Methode ermöglicht zwar eine sichere Feststellung
von Fehlern; sie erlaubt aber keine genaue Ortung der Fehlerstelle.
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Bei der Ausbesserung der Fehlerstelle muß daher ein verhältnismäßig
großes Stück des Isolierstoffs entfernt und ersetzt werden.
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Es sind auch Prüfverfahren für Isolatoren bekannt. An Isolatoren
können im Betrieb Kriechströme auftreten, die im Lauf der Zeit zur Zerstörung des
Isolationskörpers führen. Diese Kriechströme erzeugen hochfrequente Schwingungen,
die mittels Meßeinrichtungen feststellbar sind. Diese Meßeinrichtungen ermöglichen
aber nur die Feststellung schon bestehender elektrischer Störungen.
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Es ist auch eine Reihe von Verfahren zur Feststellung von Störungen
in Leitungen bekannt, die nur unter der Voraussetzung von Kurzschlüssen in den Leitungen
angewandt werden können. Sie beruhen darauf, daß sich durch Kurzschlüsse in den
Kabeln auch die Stromflüsse ändern; die örtliche Größe der Ströme im Kabel wird
mittels besonderer Meßeinrichtungen ermittelt.
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Wegen der Empfindlichkeit dieser bekannten Verfahren bezüglich Fremdspannungen
und wegen der nur ungenauen und zum Teil sehr aufwendigen Fehlerortsertnittlung
konnten die bekannten Verfahren nicht den gewünschten Erfolg bringen. Es ist weiter
zu beachten, daß in den Fertigungsstätten meist starke elektromagnetische Störfelder
herrschen, so daß die zu prüfenden Kabellängen, wie Empfangsantennen wirkend, hohe
Störspannungen annehmen. Unter diesen Umständen sind Messungen oft nur sehr schwer
möglich, weil zum Nachweis der Glimmentladungen sehr empfindliche Meßempfänger benutzt
werden müssen. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein
Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe eine sehr exakteFehlerortsbestimmung auch
unter schwierigen Bedingungen möglich ist.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt die Ortung einer Isolationsfehlerstelle
durch die kombinierte Anwendung folgender, teils an sich bekannter Maßnahmen, nämlich
Überziehen des Isolationskörpers mit einer elektrisch schlechtleitenden Schicht,
so daß diese den Leiter nicht berührt, falls eine solche Schicht nicht bereits anderweitig
an sich vorgesehen ist; Anbringen von zwei einen Meßabschnitt in der Längsrichtung
des Leiters eingrenzenden Zuführungselektroden auf der Überzugsschicht; Anlegen
einer Prüfhochspannung zwischen dem Leiter des Isolationskörpers einerseits und
den beiden Zuführungselektroden der Überzugsschicht anderer-
seits
von solcher Höhe, daß noch keine tÇberschlagsentladung auftritt; und Abtasten der
Längsspannung zwischen den Zuführungselektroden mit Hilfe von zwei in bezug auf
die Ausdehnung des Meßabschnitts in geringem Abstand voneinander befindlichen Abtastelektroden,
an die ein auf Koronaentladungen am Fehlerort ansprechendes Hochfrequenzanzeigegerät
angeschlossen ist.
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An einer Fehlerstelle ergeben sich bei Spannungsbeanspruchung infolge
der Entladungsimpulse Verschiebungsströme zwischen dem Leiter und der potentialsteuernden
schlechtleitenden Schicht auf der Außenseite der Isolation, von wo aus sie dann
nach beiden Richtungen über die Zuführungselektroden abfließen. In der potentialsteuernden
Schicht bilden sich deshalb die Potentialfälle aus. Bei relativ hohem Längswiderstand
dieser Schicht nehmen die Potentialabfälle mit der Entfernung vom Fehlerort ab,
weil das System Leitschicht-Erde eine verhältnismäßig hohe Dämpfung besitzt. Diese
Potentialabfälle werden in vorteilhafter Weise für die Fehlerortung ausgenutzt.
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Dazu kann man das zu prüfende Kabel über zwei Sonden hinweggleiten
lassen, die den Spannungsabfall an der schlechtleitenden Schicht kapazitiv oder
galvanisch abgreifen und einem Anzeigegerät zuführen. Bei der Annäherung an eine
Fehlerstelle nimmt die Meßgröße zu. Wenn die Fehlerstelle zwischen den beiden Sonden
liegt, so ist die Abgriffspannung Null, weil sich dann die zu den beiden Zuführungselektroden
in entgegengesetzter Richtung abfließenden Ströme kompensieren. Vorteilhaft kann
es jedoch sein, die Voraussetzung zu schaffen, daß die Ströme in beiden Richtungen
gleich groß sind; diese kann durch eine Erdung der Leitschicht im gleichen Abstand
beiderseits der Abgriffsonden, beispielsweise mittels der Zuführungselektroden,
erfüllt werden. Eine derartige Erdung ist auch aus Sicherheitsgründen notwendig,
weil andernfalls die Leitschicht durch den Verschiebungsstrom der Prüfspannung gefährliches
Potential annehmen kann. Es wird so zunächst auch bei einem schnellen Ablauf des
Prüfvorganges eine Fehlerstelle durch Anzeige gemeldet. Die genaue Ortung ergibt
dann das scharfe Minimum der Anzeige, das man beim langsamen Hinweggleiten der Sonden
über die Fehlerstelle beobachten kann.
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Durch symmetrische Anordnung der beiden Sonden nach der Art eines
Dipols wird die Meßanordnung gegenüber fremden Störquellen äußerst unempfindlich.
Die kapazitiven Beeinflussungen der Sonden, die von Störspannungen auf dem Stromleiter
des Kabels herrühren, sind so in ihren Wirkungen gegeneinandergerichtet, daß im
Meßkreis nur über eine Unsymmetrie Störspannung entstehen kann.
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Weiterhin kann aus dem breiten Frequenzspektrum des Entladungsvorganges
durch einen selektiven Meßverstärker nur ein verhältnismäßig schmales Frequenzband
herausgesiebt werden. Um die Meßanordnung ausreichend empfindlich aufbauen zu können,
kann man die Sonden an einen symmetrischen Schwingkreis ankoppeln, der auf die Meßfrequenz
abgestimmt ist. Dieser Schwingkreis ist vorteilhafterweise über ein einstellbares
Kopplungsmittel mit einem Meßverstärker verbunden. Dadurch hat man die Möglichkeit,
selektiven Störern (z. B. Sendern mit hohen Feldstärken) auszuweichen und die Verstärkung
sehr weit zu treiben. Die nach der Er-
findung durchgeführte Messung ist zwar gegen
Fremdspannungen im allgemeinen unempfindlich; diese Fremdspannungen können aber
bewirken, daß der Verstärkungsgrad des an die Prüfvorrichtung angeschlossenen Meßverstärkers
nicht so hoch gewählt werden kann wie bei einer Frequenz, bei der keine starken
Fremdspannungen auftreten.
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Das neue Verfahren zum Orten einer Isolationsfehlerstelle ist auch
bei Isolatoren anwendbar, die einen Innenleiter, z. B. eine metallische Stütze,
aufweisen. Bei ihnen wird die schlechtleitende Schicht zum Zwecke der Prüfung aufgetragen.
Bei Kabeln, die bereits fabrikationsmäßig mit einer schlechtleitenden Schicht auf
der Isolierhülle versehen werden, z. B. bei Hochspannungskabeln, erfolgt die Prüfung
vorteilhafterweise nach dem Aufbringen der schlechtleitenden Schicht während der
Kabelherstellung.
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An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
wird im folgenden eine Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
näher beschrieben.
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In dem Ausführungsbeispiel soll der mit einer Isolierhülle 1 und
einer schlechtleitenden Deckschicht 2 umgebene Leiter 3 untersucht werden. Zu diesem
Zweck wird der Innenleiter3 mit einer genügend hohen Prüfspannung beaufschlagt.
Als Meßeinrichtung dient der abgestimmte Schwingkreis 4 mit den beiden Meßsonden
5. Diese Meßsonden kann man als Bügel oder auch als Rollen ausbilden, die entweder
galvanisch oder über eine dünne Isolierschicht kapazitiv die Deckschicht abtasten.
Die beiden Erdverbindungen 6 für die schlechtleitende Schicht 2 können über als
Metallrollen ausgebildete Zuführungselektroden hergestellt werden. Um eine gute
Anpassung zwischen den Meßsonden und einem selektiven, hier nicht dargestellten
Meßverstärker zu erreichen, ist eine Koppelstufe 7 vorgesehen. Befindet sich z.
B. an der Stelle 8 der zu prüfenden Isolierstoffschicht eine Störstelle, so laufen
die Störströme 9 in dem durch die Pfeile angedeuten Sinne von der Störstelle weg.
Der Schwingkreis 4 kann in dem dargestellten Fall, bei dem sich die Störstelle in
der Mitte der beiden Sonden befindet, durch diese Störströme nicht angeregt werden,
weil die beiden Ströme phasengleich und gleich groß sind. Zu beiden Seiten der Störstelle
tritt jedoch an der halbleitenden Schicht ein starkes Spannungsgefälle, hervorgerufen
durch die Störströme der Glimmentladungen, auf, so daß der Schwingkreis bereits
bei kleinen Bewegungen von der Störstelle weg zunächst stark, aber mit zunehmender
Entfernung von der Störstelle wieder schwächer angeregt wird. Es ergibt sich so
beim Überstreichen der festzustellenden Störstelle ein sattelförmiger Spannungsverlauf,
der an der Störstelle einen scharfen Einbruch aufweist.