DE1541755B2 - Anordnung zur Ortung elektrischer Isolationsfehler - Google Patents
Anordnung zur Ortung elektrischer IsolationsfehlerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ortung elektrischer Isolationsfehler, und im besonderen
auf eine Anordnung zum Nachweis und zur Ortung beginnender Isolationsfehler 111 eingekapselten elektrischen
Apparaten oder Geräten, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind.
.V- Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Nachweis elektrischer Isolationsfehler, wie sie in der
USA.-Patentschrift 3 173 086 vom 9. März 1965 beschrieben ist. Diese Nachweisanordnung weist einen
Kathodenstrahloszillographen auf, bei dem die Horizontalablenkung durch ein Signal ausgelöst wird, das
zusammen mit dem Auslösen einer elektrischen Störung innerhalb eines eingekapselten elektrischen Gerätes
auftritt. Eine solche elektrische Störung kann beispielsweise eine Korona- oder Funkenentladung sein.
4;. Tritt eine solche innere elektrische Störung, also beispielsweise
eine kurze Koronaentladung in einem flüssigkeitsgefüllten Tank auf, so entstehen an dieser Stelle
innerhalb der Flüssigkeit Schallwellen, die durch die Flüssigkeit hindurch bis zu den Wandungen des Tanks
;<· laufen. Wenn man nun an einem bestimmten Punkt an
der Tankwand einen Schallwandler anbringt, so gibt dieser Schallwandler nach einer gewissen Verzögerung
ein weiteres Signal ab, das dann die elektrische Störung anzeigt. Die zeitliche Verzögerung selbst bestimmt sich
durch die Zeit, die die Schallwellen benötigen, um vom Ort der elektrischen Störung bis zum Schallwandler zu
gelangen. Das Signal aus dem Schallwandler wird dann an die senkrechten Ablenkplatten des Oszillographen
angelegt, so daß der Elektronenstrahl des Oszillogra-
6c phen in einem genau bestimmten zeitlichen Verhältnis zum Anfang des horizontalen Kipps senkrecht abgelenkt
wird. Dieses zeitliche Verhältnis hängt vom Abstand zwischen dem Ort der elektrischen Störung und
dem nachweisenden Schüllwandler ab.
<■; Hauptanwendungszweek der eben beschriebenen
Anordnung ist die Ortung beginnender Isolationsfehler im Inneren, die durch das Vorhandensein von Hochfrequenz-Koronaentladungen
innerhalb des elektrischen
Gerätes vorher sagbar sind. Wenn die Frequenz der angelegten Prüfspannung beispielsweise zwischen 50
und 500 Hertz liegt, kann die Koronaentladung in Form kurzer Hochfrequenzimpulse auftreten, die sich innerhalb
einer Halbwelle der angelegten Prüfspannung mehrere Male wiederholen. Je nach dem inneren Aufbau
des elektrischen Gerätes, der Güte der Isolierung und der Amplitude und der Frequenz der angelegten
Prüfspannung können die sich wiederholenden Koronaimpulse rein statistisch mehrere Male pro Halbwelle
auftreten, oder aber in zeitlichen Abständen, die mehrere Perioden der angelegten Prüfspannung betragen.
Bei der Nachweisanordnung nach dem USA.-Patent 3 173 086 löst jeder einzelne Koronaimpuls im Schallwandler
ein Signal aus, dessen Dauer gleich der Summe aus der Dauer der Koronaentladung und der Zeit ist,
die das Signal am Ausgang des Schallwandlers zum Abklingen benötigt. Wenn nun die Koronaimpulse nur an
einer einzigen Fehlerstelle auftreten und Teitlich einen ausreichend großen Abstand voneinander haben, daß
ein Schallwandlersignal von einem Koronaimpuls vollständig abgeklungen ist, bevor der nächste Koronaimpuls
erzeugt wird, wird jedes Wandlersignal diskret und für sich auf dem Oszillographen abgelenkt. In diesem
Fall kann die zeitliche Verzögerung zwischen dem Auflösen der elektrischen Entladung (die auch die Strahlablenkung
auflöst) und dem Auslösen des Wandlersignals (und damit der senkrechten Strahlablenkung) eindeutig
festgestellt bzw. aufgelöst werden. Wenn die einzelnen Koronaimpulse einen so großen zeitlichen
Abstand voneinander haben, wird von einer intermittierenden Koronaentladung gesprochen. Wenn die Wandlersignale
von irgendeinem Koronaimpuls jedoch im Ausgang des Schallwandlers noch vorhanden sind,
wenn der nächste Koronaimpuls bereits auftritt, der die Strahlablenkung auflöst, findet am Oszillographen
(nach dem ersten Impuls) dauernd eine senkrechte Ablenkung statt, und die zeitliche Verzögerung zwischen
dem Signal, das die Strahlablenkung auslöst, und dem Schallwandlersignal, das durch irgendeinen bestimmten
Koronaimpuls hervorgerufen wird, läßt sich nicht mehr auflösen. Der Zustand, in dem sich die Koronaimpulse
zeitlich so dicht aneinander anschließen oder sich überlappen, daß sich die Schallwandlersignale gegenseitig
stören, soll anschließend als ständige Koronaentladung bezeichnet werden. Ziel der Erfindung ist daher eine
Anordnung zur Ortung elektrischer Isolationsfehler der hier interessierenden Art, bei der die Anzeige der geometrischen
bzw. der zeitlichen Verhältnisse auch bei einer ständigen Koronaentladung eindeutig durchgeführt
werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einer Anordnung zur Ortung elektrischer Isolationsfehler der
hier interessierenden Art, mit der sich aufeinanderfolgende Schallwandlersignale, die durch elektrische Fehler
an einer bestimmten Stelle hervorgerufen sind, klar gegenüber statistisch auftretenden Schallwandlersignalen
unterscheiden lassen, die von lang andauernden Signalen, Echos sowie von Schallstörungen von anderen
Fehlerstellen hervorgerufen sein können.
Bei dieser Anordnung zur Ortung von Isolationsfehlern soll es möglich sein, nach einer Reihe aufeinanderfolgender
Prüfperioden vorgegebener fester Dauer zwischen echten und störenden Signalkomponenten
unterscheiden zu können.
Weiterhin soll es möglich sein, die Unterscheidung zwischen echten und störenden Signalkomponenten
durch ein fortlaufendes und zusätzliches Analysieren von Signalen zu verbessern, die in einer kurzen Folge
von aufeinanderfolgenden Prüfperioden aufgezeichnet worden sind.
Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. .
F i g. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Fehlernachweis nach der Erfindung;
F i g. 2 ist eine graphische Darstellung und zeigt das Verfahren der Digitalanalyse, d. h. der Analog- zur Digital-Umwandlung,
die in Verbindung mit der Erfindung angewendet wird;
F i g. 3 zeigt eine Folge von Kurven und stellt den Verlauf der Schallwandlerspannungen in bestimmten
Prüfperioden dar;
Fig.4 stellt den Verlauf der resultierenden Signalspannungen
dar und zeigt getrennt die Integration der sich wiederholenden echten Signalkomponenten und
die Integration der statistischen Komponenten über mehrere Prüfperioden hinweg.
In der F i g. 1 ist ein Leistungstransformator 2 dargestellt, der auf übliche Weise in ein Gehäuse eingesetzt
ist. Das Gehäuse ist mit Öl gefüllt. Die Hochspannungsleitung für den Transformator ist mit 4 bezeichnet. Die
Hochspannungsleitung 4 wird in den Transformator mittels des Durchführungsisolators 6 eingeführt. Mit
dem Hochspannungsisolator 6 ist eine kapazitive Abgriffsleitung 8 verbunden. Das Transformatorengehäuse,
das mit 12 bezeichnet ist, ist bei 11 geerdet, während die Kapazität zwischen der Abgriffsleitung 8 und dem
geerdeten Tank durch einen Kondensator 13 dargestellt ist. Der Transformator ist normalerweise zwischen
die Hochspannungsleitung 4 und eine passende Erdverbindung (nicht gezeigt) gelegt. Er kann mit üblichem
Zubehör wie beispielsweise mit einem inneren Schalter ausgerüstet sein, mit dem sich die Verbindungen
zu verschiedenen Wicklungsabgriffen herstellen lassen. Die Hauptbestandteile des Transformators 2
sind ein Magnetkern und eine oder mehrere Spulen (nicht gezeigt), die elektromagnetische miteinander gekoppelt
sind.
Am Transformatorgehäuse 12 ist außen auf einer Wandung ein Schallwandler 10 montiert. Dieser Schallwandler
spricht auf Druckschwingungen in der Flüssigkeit an, mit der das Gehäuse gefüllt ist. Diese Druck-
4.S schwingungen können von dem untergetauchten Transformator
erzeugt werden. Der Wandler 10 wandelt mechanische Schwingungen, die ihm zugeführt sind, in entsprechende
elektrische Schwingungen um. Wie ein solcher Wandler aufgebaut werden kann, der in der Lage
51' sein muß. Schwingungen bis hinauf zu 200 kHz nachzuweisen,
ist in der USA.-Patentschrift 2 173 086 beschrieben. Es ist günstig, wenn ein solcher Wandler
elektrische Ausgangssignale abgibt, die den Eingangsschwingungen in Frequenz, Phase und Amplitude pro-
portional sind. Die elektrischen Ausgangssignale des Schallwandlers 10 werden von einem Emitterfolger 14
an einen Breitbandverstärker 16 gegeben. Der Emitterfolger 14 zeichnet sich durch eine hohe Eingangsimpedanz
und eine niedrige Ausgangsimpedanz aus, so daß der Wandler 10 und der Breitbandverstärker 16 elektrisch
voneinander getrennt sind. Die Ausgangsspannung des Wandlers kann daher nicht von der Eingangsimpedanz des Breitbandverstärkers beeinflußt werden.
Es ist zweckmäßig, einen Breitbandverstärker mit einer Empfindlichkeit von etwa 5 Mikrovolt, einer Verstärkung
von 10 000 und einen Frequenzgang zu wählen, der im Bereich von etwa 10 bis 200 kHz horizontal verläuft.
Solche Verstärker sind kommerziell erhältlich.
Der Verstärker 16 kann noch einen zusätzlichen Aus- den. Drei dieser Spuren werden zur Aufzeichnung der
gang aufweisen, an den man beispielsweise einen TeIe- Wandlersignale aus dem Breitbandverstärker 16 und
fonkopfhörer 18 anschließen kann. Dieser Kopfhörer der anderen beiden Wandlersignalen von den Leitün-
IjS wandelt elektrische Schwingungen in Schall oder in gen 20 und 22 verwendet. Ein weiterer IC aha) kann
Luftschwingungen um, die von einem Fachmann abge- 5 dazu benutzt werden, die mündlichen Feststellungen
hört werden können! Der Fachmann kann dann die eines Prüffeld-Ingenieurs aufzuzeichnen, die sich auf
Kopfhörergeräusche ausdeuten und beginnende fehler Beobachtungen bei der Prüfung beziehen. Die anderen
im Transformator 1 nächweisen, Vor denι Verstärker 16 drei Spuren können dazu verwendet werden, einmaj
kann noch ein Hochpäßfilter (nicht gezeigt) geschajtet elektrische Triggersignale von eiern kapazitiven Abgriff
sein, der Netzfrequenzen und andere niederfrequente io 8 sowie von elektrischen Koppelgliedern aufzuzeich-
Signale unterdrückt. ' ! ''' " '"''■'"'''"'['' r' -Λ: ■ ' ' nen,die die Kopplung zum Transformator 2 herstellen,
Wie in der USA-Patentschrift 3 173 086 beschrieben sofern diese als gunstig erachtet wird. In dein Aufzeichist,
kann ein Wandler wie der y/andler 10 äri yerschie: hungsgerät 28 aus Fi g.T ist nur eine Trigge'rimpulsdenen
Punkten des Transformatorgehäuses 12 ange- spur vorgesehen. ' '"'"'. ·: :
setzt werden, und der Transformator jcann überprüft 15 Die Triggersignale aus dem Verstärker 26 und ein werden, wenn der Randier W1 an irgendeiner dieser bestimmtes Waiidlersigrial,beispielsweise vorn Verstär-Stejlen angesetzt ist. Ein Fehleran5 einer ganz bestimm- ker 16, werden einem Integrations- und Speicherschajtten Stelle im Transformator ist ein, Fehler, dter Von den kreis 30 zugeführt. Bei der dargestellten Aüsführühgsverschiedenen Stellen, an denen1 der* Wändler angesetzt forni werden diese beiden Signale dem Speicherschältwerden kann, einen arideren Abstand hat. Man kann 20 kreis 30 yori den Ausgangsklemmen 32 und 34 des JkUfdaher durch einfache Preiecksberöchnung deri Fehler Zeichnungsgerätes 28 zugeführt. '· ■'■
innerhalb des Transformators lokalisieren. Man kann Hierbei ist der "'Ausgangsanschluß 34 mit einem aber auch, was die vorliegende Erfindung ebenfalls Wählschalter 36~verbunderi, so daß die Signale aus irbeinhaltet, drei oder mehrere getrennte Wandler mit gendeinerii der'Wandlerkanäle zugeführt werden könjeweiis zugeordneten Verstärkern verwenden. Jeder 25 nen. Es sei bemerkt, daß das Aufzeichnungsgerät 28 Wandler wird an einem anderen purikt an oder inner- auch weggelassen werden kann, so daß die Signale dihalb des Transforrnatorgehäuses angesetzt, so daß rekt dem Integrations- und Speicherschältkreis 30 zumehrere Abstandsbestimmungen für eine einzelne Feh- geführt werden können. Im Blockschaltbild nach Fi g. 1 lerstelie gleichzeitig aufgezeichnet oder anderweitig er- ist zwischen den Triggersignälausgang 32 des Aufzeichhalten werden können. Die Fehlerstelle wird dann be- 30 nungsgerätes 28 und einen Triggersignaleingang 42 des reits nach einem einzigen Prüfvorgäng des Transforma- Integrations- und Speicherschaltkreises 30 noch ein tors durch Dreiecksberechnung festgestellt. Die Leitun- Triggerspannungsdiskriminator 40 geschaltet. Das gen von den zusätzlichen Wandlernnjrid nachgeschaite- Wandlersignal, das am Ausgang 34 des Aufzeichnungsten Verstärkern sind durch die Leitungen 20 und 23 gerätes 28 anliegt, wird einem Signaleingang 38 zugedargestellt. ' ' ^':. ; " -■-' '·· - 35 führt. " v : ■ · ^ -
setzt werden, und der Transformator jcann überprüft 15 Die Triggersignale aus dem Verstärker 26 und ein werden, wenn der Randier W1 an irgendeiner dieser bestimmtes Waiidlersigrial,beispielsweise vorn Verstär-Stejlen angesetzt ist. Ein Fehleran5 einer ganz bestimm- ker 16, werden einem Integrations- und Speicherschajtten Stelle im Transformator ist ein, Fehler, dter Von den kreis 30 zugeführt. Bei der dargestellten Aüsführühgsverschiedenen Stellen, an denen1 der* Wändler angesetzt forni werden diese beiden Signale dem Speicherschältwerden kann, einen arideren Abstand hat. Man kann 20 kreis 30 yori den Ausgangsklemmen 32 und 34 des JkUfdaher durch einfache Preiecksberöchnung deri Fehler Zeichnungsgerätes 28 zugeführt. '· ■'■
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Der kapazitive Abgriff 8, der kapazitiv mit der Hoch- Der Triggerspannungsdiskriminator weist im we-
spannungsleitung 4 verbünden ist, ist über ein Hoch- seitlichen Schaltkreise auf, mit denen Jriggerimpulse
paßfilter'24 miteinem Breitbandverstärker 26 verbun- vom kapazitiven Abgriff 8 gemessen und ausgewählt
den. Der J-Jochpaßfilter 24 ist so ausgelegt, daß er Fre- werden können. Der Diskriminator 40, der ein kom-
quenzen unterhalb 2 bis 10 kHz unterdrückt, so daß 40 merziell erhältlicher Oszillograph sein kann, vergleicht
Schwingungen mit Netzfrequenz am Verstärker : 26 diese Signalimpulse mit einer Bezugsspannung einstell-
nicht mehr erscheinen. Der Breitbandverstärker 26 ist barer Höhe und gibt immer dann aus einem Impulsfor-
ähnlich wie der Breitbandverstärker J6 aufgebaut. Sei- mungsnetzwerk einen kleinen Impuls an den Eingang
ne Verstärkung ist demzufolge im Bereich zwischen 2 42 des Integrations- und Speicherschaltkreises 30 ab,
und 200 kHz etwa konstant. Elektrische Störungen in- 45 wenn ein Triggerimpuls vom kapazitiven Abgriff 8 her
nerhalb des Transformators 2, wie beispiejsweise eine die Bezugsspannung überschreitet. Bei einer solchen
Koronaentladung oder Funkeridurchschläge, werden Anordnung zum Nachweis und zur Ortung anfänglicher
praktisch unmittelbar durch den kapazitiven Abgriff 8 Fehler iim Inneren eines elektrischen Transformators
und das Filter 24 zum Verstärker 26 hin reflektiert. In hat sich gezeigt, daß bei mehreren FehlerstellerCdie zu
der F i g. J ist zur kopplung zwischen dem Niederspan- 5° Koronaenüadungen Anlaß geben, die Amplitude der
nungsabgriff 8 und der Hochspannungsleitung 4 eine Koronaentladung für jede Fehlerstelle eine charakteri-
kapazitive Kopplung verwendet, um die Triggerimpul- stische Amplitude hat. Es ist also möglich, nur solche
se für die Zeitablenkung zu gewinnen. Mari kann hier- Signale herauszugreifen, die aus der Koronaentladung
für jedoch auch jede beliebige elektrische Kopplung mit den Koronaimpulsen der größten Amplitude stam-
verwenden, die bei einem auf hoher Spannung liegen- 55 men. Auf diese Weise kann nach der Erfindung zwi-
den Leiter in einem von einem Gehäuse umgebenen sehen elektrischen Signalen unterschieden werden, die
Apparat möglich ist. Man kann beispielsweise durch an mehr als einer Stelle innerhalb des Transformators 2
elektrostatische oder elektromagnetische^yoVrichtun- auftreten und die sich sonst stören würden: Es ist gün-
geri die Kopplung direkt zu einer Transformatorwick- stig. wenn man den Triggerspannungsdiskriminator 40
lung herstellen. ' ""'''' · -.- * ^ a]s pjffereniiai^skrjmjnator ausbildet, ihn also mit zwei
Der Breitbandverstärker 16, die Leitungen 20 und 22 Spannungsschwellen versieht, so daß der Diskriminator
und der Breitbandverstärker 26' sind mit einem ;Äuf- 40 hur dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn die
zeichnungsgerät 28 verbunden/in dem alle Signale kon: Amplitude des Triggerimpulses die untere Bezugsspantinuierlich
aufgezeichnet werden. Das Aufzeichnungs- nungsschwelle überschreitet, die obere Bezugsspangerät
28 sollte eine Bandbreite aufweisen, die bis zu (l5 nungsschwelle jedoch nicht erreicht. Verwendet man
20OkHz reicht. Für manche Anwendungszwecke der zur Auswahl der Triggerimpulse einen derartigen Dif-.
Erfindung hat es sich als günstig erwiesen, ein Magnet- ferentialdiskriminator, so können Fehlerstellen, die Kobandaufzcichnungsgeiät
mit sieben Spuren zu verwen- ronaimpulse von geringerer Größe liefern, auch in An-
Wesenheit von Koronaentladungen nachgewiesen werden, die Signale von großer Amplitude erzeugen.
Der Integrations- und Speicherschaltkreis 30 weist einen Analog- zu Digitalumwandler sowie einen digitalen
Rechner auf, der Signalschwingungen digitalisieren und sie anschließend in einem passenden Speicher speichern
kann. Hierbei werden die Signale aus dem Wandler 10 über mehrere aufeinanderfolgende Prüfperioden
von einstellbarer, fester Dauer im Speicher aufintegriert. Die aufeinanderfolgenden Prüfperioden werden
durch Triggerimpulse ausgelöst, die praktisch gleichzeitig mit dem Auslösen einer Koronaentladung vom kapazitiven
Abgriff 8 abgeleitet und durch den Triggerspannungsdiskriminator 50 hindurchgegangen sind.
Während einer jeden Prüfperiode führt der Schaltkreis 30 eine bestimmte Anzahl von Vergleichen zwischen
der momentanen Signalamplitude und den eingestellten Bezugsspannungen durch und leitet aus jeder
momentanen Signalamplitude ein digitales Signal ab. Um zwei solcher Spannungsvergleiche auszuführen
und um aus analogen Spannungen digitale Spannungen abzuleiten, ist eine bestimmte vorgegebene Zeitspanne
notwendig. Weiterhin sind Maßnahmen getroffen, um eine bestimmte Anzahl solcher Vergleichszyklen auszuwählen,
deren Summe dann eine vorgegebene Prüfperiode darstellt. Es ist günstig, die Prüfdauer so zu wählen,
daß man diese Dauer auf der horizontalen Achse eines Oszillographen 48 oder auf einem anderen passenden
Sichtgerät darstellen kann.
Die Signalschwingungen, die während jeder Prüfperiode am Ausgang des Wandlers 10 erscheinen, werden
dem Integrationsschaltkreis 30 über den Eingang 38 zugeführt. Während des Betriebes wandelt der Integrations-
und Speicherschaltkreis 30 die Momentanamplituden der Wandlersignale in eine digitale Form um, und
zwar innerhalb einer jeden Prüfperiode. Weiterhin integriert der Speicherschaltkreis 30 die digitalisierten
Momentanwerte in einem passenden elektrischen oder magnetischen Speicher auf, so daß ein integriertes
Wandlersignal entsteht, dessen Dauer gleich einer Prüfperiode ist. Integrations- und Speicherschaltkreise, die
man für den Integrations- und Speicherschaltkreis verwenden kann, sind kommerziell erhältlich.
Der Oszillograph 48 ist mit einem Eingang 46 zur Fremdauslösung der Strahlablenkung versehen. Weiterhin
weist er einen Eingang 52 für die Ablenkung in K-Richtung auf. Diese beiden Eingänge des Oszillographen
sind mit den Ausgängen 44 und 50 des Integrations- und Speicherschaltkreises 30 verbunden. Wenn
eine Darstellung des Ergebnisses aus dem Oszillographen gewünscht wird, wird die horizontale Ablenkung
im Oszillographen 48 durch ein Triggersignal am Anschluß 52 ausgelöst. Gleichzeitig wird die integrierte
Signalspannung, die in dem Integrations- und Speicherschaltkreis 30 gespeichert ist, an den Anschluß 46 für
die F-Ablenkung angelegt.
Wie eine typische analog dargestellte Schwingung aus dem Wandler 10 in dem Integrations- und
Speicherschaltkreis 30 untersucht und in eine digitale Darstellung umgewandelt wird, ist in allgemeiner Form
in der F i g. 2 dargestellt In der Kurve nach F i g. 2 ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen, und zwar umfaßt
diese Zeit eine einzige Prüfperiode der Dauer T, die aus einer vorgegebenen Anzahl kleiner Vergleichsintervalle
aufgebaut ist Auf der Ordinate sind nun mehrere Bezugsspannungen aufgetragen, die nach einem willkürlichen
Maßstab zwischen 0 und ±5 liegen. Im Betrieb wird der Momentanwert einer Signalschwingung
5 in jedem Vergleichsintervall der gesamten Prüfperiode Γ mit den Bezugsspannungen verglichen. Im ersten
Vergleichsintervall il wird die Momentanamplitude der
Signalspannung 5 beispielsweise mit einer einzigen der Vergleichsspannungen verglichen, also beispielsweise
mit der Vergleichsspannung +1. Wenn die Momentamplitude der Signalspannung größer als +1 ist, wird
im Speicher ein positiver Impuls gespeichert, während ein negativer Impuls gespeichert wird, wenn die Momentanamplitude
der Signalspannung den Wert +1 nicht erreicht. Im zweiten Vergleichsintervall (2 wird
die Momentanamplitude der Signalspannung mit einem anderen Bezugsspannungswert verglichen, also beispielsweise
mit —1, und dann wird ebenfalls ein digitaler Wert gespeichert. Dieser Vorgang wird durch die
ganze Prüfperiode durch wiederholt wobei in jedem kleinen Vergleichsintervall eine andere Bezugsspannung
gewählt wird. Die Reihenfolge, in der die Bezugsspannungen gewählt werden, kann in sich willkürlich
gewählt sein, sie liegt dann aber fest. Wenn die Strahlablenkung des Oszillographen 48 ein zweites Mal ausgelöst
wird (wenn also eine weitere Prüfperiode begonnen wird), weil beispielsweise eine andere Signalschwingung
anliegt, wird nun der gleiche Punkt- für Punkt-Vergleich durchgeführt Hierzu werden die Bezugsspannungswerte
in der gleichen Folge verwendet, nur werden diese Bezugsspannungswerte gegenüber
den Vergleichsintervallen jeweils um einen Wert versetzt. Wenn nun die Signalschwingung oder eine Folge
von Signalschwingungen, die auf diese Weise digitalisiert worden ist, auch noch in analoger Form aufgezeichnet
ist, können mit der gleichen Schwingung oder den gleichen Schwingungen in dem Integrations- und
Speicherschaltkreis 30 nacheinander mehrere Prüfperioden durchgeführt werden. Außerdem kann die Überprüfung
einer jeden Signalschwingung noch dadurch verbessert werden, daß man bei jeder Wiederholung
des Prüfvorgangs die zeitliche Zuordnung zwischen der Signalschwingung und der Bezugsspannungsfolge ändert.
Wenn nun ein Spannungssignal 8 aufgezeichnet ist und mehrere Male durch den Integrationsschaltkreis 30
hindurchgeführt und in jedem Augenblick mit jedem Spannungswert der Bezugsspannung verglichen werden
kann, wird die Genauigkeit der digitalen Umwandlung verbessert. Wenn genügend Bezugsspannungswerte
verfügbar sind, so unterscheidet sich die Kurve, die im digitalen Speicher 30 gespeichert ist, nur noch wenig
vom tatsächlichen Verlauf der Kurve 5. Nimmt man das Fehlernachweis- und Ortungssystem
nach F i g. 1 in Betrieb, so werden durch aufeinanderfolgende Triggerimpulse eine Anzahl aufeinanderfolgender
Prüfperioden ausgelöst während derer der Integrationsschaltkreis 30 mit Eingangssignalen versorgt
wird. Selbst dann, wenn der Spannungsdiskriminator 40 diese auslösenden Triggerimpulse auf Koronaimpulse
beschränkt, die von einer einzigen Fehlerstelle herkommen, ändern sich die Ausgangssignale des Wandlers in
jeder Prüfperiode, da auch noch weitere statistische Schallkomponenten vorhanden sind, die von anderen
Koronaimpulsen aus der gleichen oder der vorhergehenden Prüfperiode stammen, und da weiterhin die Signale
selbst und auch die Wandlersignale nicht prompt abklingen, so daß sie von einer Prüfperiode zur nächsten
reichen. Dieses ist die sogenannte ständige Koronaentladung. In jeder Prüfperiode gleichen sich jedoch
die wenigen Signalkomponenten aus dem Wandler, die von den auslösenden Koronaimpulsen stammen, weit-
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gehend in ihrem Verlauf und treten immer eine bestimmte Zeit nach dem Auslösen der Prüfperiode auf.
Wenn jedoch die auslösenden Koronaimpulse und die Prüfperioden zeitlich ausreichend weit auseinanderliegen,
so daß alle statistischen Effekte, die in jeder Prüfperiode auftreten, auf Null abgeklungen sind, bevor die
nächste Prüfperiode beginnt (intermittierende Korona), so ist zum Auslösezeitpunkt einer jeden Prüfperiode
nur die gewünschte Signalkomponente vorhanden. In diesem Fall ist die Zeitverzögerung zwischen dem Auslösen
der Prüfperiode und dem Wandlersignal eindeutig. Das soll nun in Verbindung mit F i g. 3 näher erläutert
werden, in der für jede dieser Bedingungen generalisierte Signalkurven dargestellt sind.
In der Fig.3a stellt die Kurve A eine sinusförmige
Prüfspannung dar, die dem Transformator über die Leitung 4 zugeführt wird. Intermittierende Koronaimpulse
sollen zu den Zeiten Bi und B2 auftreten, die auf der
Kurve A markiert sind. Eine ständige Koronaentladung soll dagegen zu den Zeiten Bi und S3 auftreten, die
ebenfalls auf der Kurve A markiert sind. Die Kurve Zb zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung des Wandlers
während einer Prüfperiode, die am Zeitpunkt to beginnt und am Zeitpunkt Γ endet. Diese Prüfperiode wird vom
Koronaimpuls bei Bi ausgelöst. Wie die F i g. 3b zeigt, beginnt das Wandlersignal 51 am Zeitpunkt ή und endet
am Zeitpunkt fe. Die Zeitspanne von ft» bis fi ist diejenige Zeitspanne, die der Schall benötigt, um von
der elektrischen Fehlerstelle zum Wandler 10 zu gelangen. Ein zweiter Koronaimpuls, der zum Zeitpunkt Bi
auftritt, der auf der Kurve A markiert ist, führt auf ein Wandlersignal, das mit dem Signal Si keinen Zusammenhang
hat und die gleiche feste Zeitverzögerung zwischen to und ft aufweist.
Die F i g. 3c zeigt nun den Verlauf eines Wandlersignals wenn eine ständige Koronaentladung herrscht. In
der F i g. 3c wird eine Prüfperiode zum Zeitpunkt Bi
der angelegten Prüfspannung (F i g. 3a) ausgelöst, während der Wandler 10 bereits ein Ausgangssignal abgibt,
das von einem vorhergehenden Koronaimpuls zum Zeitpunkt Bi stammt Die F i g. 3c zeigt somit eine Signalkomponente
Si, die vom Koronaimpuls ausgelöst ist, der zum Zeitpunkt Bi entstanden ist. Die Signalkomponente
Si hat im wesentlichen den gleichen Verlauf und die gleiche Zeitverzögerung wie die Kurve Si
in F i g. 3b. Weiterhin zeigt die F i g. 3c eine statistische Signalkomponente SR, die im Ausgangssignal des
Wandlers vorhanden ist und von statistischen Schallwirkungen stammt, die von der gewünschten Signalkomponente
Si unabhängig sind. Das vom Wandler abgegebene Ausgangssignal, das in der F i g. 1 am Schalter
36 anliegt, ist die Summe der beiden Signalkomponenten Si und SR. Von diesem Gesamtsignal wird der
Zeitpunkt π verdeckt, an dem die gewünschte Signalkomponente Si ausgelöst wird.
Zur Betrachtung der Kurven aus F i g. 3 soll noch einmal daran erinnert werden, daß die einzelnen Signalkomponenten,
wie beispielsweise die Signalkurve Si, die von sich wiederholenden Koronaimpulse an
einer bestimmten Fehlerstelle stammen, in aufeinanderfolgenden Prüfperioden einen gleichen oder doch zumindest
sehr ähnlichen Verlauf haben. Zumindest gilt dieses für die Zeitspanne zwischen dem Auslösen der
Prüfperiode und dem ersten Auftreten des Wandlersignals und für die Anfangspolarität. Die statistische Signalkurve
Sr dagegen, die von Echos, statistischen Impulsen an anderen Stellen und von Dauerentladungen
herrührt, hat einen Verlauf, der von Prüfperiode zu Prüfperiode sehr verschieden ist. Wenn man also die
gewünschte Signalkomponente Si über eine Folge von Prüfperioden aufintegriert, so wird die Signalkomponente
Si verstärkt. Integriert man dagegen die störenden statistischen Signalkomponenten Sr über eine Anzahl
von Prüfperioden auf, so geht der Mittelwert der störenden Komponente gegen Null.
In der Fig.4 ist eine Prüfperiode Tdargestellt. Die
Kurve Ri stellt dabei das Resultat der Integration einer Anzahl gewünschter Signalkomponenten dar, die von
einer einzigen Fehlerstelle stammen. Das Integral der statistischen Signale über eine Anzahl von Prüfperioden
ist dagegen durch die Kurve /?2 dargestellt. Wie man sieht, ist der Größenunterschied zwischen der aufintegrierten
störenden Komponente Ri und der aufintegrierten
gewünschten Signalkomponente Ri so groß, daß die Summe dieser beiden Kurven eindeutig den
Zeitpunkt erkennen lassen, an dem die gewünschte Komponente Ri ausgelöst wird. (Die Summe dieser
beiden Kurven ist das aufintegrierte vollständige Signal, das in dem Speicherschaltkreis zur Beobachtung
gespeichert ist.)
Wie man der bisherigen Beschreibung der Anordnung zur Ortung und zum Nachweis elektrischer Isolationsfehler
entnimmt, führt ein wiederholtes Auslösen einer Folge von Prüfperioden dazu, daß in dem Integrations-
und Speicherschaltkreis 30 eine Darstellung der Signalschwingung aus dem Wandler gespeichert
wird, deren Verlauf der Summe der beiden Kurven R\ und /?2 aus F i g. 4 entspricht. Wie bereits in Verbindung
mit F i g. 2 klargestellt wurde, führt ein wiederholter Durchgang von aufgezeichneten Signalen während
der Prüfperioden für eine wiederholte digitale Analyse der Wandlersignale in jeder Prüfperiode auf eine erhöhte
Genauigkeit der Integration und auf eine erhöhte Genauigkeit der dabei entstehenden Signalschwingung.
Das Aufzeichnungsgerät 28 ist daher im Grund genommen nicht notwendig. Es stellt jedoch eine sehr
vorteilhafte Ergänzung des Integrationssystems dar und ermöglicht es, bereits nach einer verhältnismäßig
kurzen Folge von Prüfperioden mit einem ausreichenden Grad von Genauigkeit die erforderlichen Unterscheidungen
und Ortungen durchführen zu können.
Wie bereits erwähnt, kann die aufintegrierte Signalschwingung, deren Verlauf der Kurve in F i g. 4 entspricht
und die im Speicherschaltkreis 30 gespeichert ist, zur Beobachtung während einer Prüfperiode mit
dem Kathodenstrahloszillographen 48 sichtbar gemacht werden. Die Eingangsklemmen 46 und 52 des
Oszillographen sind mit den Ablenkplatten für senkrecht aufeinanderstehende Achsen des Oszillographen
verbunden. Der Anschluß 52 des Oszillographen kann beispielsweise so verschaltet sein, daß er die Strahlablenkung
im Oszillographen am Zeitpunkt to (Fig.4)
auslöst, was den Anfang einer Prüfperiode anzeigt. Die Eingangsklemme 46 des Oszillographen ist dann mit
dem Y-Verstärker des Oszillographen und mit der Ausgangsklemme
44 des Speicherschaltkreises 30 verbunden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Anordnung zur Ortung und zum Nachweis elektrischer Isolationsfehler in einem elektrischen
Gerät, das in ein mit Flüssigkeit gefülltes Gehäuse eingesetzt ist und eine isoliert durch das Gehäuse
hindurchgeführte Hochspannungszuleitung aufweist, mit einem Schallwandler, der von der möglichen
Fehlerstelle entfernt angeordnet ist und auf elektrische Entladungen beschränkter Zeitdauer an
der möglichen Fehlerstelle anspricht und nach einer gewissen Verzögerung, die der Schallausbreitung in
der Flüssigkeit von der Fehlerstelle bis zum Wandler entspricht, eine elektrische Signalschwingung erzeugt,
weiterhin mit einer Spannungsvergleichsvorrichtung, die an den Schallwandler angekoppelt ist
und eine Folge digitaler Signale erzeugt, die ein Maß für die Polarität und die Momentanamplituden
der Schallwandlerschwingung während einer Prüfperiode vorgegebener Dauer sind, und mit einem
einen Impulsgenerator aufweisenden Triggerschaltkreis, der an die Hochspannungszuleitung angekoppelt
ist und unmittelbar auf wiederholt auftretende elektrische Entladungen an der Fehlerstelle anspricht,
um die Spannungsvergleichsvorrichtung für mehrere aufeinanderfolgende Prüfperioden auszulösen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvergleichsvorrichtung ein Integrations-
und Speicherschaltkreis nachgeschaltet ist, in dem einmal die mit einer bestimmten Zeitverzögerung
auftretenden Komponente und zum anderen weitere Signalkomponenten, die laufend in statistischer
Folge auftreten und dadurch den Beginn der mit einer bestimmten Zeitverzögerung auftretenden Signalkomponente
verdecken, über mehrere Prüfperioden hinweg aufintegriert und gespeichert sind, so
daß die wiederholt mit einer bestimmten Zeitverzögerung auftretende Signalkomponente verstärkt ist,
während aus den laufend in statistischer Folge auftretenden Signalkomponenten ein Mittelwert gebildet
ist, der sehr klein ist und gegen Null geht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrations- und Speicherschaltkreis
ein Sichtdarstellungsgerät nachgeschultet ist, dessen Darstellungsperiode gleich der Prüfperiode
ist, so daß bei der Darstellung der im Integrationsund Speicherschaltkreis gemittelten und gespeicherten
Signalkomponenten die Größe der Zeitspanne bestimmbar ist, um die die gewünschte Signalkomponente
verzögert ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichsvorrichtung
mehrere ßezugsspannungeii sowie einen digitalen Vergleichsschaltkreis aufweist, der in einer Priifperiode
die /!!geführten Signalkomponenten mit den Be/ugsspauniingen in einer bestimmten Reihenfolge
vergleicht, während in der darauffolgenden Prüfperiode die Bezugsspannungen in einer anderen
Reihenfolge verglichen werden.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerschaltkreis nur auf
solche elektrischen Entladungen an der Fehlerstelle anspricht, deren Impulsspannungen größer als eine
vorgegebenen Spannungsschwelle sind oder zwischen /Avei vorgegebenen Spannungsschwellen liegen.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
zeichnet, daß der Schallwandler eine Ausgangsschwingung erzeugt, die nach Frequenz, Phase und
Amplitude den Schallschwingungen proportional ist, die auf den Wandler auffallen.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sichtdarstellungsgerät ein Elektronenstrahloszillograph.ist, dessen Horizontalablenkung beim Beginn
einer Darstellungsperiode ausgelöst ist und an dessen vertikale Ablenkplatten das resultierende Signal
angelegt ist.
7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine
digitale Integrationsstufe zur Integration der elektrischen Signalkomponenten vorgesehen ist, die
durch sich wiederholende elektrische Entladungen an der Fehlerstelle ausgelöst sind, so daß diese Signalkomponenten
von den statistisch auftretenden Signalkomponenten sowie von den direkt übertragenen
Signalkomponenten unterschiedbar sind, und daß ein Sichtdarstellungsgerät zur Darstellung der
aufintegrierten Signale vorgesehen ist, so daß die Zeitspanne meßbar ist, um die die gewünschte Signalkomponenten
verzögert sind.
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