DE1541755C3 - Anordnung zur Ortung elektrischer Isolationsfehler - Google Patents

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 in eingekapselten elektrischen Apparaten oder Geräten, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind.

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.

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 Oszillographen 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 Schallwandler ab.

Hauptanwendungszweck 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 Nachw.eisanordnung 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 zeitlich 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 4s 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 Druckschwingungen 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 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 proportional 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 Eingangsimpedan/, 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 Ausgang aufweisen, an den man beispielsweise einen Telefonkopfhörer 18 anschließen kann. Dieser Kopfhörer 18 wandelt elektrische Schwingungen in Schall oder in Luftschwingungen um, die von einem Fachmann abgehört werden können. Der Fachmann kann dann die Kopfhörergeräusche ausdeuten und beginnende Fehler im Transformator 1 nachweisen. Vor den Verstärker 16 kann noch ein Hochpaßfilter (nicht gezeigt) geschaltet sein, der Netzfrequenzen und andere niederfrequente Signale unterdrückt.

Wie in der USA.-Patentschrift 3 173 086 beschrieben ist, kann ein Wandler wie der Wandler 10 an verschiedenen Punkten des Transformatorgehäuses 12 angesetzt werden, und der Transformator kann überprüft werden, wenn der Wandler 10 an irgendeiner dieser Stellen angesetzt ist. Ein Fehler an einer ganz bestimmten Stelle im Transformator ist ein Fehler, der von den verschiedenen Stellen, an denen der Wandler angesetzt werden kann, einen anderen Abstand hat. Man kann daher durch einfache Dreiecksberechnung den Fehler innerhalb des Transformators lokalisieren. Man kann aber auch, was die vorliegende Erfindung ebenfalls beinhaltet, drei oder mehrere getrennte Wandler mit jeweils zugeordneten Verstärkern verwenden. Jeder Wandler wird an einem anderen Punkt an oder innerhalb des Transformatorgehäuses angesetzt, so daß mehrere Abstandsbestimmungen für eine einzelne Fehlerstelle gleichzeitig aufgezeichnet oder anderweitig erhalten werden können. Die Fehlerstelle wird dann bereits nach einem einzigen Prüfvorgang des Transformators durch Dreiecksberechnung festgestellt. Die Leitungen von den zusätzlichen Wandlern und nachgeschalteten Verstärkern sind durch die Leitungen 20 und 23 dargestellt.

Der kapazitive Abgriff 8, der kapazitiv mit der Hochspannungsleitung 4 verbunden ist, ist über ein Hochpaßfilter 24 mit einem Breitbandverstärker 26 verbunden. Der Hochpaßfilter 24 ist so ausgelegt, daß er Frequenzen unterhalb 2 bis 1OkHz unterdrückt, so daß Schwingungen mit Netzfrequenz am Verstärker 26 nicht mehr erscheinen. Der Breitbandverstärker 26 ist ähnlich wie der Breitbandverstärker 16 aufgebaut. Seine Verstärkung ist demzufolge im Bereich zwischen 2 und 200 kHz etwa konstant. Elektrische Störungen innerhalb des Transformators 2, wie beispielsweise eine Koronaentladung oder Funkendurchschläge, werden praktisch unmittelbar durch den kapazitiven Abgriff 8 und das Filter 24 zum Verstärker 26 hin reflektiert. In der F i g. 1 ist zur Kopplung zwischen dem Niederspannungsabgriff 8 und der Hochspannungsleitung 4 eine kapazitive Kopplung verwendet, um die Triggerimpulse für die Zeitablenkung zu gewinnen. Man kann hierfür jedoch auch jede beliebige elektrische Kopplung verwenden, die bei einem auf hoher Spannung liegenden Leiter in einem von einem Gehäuse umgebenen Apparat möglich ist. Man kann beispielsweise durch elektrostatische oder elektromagnetische Vorrichtungen die Kopplung direkt zu einer Transformatorwicklung herstellen.

Der Breitbandverstärker 16, die Leitungen 20 und und der Breitbandverstärker 26 sind mit einem Aufzeichnungsgerät 28 verbunden, in dem alle Signale kontinuierlich aufgezeichnet werden. Das Aufzeichnungsgerät 28 sollte eine Bandbreite aufweisen, die bis zu 200 kHz reicht. Für manche Anwendungszwecke der Erfindung hat es sich als günstig erwiesen, ein Magnetbandaufzeielinungsgerät mit sieben Spuren zu verwenden. Drei dieser Spuren werden zur Aufzeichnung der Wandlersignale aus dem Breitbandverstärker 16 und der anderen beiden Wandlersignalen von den Leitungen 20 und 22 verwendet. Ein weiterer Kanal kann dazu benutzt werden, die mündlichen Feststellungen eines Prüffeld-Ingenieurs aufzuzeichnen, die sich auf Beobachtungen bei der Prüfung beziehen. Die anderen drei Spuren können dazu verwendet werden, einmal elektrische Triggersignale von dem kapazitiven Abgriff ίο 8 sowie von elektrischen Koppelgliedern aufzuzeichnen, die die Kopplung zum Transformator 2 herstellen, sofern diese als günstig erachtet wird. In dem Aufzeichnungsgerät 28 aus F i g. 1 ist nur eine Triggerimpulsspur vorgesehen.

Die Triggersignale aus dem Verstärker 26 und ein bestimmtes Wandlersignal, beispielsweise vom Verstärker 16, werden einem Integrations- und Speicherschalt-■■ kreis 30 zugeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform werden diese beiden Signale dem Speicherschaltkreis 30 von den Ausgangsklemmen 32 und 34 des Aufzeichnungsgerätes 28 zugeführt.

Hierbei ist der Ausgangsanschluß 34 mit einem Wählschalter 36 verbunden, so daß die Signale aus irgendeinem der Wandlerkanäle zugeführt werden können. Es sei bemerkt, daß das Aufzeichnungsgerät 28 auch weggelassen werden kann, so daß die Signale direkt dem Integrations- und Speicherschaltkreis 30 zugeführt werden können. Im Blockschaltbild nach F i g. Γ ist zwischen den Triggersignalausgang 32 des Aufzeichnungsgerätes 28 und einen Triggersignaleingang 42 des Integrations- und Speicherschaltkreises 30 noch ein Triggerspannungsdiskriminator 40 geschaltet. Das Wandlersignal, das am Ausgang 34 des Aufzeichnungsgerätes 28 anliegt, wird einem Signaleingang 38 zugeführt.

Der Triggerspannungsdiskriminator weist im wesentlichen Schaltkreise auf, mit denen Triggerimpulse vom kapazitiven Abgriff 8 gemessen und ausgewählt werden können. Der Diskriminator 40, der ein kommerziell erhältlicher Oszillograph sein kann, vergleicht diese Signalimpulse mit einer Bezugsspannung einstellbarer Höhe und gibt immer dann aus einem Impulsformungsnetzwerk einen kleinen Impuls an den Eingang 42 des Integrations- und Speicherschaltkreises 30 ab, wenn ein Triggerimpuls vom kapazitiven Abgriff 8 her die Bezugsspannung überschreitet. Bei einer solchen Anordnung zum Nachweis und zur Ortung anfänglicher Fehler im Inneren eines elektrischen Transformators hat sich gezeigt, daß bei mehreren Fehlerstellen, die zu Koronaentladungen Anlaß geben, die Amplitude der Koronaentladung für jede Fehlerstelle eine charakteristische Amplitude hat. Es ist also möglich, nur solche Signale herauszugreifen, die aus der Koronaentladung mit den Koronaimpulsen der größten Amplitude stammen. Auf diese Weise kann nach der Erfindung zwischen elektrischen Signalen unterschieden werden, die an mehr als einer Stelle innerhalb des Transformators 2 auftreten und die sich sonst stören wurden. Es ist günstig, wenn man den Triggerspannungsdiskriminator 40 als Differentialdiskriminator ausbildet, ihn also mit zwei Spannungsschwellen versieht, so daß der Diskriminator/ 40 nur dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn die Amplitude des Triggerimpulses die untere Bezugsspannungsschwelle überschreitet, die obere Bezugsspannungsschwelle jedoch nicht erreicht. Verwendet man zur Auswahl der Triggerimpulse einen derartigen Differentialdiskriminator, so können Fehlerstellen, die Koronaimpulse 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 V-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 V-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 Tmit den Bezugsspannungen verglichen. Im ersten Vergleichsintervall fl wird die Momentanamplitude der Signalspannung S 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 F i g. 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 Bl auftreten, die auf der Kurve A markiert sind. Eine ständige Koronaentladung soll dagegen zu den Zeiten Bi und B3 auftreten, die ebenfalls auf der Kurve A markiert sind. Die Kurve 3b zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung des Wandlers während einer Prüfperiode, die am Zeitpunkt ίο beginnt und am Zeitpunkt 7"endet. Diese Prüfperiode wird vom Koronaimpuls bei Bi ausgelöst. Wie die F i g. 3b zeigt, beginnt das Wandlersignal 51 am Zeitpunkt fi und endet am Zeitpunkt ti. Die Zeitspanne von ta bis π 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 ii 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 B\ 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 h 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 Γ dargestellt. Die Kurve R\ 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 R2 dargestellt. Wie man sieht, ist der Größenunterschied zwischen der aufintegrierten störenden Komponente /?2 und der aufintegrierten gewünschten Signalkomponente Ri so groß, daß die Summe dieser beiden Kurven eindeutig den Zeitpunkt erkennen lassen, an dem die gewünschte Komponente R\ 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 Ri 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)

Patentansprüche:

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 gekennzeichne t, daß der. Spannungsvergleichsvorrichtung ein Integrationsund 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 nachgeschaltet 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 I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichsvorrichtung mehrere Bezugsspannungen sowie einen digitalen Vergleichsschaltkreis aufweist, der in einer Prüfperiode die zugeführten Signalkomponenten mit den Bezugsspannungen 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 zwei 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 Γ 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.