DE19647686A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer elektromagnetischen Testsignalfolge für eine Teilentladungsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Testsignalfolge für eine Teilent­ ladungsmeßeinrichtung, insbesondere in einer Hochspannungsan­ lage, die eine Nutzwechselspannung führt.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus dem Fachar­ tikel "Gas-Insulated Substations", Proceedings of the Inter­ national Symposium on Gas Insulated Substations, Toronto On­ tario, Kanada 1986, S. 313-321 bekannt. Dort werden Testsi­ gnale mittels einer sogenannten Entladungsquelle erzeugt, die aus einer auf Erdpotential befindlichen Elektrode und einer in einstellbarer Entfernung zu dieser angeordneten isolierten Elektrode besteht, wobei unter dem Einfluß des elektrischen Feldes in einer Schaltanlage sich eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden einstellt, die ggf. zu Teilentladun­ gen führt.

Aus dem IEEEC Standard "Partial Discharge Massurement" Publi­ kation 270/1981, S. 25, 5.2.1 letzter Absatz sind batteriebe­ triebene Impulsgeneratoren für die Kalibrierung von Teilent­ ladungsmessungen bekannt.

Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung von Testsignalen für die Teilentladungsmessung sind die Test­ signale nicht auf einfache Weise genügend gezielt in der ge­ wünschten Form herbeiführbar.

Die elektromagnetischen Signale, die eine Teilentladung in einem elektrischen System erzeugt, sind einerseits von der Art ihrer Entstehung, andererseits von der Art ihrer Weiter­ leitung beeinflußt, so daß die Gestalt der Signale beispiels­ weise auch von der Gestalt des Innenraums einer Hochspan­ nungsschaltanlage oder eines Rohrgasleiters abhängig ist.

Da es bei der Teilentladungsmessung nicht nur auf die Erfas­ sung der Intensität von Teilentladungssignalen, sondern auch auf die möglichst genaue Erfassung des Signalverlaufs an­ kommt, müssen die Testsignale in ihrer Gestalt realen Teilentladungssignalen möglichst ähnlich sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Erzeugung von elektromagnetischen Testsignalen zu schaffen, die in mög­ lichst gezielter Weise die Erzeugung von möglichst für den jeweiligen Einsatzfall charakteristischen Signalen bzw. Si­ gnalfolgen erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine von einer Meßsonde der Teilentladungsmeßeinrichtung verschiedene Sen­ dersonde und eine mit dieser verbundene Datenverarbeitungs­ einrichtung mit einer Speichereinrichtung, in der aus realen Teilentladungssignalen (Signalen erster Art) gewonnene charakteristische Parameter gespeichert sind, und mit einer Sendeeinrichtung, die aus den gespeicherten Parametern Si­ gnale zweiter Art, die bedarfsweise den Signalen realer Teilentladungen in bezug auf die wesentlichen Parameter ent­ sprechen, erzeugt und diese mittels der Sendersonde aus­ sendet.

Mittels einer entsprechenden Aufzeichnungsvorrichtung werden Signalfolgen von tatsächlich stattfindenden Teilentladungen ahnlich wie von einer Teilentladungsmeßeinrichtung erfaßt und weitergeleitet an eine Datenverarbeitungseinrichtung, die den so erfaßten Signalen charakteristische und in einem Mas­ senspeicher speicherbare Parameter zuordnet, aus denen auf elektronischem Wege die Signale rekonstruiert und mittels einer Sendeeinrichtung wieder abgegeben werden können. In der Speichereinrichtung können somit zu jedem vorher erfaßten Teilentladungsvorgang die entsprechenden charakteristischen Parameter hinterlegt sein. Insbesondere stehen in der Spei­ chereinrichtung Parameter zur Verfügung, die das Aussenden verschiedener Varianten von Teilentladungssignalfolgen (Signale zweiter Art) erlauben, die für bestimmte Teilentla­ dungsvorgänge (beispielsweise freie Partikel, Spitzenentla­ dungen) typisch sind.

Die Aussendung dieser Signale bzw. Signalfolgen zweiter Art, die den realen Signalen sehr ähnlich sind, geschieht bei­ spielsweise durch eine HF- oder UHF-Sendersonde.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in der Speichereinrichtung der Datenverarbeitungseinrichtung von den Signalen realer Teilentladungen jeweils als charakte­ ristische Parameter ihre Intensität und die Phasenlage und Periodennummer in bezug auf die Nutzwechselspannung der Hoch­ spannungsanlage gespeichert sind.

Die Intensität, insbesondere die Amplitude und Phasenlage so­ wie Periodennummer eines von einer Teilentladung herrührenden elektromagnetischen Impulses bzw. Signals in bezug auf die Nutzwechselspannung der Hochspannungsanlage, insbesondere einer Hochspannungsschaltanlage oder eines Rohrgasleiters (im Regelfall 50 oder 60 Hz Wechselspannung im Hochspan­ nungsbereich) stellen sehr aussagekräftige Parameter für die Analyse von Teilentladungen dar. In Kenntnis der Intensität, insbesondere repräsentiert durch die Amplitude und der Phasen­ lage der bei einer Teilentladung entstehenden Signale können meistens nähere Aussagen über die Natur der Teilentladung (beispielsweise Spitzenentladung oder freies Teilchen) ge­ macht werden. Unter der Periodennummer wird die Anzahl der von einem willkürlich gewählten Zeitpunkt an verstreichenden Perioden der Nutzwechselspannung verstanden. Die Perioden­ nummer erlaubt somit die Einordnung von Signalen in einen langfristigen Zeitrahmen, um Entwicklungstendenzen bei der Entwicklung von Teilentladungen über Stunden und Tage verfol­ gen und analysieren zu können. Als Maß für die Intensität kann auch die Fläche unter der das Signal darstellenden Kurve vorteilhaft angenommen werden.

Andererseits können aus diesen Parametern in der Sendeein­ richtung auf umgekehrtem Weg Signale zweiter Art gewonnen werden, die als elektromagnetische Signale abgestrahlt werden können und die entsprechenden Informationen über die Art der Teilentladung enthalten. Diese Signale der zweiten Art können erfindungsgemäß als Testsignale für eine Teilentladungs­ meßeinrichtung verwendet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine erste Sonde zur Erfassung realer Teilentla­ dungssignale mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist und daß die Datenverarbeitungseinrichtung eine Um­ setzeinrichtung zur Umsetzung der realen Teilentladungs­ signale vom hochfrequenten Bereich in den Niederfrequenzbe­ reich sowie einen Analog-Digital-Wandler aufweist.

Durch die Umsetzung der Signale erster Art in den Niederfre­ quenzbereich und die anschließende AD-Wandlung kann die Be­ stimmung der charakteristischen Parameter der realen Teilent­ ladungssignale nachfolgend auf einfache Weise digital in der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen. Die Parameter werden dann in der Speichereinrichtung für eine nachfolgende Erzeu­ gung von Testsignalfolgen gespeichert.

Durch eine vorteilhafte benachbarte Anordnung der ersten Sonde zur Sendersonde ist gewährleistet, daß eventuelle Ver­ zerrungen, die bei der Erfassung der elektromagnetischen Si­ gnale erster Art durch die spezielle räumliche Anordnung der ersten Sonde eingetreten sind, in umgekehrter Richtung bei der Aussendung der Signale zweiter Art berücksichtigt und so­ mit im wesentlichen kompensiert werden.

Ein räumliches Verteilungsmuster der elektromagnetischen Teilentladungsimpulse läßt sich auf diese Weise reproduzie­ ren, so daß besonders realistische Verhältnisse bei der Er­ zeugung von Testsignalen vorliegen.

Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der Sendeeinrichtung ein Sensor zur laufenden Be­ stimmung von Intensität und Phase der Nutzwechselspannung der Hochspannungsanlage zugeordnet ist und daß die Sendeeinrich­ tung in Abhängigkeit von der Phase und Periodennummer der Nutzspannung Signale an die Sendersonde ausgibt, deren Inten­ sität von den in der Speichereinrichtung gespeicherten Para­ metern abhängt.

Die Erfindung kann auch vorteilhaft dadurch ausgestaltet wer­ den, daß die Sendersonde mit der ersten Sonde identisch ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer elektromagneti­ schen Testsignalfolge für eine Teilentladungsmeßeinrichtung in einer Hochspannungsanlage, die eine Nutzwechselspannung führt, bei dem eine zum Abgeben von elektromagnetischen Si­ gnalen in ein Gehäuse der Hochspannungsanlage geeignete Sen­ dersonde mit einer Folge von elektrischen Signalen beauf­ schlagt wird, deren Intensität, Phasenlage und insbesondere Periodennummer in bezug auf die Nutzwechselspannung der Hochspannungsanlage den entsprechenden Parametern einer vor­ her bei Auftreten einer realen Teilentladung gemessenen und bezüglich der Parameter gespeicherten Signalfolge entspricht.

Es können bei einem solchen Verfahren vorteilhaft nacheinan­ der Testsignale mit für unterschiedliche Bedingungen der Hochspannungsanlage charakteristischen Parametern erzeugt werden. Hierdurch wird eine Mehrzahl von Signalen erzeugt, die im wesentlichen das Spektrum der realistisch vorkommenden Teilentladungsimpulse widerspiegelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend näher er­ läutert.

Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch einen Teil einer gekap­ selten Hochspannungsschaltanlage, Fig. 2 schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung.

Die Fig. 1 zeigt eine metallgekapselte gasisolierte Hoch­ spannungsanlage mit einem Kapselungsgehäuse 1, einem Hoch­ spannungsleiter 2 und zwei Anschlußflanschen 3, 4, die mit­ tels je eines Deckels gasdicht verschlossen sind, durch den je eine Meßleitung 5, 6 gasdicht durchgeführt ist. Mit der jeweiligen Meßleitung 5, 6 ist jeweils eine Elektrode 7, 8 leitend verbunden, wobei eine Elektrode 7 die erste Sonde und die Sendersonde der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine andere Elektrode 8 eine Meßsonde der Teilentladungsmeßein­ richtung bildet.

Die Teilentladungsmeßeinrichtung 6, 8, 9 weist eine elektro­ nische Datenauswertungseinheit 9 auf, wie sie beispielsweise aus dem Fachartikel "Conference Record of the 1988 IEEE In­ ternational Symposium on Electrical Insulation", Kranz and Krump, S. 246-249 bekannt ist. Diese Teilentladungsmeßein­ richtung ist dazu vorgesehen, Teilentladungssignale aufzuneh­ men und zu analysieren, um die Zuordnung zu bestimmten in der Schaltanlage vorliegenden physikalischen Umgebungsbedingungen zu erlauben.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Teilentla­ dungsquelle, beispielsweise in Form einer Spitze oder eines freien Partikels dargestellt, an der bei Anlegen einer Hoch­ spannung an den Hochspannungsleiter 2 Teilentladungen erzeugt werden. Es kann beispielsweise bei einer ersten Montage eines Prototyps der Schaltanlage eine solche Teilentladungsquelle absichtlich in die Hochspannungsanlage eingebracht werden.

Dann wird die erste Sonde 7 aktiviert, so daß die durch die Teilentladungen entstehenden elektromagnetischen Signale, deren Wanderungsrichtung beispielsweise durch die Pfeile 11, 12 angedeutet ist, von dieser aufgenommen bzw. ausgekoppelt und mittels der Meßleitungen 5 an die Datenverarbeitungsein­ richtung 13 weitergeleitet werden.

Wie in der Fig. 2 dargestellt, weist die Datenverarbeitungs­ einrichtung 13 einen Umsetzer 14 auf, der die von der ersten Sonde 7 aufgenommenen elektromagnetischen Signale vom UHF-Be­ reich (bis Gigaherzbereich) in den niederfrequenten Bereich umsetzt, wobei der sich ergebende Signalverlauf in etwa die Einhüllende des UHF-Signalverlaufes bildet oder die Fläche unter der Kurve repräsentiert.

Der Signalverlauf im niederfrequenten Bereich wird dann in einem Analog-Digital-Wandler 15 digitalisiert und darauf be­ züglich jedes einzelnen Teilentladungsvorganges auf seine In­ tensität bzw. die Phasenlage und Periodennummer im Verhältnis zur Nutzwechselspannung der Hochspannungsanlage in einer Analyseeinrichtung 16 analysiert. Die sich ergebenden Werte für Intensität, Phasenlage und Periodennummer werden in einem Massenspeicher 17 hinterlegt und stehen zur Reproduktion von entsprechenden elektromagnetischen Signalen, insbesondere im niederfrequenten Bereich zur Verfügung.

Zu diesem Zweck ist dem Massenspeicher 17 eine Sendeeinrich­ tung 18 nachgeordnet, die bei Bedarf über eine erste Leitung 19 einen elektrischen Impuls ausgibt, dessen Intensität der gespeicherten Intensität eines zu reproduzierenden Teilentla­ dungssignals entspricht. Mittels dieses elektrischen Impulses wird über einen Widerstand 20 eine Ladekapazität 21 in Form eines Ladekabels aufgeladen.

Die Ladekapazität 21 wird zu einem Zeitpunkt, der der zu re­ produzierenden Phasenlage des zu erzeugenden Teilentladungs­ signals entspricht, durch Einschaltung des Schalters 22 mit der Meßleitung 5 der nun als Sendersonde wirkenden Elektrode 7 verbunden.

Somit ist es mittels der Sendeeinrichtung 18 möglich, einen elektrischen Impuls zu der Sonde 7 zu leiten und als Signal auszusenden, das in bezug auf Intensität, Phasenlage und Periodennummer den charakteristischen Werten eines gemessenen Teilentladungssignals von der Teilentladungsquelle 10 entspricht. Die Teilentladungsquelle ist somit nach einmali­ ger Speicherung genügend vieler Parameter nicht mehr notwen­ dig.

Mittels der Sendersonde 7 kann ein solches elektrisches Si­ gnal in Form einer elektromagnetischen Welle (Signal zweiter Art) abgestrahlt werden und es wird wenigstens im Bereich des Pfeils 12 und weiter in Richtung der Teilentladungsmeßsonde 8 eine elektromagnetische Testsignalfolge erzeugt, die den von der Teilentladungsquelle 10 im Falle einer tatsächlichen Teilentladung ausgesendeten Signalen entspricht.

Ein solches willkürlich erzeugtes Teilentladungssignal (Signal zweiter Art) macht somit die tatsächliche Erzeugung von Teilentladungen beim Test bzw. der Kalibrierung der Teilentladungsmeßeinrichtung 6, 8, 9 einer Schaltanlage bei der Inbetriebnahme bzw. nach einer Wartung überflüssig. Somit können sowohl der Zeitaufwand als auch der finanzielle Aufwand bei Montage, Wartung bzw. Inbetriebnahme von Hoch­ spannungsanlagen, insbesondere Hochspannungsschaltanlagen bzw. Rohrgasleitern erheblich verringert werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung (5, 7, 13) zur Erzeugung einer elektromagneti­ schen Testsignalfolge für eine Teilentladungsmeßeinrichtung (6, 8, 9), insbesondere in einer Hochspannungsanlage, die eine Nutzwechselspannung führt, gekennzeichnet durch eine von einer Meßsonde (8) der Teilentladungsmeßeinrichtung (6, 8, 9) verschiedene Sendersonde (7), eine mit dieser ver­ bundene Datenverarbeitungseinrichtung (13) mit einer Spei­ chereinrichtung (17), in der aus realen Teilentladungssigna­ len (Signalen erster Art) gewonnene charakteristische Parame­ ter gespeichert sind, und mit einer Sendeeinrichtung (18), die bedarfsweise aus den gespeicherten Parametern Signale zweiter Art, die den Signalen realer Teilentladungen in bezug auf die wesentlichen Parameter entsprechen, erzeugt und diese mittels der Sendersonde (7) aussendet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung (17) der Datenverarbeitungsein­ richtung (13) von den Signalen realer Teilentladungen jeweils als charakteristische Parameter ihre Intensität und die Pha­ senlage und Periodennummer in bezug auf die Nutzwechselspan­ nung der Hochspannungsanlage (1, 2) gespeichert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sonde (7) zur Erfassung realer Teilentladungs­ signale mit der Datenverarbeitungseinrichtung (13) verbunden ist und daß die Datenverarbeitungseinrichtung (13) eine Um­ setzeinrichtung (14) zur Umsetzung der realen Teilentladungs­ signale vom hochfrequenten Bereich in den Niederfrequenzbe­ reich sowie einen Analog-Digital-Wandler (15) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeeinrichtung (18) ein Sensor (23) zur laufenden Be­ stimmung von Intensität und Phase der Nutzwechselspannung der Hochspannungsanlage zugeordnet ist und daß die Sendeeinrich­ tung (18) in Abhängigkeit von der Phase und Periodennummer der Nutzspannung Signale an die Sendersonde ausgibt, deren Intensität von den in der Speichereinrichtung (17) ge­ speicherten Parametern abhängt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendersonde mit der ersten Sonde (7) identisch ist.

6. Verfahren zur Erzeugung einer elektromagnetischen Testsi­ gnalfolge für eine Teilentladungsmeßeinrichtung (6, 8, 9), in einer Hochspannungsanlage, die eine Nutzwechselspannung führt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Abgeben von elektromagnetischen Signalen in ein Ge­ häuse der Hochspannungsanlage geeignete Sendersonde (7) mit einer Folge von elektrischen Signalen beaufschlagt wird, de­ ren Intensität, Phasenlage und insbesondere Periodennummer in bezug auf die Nutzwechselspannung der Hochspannungsanlage den entsprechenden Parametern einer vorher bei Auftreten einer realen Teilentladung gemessenen und bezüglich der Parameter gespeicherten Signalfolge entspricht.