DE2043513C - Verfahren zur Isolationsprufung und Fehlerlokahsierung in einem elektn sehen Apparat und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolationsprüfung und zum Lokalisieren von Isolationsfehlern in einem mit mindestens einer Wicklung versehenen elektrischen Apparat, und zwar mittels einer regelbaren Prüfspannung zwischen einem elektrisch leitenden Teil und einer zu prüfenden Wicklung, wobei die örtliche Spannungsverteilung längs der Wicklung sowie längs dem elektrisch leitenden Teil oder eine der beiden örtlichen Spannungsverteilungen und deren Differenz bei der Prüfung bzw. Ortung für die dabei verwendeten Spannungen bekannt sind.

Es sind bereits mehrere Verfahren zur Isolationsprüfung und Lokalisierung von dielektrisch schwachen Stellen, die zu elektrischen Entladungen, beispielsweise zu Korona- oder Teilentladungen, Anlaß geben, in mit Wicklungen versehenen elektrischen Apparaten, insbesondere Transformatoren, bekannt.

Ein aus den USA.-Patentschriften 3 173 086 und 515 373 bekanntes Verfahren beruht auf dem akustischen Prinzip, indem man Laufzeitmessungen der durch die elektrischen Entladungen hervorgerufenen Ultraschallwellen vornimmt. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es bei Entladungsstellen im Wicklungsblock sowie zwischen der Wicklung und dem Eisenkern oder einem eventuell vorhandenen Jochmantel, bei Trockentransformatoren oder anderen Wicklungen enthaltenden Apparaten ohne oder mit einem nicht flüssigkeitsgefüllten Gehäuse, z. B. bei Gas- oder Aralditisolation, praktisch nicht anwendbar ist. Ferner übertönt der Ultraschallanteil des Transformatorengeräusches in weitaus den meisten Fällen den durch die elektrische Entladung entstehenden Ultraschall und macht somit eine Detektion desselben ohne sehr aufwendige Signalverarbeitungsgeräte zur Ausselektion des Ultraschalls von den Geräuschen unmöglich. Zur Bestimmung einer einzigen Teilentladungsstelle sind mehrere Messungen oder Meßkanäle für eine Triangulation notwendig.

Ein weiteres aus der deutschen Auslegeschrift 1 264 602 bekanntes Verfahren beruht auf der Bestrahlung mit energiereichen Strahlen, z. B. Röntgenstrahlen, wobei eine Erniedrigung der Einsatzspannung und Erhöhung der Intensität der elektrischen Entladung bei Bestrahlung der Fehlerstelle auftritt. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es bei Fehlerstellen zwischen der Wicklung und dem Eisenkern, im Wicklungsblock selbst, und wenn das Gehäuse des Transformators oder Wicklungen enthaltenden Apparates metallisch sowie zu dick ist, nicht anwendbar ist. Nicht nur die Streuung des ursprünglichen Strahles bei Begegnung mit metallischen Teilen, sondern auch die dabei verursachte sekundäre Strahlung macht eine einigermaßen brauchbare Ortung kaum möglich.

Ein anderes aus der britischen Patentschrift ΐ 045 101 bekanntes Verfahren beruht auf der Laufzeitdifferenzmessung zwischen den durch die elektrischen Entladungen, z. B. Teilentladung, verursachten Impulse zufolge des kapazitiven Spannungskomponenten und der Wanderwellenkomponenten oder zwischen den Impulsen der Wanderwellenkomponenten an den beiden Wicklungsenden. Dieses Verfahren ist bei stark verschachtelten Wicklungen, bei Wicklungen mit anderer ausgeprägter kapazitiver Steuerung, z. B. mit Steuerungsschilden, oder wenn die Wicklung sehr inhomogen und die Meßanordnung nicht genügend reflektionsarm sind und daher fiktive Teilentladungsstellen vorgetäuscht werden können, praktisch nicht anwendbar.

Ein weiteres von Harold &Sletten, IEEE Paper 69 CP 32-PWR, Jan. 1969, bekanntes Prüf-

verfahren beruht auf Messungen des DämpfuEgsverhältnisses der an beiden Wicklungsenden eintreffenden Wanderwellenströme oder Spannungen, sei es im Echtzeitbereich (Breitbandmethode) oder im Frequenzbereich (selektive Meßfrequenz). Dieses Ver-

i.o fahren weist den Nachteil auf, daß es bei stark verschachtelten Wicklungen oder bei Wicklungen mit anderer ausgeprägter kapazitiver Steuerung,' z. B. mit Steuerungsschilden, kaum anwendbar ist. Bei nahe den Wicklungsenden sich befindenden Teilentladungssteilen versagt auch dieses Verfahren bei der Ermittlungsweise nach Harold und S 1 e 11 e η im Frequenzbereich.

Ein anderes, von Heller &Chladek, Acta Technica 1962, S. 207 bis 229, bereits bekanntes Prüfverfahren beruht auf der Bestimmung der zufolge der elektrischen Entladung, beispielsweise Teilentladung, kapazitiv an die Wicklungsenden übertragenen Spannung, und zwar entweder durch Ermittlung des Verhältnisses zwischen den Spannungen an den beiden Wicklungsenden oder durch direkte amplitudenmäßige Auswertung.

Dieses Verfahren ist bei Wicklungen mit relativ hohem

-irErd
^a=|/seri

Erdkapazität

Seriekapazität

und bei Einlagenwicklungen praktisch nicht anwendbar.

Ferner ist man bei der direkten amplitudenmäßigen Auswertung auf sehr approximative Formeln angewiesen, was einer befriedigenden Ortung im Wege steht.
Ein weiteres, von Kawaguchi «fcJanabu, IEEE Paper 69 TP 48-PWR, Jan. 1969, bereits bekanntes Verfahren beruht auf der Auswertung der gedämpften relativ niederfrequenten Eigenschwingungen des ganzen Systems (inklusiv Meßanordnung), sei es durch Bestimmung des logarithmischen Dekrements, durch Nulljustierung mittels einer Brückenanordnung oder durch direkte amplitudenmäßige Auswertung. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es meßanordnungsempfindlich ist, da die signifikante Eigenschwingung nicht allein vom Prüfobjekt bestimmt wird. Ferner ist man für die Auswertung auf sehr approximative Formeln angewiesen, welche die kontinuierlich verteilten Elemente vernachlässigen, da sonst ein untragbarer Aufwand entsteht, . und durch konzentrierte Elemente ersetzen, deren quantitative Äquivalenz nicht umstritten ist. Bei schnell aufeinanderfolgenden Teilentladungsimpulsen wird die Auswertung noch zusätzlich beträchtlich erschwert. Die Brückenmethode ist beispielsweise bei der Transformatorenprüfung mit induzierter Spannung faktisch nicht verwendbar. Die Notwendigkeit, bei der Brückenmethode einen bis zu etwa 1 auf 21 variablen und bis auf 10 pF einstellbaren Hochspannungskondensator zu verwenden, macht das Verfahren schwer durchführbar und kommt daher nur für niedrige Spannungen in Frage.

Zweck der Erfindung ist die SIchafiung eines Verfahrens, welches diese vorangehend aufgeführten Nachteile der bisherigen Verfahren nicht aufweist,

im Prinzip einfach und zuverlässig ist undl es prmzipiell möglich ist, die auf diesem Verfahren beruhende Ortung sogar automatisch durchführbar zu machen.

Unter elektrischen Entladungen sind nachstehend z. B. Glimm- oder Teilentladiingen und unter Umständen auch Durchschläge oder Überschläge zu verstehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man 'mittels Regelung der Prüfspannung eine Veränderung des Potentialunterschieds zwischen der Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil und damit das Einsetzen und Auslöschen einer elektrischen Entladung an einer eine schwache Isolation aufweisenden Stelle zwischen diesen beiden Teilen herbeiführt sowie das Auftreten dieser Erscheinung mittels einer Entladungsanzeigevorrichitung feststellt, anschließend die Prüfspannung so wählt, daß die der Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil nun zuzuordnenden örtlichen Spannungsverteilungen, als Prüfspannungskurven bezeichnet, zwischen den vorher ermittelten Einsatz- und Auslöschgrenzspannungskurven, entsprechend der erreichbaren Meßgenauigkeit und Hilfs- bzw. Prüfspannungskonstanz möglichst nahe zu den Einsatz- oder zu den Auslöschspannungskurven, je nachdem, ob das Einsetzen oder das Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzt wird, zu liegen kommen und daß weiterhin längs der Wicklung und längs dem elektrisch leitenden Teil zusätzlich mittels einer Hilfsspannung neue ortliehe Spannungsverteilungen und deren Differenz, als Uberlagerungsspannungskurven bzw. überlagerungsspannungs-Diflerenzkurve bezeichnet, als Folge des gemeinsamen Einflusses von Hilfsspannung und Prüfspannung derart aufgebaut werden, daß das Verhältnis zwischen überlagerungsspannungs - Differenzkurve und Einsatz-bzw. Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve auch bei weiterem regeln der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung, längs der Wicklung nie konstant ist, daraufhin durch geeigneten Regelungssin der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung, die überlagerungsspannungs - Differenzkurve zur Stelle, welche dem zu lokalisierenden Ort in der Wicklung, der eine schwache Isolation aufweist, entspricht, zu einem gleichen Wert gebracht wild wie, je nachdem ob man das Einsetzen oder das Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzen will, die Größe der Einsatzgrenzspannungs-Differenzkurve bzw. der Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve zur gleichen Stelle, an anderen Stellen jedoch einerseits nicht mit der Einsatz- bzw. Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve zusammenfallen, andererseits entsprechend der erreichbaren Meßgenauigkeit und Hilfs- bzw. Prüf-Spannungskonstanz möglichst nicht zu weit davon abweichen soll, wobei das Erreichen dieses eingeregelten Zustandes während des Regulierens mit der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung durch das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen Entladung markiert wird und man aus den charakterischen Größen der Hilfsspannung und der Prüfspannung für diesen Einsatz- bzw. Auslöschzeitpunkt, dem zur Einsatz- bzw Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve gehörenden Einsatz- bzw. Auslöschspannungswert der Prüfspannung und der Wirkungszahl der geprüften Wicklung, die eine schwache Isolation aufweisende Stelle der geprüften Wicklung, an der die elektrische Entladung aufgetreten ist, bestimm),

Es ist zweckmäßig, daß man die Prüfspannung in der zu prüfenden Wicklung induziert, die Spannungsquelle dieser induzierten Prüfspannung an einer mit der zu prüfenden Wicklung gekoppelten weiteren Wicklung anschließt oder beispielsweise bei Apparaten mit nur einer Wicklung, direkt über den Wicklungsenden schaltet und die Hilfsspannung zur Ermöglichung der Ortung eines Fehlers, der eine elektrische Entladung zwischen der geprüften Wicklung und einem elektrisch leitenden Teil verursacht hat, zwisehen diesem elektrisch leitenden Teil und einem Ende der geprüften Wicklung anlegt.

Es kann auch zweckmäßig sein, daß man die Prüfspannung zwischen den Enden der kurzgeschlossenen. oder einem Ende der offenen, zu prüfenden Wicklung und einem elektrisch leitenden Teil anlegt und die Hilfsspannung zur Ermöglichung der Ortung eines Fehlers, der eine elektrische Entladung zwischen der geprüften Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil verursacht, in der geprüften Wicklung induziert, wobei die Kurzschließung der geprüften Wicklung, sofern deren Wicklungsenden bei dieser Spannungsprüfung nicht bereits offen waren, aufgehoben werden muß und die Spannungsquelle für die induzierte Hilfsspannung an einer mit der geprüften Wicklung gekoppelten weiteren Wicklung angeschlossen oder direkt über den Wicklungsenden der geprüften Wicklung zugeschaltet wird.

Vorzugsweise wählt man bei der eigentlichen Fehlerlokalisierung, besonders wenn man das Einsetzen der elektrischen Entladung als Indikator, um das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung zu markieren, verwendet, die zwischen der Einsatz- und Auslöschspannung der elektrischen Entladung eingestellten Prüfspannung derart, daß eine möglichst geringe Hilfsspannung notwendig ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anwen-

dung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Isolationsprüfung und Fehlerlokalisierung in einem Transformator, einem Meßwandler, einer Reaktanz- oder Magnetspule.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand verscniedener in der Zeichnung dargestellter Anwendungsbeispiele erläutert, und zwar für den Fall eines Auftretens von Teilentladungen zwischen emer Wicklung und dem Gehäuse eines Transformators und bei dei die Ortung mit Hilfe von Wechselspannungen stattrindet. Es zeigt

Fig. 1 ein Grundschema der Isolationsprüfung mittels induzierter Spannung,

F i g. 2 ein Grundschema analog F1 g. 1 für die Ortungsanordnung,

F i g. 3 das Spannungsdiagramm bei Anwendung

der in F i g. 2 dargestellten Ortungsanordnung mn der Teilentladungseinsatzspannung U₁ als Indikator

F i g. 4 das Spannungsdiagramm bei Anwendung der in F i g. 2 dargestellten Ortungsanordnung, mv der Teilentladungsaussetzspannung U_e als Indikator

Fig. 5 ein Grundschema der Isolationsprufunj &° mittels angelegter Spannung,

F i g. 6 ein Grundschema analog F 1 g. 5 für du Ortungsanordnung, '

F i g. 7 das Spannungsdiagramm bei Anwendunj der in Fi g. 6 dargestellten Ortungsanordnung, mi ty,- als Indikator,

F i g. 8 das Spannungsdiagramm bei Anwendung der in F i g. 6 dargestellten Ortungsanordnung, mi U_e als Indikator,

F i g. 9 ein Blockdiagramm einer automatischen Prüf- und Ortungseinrichtung zur Durchführung der an Hand der Fig. 1 bis 8 beschriebenen Verfahren,

Fig. 10 ein Grundschema analog Fig. 2 für die Ortungsanordnung mit Phasenregler,

Fig. 11 ein Grundschema analog F i g. 6 für die Ortungsanordnung mit Phasenregler und

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer automatischen Prüf- und Ortungseinrichtung zur Durchführung der an Hand der Fig. 10 und 11 beschriebenen Verfahren.

Bei den nachfolgenden Ausführunpn gilt

E_p = treibende Prüfspannung an der Primärwicklung (N₁ Windungen); nur bei Prüfung mit induzierter Spannung.

U_p = Prüfspannung an der zu prüfenden sekundären Wicklung (N₂ Windungen).

Es gilt

it "2 τ?

^u>⁼~n; ^e"

bei Prüfung mit induzierter Spannung.

Uj = Prüfspannungswert von U_p, bei dem die

Teilentladung einsetzt.
U_e = Prüfspannungswert von U„, bei dem die

Teilentladung aussetzt.
= Hilfsspannung zur Kompensierung einer Änderung von U_p.

Die Stelle X-X' der sekundären Wicklung sei die Teilentladungsstelle entsprechend einer Windungszahl N_2x mit der örtlichen Spannung

^x N₂ ^p

zwischen χ und dem am geerdeten Gehäuse angeschlossenen Wicklungsende, und es betrifft bier eine Teilentladung von einer Stellender geprüften Wicklung zu einem auf Nullpotential liegenden leitenden Teil des Apparates (das Gehäuse).

In F i g. 1 ist das Grundschema der Isolationsprürang mittels induzierter Spannung dargestellt Ersetzt man die Durchverbindung BC durch eine Hilfsspannung gleicher Frequenz wie die Prüfspannung, so findet man das in Fig. 2 dargestellte Grundschema der Ortungsanordnung für die Prüfung mit induzierter Spannung.

Beim Einsetzen der Teilentladung für U_p = U, folgt gemäß Fi g. 1 und 2, da

meßgerätes auf einfache Weise das Einsetzen der Teilentladung und damit U₁- ermittelt werden, und da der Verlauf der Spannungsverteilung längs der Wicklung a priori als bekannt vorausgesetzt wird, ist auch die dazugehörende, der Sekundärwicklung zuzuordnende Einsatzgrenzspannungskurve a (F i g. 3) bekannt.

Danach wird U_p zurückgeregelt bis die Teilentladung aufhört, woraus U_e folgt, und weil der Verlauf der Spannungsverteilung längs der Wicklung bekannt ist, kann auch die dabei der Sekundärwicklung zuzuordnende Auslöschgrenzspannungskurve b (Fig. 3) ermittelt werden. Nach dem Aussetzen der Teilentladung wird die Prüfspannung U_p bis auf ein möglichst kleines Λ U_p gegen U, hochgeregelt, wodurch eine zwischen den beiden vorher ermittelten Einsatz- und Auslöschgrenzspannungskurven α und b liegende, der Sekundärwicklung zuzuordnende neue Spannungskurve, die Prüfspannungskurve c (F i g. 3), auftritt. Wenn nun an die Klemmen B und C (F i g. 2) eine gleichphasige Hilfsspannung ϋ^_ηρ angelegt wird, ergibt sich eine neue resultierende Spannungskurve, die Uberlagerungsspannungskurve d (F i g. 3), welche nun der geprüften Sekundärwicklung zuzuordnen ist. Dabei gilt an der Stelle X-X':

-AVJ

Die Hilfsspannung U_fcomp wird nun derart verändert, bis U_x = U₁, _x ist, worauf die Teilentladung wieder einsetzt. Daraus folgt:

N,

· (U, - AU_P) + U_110n, =

U,-

oder

0 <

< 1.

für die Teilentladungseinsatzspannung an der Stelle X-X':

Beim Hochfahren der Prüfspannung U_p kann z. B. mittels eines bekannten Schmalband-Störspannungs-Auf diese Weise kann die fehlerhafte Windung an der Stelle X-X' sofort aus dem Verhältnis der gemessenen Spannungen U_401n. und U_p und der Gesamtwindungszahl der Wicklung bestimmt werden. Da bei Verwendung des Einsetzens der elektrischen Entladung als Indikator, um das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung zu markieren, an

so der Stelle y-y' (Fi g. 3) der Wicklung U + U_tomp > l/_iiy wird, wenn U_x = U_ijc ist, soll die benötigte Hilfsspannung U_to möglichst klein sein, um mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit keine weitere potentielle Teilentladungsstelle, z. B. bei 17, wie dies bei Transformatoren mit abgestufter Isolierunj unter ungünstigsten Umständen nicht ganz undenk bar wäre, zum glimmen zu bringen. Bei Transforma toren mit Vollisolierung, wo die Wicklung über de ganzen Länge gleich stark isoliert ist, kann diese Effekt praktisch, nicht auftreten. Dessen ungeachte soll, zur möglichst weiten Beibehaltung des ursprünj liehen Zustandes, bei der Fehlerlokalisierung di Prüfspannung je nach der getroffenen Wahl des Ind kators um das Zustandekommen der Fehlerorturj

⁶S zu markieren, derart nahe zur Einsatz- bzw. Au löschspannung eingestellt werden, daß for das Lokal sieren eine möglichst geringe Hilfsspannung benöti; wird.

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Selbstverständlich ist es auch möglich, statt die Hilfsspannung U_komp die Prüfspannung U_p derart nachzuregeln, bis U_x = U_ix ist.

Wenn die Lage der resultierenden Uberlagerungsspannungskurve d durch regulieren der Prüfspannung U₁, verändert wird, ist es vorteilhaft, die Hilfsspannung U_kom relativ klein vorzuwählen.

Nachstehend wird die gleiche Orlungsweise, jedoch nun mit dem Aussetzen der Teilentladung als Indikator, an Hand der Fig. 1, 2 und 4 erläutert. Gemäß F i g. 2 ist dazu ein Kommutator 18 vorgesehen, um die Prüfspannung und Hilfsspannung statt zu addieren voneinander zu subtrahieren.

Uj und U_e werden auf die gleiche Weise wie beim vorangehend erwähnten Beispiel ermittelt, wodurch die der geprüften Wicklung zuzuordnende Einsatzgrenzspannungskurve α und Auslöschgrenzspannungskurve b bekannt werden.

Wenn U_p — U_e, dann setzt die Teilentladung aus, d. h. die Teilentladungsaussetzspannung an der Stelle X-X' beträgt

Prüfung mit angelegter Spannung, d. h., bei der die Prüfspannung zwischen der zu prüfenden Sekundärwicklung und der Primärwicklung nebst dem Gehäuse angelegt ist. Dabei ist wie gemäß F i g. 2 auch hier noch ein Kommutator 18 und ein Spannungsregler 19 vorgesehen. In Fig. 6 gelten wie in Fig. 2 alle in Klammern sich befindenden Angaben für U_e als Indikator.

Beim Hochfahren der Prüfspannung U_p kann man

auch hier auf bekannte Weise mittels eines Teilentladungs-Störspannungsmeßgerätes die Spannung U₁ ermitteln, bei welcher eine Teilentladung einsetzt, und erhält dadurch die Einsatzgrenzspannungskurve a" (Fi g. 7), die man der Sekundärwicklung zuordnen kann.

Danach wird U_p zurückgeregelt, bis die Teilentladung wieder aussetzt, wodurch U_e und damit die Auslöschgrenzspannungskurve b" (Fig. 7), die zu der Sekundärwicklung gehört, ermittelt wird.

An der Teilentladungsstelle X-X' gilt, wie aus F i g. 7 ersichtlich,

^e·^x N₂ ''

Anschließend wird U_p wieder kurz bis etwas oberhalb U₁- hochgeregelt, so daß die Teilentladung wieder einsetzt. Nach dem Einsetzen der Teilentladung wird die Prüfspannung U_p bis auf einen möglichst kleinen Wert von MJ_t gegen U_e hinuntergeregelt, wodurch eine zwischen den beiden vorher ermittelten Einsatzbzw. Auslöschgrenzspannungskurven α und b liegende der Sekundärwicklung zuzuordnende neue Sp.j nnungskurve, die Prüfspannungskurve c' (F i g. 4). den eingestellten Zustand darstellt. Wenn nun an die Klemmen B und C (Fig. 2) eine gegenphasige Hilfsspannung U_tom_ angelegt wird, ergibt sich eine neue resultierende Spannungskurve, die Uberlagerungsspannungskurve d' (F i g. 4), welche nun der geprüften Sekundärwicklung zuzuordnen ist. Dabei gilt an der Stelle X-X'

U_x =

2. χ

- U

_komp

"2. χ

Nach dem Aussetzen der Teilentladung wird die Prüfspannung U_p bis auf einen möglichst kleinen Wert von AU_P gegen U₁- zu hochgeregelt, wodurch eine zwischen den beiden vorher ermittelten Einsatzbzw. Auslöschgrenzspannungskurven a" und b" liegende, der Sekundärwicklung zuzuordnende neue Spannungskurve, die Prüfspannungskurve c" (F i g. 7), auftritt. Wenn nun zwischen den Klemmen A und B (F i g. 6) eine gleichphasige Hilfsspannung U_lomj) induziert wird, ergibt sich eine neue resultierende Spannungskurve, die Uberlagerungsspannungskurve d" (Fig. 7), welche nun der geprüften Sekundärwicklung zuzuordnen ist. Dabei gilt an der Stelle X-X':

40 Die Hilfsspannung U_401n,, wird nun derart verändert, bis U_x = U₁- ist, worauf die Teilentladung an der Stelle X-X' wieder einsetzt Daraus folgt:

Nun wird die Hilfsspannung U_ka„_p derart verändert, bis U_x = U_{e- x} ist, worauf die Teilentladung wieder aussetzt. Daraus folgt:

N₂. _x N₂

₁- ΔΌ_ρ = U₁-

oder

o <

N₂

< 1

Auch auf diese Weise ist es möglich, relativ einfach die Stelle X-X' mit der fehlerhaften Windung auszurechnen. Selbstverständlich ist es auch hier möglich, statt die Hilfsspannung U_toinp die Prüfspannung U_p nachzuregeln, bis JJ_x = U^_x ist oder ein Nachregem beider genannten Spannungen vorzunehmen.

In F i g. 5 ist als anderes Beispiel das Grundschema der Isolationsprüfung mittels angelegter Spannung dargestellt Legt man an das Klemmenpaar AB eine Hilfsspannung gleicher Frequenz wie die Prüfspannung an, so findet man das in Fig. 6 dargestellte Grundschema der Ortungsanordnung für die Mit Hilfe dieser Formel ist nach Bestimmung von AU_p und U_torap die fehlerhafte Stelle der Wicklung

aus der Gesamtwindungszahl N₂ der geprüften Wicklung sofort errechenbar. Natürlich ist es auch möglich, statt der Hilfsspannung U^^ die Ptüfspannung U_p derart nachzuregeln, bis U_x = U₁ ist oder ein Nachregeln beider Spannungen vorzunehmen. Aus analogen

Gründen, wie bei der Prüfung und Ortung mit induzierter Prüfspannung nach Fig. 2, ist auch bei der Prüfung und Ortung mit angelegter Prüfspannung Δ U. vorzugsweise möglichst klein zu wählen, so daß auch die benötigte Hilfsspannung U₁₁₀₁₁₁ mögfichst

klein bleibt '

Verwendet man das Aussetzen der Teilentladung als Indikator, dann werden zuerst Uj «κύ7_β und somit die Einsatz- und Auslöschgrenzspannungskurven a"

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und b" (F i g. 8) auf die gleiche Weise wie beim vorangehend erwähnten Beispiel ermittelt. Anschließend wird U wieder kurz bis oberhalb l/_; hochgeregelt, so daß die Teilentladung wieder einsetzt. Nach dem Einsetzen der Teilentladung wird die Prüfspannung U_p bis auf ein möglichst kleines Δ U_p gegen U_e hinuntergeregelt, wodurch eine zwischen den beiden vorher ermittelten Einsatz- bzw. Auslöschgrenzspannungskurven a" und b" liegende der Sekundärwicklung zuzuordnende neue Spannungskurve, die Prüfspannungskurve c'" (F i g. 8), den eingestellten Zustand darstellt. Wenn nun zwischen den Klemmen A und B (Fig. 6) eine gegenphasige Hilfsspannung U₁₁₀^ induziert wird, ergibt sich eine neue resultierende Spannungskurve, die Uberlagerungsspannungskurve d'" (F i g. 8), welche der geprüften Wicklung neu zuzuordnen ist. Nun wird die Hilfsspannung U^p derart verändert, bis U_x = U_e ist, worauf die Teilentladung wieder aussetzt. Dabei gilt:

0 <

+ (U. + AU_P) = U.

< 1

Mit Hilfe dieser Formel ist es wie beim vorangehend beschriebenen Beispiel nach Bestimmung von ΔΌ_Ρ und V_komp möglich, die fehlerhafte Stelle der Wicklung aus der Gesamtwindungszahl JV₂ der geprüften Wicklung zu errechnen. Auch hier ist es selbstverständlich möglich, statt der Hilfsspannung U_komp die Prüfspannung U_p derart nachzuregeln, bis U_x = U_e ist oder ein Nachregeln beider Spannungen vorzunehmen.

Bei diesem Verfahren mit U_e als Indikator ist es sowohl im Falle einer Prüfung mit induzierter Spannung als auch angelegter Spannung nicht nieglich, daß eine weitere Teilentladungsstelle entstehen könnte, da keine Stelle der Wicklung während der Ortung einer Spannung ausgesetzt wird, die höher ist als beim Zustand, bei dem zum allerersten Mal das Einsetzen der Teiientiadung beobachtet wird.

Die" elektrische Entladung kann nicht nur, wie in den vorangegangenen Beispielen, im Raum zwischen der geprüften Wicklung und dem Gehäuse stattfinden, sondern auch ganz allgemein in einem Isolationsraum zwischen der geprüften Wicklung und irgendeinem elektrisch leitenden Teil, beispielsweise im Raum zwischen der geprüften Wicklung und einer anderen Wicklung, einem Teil des magnetischen Kreises des Apparates, der in der Umgebung wirksame Erde (beim Fehlen eines elektrisch leitenden Gehäuses) oder auch im Apparat eingebauten Bauteilen wie Abr schirmungen, Zuführungen, Schalterteile, Steuerelemente usw. Das erfindungsgemäße Fehlerlokalisierungsverfahren ist bei allen diesen Fällen prinzipiell zu verwenden. Wenn neben der geprüften Wicklung auch der elektrisch leitende Tefl (z. B. eine andere Wicklung), der an den Isolationsraum angrenzt, in welchem die Entladung zwischen diesem elektrisch leitenden Teil und der geprüften Wicklung stattgefunden hat, bei der Prüfung und Ortung für die verwendete Prüf- und Hilfsspannung eine bekannte Spannungsverteilung aufweist, so ist die Differenz der Spannungsverteilungen, d. h. die Differenzkurve der Einsatz- bzw. Auslöschgrenzspannungen, der Uberlagerungsspannungen usw. (von geprüfter Wicklung und elektrisch leitendem Teil) bei der Fehlerlokalisierung von maßgebender Bedeutung.

Die Prüfspannung und die Hilfsspannung müssen nicht unbedingt eine Sinusform aufweisen. Es können auch Stoßspannungen mit linearer oder nichtlinearer, aber bekannter örtlicher Spannungsverteilung in der Spule oder Repetitionsspannungsvorgänge gleich welcher Form, z. B. Halbwellen, mit ebenfalls bekannter örtlicher Spannungsverteilung Anwendung finden. Auch braucht man für die Prüf- und Hilfsspannung nicht unbedingt die gleiche Art Spannungen zu verwenden, überdies kann für eine der Spannungen Gleichspannung verwendet werden. Beispielsweise kann für die Fehlerlokalisierung bei der Prüfung mit induzierter Spannung (F i g. 2) die Hilfsspannung eine Gleichspannung sein; bei der Prüfung mit angelegter Spannung (F i g. 6) ist eine Gleichspannung als Prüfspannung denkbar. Im Fall von Wechselspannung brauchen Prüfspannung und Hilfsspannung nicht unbedingt die gleiche Frequenz aufweisen.
Bei Verwendung obengenannter verschiedenartiger Spannungsformen kann das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung im Prinzip nicht nur durch amplitudenmäßige Regelung der Hilfs- und/oder der Prüfspannung herbeigeführt werden, sondern bei geeigneter Spannungsform auch durch Verlagerung der

Phasenlage der Hilfs- und Prüfspannung gegenüber einander oder, falls eine oder beide dieser Spannungen eine Stoßspannung ist, durch Verlagerung des Synchronisationstriggers der Stoßspannung bzw. der Stoßspannungen. Auch ist eine Kombination von amplitudenmäßiger Regulierung und Zeitverlagerung der Hilfsspannung und Prüfspannung, möglich.

Wenn der Apparat nur eine Wicklung aufweist, dann ist als zweite Wicklung z. B. das Gehäuse mit 0 Windungen aufzufassen, und die »induzierte Spannung« bedeutet dabei diejenige Spannung, die direkt an den Wicklungsklemmen angelegt wird. Die »angelegte Spannung« ist dann diejenige Spannung, die zwischen der einzigen Wicklung und Jem Gehäuse angelegt wird.

Bei mehreren Wicklungen können für die Prüfung und eventuelle Ortung nacheinander jeweils zwei Wicklungen für sich allein betrachtet werden. Die nicht betrachteten Wicklungen sind jeweils offen mit dem Gehäuse zu verbinden.

In Fig. 9 ist das Blockdiagramm einer automatisierten Prüf- und Ortungseinrichtung zur Durchführung der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt

Dabei bedeutet

1 = regulierbare Prüfspannungsquelle,

2 = PrüfspannuDgskönstanthalter, welcher zeitweilig (während der Ortung) wirksam ist und vom Block 6 gesteuert wird,

3 = Kommutator, vom Block 6 gesteuert,' zum

Wechsel der Hflfsspanhuhg von »Addition« auf »Subtraktion« beim Indikatorwechsel von Uj auf I7_e,
4 = Hilfsspannungskonstanthalter, von Block 6

ausschaltbar,

5 = Spreizband-Feinregulierung der Hilfsspannung,

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6 = vorprogrammierter automatischer Ortungsablauf-Prozessor mit Speicher,

7 = Selektiv- oder Anpassungs-Vorschaltvierpol

der Entladungsanzeigevorrichtung,

8 = Entladungsanzeigevprrichtung, beispielsweise Teilentladungsstörspannungsmeßgerät,

9 = elektronische impulsformende Einheit mit

U„U_e-Diskriminationswirkung, liefert Steuerimpulse zur Verarbeitung im Prozessor 6,

10 = elektronischer Divisor zur Bestimmung von

^ukomp ^liKJp

11 = digitale Anzeige Tür die Ortungsposition

N₂,,
N₂

12 = digitale Anzeige oder/und Rekorder für U_p,

13 = digitale Anzeige oder/und Rekorder für U_komp,

14 = Bedienungspult für die Wahl und zur Einstellung des automatisierten Prüf- und Ortungsablaufes,

15 = Anordnung zur Auswahl eines bestimmten

Intervalls im zeitlichen Spannungsverlauf.

Block 6 zur Steuerung des Ortungsablaufes und der Bestimmung der Zeitaugenblicke der markanten Spannungsablesungen verwendet. Die erwähnten Impulse und Spannungsablesungen werden im Gedächtnisspeicher von Block 6 für die nachfolgende Verarbeitung und Abgabe gespeichert.

Selbstverständlich ist es auch möglich, diese vorangehend beschriebenen Prüf- und Ortungsverfahren für den Fall, daß die für die Ortung notwendige

ίο Prüfspannung und Hilfsspannung Wechselspannungen gleicher Frequenz sind, mittels Phasenregulierung vorzunehmen.

Durch ein gleiches Vorgehen wie bei der Prüfung mit induzierter Spannung und Lokalisierung mittels amplitudenmäßiger Regelung der Hilfs- und/oder Prüfspannung nach den F i g. 1 und 2 werden bei der Prüfung mit induzierter Spannung und Ortungsanordnung mit Phasenregulierung nach Fig. 10 auch zunächst die Einsatz- bzw. Auslöschspannung U_i(e)

(= Kurzbezeichnung U₁ bzw. U_e) bestimmt. Die Zeitfunktion der Entladungseinsatz- bzw. Auslöschspannung zur Stelle X-X' des Isolationsfehlers lautet dann:

Die Prüfobjektklemmen A, B ... K sind mit den gleichbenannten Klemmen A, B'.. .K' der automatisierten Prüf- und Ortungseinrichtung 3!u verbinden. Zwischen K'C und Block 7 (Fig. 9) kann es für die Detektion des Entladungssignals vorteilhaft sein, ein Gerät zwischenzuschalten, das eiae Auswahl eines bestimmten Intervalls wählbarer Dauer im zeitlichen Spannungsverlauf des abgegriffenen Entladungssignals vornimmt, ohne an der Apparatseite den Ausgang KC für das Entladungssignal, an der Entladungsanzeigevorrichtungsseite diese bei Block 7 dämpfungsmäßig zu belasten. Der zentrale Teil der automatisierten Einrichtung ist der automatische Prozessor (Block 6), der die Steuerung der vier Arbeitsabläufe bewirkt, und zwar für die Ortung bei angelegter bzw. induzierter Prüfspannung mit U₁- bzw. !/„-Indikation. Mit dem Bedienungspult 14 wird der Block 6 a'\f eines dieser Arbeitsverfahren eingestellt. Die durch die impulsformende Einheit 9 aus dem Ausgangssignal der Eutladungsanzeigevorrichtung, beispielsweise ^nes Teiientladungsstörspannungsmeßgerätes, abgeleiteten Impulse werden im

- 1/2"· cos wt = —^- Uj _(e) · Y2-coswt.

Die Prüfspannung wird daraufhin geändert zu Up = U_m + AU_p, wobei Δ hier, bei den Lokalisierungsanordnungen mit Phasenregulierung, eine positive oder negative Bedeutung hat. <dU_p>0 bzw. J U_p < 0, falls man das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzen will, und zudem soll IΔ U-I vorteilhafterweise, genau wie bei den vorangehend beschriebenen Prüf- und Ortungsanordnungen, möglichst klein gewählt werden. An die Klemmen B und C (Fig. 10) wird anschließend eine Hilfsspannung U_komt,]f2· cos (tot + ψ) angelegt, wobei φ mittels eines Phasenreglers 21 regulierbar ist. Man geht dabei mit der ^-Regelung vorzugsweise von φ — π bzw.

φ = -y aus, wenn man das Einsetzen bzw. das Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzen will (d.h. bei ΔΌ_ρ<0 bzw. ΔΌ_Ρ>0). Für die superponierte.Spannung zur Stelle X-X' ergibt sich dann (Fig. 10):

U₁ ■ Yl- COS (ωί + δ = -Z±Z- (U_m + Δϋ_ρ) ■ fj- COS OJt + U^_n,, ■ YY- COS {wt + φ)

^-(U_m + Δυ_ργ + U_kam ² _p + 2

_m + ΔΌ_ρ) ■ υ^_ρ· cos _Ψ · /I cos (ωί + δ).

Regelt man φ derart, daß A zu wird, d. h.

"2> ^Λ . λτί . ir» . TT

irr λ ; N₂, χ

N, • 2 {U_m + AU_p) · U_tomJ, - COS φ + ULmp = 0

(quadratische Gleichung in

ist, dann setzt das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen Entladung

als Indikation, daß der eingeregelte Zustand für da&Zustandekommen der Fehlerortung erreicht ist, ein.

2478

5 -

Mit der Lösung nacn der obigen quadratischen Gleichung,

AU_n) cos _Ψ± ]/{U_iM + AU„)² · cos² φ - AU„(4U„ + 2· U_m) 2U_m+AU,

kann die Windung an der Stelle X-X' mit der _mjt ^N2.* _7Wief.y,_pn schwachen Isolation grundsätzlich aus U_iM, N₂ und ^k'

den technisch sich nicht gegenseitig ausschließenden io ] / AU_P

Werten von Δϋ_ρ, (4,_mp und φ bestimmt werden. |/ (2 l/_e + AU_p)

Will der Ausdruck (I)- für —fc*~ daher technisch . ... . . . - ., . _t , . .

"i und können also prinzipiell geortet werden, indem

weiter interpretiert werden können, so soll, zufolge _, π , , . ,..„,„·· ,,,,

der aus physikaUschen Gründen auferlegten Bedin- .5 ^{man φ VOn} T ^{nach π schwenken ]aß}t·^B« emer Fehler-

gungen > Ö und die Diskriminante der qua- ^{stelle mit}

dratischen Gleichung >0, entweder: AU₁,>0, d.h. ²^ < ]l .r

Auslöschen der Entladung als Ortungsindikator, ^2 γ (2U_e + A U_p)

— 1 <: cos ψ κ —

Jj T" muß man die Phasenschwenkung mit reduzierterem,

^"1J~+^A~Ö~) ^z' ®· halbiertem, U_110n,, durchführen. Bei der damit

_f . —, erreichten Erweiterung der unteren Ortungsgrenze

1 -1 zs. J muß aber auch das —Zeichen im Ausdruck (1) nun

^ AUp J 25 berücksichtigt werden. Mit U^mp — AU_P kommt das

erweiterte Ortungsgebiet, bei Berücksichtigung der

daher bei Auslöschen der Entladung als Ortungs- ⁺" ^und --Zeichen im Ausdruck (1), zwischen den

indikator als vorzugsweise Ausgangsposition der Ortungsgrenzen

99-Schwenkung:-^-; Phasenschwenkung von 4 bis π, 30 N_2x AU N, _r

*■ £ — = E und — ' = 1

oder N₂ 2U.+ AU, N₂

AU_p<0, _zu liegen Qb man bei einem gegebenen Ortungsfall

das +- oder das —Zeichen im Ausdruck (1) berück-

d.h. Einsetzen der Entladung als Indikator beim 35 sichtigen soll, wird durch eine Nachmessung mit

^Orten> einem etwas kleineren U_komp geklärt. Bei invariantem

^; — 1 «g cos φ < 1, _muß _nach Ausdruck (1) mit einem kleineren

im Zusammenhang mit AU_p<0 ist die Ausgangs- U_komp ein negatives bzw. weniger negatives cos<p bei

position der 99-Schwenkung, vorzugsweise: n; Phasen- 40 der Ortung gefunden werden, falls das +- bzw.

Schwenkung von π aus zu 2 π oder 0, sein. —Zeichen gilt Die untere Ortungsgrenze beim Suchen

Im ersten Fall, mit dem Auslöschen der Entladung nach der Fehlerstelle mittels der Phasenschwenkung

als Ortungsindikator, folgt bei einer mittels des π . . . , .. , . , N₁₁

Amplitudenwählers 20 gewählten Hilfsspannung ^von T ^{bis n} kann . beliebig nahe zu -**- =0

_ . 45 gebracht werden, indem man die Phasenschwenkung

Ukomp - VAU_p (2 U_e + AU,,) mit jeweils reduziertem U_komp weiter durchführt.

, , π .. Für den Fall, daß das Einsetzen der Entladung als

aus der Bedingung Indikator für die Ortung gewählt wurde, (d.h bei

_N A U_p < 0, -1 < cos < 1), gilt im Ausdruck (1) nur das

^{0 <} N₂* ^ ¹' ° —Zeichen, da nicht negativ sein kann. Mit

daß dann der Ausdruck (1) nur mit dem +-Zeichen U_komp — |/ — A U_p (2 17, + A U_p)

gültig ist, wobei mit den Grenzwerten cos φ = - 1 _{ergibt sich ein} Ortungsbereich zwischen

-AU_n

U_c \ wobei Tür die Ortung nur negative cos φ gefunden

AU J ^6o werden können. Mit einem kleineren

die Ortungsgrenzen ^⁰""" ^Uk"^{mp =} ~ ^Wp=\^AUp

ergibt sich mit den Grenzwerten cos φ = — 1, bzw.

-TTJ + 1. ^em erweitertes Ortungsgebiet zwischen den

Ji ⁶5 Ortungsgrenzen

(2 U₁, + ,1 U„)
bzw. -^-- = 1 angezeigt werden. Alle Fehlerstellen - = ~ ^{Λ U}r _und ^²· ^x = \

■Λ

2 043 SI 3

Die untere Ortungsgrenze kann auch hier beliebig nahezu Jj^ = 0 gebrach; We₁Oe₁₁, inden, _ma₀ ta vorliegenden Fall die Phasenschwenkung von π zu 2π (oder 0) mit jeweils reduzierterem, z.B. jeweils halbiertem, U_k weiter durchführt. Aus analogen Gründen wie bei der Prüfung mit induzierter Spannung und Lokalisierung mittels amplitudenmäßiger Regelung der Hilfs- und/oder Prüfspannimg nach F i g. 2 ist auch hier | Δ U_p\ möglichst klein zu wählen, so daß die benötigte Hilfsspannung U_komp ebenfalls klein genommen werden kann.

In Fig. 11 ist als Beispiel ein Grundschema, analog zu Fig. 5, für die Ortungsanordnung mit Phasenregulierung bei der Prüfung mit angelegter Spannung dargestellt.

Durch ein gleiches Vorgehen wie bei der Prüfung mit angelegter Prüfspannung und Lokalisierung mittels amplitudenmäßiger Regelung der Hilfs- und/oder Prufspannung (F 1 g. 5), werden auch nun zunächst die Einsatz- bzw. Auslöschspannung U_m bestimmt. Die Zeitfunktion der Entladungseinsatz- bzw. Auslöschspannung zur Stelle X-X' des Isolationsfehlers lautet bei der Prüfung mit angelegter Prüfspannung:

U_i(ehx-)[T-cos a>t = U_m-f2axaa. ^2$

Die zwischen der Wicklung und Punkt C angelegte

Ordnungenmit Phasenregulierung, eine positive oder negative Bedeutung zuzuordnen ist, d.h. AU„>0, bzw. < 0, falls man das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen 'Entladung als Indikator für das Zu-Standekommen der Fehlerortung benutzen will, überdies soll| AU_p\, wie bei den vorangehend beschriebenen Prüf- und Ortungsverfahrensbeispielen, möglichst klein gewählt werden. In der Wicklung wird anschließend eine Hilfsspannung

U_komp ■ /T- cos {cot + φ)

zwischen den Punkten A und B der Wicklung (Fig. 11) induziert, wobei φ mittels eines Phasenreglers 21 regulierbar ist. Man geht dabei mit der «p-Regelung

_{rzugsweise von der} Ausgangsposition φ = $ bzw.

φ = π aus, wenn man das Auslöschen bzw. das Einsetzen der elektrischen'Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzen will. Für die superponierte Spannung zur Stelle X-X' ergibt sich nun (F ig. 11):

U_x ■ /Tcos (ωί + 6) =

U_komp · /T- cos («t + φ) + (U,_M + ΔU_p)/T- cos wt

V² _komp + ((/„., + AU_pf +

U_komp (U_m + Δϋ_ρ) cos ψ ■ /T- cos («t + δ).

Regelt man φ derart, daß

wird, d. h.

Vile) X =

· (U_lw + AU_p) ■ cos _φ

· U_komp ■ (£/„„ + Δϋ_ρ) cos φ + AU_P (Δϋ_ρ + 21/«,,) = 0

(quadratische Gleichung in ;) ist, dann setzt das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikation, daß der eingeregelte Zustand für das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung erreicht ist, ein.

Lösung nach

—^-

der quadratischen Gleichung ergibt:

N₂, x _ (!/,(., + AU_P) cos φ ± l/(U,_(e, + AV_P)² cos² φ - ΔU_p (ΔU„ +

N U

_komp

womit die Windung an der Stelle X-X' mit der Auslöschen der Entladung als Ortungsindikator, schwachen Isolation sich grundsätzlich aus U_iM, N₂
und die technisch sich nicht gegenseitig ausschließenden Werten von AU_p, U_kump und ψ bestimmen läßt, ου — l <: cos η < — Analog zum vorangehenden Beispiel nach Fig. 10

folgt auch hier wegen der Bedingungen ——-- > 0 » ^ ' ρ

und Diskriminante der quadratischen Gleichung > 0, vorzugsweise Ausgangsposition der ^-Schwenkung: daß für eine technische Interpretierbarkeit des Aus- 65 .τ , , . .-τ , .

druckes (2) entweder T; Phasenschwenkung von _T bis *,

AU. >0.

T
oder

,1(V, < 0,

Bei einer induzierten Hilfsspannung

Einsetzen der Entladung als Ortungsindikator,

-1 < cos φ < 1, U_komp = I^

vorzugsweise Ausgangsposition der ^Schwenkung: zwischen den Punkten A und B der Wicklung (Fig. 11)

π; Phasenschwenkung von η aus zu 2π oder 0, sein 5 ergibt sich, wegen der Bedingung

müssen. jy

Im ersten Fall, mit dem Auslöschen der Entladung 0 < —zr- ^ 1 >

als Ortungsindikator, folgt bei einer induzierten ²

Hilfsspannung ein Ortungsbereich mit den Grenzen

U_komp = )/AU_p(2U_e+AU_p)

zwischen den Punkten A und B der Wicklung (Fig. 11) aus der Bedingung

wobei für die Ortung nur positive cos φ gefunden werden können. Bei Fehlerstellen mit

daßdannnur das + -Zeichen im Ausdruck (2) gültig ist. Mit den Grenzwerten cos φ — — 1 bzw.

N₂

-417.

(21/,

ΛΙ/, sich ein Ortungsbereich mit den Ortungsgrenzen *⁵

«2.x _

AU_n

N₂ V (2U_e+ AU_p)
Bei Fehlerstellen mit

bzw.

2, χ _

T'

30

N₂ * γ (2 υ, + <

muß man die Phasenschwenkung mit reduzierterem AU_p und entsprechend reduzierterem

U_komp = ]/-U_pßU_{i +} AU_p)

weiter durchführen.

Die Erniedrigung der unteren Ortmigsgrenze kann auch herbeigeführt werden, indem man bei gleichbleibendem AU., U_komp größer wählt, was aber im allgemeinen nicht zu empfehlen ist. Mit z. B. U_komp = 2 U₁ + A U_p ergäbe sich zwar ein größeres Ortungsgebiet mit den zu cos φ = +1 bzw. cos φ = — 1 gehörenden Ortungsgrenzen

AV_r)

muß man die Phasenschwenkung mit reduziertem AU_p und entsprechend reduziertcrem

Ukomp ⁼

- AU_n

AU_n

und

N₇

N₂

₌ 1

weiter durchführen.

Die Erniedrigung der unteren Ortungsgrenze kann auch herbeigeführt werden, indem man bei gleichbleibendem AU., U_komp größer wählt, was aber im allgemeinen nicht zu empfehlen ist. Mit z.B. U_komp = 2 U_e + Δ U_p ergäbe sich zwar ein größeres Ortungsgebiet mit den, zu cos = — 1 gehörenden Ortungs- grenzen

^IV2. χ _

N₂

AU_n

2 U_e + A U_p

55

aber dann müssen sowohl +- als —Zeichen in (2) berücksichtigt werden. Welches Zeichen man bei einem gegebenen Ortungsfall berücksichtigen soll, muß durch eine Nachmessung mit einem etwas

kleineren O_komp geklärt werden. Bei invariantem

- ■ ί

muß nach Ausdruck (20) bei der Ortung mit einem kleineren U_komp ein negativeres bzw. weniger negatives cos φ gefunden werden, falls das + - bzw. — -Zeichen gilt. Auch kann bei der Phasenschwenkung, in der Nähe der Ausgangslage, ein zu großes U_komp Anlaß geben, eine weitere Fehlerstelle zur elektrischen Entladung mitzureißen, was nicht erwünscht ist.

Für den Fall, daß man das Einsetzen der Entladung als Indikator für die Ortung gewählt hat (d. h. , 1 U_n < 0, — 1 .< cos φ sg 1), gilt im Ausdruck (2) nur

das —-Zeichen, da

N,

nicht negativ sein kann.

aber bei zu großem U_komp vergrößert sich die Chance, daß bei der Phasenschwenkung eine andere Fehlerstelle zur elektrischen Entladung gebracht wird, was nicht erwünscht ist.

In den Ortungsanordnungsbeispielen von Fig. 10 und 11 ist das Phasenregulierungsmittel im Hilfsspannungskreis angeordnet. Selbstverständlich sind auch Modifikationen der Anordnungen denkbar, wobei das Phasenregulierungsmittel im Prüfspannungskreis oder in beiden, Prüfspannungs- und Hilfsspannungskreis, angeordnet ist.

In den Ortungsanordnungsbeispielen von F i g. 6 und 11 ist die induzierte Hilfsspannung direkt über die zu untersuchende Wicklung mit Windungszahl N₂ angeschlossen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die induzierte Hilfsspannung nach dem Kommutator 18 (F i g. 6) bzw. nach dem Phasenregler 21 (F i g. 11) über eine zweite Wicklung, falls eine solche vorhanden ist (wie im Beispiel von F i g. 6 und 11 die Wicklung mit Windungszahl N₁), anzuschließen.

Falls die elektrische Entladung im Isolationsraum zwischen zwei Wicklungen stattfindet, muß bei der Bestimmung der die elektrische Entladung verursachenden Stelle die Windungszahl beider Wicklungen berücksichtigt werden.

In Fig. 12 ist das Blockschema einer beispielsweisen Ausführungsform einer automatisierten Ortungseinrichtung zur Durchführung der in den Fig. 10 und 11 erläuterten Verfahren dargestellt. Dabei bedeutet

1 = regulierbare Prüfspannungsquelle mit vom Block 6 gesteuerter Reduzierungsautomatik (z.B. Halbierungsautomatik) für AU_p,

für die induzierte Hilfsspannung an einer mit der geprüften Wicklung gekoppelten weiteren Wicklung angeschlossen oder direkt über den Wicklungsenden der geprüften Wicklung zugeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der eigentlichen Fehlerlokalisierung die zwischen der Einsatz- und Auslöschspannung der elektrischen Entladung eingestellte Prüfspannung derart nahe zur Einsatz- oder Auslöschspannung, je nach der getroffenen Wahl des Indikators, um das Zustandekommen der Fehlerortung zu markieren, einstellt, daß für das Lokalisieren der fehlerhaften Stelle eine möglichst geringe Hilfsspannung benötigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Prüfung und Fehlerortung für die Prüfspannung und Hilfsspannung Wechselspannungen mit vorzugsweise gleicher Frequenz verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Prüfung und Fehlerortung verwendete Prüfspannung und Hilfsspannung Wechselspannungen gleicher Frequenz und mit einer bevorzugten Phasenlage gegenüber einander, 0 oder π im Bogenmaß, sind, wobei das Zustandekommen der Lokalisierung der fehlerhaften Stelle durch amplitudenmäßige Regelung der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung stattfindet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Prüfung und Fehlerortung als Prüfspannung und Hilfsspannung Wechselspannungen gleicher Frequenz und abgestuft gewählter Amplituden verwendet, wobei das Einregulieren der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung für das Zustandekommen der Lokalisierung der fehlerhaften Stelle jeweils durch Phasenverschiebung der Hilfsspannung und/oder Prüfspannung stattfindet.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Pruning und Fehlerortung als Prüfspannung und Hilfsspannung periodisch sich wiederholende Spannungen mit beliebiger Periodenforni und mit bekannten, für die geprüfte Wicklung und den elektrisch leitenden Teil, zwischen denen die eine elektrisch schwache Stelle aufweisende Isolation sich befindet, geltenden räumlichen Spannungsverteilungen verwendet und das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung durch amplitudenmäßige Regulierung der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung, durch Verlagerung der Phasenlage der Hilfsspannung und der Prüfspannung gegenüber einander oder durch eine Kombination dieser Regelungsarten herbeiführt

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einmalige Stoßspannungen zeitfunktionell beliebiger Form, die in für die Fehlerlokalisierung geeigneter Weise miteinander synchron getriggert werden und deren räumlichen Spannungsverteilung für die geprüfte Wicklung und den elektrisch leitenden Teil zwischen denen die eine elektrisch schwache Stelle aufweisende Isolation sich befindet, bekannt sind, bei der Prüfung und FeMerlokalisierung als Hilfsspannung ^s und Prüfspannung verwendet und bei den nach-, einander folgenden Spannungsstößen, welche auf den zu prüfenden Apparat zum Zwecke der Fehlerlokalisierung gegeben werden, das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung durch geeignete Verlagerung des Synchronisationstriggers von der Stoßhilfsspannung und der Stoßprüfspannung, durch amplitudenmäßige Regulierung der Stoßhilfsspannung und/oder der Prüfspannung oder durch eine Kombination beider Regelungsarten herbeiführt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Prüfung und Fehlerlokalisierung eine periodisch sich wiederholende Spannung beliebiger Periodenform für die Prüfspannung bzw. Hilfsspannung und einmalige Stoßspannungen zeitfunktionell beliebiger Form, deren Stoßanfang synchron, aber zeitlich verschiebbar zu der periodisch sich wiederholenden Spannung getriggert wird, für die Hilfsspannung bzw. Prüfspannung verwendet, wobei für die beiden Spannungsarten die räumlichen Spannungsverteilungen längs der geprüften Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil, zwischen denen die eine elektrisch schwache Stelle aufweisende Isolation sich befindet, bekannt sind und man das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung bei den nacheinander folgenden Spannungsstößen, welche auf den zu prüfenden Apparat zum Zwecke der Fehlerlokalisierung gegeben werden, während die periodisch sich wiederholende Spannung ebenfalls an den zu prüfenden Apparat angeschlossen ist, durch geeignete Verlagerung des Synchronisationstriggers von der Stoßhilfsspannung bzw. Stoßprüfspannung zu der periodisch sich wiederholenden Prüfspannung bzw. Hilfsspannung und/oder durch amplitudenmäßige Regelung der Stoßhilfsspannung bzw. Stoßprüfspannung und/oder der periodisch sich wiederholenden Prüfspannung bzw. Hilfsspannung herbeiführt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Hilfsspannung zur Ermöglichung der Ortung eines Fehlers, der eine elektrische Entladung zwischen der geprüften Wicklung und einem elektrisch leitenden Teil verursacht hat und die zwischen diesem elektrisch leitenden Teil und einem Ende der geprüften Wicklung angelegt wird, eine Gleichspannung und für die induzierte Prüfspannung in der Wicklung eine periodisch sich wiederholende Spannung beliebiger Periodenform oder nacheinander zu verabreichende einmalige Stoßspannungen zeitfunktionell beliebiger Form verwendet, wobei für alle diese Spannungsarten die räumlichen Spannungsverteilungen längs der geprüften Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil bekannt sind und man da; Zustandekommen der Fehlerlokalisierung durcl amplitudenmäßige Regelung der Hüfsspannunj und/oder der Prüfspannung herbeiführt

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet daß man für die angelegte Prüfspannung die zwischen den Enden der kurzgeschlossene] ' oder einem Ende der offenen, zu prüfenden Wick lung und einem elektrisch leitenden Tel geschalte wird, eine Gleichspannung and für die induziert' Hilfsspannung, die bei offener Wicklung ode sofern die Wicklung bei dieser Prüfung kun geschlossen war, nach Aufhebung der Kurzschlie

• ßung, zwischen den Wicklungsenden erzeugt wei den muß zur Ermöglichung der Ortung einer isc lationsschwachen Stelle zwischen der Wicklun

und dem leitenden Teil, eine periodisch sich wiederholende Spannung beliebiger Periodenform oder nacheinander zu verabreichende einmalige Stoßspannungen zeitfunktionell beliebiger Form verwendet, wobei für alle diese Spannungsarien die räumlichen Spannungsverteilungen längs der geprüften Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil bekannt sind und man das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung durch amplituden mäßige Regelung der Hilfsspannung und/oder der Prüf spannung herbeiführt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur gleichzeitigen Erfassung der Spannungswerte der Hilfsspannung und Prüfspannung im Augenblick des Erreichens des ein- geregelten Zustandes beim Regulieren mit der Hilfsspannung und/oder Prüfspannung, welches, je nachdem ob man das Einsetzen oder das Auslöschen der elektrischen Ladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerlokalisierung benutzen will, durch das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen Entladung markiert und durch eine Entladungsanzeigevorrichtung, beispielsweise durch ein Teilentladungsstörspannungsmeßgerät, angezeigt wird, vom Ausgangssignal dieser Entladungsanzeigevorrichtung mit Hilfe einer impulsformenden Einheit einen elektrischen Steuerimpuls ableitet, der die praktisch verzugsfreie gleichzeitige momentane Ablesung der Spannungsmesser, vorzugsweise digitale Voltmesser, zur Registrierung der Prüfspannung und der Hilfsspannung ermöglicht.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der Stelle des zu prüfenden Apparates, an der das elektrische Em- ladungssignal abgegriffen wird, und einer Entladungsanzeigevorrichtung, beispielsweise eines Teilentladungsstörspannungsmeßgerätes, ein Gerät zwischenschaltet, das eine Auswahl eines bestimmten Intervalls wählbarer Dauer im zeitlichen Spannungsverlauf des abgegriffenen Entladungssignali vornimmt, ohne einerseits den Apparat an dei Stelle, wo das Entladungssignal abgegriffen wird andererseits die Entladungsanzeigevorrichtunj; dämpfungsmäßig zu belasten.

15. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Isolationsprüfung und zum Lokalisieren vor Isolationsfehlern in einem Transformator, einen-Meßwandler, einer Reaktanz- oder Magnetspule

16. Anwendung nach Anspruch 15 zur Isolationsprüfung und Lokalisierung von Isolationsfehlern für den Fall, daß der elektrisch leitende Teil ebenfalls eine Wicklung ist.

17. Anwendung nach Anspruch 15 zur Isolationsprüfung und Lokalisierung von Isolationsfehlern für den Fall, daß der elektrisch leitend« Teil ein Teil des Gehäuses des Apparates ist.

18. Anwendung nach Anspruch 15 zur Iso lationsprüfung und Lokalisierung von Isolationsfehlern für den Fall, daß der elektrisch leitende Teil beim Fehlen eines elektrisch leitenden Gehäuses am Apparat die in der Umgebung de: Apparates wirksame Erde ist.

19. Anwendung nach Anspruch 15 zur Isolationsprüfung und Lokalisierung von Isolations fehlern für den Fall, daß der elektrisch leitende Teil ein Teil eines magnetischen Kreises des Apparates ist.

20. Anwendung nach Anspruch 15 zur Iso lationsprüfung und Lokalisierung von Isolations fehlern für den Fall, daß der elektrisch leitende Teil zu den im Apparat ein- bzw. angebauter Bauteilen, beispielsweise Abschirmungen, Zufüh rangen, Schalterteile, Steuerelemente usw., gehört

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

209632/44

2478

2 = Prüfspannungskonstanthalter, nur zeitweilig (während der Ortung) wirksam und von Block 6 gesteuert,

³ = ^itomp-Amplituden-Wähler (Transformator)

mit vom Block 6 gesteuerter Reduzierungsautomatik für I4

4 = kontinuierlicher Phasenregler für die Hilfsspannung,

5 = Hilfsspannungskonstanthalter, gesteuert vom

Block 6,

6 = vorprogrammierter automatischer Ortungsablauf-Prozessor mit Speicher,

7 = Selektiv- oder Anpassungs-Vorschaltvier-

pol der Entladungsanzeigevorrichtung,

8 = Entladungsanzeigevorrichtung, beispiels-

weise Teilentladungsstörspannungsmeßgerät,

9 = elektronische impulsformende Einheit mit

U_i; 14-Diskriminationswirkung, liefert Steuerimpulse zur Verarbeitung im Prozessor 6,

10 = cos ip-Anzeige mit Vorzeichenangeber,

11 = digitale Anzeige für die Ortungsposition ^N*-^x

"2

12 = digitale Anzeige oder/und Rekorder für l/_p,

13 = digitale Anzeige oder/und Rekorder für U_k

14 = digitale Anzeige oder/und Rekorder für | Δ U_p\

mit Vorzeichenangeber,

15 = Bedienungspult für die Wahl und zur Einstellung des automatisierten Prüf- und Ortungsablaufes,

16 = Anordnung zur Auswahl eines bestimmten

Intervalls im zeitlichen Spannungsverlauf.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Isolationsprüfung und zum Lokalisieren von Isolationsfehlern in einem mit mindestens einer Wicklung versehenen elektrischen Apparat, und zwar mittels einer regelbaren Prüfspannung zwischen einem elektrisch leitenden Teil und einer zu prüfenden Wicklung, wobei die örtliche Spannungsverteilung längs der Wicklung sowie längs dem elektrisch leitenden Teil oder eine der beiden örtlichen Spannungsverteilungen und deren Differenz bei der Prüfung bzw. Ortung für die dabei verwendeten Spannungen bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels Regelung der Prüfspannung eine Veränderung des Potentialunterschiedes zwischen der Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil und damit das Einsetzen und Auslöschen einer elektrischen Entladung an einer eine schwache Isolation aufweisenden Stelle zwischen diesen beiden Teilen herbeiführt, sowie das Auftreten dieser Erscheinung mittels einer Entladungsanzeigevorrichtung feststellt, anschließend die Prüfspannung so wählt, daß die der Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil nun zuzuordnenden örtlichen Spannungsverteilungen, als Prüfspannungskurven bezeichnet, zwischen den vorher ermittelten Einsatz- und Auslöschgrenzspannungskurven, entsprechend der erreichbaren Meßgenauigkeit und Hilfs- bzw. Prüfspannungskonstanz möglichst nahe zu den Einsatz- oder zu den Auslöschgrenzspannungskurven, je nachdem, ob das Einsetzen oder das Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzt wird, zu liegen kommen und daß weiterhin längs der Wicklung und längs dem elektrisch leitenden Teil zusätzlich mittels einer Hilfsspan-

nung neue örtliche Spannungsverteilungen und deren Differenz, als Uberlagerungsspannungskurven bzw. Überlagerungsspannungs-Differenzkurve bezeichnet, als Folge des gemeinsamen Einflusses von Hilfsspannung und Prüfspannung derart aufgebaut werden, daß das Verhältnis zwischen Uberlagerungsspannungs-Differenzkurve und Einsatzbzw. Auslöschgrenzspannungs - Differenzkurve auch bei weiterem Regeln der Hilfsspannung und/ oder der Prüfspannung, längs der Wicklung nie konstant ist, daraufhin durch geeigneten Regelungssinn der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung, die Uberlagerungsspannungs-Differenzkurve zur Stelle, welche dem zu lokalisierenden Ort in der Wicklung, der eine schwache Isolation aufweist, entspricht, zu einem gleichen Wert gebracht wird wie, je nachdem ob man das Einsetzen oder das Auslöschen der elektrischen Entladung als Indikator für das Zustandekommen der Fehlerortung benutzen will, die Größe der Einsatzgrenzspannungs-Differenzkurve bzw. der Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve zur gleichen Stelle, an anderen Stellen jedoch einerseits nicht mit der Einsatz- bzw. Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve zusammenfallen, andererseits entsprechend der erreichbaren Meßgenauigkeit und Hilfs- bzw. Prüfspannungskonstanz möglichst nicht zu weit davon abweichen soll, wobei das Erreichen dieses eingeregelten Zustandes während des Regulierens mit der Hilfsspannung und/oder der Prüfspannung durch das Einsetzen bzw. Auslöschen der elektrischen Entladung markiert wird und man aus den charakteristischen Größen der Hilfsspannung und der Prüfspannung für diesen Einsatzbzw. Auslöschzeitpunkt, dem zur Einsatz- bzw. Auslöschgrenzspannungs-Differenzkurve gehörenden Einsatz- bzw. Auslöschspannungswert der Prüfspannung und der Windungszahl der geprüften Wicklung, die eine schwache Isolation aufweisende Stelle der geprüften Wicklung, an der die elektrische Entladung aufgetreten ist, bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfspannung in der zu prüfenden Wicklung induziert, die Spannungsquelle dieser induzierten Prüfspannung an einer mit der zu prüfenden Wicklung gekoppelten weiteren Wicklung anschließt oder beispielsweise bei Apparaten mit nur einer Wicklung direkt über den Wicklungsenden schaltet und die Hilfsspannung zur Ermöglichung der Ortung eines Fehlers, der eine elektrische Entladung zwischen der geprüften Wicklung und einem elektrisch leitenden Teil verursacht hat, zwischen diesem elektrisch leitenden Teil und einem Ende der geprüften Wicklung anlegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfspannung zwischen den Enden der kurzgeschlossenen oder einem Ende der offenen, zu prüfenden Wicklung und einem elektrisch leitenden Teil anlegt und die Hilfsspannung zur Ermöglichung der Ortung eines Fehlers, der eine elektrische Entladung zwischen der geprüften Wicklung und dem elektrisch leitenden Teil verursacht, in der geprüften Wicklung induziert, wobei die Kurzschließung der geprüften Wicklung, sofern deren Wicklungsenden bei dieser Spannungsprüfung nicht bereits offen waren, aufgehoben werden muß und die Spannungsquelle