DE2315322B2 - Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen - Google Patents
Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt- und -ÜbertragungsanlagenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten
Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Teilabschnitten,
bei der der fehlerbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortsfestes Meßorgan ermittelt
wird. -
Aus der Zeitschrift »Revue Generale de PEIectricite«
April 66, Seiten 491-500, ist das Prinzip zur Erfassung dielektrischer Durchschläge durch Messung
der Temperaturerhöhung bei druckgasisolierten Hochspannungsschaltanlagen bekannt. Mit Hilfe der
bekannten Einrichtung kann jedoch die durch einen auftretenden Fehler verursachte Gefahr der Anlage
nicht näher bestimmt werden, um beispielsweise zwischen einem Temperaturanstieg infolge einer Erwärmung,
infolge einer normalen Belastung oder infolge eines Störlichtbogens unterscheiden zu können.
In der DE-OS 1665637 ist eine druckgasisolierte
Hochspannungsschaltanlage beschrieben, die eine Einrichtung zur Überwachung des Gasdruckes aufweist,
welche bei höheren Drücken als dem Betriebsdruck die Abschaltung der Anlage veranlaßt. Als Kriterium
für die Abschaltung der Anlage wird hierbei die Änderungsgeschwindigkeit des Gasdruckes berücksichtigt.
Auf diese Weise kann man nach einem Ansprechen der Überwachungseinrichtung zwischen
normalen Betriebsfällen und Störfällen unterscheidet.
Bei dieser bekannten Ausführungsform ist ein direkter Zugriff in den Innenraum der Anlage erforderlieh,
um den dort herrschenden Druck dem Meßorgan, z. B. einem Druckmeßwertgeber, zuführen zu können.
Eine Ausrüstung bereits bestehender Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen ist wegen der
notwendigen Arbeiten an der Kapselung mit Entleeren und Füllen sowie wegen des gasdichten Einbringens
des Meßorgans sehr aufwendig.
Aus dem Buch von Kreuger »Discharge detection in high voltage equipement« 1964, Seiten 49 und 53
geht eine Einrichtung zur Erfassung von Entladungsvorgängen, z. B. Glimmen an Lunkern in Feststoffisolierungen,
in metallumschlossenen Hochspannungskabeln hervor, bei der der Ort der Entladung durch
in Abständen am Kabelmantel angekoppelte, die Umhüllungstemperatur erfassende Thermofühler bestimmt
werden kann. Derartige Entladungen können sich über einen längeren Zeitraum auch in Hochspannungsschaltanlagen
abspielen, ohne daß deren Betriebsbereitschaft leidet und ohne daß der Ort der Entladungen lokalisiert werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben,
die mit nur geringem Aufwand in bereits bestehende Anlagen installiert werden kann und bei der
sichergestellt ist, daß störende Effekte, die die Betriebsbereitschaft der Anlage nicht beeinträchtigen,
von der Erfassung ausgeschlossen sind. Insbesondere soll ein Eingriff in den Innenraum der Kapselung vermieden
werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe einmal dadurch gelöst, daß das Meßorgan ein außenseitig am
Teilabschnitt angekoppelter, die Kapselungstemperatur erfassender Thermofühler ist, daß der Ausgang
des Thermofühlers mit einer den zeitlichen Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtung verbunden
ist, und daß oberhalb eines Temperaturgradientwertes die Schaltvorrichtung das Thermofühlersignal
an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung weiterleitet.
Durch Anwendung der Erfindung sind metallgekapselte Hochspannungsschalt- und -übertragungsanlagen
mit einer Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge nachrüstbar, ohne daß hierzu die
Hochspannungsschaltanlage außer Betneb gesetzt werden muß. Als Kriterium für das, Auftreten eines
dielektrischen Durchschlages dient der sich aus diesem Durchschlag während der Lichtbogenbrenndauer
ergebende zeitliche Temperaturgradient, der eine andere Charakteristik zeigt als der Temperaturgradient
infolge steigender Umgebungstemperaturen oder steigender elektrischer Belastung, wie sie in normalen
Betriebsfällen vorgesehen sind. Dadurch, daß nur oberhalb eines vorgegebenen Temperaturgradientwertes eine Identifizierung des entsprechenden Teilabschnittes
vorgenommen wird, ist sichergestellt, daß geringfügige Temperaturschwankungen von der Erfassung
ausgenommen sind.
Auf diese Weise kommt man bei Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen insbesondere mit
mehreren gleichartig aufgebauten, gasdicht geschotteten Teilabschnitten mit einem einzigen ortsfesten
Meßorgan je Teilabschnitt aus. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaltvorrichtung einen das Meßsignal
periodisch unterbrechenden Takter und einen das Meßsigna! bis zu einer Taktperiode speichernden
Speicher enthält, wobei die Einrichtung so ausgeführt ist, daß der Takter direkt und der Speicher über einen
mit dem Takter synchron schaltendes Element je einen Eingang eines als Komparator vorgesehenen
NAND-Gatters speist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die Meßorgane mindestens
zwei außenseitig am Teilabschnitt an räumlich voneinander getrennten Stellen der Kapselung angekoppelte,
die Kapselungstemperatur erfassende Thermofühler sind, daß die Ausgänge der Thermofühler mit
einem aus einem Gatter mit Exklusiv-Oder-Bedingung gebildeten Komparator zur Erfassung des örtlichen
Temperaturgradienten verbunden sind, und daß oberhalb eines Temperaturgradientwertes der Komparator
ein Signal an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung weiterleitet.
Diese Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge ist besonders für Hochspannungsschalt-
und -Übertragungsanlagen mit ungleich ausgeführten Teilabschnitten geeignet, wobei man davon ausgeht,
daß beim Auftreten eines dielektrischen Durchschlages der Lichtbogen durch Schleifenbildung zu laufen
beginnt. Die Wanderungsgeschwindigkeit nimmt mit steigendem Strom zu. Eine mit zwei Meßorganen je
Teilabschnitt ausgestattete Erfassungseinrichtung ist im praktischen Betrieb daher in der Lage, den Ort
aller wesentlichen Durchschläge festzustellen.
Um bei Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit unterschiedlich geformten Teilabschnitten
mit Sicherheit alle entstehenden Lichtbogen zu erfassen, kann es vorteilhaft sein, drei MeOorgane für
jeden Teilabschnitt vorzusehen, wobei die Meßorgane an räumlich voneinander getrennten Stellen der Kapselung
auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt außerhalb der zu erfassenden abgewickelten
Fläche des Teilabschnitts liegt. Damit ist sichergestellt, daß ein an einer beliebigen Stelle der Kapselung
entstehender Lichtbogen zu einem eindeutigen Signal des Komparators führt, weil zumindest eines der
Meßorgane ein von den beiden anderen Meßorganen abweichendes Signal abgibi.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfassungseinrichtung nach der Erfindung sind an Hand der
Zeichnung mit drei Ausführungsbeispielen beschrieben.
"> D'e metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage
nach Fig. 1 enthält einen Kabelabgang 1, einen damit verbundenen Linientrennschalter 2, der zu einem
Leistungsschalter 3 führt und einen mit dem Leistungsschalter 3 verbundenen, als Kupplungsstück 4
ίο ausgebildeten Rohrleiter, der zu einem Lasttrennschalter
5 führt. Der Lasttrennschalter 5 ist einerseits mit einem Transformatorabgang 6 und andererseits
mit einem weiteren als Längstrenner wirkenden Lasttrennschalter 7 verbunden, der seinerseits über
eine Erdungsschaltvorrichtung 8 mit einem Trennschalter und über diesen mit einem Lasttrennschalter
10 in Verbindung steht.
Der Lasttrennschalter 10 ist auf der einen Seite mit einem Transformatorabgang 11 und auf der anderen
Seite mit einem Trennschalter 12 verbunden, der seinerseits über eine Erdungsschaltvorrichtung 13 und
einem als Längstrenner wirkenden Lasttrennschalter 14 und einem Lasttrennschalter 15 mit einem weiteren
Transformatorabgang 16 und mit einem als Kupp-
2-> lungsstück ausgebildeten Rohrleiter 17 verbunden ist. Der Rohrleiter 17 steht mit einem Leistungsschalter
18 in Verbindung, dessen anderer Anschluß über einen Linientrennschalter 19 mit einem Kabelabgang
20 gekoppelt ist.
j» An den Stellen 21 befinden sich Schottwände, die
die Hochspannungsschaltanlage in mehrere gasdicht und lichtbogenfest voneinander getrennte Teilabschnitte
unterteilt. Um nach dem Auftreten eines dielektrischen Durchschlages in der metallgekapselten
r> Hochspannungsschaltanlage den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizieren zu können, ist jeder Teilabschnitt
im dargestellten Ausführungsbeispiel mit mindestens einem Thermofühler als Meßorgan versehen.
Das Meßorgan ist jeweils mit 22 bezeichnet. Ein sich auf Grund eines dielektrischen Durchschlages
ausbildender Lichtbogen erzeugt eine Temperaturüberhöhung im Bereich des Lichtbogenfußpunktes an
der Kapselung, die sich von Temperaturerhöhungen durch Betriebsbedingungen wesentlich unterscheidet.
4-> Die von dem Meßorgan erfaßte Temperaturüberhöhung liefert das Kriterium für das Vorliegen eines dielektrischen
Durchschlages in der Hochspannungsschaltanlage.
In Fig. 2 ist mit 22 ein Temperaturfühler bezeich-
V) net, der außenseitig an einem Teilabschnitt der Kapselung
angeordnet ist und an seinem Ausgang ein der jeweiligen Kapselungstemperatur entsprechendes
Thermofühlersignal abgibt. Der Ausgang 30 des Thermofühlers 22 ist mit dem Takter 31 verbunden,
r>5 der das am Ausgang 30 abgegebene Meßsignal periodisch
unterbricht. Auf diese Weise werden dem Eingang 32 eines NAND-Gatters 33 Impulse von vorbestimmter
Dauer mit vorbestimmten Pausenintervallen zugeführt. Die mit dem Eingang 32 des Nenngatters
33 verbundene Leitung 34 führt das periodisch getaktete Meßsignal einem Speicher 35 zu, der das Meßsignal
bis zu einer Taktperiode festhält und somit ein Vergleich zweier aufeinanderfolgender Meßsignale
gestattet. Der Speicher 35 ist über ein mit dem Takter
b5 31 synchron schaltendes Element 36 mit dem anderen
Eingang 37 des NAND-Gatters 33 verbunden. Am Ausgang 38 des NAND-Gatters wird nur dann ein
Signal abgegeben, wenn sich die Amplitude des ge-
takteten Meßsignals um einen bestimmten Betrag ändert.
Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung erfaßt damit den Temperaturgradienten und kann mit Hilfe eines
Schwellwertschalters so ausgelegt werden, daß nur oberhalb eines bestimmten Temperaturgradientenwertes das Thermofühlersignal zu einer den Thermofühler
identifizierenden Schalteinrichtung 40 weitergeleitet wird.
Im einfachsten Fall besteht die den Thermofühler identifizierende Schalteinrichtung 40 aus einer alle
Ausgänge 38 verknüpfenden logischen Schaltung, die nach dem Auftreten eines Signals an einem ihrer Leitungen
38 die Weiterleitung aller an den übrigen Leitungen 38 auftretenden Signale sperrt. Auf diese
Weise erhält man eine eindeutige Aussage über den Ort eines dielektrischen Durchschlages in der metallgekapselten
Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlage. Umgebungstemperaturschwankungen sowie Temperaturschwankungen infolge einer Belastungsänderungwerden,
weil sie einen vorbestimmten Temperaturgradientenwert nicht übersteigen, nicht zur Bildung eines Meßsignals herangezogen, sondern
von dem NAND-Gatter unterdrückt. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß im praktischen
Nennbetrieb die Temperaturen an der Kapselung zwischen — 10° C und + 70° C schwanken, während bei
Auftreten dielektrischer Durchschläge die Kapselungstemperatur in Grenzfällen bis zu 600° C betragen
kann.
Das in Fig. 3 dargestellte Prinzipschaltbild zeigt pro Kapselungsabschnitt je zwei Thermofühler 22, die
beispielsweise in Brückenschaltung ausgeführt sein können. Die Ausgänge 51 der Thermofühler 22 sind
in diesem Fall mit einer logischen Verknüpfungsschaltung 52 verbunden, die eine Exklusiv-Oder-Bedingung
herstellt, d. h. am Ausgang der Verknüpfungsschaltung 52 wird dann und nur dann ein Signal
abgegeben, wenn die an den Ausgängen 51 der Thermofühler 22 auftretenden Signale ungleich sind. Das
von der Verknüpfungsschaltung 52 abgegebene Signal wird einem Verstärker 53 zugeführt, dessen Ausgang
54 mit einer die beiden Thermofühler identifizierenden Schalteinrichtung 40 verbunden ist. Diese Identifiziereinrichtung
40 arbeitet in ähnlicher Weise wie unter Fig. 2 angegeben.
Die Fig. 4 zeigt die Abwicklung einer zu erfassenden Fläche 60 für einen Teilabschnitt, an dem drei
Meßorgane außenseitig angekoppelt werden sollen. Die drei Meßorgane 22 sind räumlich voneinander getrennt
an der Kapselung angeordnet. Sie liegen auf einem Kreisbogen K, dessen Mittelpunkt M außerhalb
der zu erfassenden abgewickelten Fläche des Teilabschnittes liegt. Im Grenzfall liegt der Mittelpunkt
bezogen auf die zu erfassende Fläche im Unendlichen, d. h. die Verbindungslinie der drei Meßorgane bildet
eine Gerade. Die in der angegebenen Weise ent; prechend Fig. 4 angeordneten Meßorgane können entweder
mit einer Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtung verbunden sein, wie an Hand der
Fig. 2 erläutert ist, oder mit einer logischen Verknüpfungsschaltung verbunden sein, die so ausgelegt ist,
daß sie nur dann und nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die drei Meßsignale nicht gleich sind.
Die im Zusammenhang mit einer Hochspannungsschaltanlage der in Fig. 1 dargestellten Art beschriebene
Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge kann selbstverständlich auch in Hochspannungsübertragungsanlagen
Anwendung finden, die fernüberwacht werden sollen. Der wesentliche Vorteil der Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge
nach der Erfindung besteht darin, daß metallgekapselte Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen
als unbemannte Stationen aufgebaut und von einer räumlich entfernten Zentrale fernüberwacht
und ferngesteuert werden können.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt-
und -Übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Teilabschnitten, bei
der der fehlerbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortefestes Meßorgan ermittelt wird,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) das Meßorgan (22) ist ein außenseitig am Teilabschnitt angekoppelter, die Kapselungstemperatur
erfassender Thermofühler (22)
b) der Ausgang des Thermof ühlers (22) ist mit
einer den zeitlichen Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtungen (31, 33)
verbunden
c) oberhalb eines Temperaturgradientwertes leitet die Schaltvorrichtung (31, 33) das
Thermofiihlersignal an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung (40) weiter.
2. Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt-
und -Übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Teilabschnitten, bei
der der fehlerbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortsfestes Meßorgan ermittelt wird,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) die Meßorgane sind mindestens zwei außenseitig am Teilabschnitt an räumliche voneinander
getrennten Stellen der Kapselung angekoppelte, die Kapselungstemperatur erfassende
Thermofühler (22)
b) die Ausgänge der Thermofühler (22) sind mit einem aus einem Gatter (52) mit Exklusiv-Oder-Bedingung
gebildeten Komparator zur Erfassung des örtlichen Temperaturgradienten verbunden
c) oberhalb eines Temperaturgradientwertes leitet der Komparator (52) ein Signal an eine
den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung (40) weiter.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen das
Meßsignal periodisch unterbrechenden speichernden Speicher (35) enthält und daß der Takter
(31) direkt und der Speicher (35) über ein mit dem Takter (31) synchron schaltendes Element
(36) je einen Eingang (32,37) eines als Komparator vorgesehenen NAND-Gatters (33) speist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von drei Meßorganen
(22) für jeden Teilabschnitt die Meßorgane (22) an räumlich voneinander getrennten
Stellen der Kapselung auf einem Kreisbogen (K) angeordnet sind, dessen Mittelpunkt (M) außerhalb
der zu erfassenden abgewickelten Fläche des Teilabschnittes liegt.
!■>
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