DE4123676A1 - Messeinrichtung zur automatischen teilentladungs-kabelfehlerortung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur automatischen Teil­ entladungs-(TE-)Fehlerortung an elektrischen Kabeln und Leitungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Beaufschlagt man das Prüfstück eines elektrischen Kabels oder einer Leitung - nachfolgend gilt der Begriff Kabel für beide - mit einer Hochspannung von Netzfrequenz, treten an einer Fehlerstelle Teilentladungs-(TE-)Impulse auf. Koppelt man diese aus und macht sie auf einem Oszilloskop sichtbar, so kann man aus der zeitlichen Impulsfolge bei Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Im­ pulses im Kabel den Ort des Fehlers bestimmen.

Nach den nationalen und internationalen Normen, vorgegeben von VDE, IEC u. a., müssen an Hochspannungskabeln mit einer Nennspannung von 3,6/6 kV und mehr die TE-Intensität bei vorgegebenen Prüfspannungen ermittelt werden. Die maximal zulässigen TE-Inten­ sitäten und das Meßverfahren sind in den Vorschriften festgelegt, z. B. für Leitungstrossen nach VDE 0250 Teil 813 in VDE 0472 Teil 513.

Es ist bereits bekannt, TE-Intensitäten und -Fehlerstellen mittels eines Impuls-Reflexionsverfahrens zu ermitteln bzw. zu orten, so beschrieben im Prospekt "Automatisches Teilentladungskabelfehler­ ortungssystem Typ 9010" der Tettex AG, Zürich (Schweiz), 06.86.

Impulse, die durch eine Entladung an einer fehlerhaften Stelle im Kabel verursacht werden, wandern bis an die Kabelenden (A und B). Sind diese nicht mit der charakteristischen Wellenimpedanz abge­ schlossen, werden die Impulse reflektiert und wandern an das andere Kabelende zurück. Bei dem bekannten Verfahren werden die TE-Im­ pulse nur an einem Kabelende (A) ausgekoppelt und zu einem digitalen Speicheroszilloskop geleitet. Im Zeitdiagramm des Oszilloskops erscheinen der Ursprungsimpuls und die Reflexionsimpulse mit ab­ nehmendem Pegel in der zeitlichen Abfolge: in t1 der erste in A ankommende, in t2 der erste (von B) reflektierte und in t3 der zweite (von A und B) reflektierte Impuls. Ist die Kabellänge l, so erhält man die Entfernung e des TE-Fehlers vom Kabelende zu e=((t3-t2)/(t3-t1))×l.

Zur Kalibrierung der Meßeinheit hat man die Ausbreitungsge­ schwindigkeit v eines TE-Impulses im Kabel zu ermitteln, wozu ein Impulsgenerator samt Kalibrator an das Kabelende B angeschlossen wird.

Die TE-Fehler-Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen (siehe auch Zeichnung):
a) Kabelprüfling: Hochspannungs-Koaxialkabel mit Endverschlüssen an den Enden A und B, Schirm jeweils geerdet,
b) Versorgungszweig: Erde - Hochspannungs-(HS-) Speisung (netzbetriebener HS-Trafo) - HS-Filter (zur Ausschaltung von Störimpulsen) - Kabelende A.
c) Kopplungszweig: Kabelende A - Kopplungskondensator - Kopplungsnetzwerk - Erde, mit dem Meßzweig: Kopplungsnetzwerk - Digitales Speicheroszilloskop - Computer (PC).

Meßeinrichtung- und -verfahren haben hier neben den Vorteilen, wie gleichzeitige Messung des TE-Pegels und Ortung der Fehlerstelle, auch Grenzen: Eine Fehlerortung ist an Prüflingen mit einer Länge unter 100 m und in einer Entfernung unter 50 m von den Kabelenden nicht möglich, und die Ortungsgenauigkeit beträgt ±2 m.

Aufgabe

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Meßeinrichtung und -verfahren so zu ändern, daß die TE-Fehlerortung auch bei prak­ tisch beliebig kleinen Kabellängen und Entfernungen von den Kabel­ enden sowie mit einer höheren Genauigkeit vorgenommen werden kann.

Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einer Meßeinrichtung der bekannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung besteht im wesentlichen darin, daß das zweite Kabelende (B) nicht offen bleibt, sondern daß auch von ihm ein Kopplungszweig zum Speicheroszilloskop geführt wird, der dem ersten Kopplungszweig gleicht. Das mit dieser Einrichtung betriebene Verfahren ist nun­ mehr kein Impuls-Reflexions-, sondern ein Impuls-Direktmeßverfahren.

Vorteile

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nun­ mehr die TE-Fehlerortung bei praktisch beliebig kleinen Kabellängen und Entfernungen von den Kabelenden sowie mit einer Genauig­ keit bis etwa ±0,1 m möglich ist. Damit sind die indirekten Vor­ teile verknüpft, die in der Arbeits- und Materialersparnis bei unter Untersuchung und/oder Reparatur der mit einer hohen Genauig­ keit georteten Fehlerstelle liegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben, wovon 2 die Ausbildung der beiden Kopplungs­ zweige und 3 die Einrichtung zur Messung der Impuls-Ausbreitungs­ geschwindigkeit betrifft.

Darstellung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Meßeinrichtung zur automatischen TE-Kabelfehlerortung mit einer Auskopplung der TE-Impulse an beiden Enden des Kabelprüflings,

Fig. 2 die Impuls-Laufzeiten bei einem TE-Fehlerort nahe dem Kabelende A, und

Fig. 3 das dazugehörende Oszillogramm.

In Fig. 1 sind bezeichnet mit
A-B Kabel-Prüflingsenden
E Zentrale Erdung
W Wechsel-Hochspannungsquelle (netzbetriebener Trafo)
Z Hochspannungsfilter
Ck Kopplungskondensator
ZA Ankopplungsvierpol
DSO Digital-Speicher-Oszilloskop
K1, K2 die Kanäle des DSO
PC Computer
IG Impulsgenerator.

Der Kabelprüfling ist an den beiden Enden A und B mit Endver­ schlüssen ausgerüstet. Sein Schirm (Metallschirm oder Leitschicht) ist an beiden Enden geerdet. Die Fehlerortung kann nicht nur an einadrigen geschirmten, sondern auch an mehradrigen Kabeln und Leitungen, deren Aderschirme mit den Teilschutzleitern in Verbin­ dung stehen, vorgenommen werden.

Wie oben ausgeführt, sind von der Meßeinrichtung der Versorgungs­ zweig E - W - Z - A und der eine Ankopplungszweig A - Ck -ZA - E mit dem Meßabzweig ZA - DSO/K1 - PC bekannt. Erfindungsgemäß ist die Meßeinrichtung durch den zweiten Ankopplungszweig B - Ck - ZA - E mit dem Meßabzweig ZA - DSO/K2 ergänzt, der dem ersten Ankopp­ lungszweig gleicht. Vorteilhafterweise sind die beiden Zweige so aufgebaut, daß die Impulslaufzeit von B nach K2 gleich der von A nach K1 ist.

Von der TE-Fehlerstelle werden hochfrequente Impulse mit der Pha­ sengeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit
v=1/(L′×C′)
in beide Richtungen längs des Kabelprüflings gesendet. Diese Impulse werden an den beiden Enden des Prüflings ausgekoppelt und dem hochauflösenden Digital-Speicher-Oszilloskop DSO zugeleitet. Das DSO wird auf die Impulsflanke eines Kanals getriggert, und zugleich werden beiden Kurvenverläufe (mit Pretrigger) gespeichert.

Die Bestimmung der in den Fig. 2 und 2a angezeigten Laufzeiten t1 und t2 erfolgt an den Impulsflanken. Für eine maximale Genauigkeit müssen die Impulsflanken gleiche Steilheit aufweisen. Um dies zu erreichen, wird ein Kanal vertikal unkalibriert skaliert.

Zur Kalibrierung der Meßeinrichtung und Bestimmung der Impuls-Aus­ breitungsgeschwindigkeit v wird der Versorgungszweig der Meßein­ richtung abgeklemmt und an eines der Kabelenden ein Impulsgenerator angeschlossen. In Fig. 1 ist dies bei A angedeutet. Der TE-Im­ puls erreicht zunächst Kanal 1 und der Kabellaufzeit t1 den Kanal 2 des DSO. Ist die Länge des Kabels l, erhält man die Impuls- Ausbreitungsgeschwindigkeit
v=l/t1.

Zu dieser Messung muß der Schirm des Kabels an dessen Enden kon­ zentrisch zum Innenleiter - z. B. mit einem Cu-Geflechtsschlauch - einerseits bis an die Zuleitungen zum Impulsgenerator und ander­ seits zu Oszilloskop geführt werden.

Nun zur Hauptsache, der Fehlerortung: Je nachdem die TE-Fehler­ stelle näher am Kabelende A oder B liegt, erscheint der TE-Impuls zuerst über Kanal 1 bzw. 2 auf dem Bildschirm des Oszilloskops. Der über den jeweils anderen Kanal laufende Impuls erscheint dann um die Zeit t2 später. Die Fig. 2 und 2a zeigen die Verhältnisse bei einer Fehlerstelle nahe dem Kabelende A. In beiden Fällen erhält man die Entfernung e der Fehlerstelle vom nächsten Kabelende aus der Beziehung
e=(l-v×t2)/2.

Die Steuerung des DSO und die Auswertung sind automatisiert, um die Ortungsgenauigkeit zu erhöhen und Fehlmessungen möglichst aus­ zuschließen. Die Steuerung des DSO und die Auswertung der Kurven­ verläufe sowie die erforderlichen Berechnungen werden von dem PC mittels eines speziellen Softwareprogramms durchgeführt, so daß in einigen Sekunden mehrere TE-Impulse ausgewertet werden können. Und der aus den Einzelmessungen ermittelte Mittelwert bestimmt den tatsächlichen Fehlerort mit einer Genauigkeit von etwa ±0,1 m.

Claims (4)

1. Meßeinrichtung zur automatischen Teilentladungs-(TE-)Fehlerortung an elektrischen Kabeln und Leitungen bestehend aus folgenden Schaltungsabschnitten:

• - Kabelprüfling: Hochspannungskabel mit Endverschlüssen an den Enden (A und B), Schirm jeweils geerdet,
• - Versorgungszweig: Erde (E) - Wechsel-Hochspannungsquelle (W) - Hochspannungsfilter (Z) - Kabelende A, und
• - Kopplungszweig: Kabelende A - Kopplungskondensator (Ck) - An­ kopplungsvierpol (ZA) - Erde (E), mit dem Meßzweig: Ankopplungs­ vierpol (ZA) - digitales Speicheroszilloskop (DSO) - Computer (PC),

dadurch gekennzeichnet, daß auch von dem zweiten Kabelende B aus ein dem ersten Kopplungszweig gleicher Zweig zum Speicheroszillo­ skop (DSO), Kanal 2 (K2) geführt ist.

2. Meßeinrichtung zur TE-Fehlerortung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Kopplungszweige so aufgebaut sind, daß die TE-Impulslaufzeit von B nach K2 gleich der von A nach K1 (Speicheroszilloskop-Kanal 1) ist.

3. Meßeinrichtung zur TE-Fehlerortung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß zur Bestimmung der Impuls-Ausbreitungsgeschwindigkeit (t1) der Versorgungszweig abgeklemmt ist und an eines der Kabelenden (A oder B) ein Impulsgenerator (IG) angeschlossen ist,
• - wobei der Schirm des Kabels an dessen Enden konzentrisch zum Innenleiter, z. B. mit einem Cu-Geflechtsschlauch, einerseits bis an die Zuleitungen zum Impulsgenerator (IG) und anderseits zum Oszilloskop (DSO) geführt ist.