DE4123676C2 - Verfahren zur automatischen Teilentladungskabelfehlerortung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Teil­ entladungskabelfehlerortung.

Beaufschlagt man das Prüfstück eines elektrischen Kabels oder ei­ ner 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 Nennspan­ nung von 3,6/6 kV und mehr die TE-Intensitäten 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 ande­ re Kabelende zurück. Bei dem bekannten Verfahren werden die TE-Im­ pulse nur an einem Kabelende (A) ausgekoppelt und zu einem digita­ len 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)) x 1.

Zur Kalibrierung der Meßeinrichtung 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-Ko­ axialkabel mit Endverschlüssen an den Enden A und B, Schirm je­ weils 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.

Des weiteren ist in der DD 2 07 993 eine Schaltungsanordnung zur TE-Fehlerortung an Hochspannungskabeln beschrieben, bei der eine Hochspannungsquelle an einen oder mehrere Innenleiter des Kabels angeschlossen ist, während dessen Außenleiter geerdet ist, und die Auswertung der Laufzeit der TE-Impulse mittels eines Fehleror­ tungsgerätes und einer Bewertungsschaltung erfolgt, wobei die Aus­ kopplung der TE-Impulse nicht nur an einem, sondern an beiden Enden des Kabels erfolgt. Das mit dieser Meßeinrichtung betriebene Verfahren ist nunmehr kein Impuls-Reflexions-, sondern ein Impuls- Direktmeßverfahren.

Hierzu sind an beiden Kabelenden über Kondensatoren Meßimpedanzen, die Übertrager beinhalten, so angeschlossen, daß an den beiden Ausgängen eines Differenzverstärkers Impulse abnehmbar sind, die gegeneinander unterschiedliche, zueinander jedoch gleiche Polari­ tät besitzen. An einem der beiden Ausgänge des Differenzverstär­ kers ist das Fehlerortungsgerät angeschlossen, in dem die Messung der Abstände der TE-Impulse erfolgt. Um bestimmen zu können, von welchem Kabelende aus der im Ortungsgerät angezeigte Fehler zu werten ist, sind den beiden Ausgängen des Differenzverstärkers Schaltelemente zugeordnet, die wechselseitig und damit endenab­ hängig vom Kabel die Anschaltung der Bewertungsschaltung für die TE-Impulse ermöglichen.

Bei dieser Meßeinrichtung werden die TE-Impulse einkanalig auf das Ortungsgerät übertragen. Bei Fehlern in kurzen (unter 50 m langen) Kabeln und in langen Kabeln in der Nähe der Kabelmitte ist infolge der zu beiden Seiten der Fehlerstelle praktisch gleichen Bedamp­ fung der TE-Impulse die Impulsladung gleich, so daß hier eine ge­ naue Aussage über den Fehlerort nicht möglich ist.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren anzugeben, 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.

Diese Aufgabe wird mit einem Meßverfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung besteht im wesentlichen darin, daß a) der vom Kabelende A kommende Meßzweig zum Kanal 1 des Speicheroszilloskops geführt ist, daß b) wie an sich bekannt auch am zweiten Kabelende B ein Kopplungszweig angeschlossen ist, und daß c) dieser Zweig in der gleichen Art wie der erste Kopplungszweig ausgebildet ist und der zugehörige Meßzweig zum Kanal 2 des Speicheroszilloskops geführt ist. Das Verfahren ist nunmehr kein Impuls-Reflexions-, sondern ein Impuls-Direktmeßverfah­ ren.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nun­ mehr die TE-Fehlerortung bei praktisch beliebig kleinen Kabellän­ gen 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 einer Untersuchung und/oder Reparatur der mit einer hohen Genauig­ keit georteten Fehlerstelle liegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielhaft darge­ stellt und wird nachfolgend in den Figuren näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Meßeinrichtung zur automatischen TE-Kabelfehleror­ tung mit einer Auskopplung der TE-Impulse an beiden Enden des Ka­ belprüflings,

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

Fig. 3 das dazugehörende Oszillogramm.

In Fig. 1 sind bezeichnet mit
A - B Kabel-Prüflingsenden
kP Kabelprüfling
E Zentrale Erdung
W Wechsel-Hochspannungsquelle (netzbetriebener Trafo)
Z Hochspannungsfilter
Ck Kopplungskondensator
ZA Ankopplungsvierpol
DSO Digital-Speicher-Ozilloskop
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 - FC 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 3 nach K2 gleich der von A nach K1 ist.

Von der TE-Fehlerstelle werden hochfrequente Impulse mit der Pha­ sengeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit)

v = 1/(L′ x C′)^½

in beide Richtungen längs des Kabelprüflings gesendet. Diese Im­ pulse 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 beide 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 Impulsgenera­ tor angeschlossen. In Fig. 1 ist dies bei A angedeutet. Der TE-Im­ puls erreicht zunächst Kanal 1 und nach der Kabellaufzeit t1 den Kanal 2 des DSO. Ist die Länge des Kabels l erhält man die Impuls- Ausbreitungsgeschwindigkeit

v = 1/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 zum 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 Schirm 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 = (1 - v x 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. Verfahren zur automatischen Teilentladungskabelfehlerortung mit einer digitalen Einrichtung (DSO) zur Messung und Auswertung der Entladungskurven, wobei folgende Verfahrensschritte vorge­ nommen werden:

• - Anschließen einer Hochspannungsquelle (W) an den Kabelprüf­ ling über ein Hochspannungsfilter (Z) bei geerdetem Kabel­ schirm,
• - Verbinden des ersten/zweiten Endes (A/B) des Kabelprüflings über je einen Kopplungskondensator (Ck) und je einen Ankop­ pelvierpol (ZA) mit einem ersten/zweiten Kanal (K1/K2) der Meß- und Auswerteeinrichtung (DSO, PC),
• - Einschalten gleichartiger Ankoppelvierpole (ZA) in jeden An­ koppelzweig,
• - Verändern der Impulssignale derart, daß die Steilheit beider Impulsflanken nahezu gleich sind,
• - Triggern der Meß- und Auswerteeinrichtung (DSO, PC) auf die Flanken der Entladungsimpulse,
• - Umrechnen der Zeitspanne (t2) zwischen den Impulsflanken als Maß des Fehlerorts (e).

2. Verfahren zur automatischen Teilentladungskabelfehlerortung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulslaufzeiten in beiden Ankoppelzweigen auf Gleichheit eingestellt werden.

3. Verfahren zur automatischen Teilentladungskabelfehlerortung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsausbreitungsge­ schwindigkeit (v) bestimmt wird durch Impuls-Beaufschlagen des Kabelprüflings, wobei der Schirm des Kabelprüflings von dessen beiden Enden konzentrisch zum Innenleiter sowohl zu den Zulei­ tungen eines Impulsgenerators (IG) als auch zur Meß- und Auswer­ teeinrichtung (DSO, PC) geführt wird.

4. Verfahren zur automatischen Teilentladungskabelfehlerortung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steil­ heit der Impulsflanken derart einander angeglichen werden, daß ein Kanal (K1, K2) der Meß- und Auswerteeinrichtung (DSO, PC) un­ kalibriert skaliert wird.