DE4221865B4 - Sensor for coupling partial discharge pulses out of a high-voltage electrical system - Google Patents

Sensor for coupling partial discharge pulses out of a high-voltage electrical system

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DE4221865B4 DE19924221865 DE4221865A DE4221865B4 DE 4221865 B4 DE4221865 B4 DE 4221865B4 DE 19924221865 DE19924221865 DE 19924221865 DE 4221865 A DE4221865 A DE 4221865A DE 4221865 B4 DE4221865 B4 DE 4221865B4
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    • G01R31/1227Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1254Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of gas-insulated power appliances or vacuum gaps

Abstract

Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage mit einer im Inneren der Metallkapselung (1) angeordneten, ringförmig ausgebildeten Messelektrode (5), welche einen hochspannungsführenden Leiter (3) der Anlage koaxial umgibt, und welche mit einer Verarbeitungseinheit (21) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (5) mit mehreren Befestigungselementen (8) auf einem sie mit Abstand umgebenden und auf Kapselungspotential befindlichen Montagering (6) elektrisch isoliert gehaltert ist, und dass am Montagering (6) zwei in dessen Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete und jeweils mit der Messelektrode (5) einerseits und mit Erdpotential oder Masse der Anlage andererseits verbundene Ausgänge (16, 17) des Sensors vorgesehen sind, von denen der erste (17) mit der Verarbeitungseinheit (21) verbunden ist, und der zweite (16) kurzgeschlossen, mit einem ohmschen Widerstand abgeschlossen oder offen gehal sensor arranged for coupling partial discharge pulses out of a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation with an inside of the metal enclosure (1), ring-shaped measuring electrode (5) which surrounds a high-voltage conductor (3) of the plant coaxially, and which is connected to a processing unit (21) characterized in that the measuring electrode (5) with a plurality of fasteners (8) to a surrounding at a distance and located on Kapselungspotential mounting ring (6) is supported electrically insulated, and that the mounting ring (6), two in its circumferential direction offset against each other are arranged, and in each case with the measuring electrode (5) on the one hand and on the other hand connected to ground potential or frame of the system outputs (16, 17) of the sensor are provided, of which the first (17) to the processing unit (21) is connected, and the second (16) shorted, terminated with a resistor or openly supported ten ist. is th.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL FIELD
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage mit einer im Inneren der Metallkapselung angeordneten, ringförmig ausgebildeten Messelektrode, welche einen hochspannungsführenden Leiter der Anlage koaxial umgibt und welche mit einer Verarbeitungseinheit verbunden ist. In the invention, it is assumed that a sensor is arranged for coupling partial discharge pulses out of a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation having a interior of the metal, ring-shaped measurement electrode surrounding a high-voltage conductor of the plant coaxially and which is connected to a processing unit.
  • Die Erfassung von Teilentladungen spielt bei der Qualitätssicherung von hochspannungsführenden elektrischen Anlagen, wie etwa einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage oder einer hochspannungsbetriebenen elektrischen Maschine, beispielsweise einem Transformator oder einem Generator, eine wichtige Rolle. The detection of partial discharges plays in the quality assurance of high-voltage electrical equipment, such as a metal-encapsulated gas-insulated high-voltage installation or high-voltage-driven electrical machine, for example a transformer or a generator, an important role. Teilentladungsmessungen werden sowohl bei der fabrikationsmässigen Qualitätskontrolle als auch bei der Qualitätsprüfung während des Vor-Ort-Aufbaus durchgeführt. Partial discharge measurements are carried out both in the fabrication regular quality control as well as in quality control during the on-site construction.
  • Ein Sensor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus A sensor of the type mentioned, for example, from DE 23 56 160 DE 23 56 160 sowie such as US 42 77 746 US 42 77 746 bekannt. known. Der vorbekannte Sensor weist eine ringförmige Messelektrode auf, welche in einen Stützisolator einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage eingebettet oder am Aussenrand dieses Stützisolators ausserhalb der Metallkapselung angebracht ist und welche der kapazitiven Auskoppelung von im Inneren der Anlage gebildeten Teilentladungsimpulsen dient. The known sensor has a ring-shaped measurement electrode of this post insulator is embedded in a supporting insulator of a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation or the outside of the mounted outside the metal enclosure and which of the capacitive decoupling of formed in the interior of the system partial discharge pulses is used. Das elektrische Feld der Anlage wirkt jedoch nur über das Isoliermaterial des Stützisolators auf die Messelektrode. However, the electric field of the system acts only on the insulating material of the support insulator on the measuring electrode.
  • Eine weiterer Sensor zur Erfassung von Teilentladungsimpulsen in metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlagen ist beschrieben in M.Albiez, KJDiederich, J.Meppelink und W.Zaengl:"Design and Calibration of an Universal Sensor for the Measurement of Partial Discharges and Very Fast Transients in GIS" in Sixth International Symposium on High Voltage Engineering (1989), New Orleans, 42.28. A further sensor for detecting partial discharge pulses in metal-enclosed gas-insulated high-voltage systems is described in M.Albiez, KJDiederich, J.Meppelink and W.Zaengl: "Design and Calibration of an universal sensor for the measurement of Partial Discharges and Very Fast Transients in GIS" in Sixth International Symposium on high Voltage Engineering (1989), New Orleans, 42.28. Der vorbeschriebene Sensor ist als kreisförmige Platte mit einem Durchmesser von ca. 10 cm ausgebildet und ist im Inneren der Metallkapselung einer gasisolierten metallgekapselten Hochspannungsanlage angeordnet. The above-described sensor is constructed as a circular plate having a diameter of about 10 cm and is disposed inside the metal enclosure of a gas-insulated metal-encapsulated high-voltage installation. Vom Sensor aus dieser hochspannungsführenden Anlage kapazitiv ausgekoppelte Teilentladungsimpulse werden in einer dem Sensor nachgeschalteten Verarbeitungseinheit breitbandig verstärkt und registriert. in a downstream of the sensor processing unit broadband amplified and registered by the sensor from the high-voltage system capacitively coupled partial discharge pulses. Dieser Sensor erfasst relativ kleine Nutzsignale, deren Übertragung oberhalb einer Grenzfrequenz von 200 MHz zudem nur noch in erheblich abgeschwächter Form möglich ist. This sensor detects relatively small wanted signals whose transmission above a cutoff frequency of 200 MHz is also possible only to a significantly lesser extent.
  • Auch ein aus Also from EP 134 187 A2 EP 134 187 A2 bekannter Sensor zur Erfassung von Teilentladungsimpulsen in einer metallgekapselten gasisolierten Anlagen weist eine dem Auskoppeln der Impulse dienende plattenförmig ausgebildete Elektrode auf. known sensor for detecting partial discharge pulses in a metal-enclosed gas-insulated switchgear has a serving the decoupling of the pulses plate-shaped electrode.
  • In In DE 35 44 508 A1 DE 35 44 508 A1 ist ferner ein Kombinationswandler zum gleichzeitigen Messen von Strom und Spannung im Inneren einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage beschrieben. is further described a combination transducer for simultaneously measuring voltage and current inside a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei der Auskoppelung der in der Anlage auftretenden Teilentladungsimpulse sowie eine hohe Grenzfrequenz bei der Übertragung der ausgekoppelten Teilentladungsimpulse auszeichnet und welcher zugleich an unterschiedliche Messaufgaben angepasste Übertragungseigenschaften aufweisen soll. The invention as defined in the claims, has for its object to provide a sensor of the type mentioned, which are characterized by high efficiency in the decoupling of the partial discharge pulses occurring in the plant and a high cutoff frequency in the transmission of the extracted partial discharge pulses characterized and which is to have at the same time adapted to different measurement tasks transfer characteristics.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 dazu angegebenen Merkmale gelöst. This object is achieved by the features specified in this claim 1.
  • Beim Sensor nach der Erfindung ist die Messelektrode mit mehreren Befestigungselementen auf einem sie mit Abstand umgebenden und auf Kapselungspotential befindlichen Montagering elektrisch isoliert gehaltert, und sind am Montagering zwei in dessen Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete und jeweils mit der Messelektrode einerseits und mit Erdpotential oder Masse der Anlage andererseits verbundene Ausgänge des Sensors vorgesehen. In the sensor according to the invention, the measuring electrode is provided with a plurality of fastening elements are electrically insulated on a surrounding spaced from and located on Kapselungspotential mounting ring supported, and are offset from one another on the mounting ring, two in the circumferential direction are arranged and respectively connected to the measuring electrode on the one hand and with ground potential or frame of the plant on the other hand connected to outputs of the sensor are provided. Der Sensor nach der Erfindung weist daher eine grosse der Wirkung der zu erfassenden Teilentladungsimpulse ausgesetzte Sensorfläche und damit eine grosse Koppelkapazität im Bereich von pF auf. Therefore, the sensor according to the invention has a large effect of the to be detected partial discharge pulses exposed sensor surface, and thus a large coupling capacitance in the range of pF. Zugleich ist der Sensor unmittelbar und nicht über einen Stützisolator der Wirkung der Teilentladungsimpulse ausgesetzt. At the same time the sensor is exposed directly and not via a supporting insulator the effect of the partial discharge pulses. Daher wird mit diesem Sensor ein besonders grosses Nutzsignal erzielt. Therefore, a particularly large useful signal is obtained with this sensor.
  • Da der Sensor nach der Erfindung zwei Ausgänge aufweist, von denen der eine mit der Verarbeitungseinheit und der andere kurzgeschlossen, mit einem ohmschen Widerstand vom vorzugsweise 50 Ohm abgeschlossen oder offen gehalten ist, können je nach Beschaltung in äusserst einfacher Weise unterschiedliche Übertragungseigenschaften erreicht werden. Since the sensor comprises according to the invention has two outputs, of which the one with the processing unit and the other short-circuited, is terminated with a resistor of preferably 50 ohms or kept open, different transmission characteristics can be obtained depending on the wiring in extremely simple manner. Der Sensor nach der Erfindung kann daher ohne aufwendige Eichvorgänge durch entsprechende Beschaltung zur Lösung unterschiedlicher Messaufgaben verwendet werden. The sensor according to the invention can therefore be used without complex calibration operations by appropriate wiring to the solution of different measurement tasks.
  • Zugleich zeichnet sich der Sensor nach der Erfindung dadurch aus, dass er Signale mit Frequenzen bis zu 1,5 GHz mit vergleichsweise geringer Dämpfung überträgt und einen grossen Störabstand zu den in Hochspannungsanlagen auftretenden niederfrequenten Störungen aufweist. At the same time the sensor is characterized according to the invention is characterized in that it transmits signals with frequencies up to 1.5 GHz with comparatively low attenuation and a large signal to noise ratio to occur in high voltage systems the low-frequency disturbances.
  • Mit dem erfindungsgemässen Sensor ist es ferner möglich, im Nahbereich liegende Teilentladungsquellen mit hoher Genauigkeit zu erfassen. The inventive sensor, it is also possible to detect lying in the vicinity of partial discharge sources with high accuracy. Weiter vom Sensor, beispielsweise einige bis 100 Meter, entfernt liegende Teilentladungsquellen können mit Vorteil mit einen erfindungsgemässen Sensor erfasst werden, bei dem Frequenzsignale im Bereich von ca. 20 bis zu ca. 300 MHz ausgewertet werden. Located further from the sensor, for example, some up to 100 meters, from partial discharge sources can be captured with advantage with an inventive sensor, up to 300 MHz are evaluated in the frequency signals in the range of approximately 20th
  • Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Special embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention and the advantages achieved thereby are explained in more detail below with reference to drawings.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt: In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically, and specifically:
  • 1 1 in stark vereinfachter Darstellung eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage mit einem ringförmig ausgebildeten Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen nach der Erfindung, in a highly simplified representation of a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation with a ring-shaped sensor for coupling partial discharge pulses according to the invention,
  • 2 2 eine Aufsicht in axialer Richtung auf den vergrössert dargestellten Ringsensor gemäss a plan view in the axial direction of the ring sensor shown enlarged in accordance with 1 1 , .
  • 3 3 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch ein Befestigungselement des Ringsensors gemäss a plan view of an axial section through a fastening member of the ring sensor according to 2 2 , .
  • 4 4 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch einen Ausgang des Ringsensors gemäss a plan view of an axial section through an output of the ring sensor according to 2 2 , .
  • 5 5 den Frequenzgang des Ringsensors gemäss the frequency response of the ring sensor according to 2 2 , bei dem dessen Ausgänge bis auf den Signalausgang kurzgeschlossen sind, In which the outputs of which are up to the signal output short-circuited,
  • 6 6 den Frequenzgang des Ringsensors gemäss the frequency response of the ring sensor according to 2 2 , bei dem dessen Ausgänge bis auf den Signalausgang mit einem ohmschen Widerstand von 50 Ω abgeschlossen sind, In which the outputs of which are up to the signal output end with a resistor of 50 Ω,
  • 7 7 den Frequenzgang des Ringsensors gemäss the frequency response of the ring sensor according to 2 2 , bei dem dessen Ausgänge bis auf den Signalausgang geöffnet sind, In which the outputs of which are open to the signal output,
  • 8 8th den zeitlichen Verlauf eines von einem Ringsensor gemäss the temporal course of a sensor of a ring according to 2 2 ausgegebenen Signals, welches durch Auskoppelung und Übertragung eines Teilentladungsimpulses in der auf Teilentladungen zu überwachenden Anlage gemäss output signal in the to be monitored by extraction and transfer of a partial discharge pulse to partial discharges installation according to 1 1 gebildet ist, is formed
  • 9 9 den zeitlichen Verlauf eines von einem Sensor nach dem Stand der Technik ausgegebenen Signals, welches durch Auskoppelung und Übertragung des gleichen Teilentladungsimpulses ebenfalls in der Anlage gemäss the time profile of a signal output from a sensor according to the prior art signal invention by extraction and transmission of the same partial discharge pulse also in the plant 1 1 gebildet ist, und is formed, and
  • 10 10 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch einen in der Anlage gemäss a plan view of an axial section through a plant according to the in 1 1 eingebauten Sensor zur Strom- und Spannungsmessung mit einer weiteren Ausführungsform eines Ringsensors nach der Erfindung. built-in sensor for measuring current and voltage with a further embodiment of a ring sensor according to the invention.
  • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION
  • Die in In the 1 1 dargestellte metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage enthält ein als Metallkapselung ausgebildetes, auf Erdpotential gelegtes und mit einem Isoliergas, wie typischerweise SF 6 , von bis zu einigen Bar Druck gefülltes Gehäuse illustrated gas-insulated metal-encapsulated high-voltage system comprises a formed as a metal enclosure, laid at ground potential, and some with an insulating gas such as SF 6 is typically, of up bar pressure filled housing 1 1 . , Im Inneren des Gehäuses Inside the housing 1 1 befinden sich ein von Isolatoren are one of insulators 2 2 getragener und Hochspannung von einigen bis zu einigen hundert kV führender Leiter Born and high voltage of several to several hundred kV acting head 3 3 und ein der Auskoppelung von Teilentladungsimpulsen aus dem Gehäuse and a decoupling of the partial discharge pulses out of the housing 1 1 dienender Ringsensor serving ring sensor 4 4 . ,
  • Wie aus den As seen from the 2 2 bis to 4 4 ersichtlich ist, weist der Ringsensor It can be seen, the ring sensor 4 4 eine ringförmig ausgebildete Messelektrode a ring-shaped measuring electrode 5 5 auf sowie einen metallenen Montagering and to a metal mounting ring 6 6 , welcher die Messelektrode That the measuring electrode 5 5 mit Abstand konzentrisch umgibt und an welchem die Messelektrode spaced concentrically surrounds and on which the measuring electrode 5 5 elektrisch isoliert befestigt ist. is secured electrically insulated. Der Montagering The mounting ring 6 6 enthält in Umfangsrichtung verteilte und in axialer Richtung ersteckte Bohrungen contains distributed in circumferential direction and in the axial direction ersteckte bores 7 7 , welche der Aufnahme von Schrauben bei der Montage des Ringsensors Which to receive screws during assembly of the sensor ring 4 4 im Gehäuse in the housing 1 1 dienen. serve. Der montierte Ringsensor The mounted ring sensor 4 4 befindet sich mit seinem Montagering is located with its mounting ring 6 6 auf Erdpotential bzw. auf dem Massepotential des üblicherweise geerdeten Gehäuses at ground potential or at the ground potential of the usually grounded housing 1 1 . ,
  • Zur Halterung der Messelektrode For holding the measuring electrode 5 5 in elektrisch isolierender Weise sind mehrere, wie ersichtlich beispielsweise vier, Befestigungselemente in an electrically insulating manner, a plurality of, as shown, for example, four, fixing elements 8 8th vorgesehen. intended. Mindestens eines dieser Befestigungselemente weist – wie aus At least one of these fasteners has - like 3 3 zu entnehmen ist – ein spannungsbegrenzendes Element refer to is - a voltage-limiting element 9 9 , wie insbesondere einen Ableiter auf der Basis eines Gases, auf. Such as in particular a surge arrester, on the basis of a gas on. Das spannungsbegrenzendes Element The voltage-limiting element 9 9 ist mit seinem einen Stromanschluss auf der äusseren Mantelfläche der Messelektrode is with its one power connector on the outer envelope surface of the measuring electrode 5 5 und mit seinem anderen Stromanschluss auf einer nach innen gerichteten Stirnfläche eines metallischen Druckbolzens and at the other power connection on an inwardly directed face of a metallic thrust bolt 10 10 in elektrisch leitender Weise befestigt. fastened in electrically conductive manner. Der Druckbolzen The Pushpin 10 10 ist in radialer Richtung verschieblich in einer Blindbohrung is radially slidable in a blind bore 11 11 des Montageringes the mounting ring 6 6 geführt und kann bei Montagearbeiten gegen die Kraft einer auf dem Boden der Blindbohrung out and can during assembly work against the force of on the floor of the blind bore 11 11 abgestützten Druckfeder supported compression spring 12 12 radial nach aussen verschoben werden. are displaced radially outwards. Der Druckbolzens The pressure bolt 11 11 ist über lamellenförmige Kontaktelemente is about lamellar contact elements 13 13 auf das elektrische Potential des Montageringes to the electrical potential of the mounting ring 6 6 geführt. guided.
  • Das bei Betrieb des Ringsensors The operation of the ring at the sensor 4 4 auf die Messelektrode the measuring electrode 5 5 wirkende elektrische Feld wird durch Teile des Montageringes acting electric field through portions of the mounting ring 6 6 homogenisiert, welche als Schirmelektroden homogenized, which as shield electrodes 14 14 , . 15 15 ausgebildet sind. are formed.
  • Der Ringsensor The ring sensor 4 4 enthält ferner mindestens zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Ausgänge further comprises at least two circumferentially offset from each other arranged outputs 16 16 , . 17 17 . , Diese Ausgänge sind mit ihrem als Hülse These outputs are connected to their as a sleeve 18 18 ausgebildeten einen Stromanschluss jeweils mit der Messelektrode a power connector formed in each case with the measuring electrode 5 5 elektrisch leitend verbunden und befinden sich mit ihrem als Bohrung an electrically conductive manner and are located with their as a bore 19 19 des Montageringes the mounting ring 6 6 ausgebildeten anderen Stromanschluss jeweils auf Erdpotential oder dem Massepotential der Anlage. formed other current terminal respectively at ground potential or the ground potential of the system.
  • An jedem der Ausgänge At each of the outputs 16 16 , . 17 17 kann mittels eines abgeschirmten Messkabels can by means of a screened measuring cable 20 20 , dessen Schirmung in der Bohrung Whose shielding in the bore 19 19 mit dem Montagering with the mounting ring 6 6 und dessen Signalleiter mit der Hülse and the signal conductor with the sleeve 18 18 kontaktiert wird, ein den Teilentladungsimpulsen entsprechendes Messignal abgegriffen und einer einen Verstärker enthaltenden Verarbeitungseinheit a measuring signal corresponding to the partial discharge pulses is contacted tapped and a processing unit containing an amplifier 21 21 zugeführt werden. are supplied. Das Messkabel The measuring cable 20 20 weist vorzugsweise einen Wellenwiderstand von 50 Ω auf. preferably has a characteristic impedance of 50 Ω. Die Auswertung der Ausgangssignale des Ringsensors The evaluation of the output signals of the sensor ring 4 4 in der Verarbeitungseinheit in the processing unit 21 21 kann dann ohne weitere Anpassungsarbeiten ausgeführt werden. can be executed without further adaptation work. Vorzugsweise dient jedoch nur einer der Ausgänge, z. Preferably, however, is only one of the outputs, eg. B. der Ausgang B. the output 17 17 , dem Abgriff der ausgekoppelten Teilentladungsimpulse, wohingegen ein zweiter Ausgang, z. , The tap of the coupled-out partial discharge pulses, whereas a second output z. B. der Ausgang B. the output 16 16 , unterschiedlich beschaltet wird. , Is wired differently. Hierdurch wird eine Anpassung des Frequenzganges des Ringsensors In this way, an adjustment of the frequency response of the sensor ring 4 4 an unterschiedliche Messaufgaben erreicht. reaches to different measurement tasks. Es hat sich herausgestellt, dass an unterschiedliche Messaufgaben angepasste Frequenzgänge mit besonders geringer Dämpfung im Frequenzbereich oberhalb von 50 MHz dann erreicht werden, wenn die Ausgänge It has been found that adapted to different measurement tasks frequency responses with a particularly low damping in the frequency range above 50 MHz can be achieved if the outputs 16 16 und and 17 17 einander diametral gegenüberliegen. diametrically opposite one another.
  • Dies kann aus den This may result from the 5 5 bis to 7 7 entnommen werden, in denen jeweils die Dämpfung at[db] eines vom Ringsensor are taken, in each of which the attenuation at [db] of the ring sensor 4 4 übertragenen Signals in Abhängigkeit von der Frequenz f[MHz] dargestellt ist. is the transmitted signal as a function of the frequency f [MHz] shown.
  • Ist der Ausgang If the output 16 16 kurzgeschlossen, so ergibt sich der in shorted, then the yields in 5 5 dargestellte Frequenzgang. Frequency response shown. Hieraus ist ersichtlich, dass der Ringsensor It can be seen that the sensor ring 4 4 verwertbare Signale auch im Frequenzbereich oberhalb 500 MHz überträgt. usable signals in the frequency range above 500 MHz transfers. Weitere Messungen haben ergeben, dass selbst Frequenzen bis 1,5 GHz noch vergleichsweise gut übertragen werden. Further measurements have shown that even frequencies are relatively well transferred to 1.5 GHz. Frequenzen zwischen 50 und 300 MHz werden mit nahezu gleichbleibend geringer Dämpfung übertragen, hingegen fällt der Frequenzgang unterhalb eines Frequenzwertes von 50 MHz mit 40 db/Dekade sehr steil ab. Frequencies between 50 and 300 MHz are transmitted at almost constant low attenuation, on the other hand, the frequency response drops below a frequency value of 50 MHz with 40 dB / decade very steeply. In Hochspannungsanlagen bevorzugt auftretende niederfrequente Störquellen sind daher von einer Übertragung weitgehend ausgeschlossen. In high voltage systems preferred occurring low-frequency noise sources are therefore largely excluded from a transfer. Dies ist von grossem Vorteil. This is of great advantage. Zum einen deswegen, da in dem für eine Teilentladungsmessung interessanten und oberhalb 20 MHz liegenden und mindestens bis 300 MHz erstreckten Frequenzbereich ein sehr grosser Störabstand zu den unerwünschten niederfrequenten Störquellen besteht. For one reason, since lying in the interesting for a partial discharge measurement, and above 20 MHz, and at least up to 300 MHz frequency range extended to a very large signal to noise ratio the unwanted low-frequency sources of interference exist. Zum anderen aber auch deswegen, da wegen der Unterdrückunmg der niederen Frequenzen der Ringsenor but on the other hand so as because of Unterdrückunmg the lower frequencies of the ring Senor 4 4 berührungssicher ist. intrinsically safe. Das spannungsbegrenzendes Element The voltage-limiting element 9 9 stellt bei einem Messvorgang sicher, dass gegebenenfalls an der Messelektrode ensures that during a measuring process that, where appropriate, on the measuring electrode 5 5 auftretende niederfrequente Spannungsspitzen abgebaut werden und die Elektronik der Verarbeitungseinheit occurring low-frequency voltage peaks are reduced and the electronic processing unit 21 21 vor Überspannungen geschützt wird. is protected against surges.
  • Ein anderer Frequenzgang wird erreicht, wenn auch am Ausgang Another response is achieved, albeit at the output 16 16 ein Messsignal abgegriffen wird und dieser Ausgang mit einem ohmschen Widerstand von vorzugsweise 50 Ω abgeschlossen ist. a measuring signal is taken and this output is terminated with a resistor of preferably 50 Ω. Wie der Again 6 6 entnommen werden kann, werden bei einer derartigen Beschaltung Signale im Frequenzbereich zwischen 50 und 500 MHz mit nahezu konstanter und relativ geringer Dämpfung übertragen. can be removed, signals in the frequency range between 50 and 500 MHz are transmitted at a nearly constant and relatively low attenuation, in such a circuit.
  • Wird der Ausgang If the output 16 16 hingegen offen gelassen, dann ergibt sich der aus left open, however, then there is the out 7 7 ersichtliche Frequenzgang. apparent frequency response. Dieser Frequenzgang zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass er im Frequenzbereich zwischen 200 und 500 MHz Signale mit besonders kleiner Dämpfung überträgt. This frequency response is characterized mainly by the fact that it transmits signals with a particularly low damping in the frequency range between 200 and 500 MHz.
  • Ein vom Ringsensor One of the ring sensor 4 4 mit einem kurzgesschlossenen Ausgang with an output kurzgesschlossenen 16 16 ausgegebenes Signal ist in signal output is in 8 8th dargestellt. shown. Dieses Signal wird mit einem von einem plattenförmigen Sensor nach dem Stand der Technik ausgegebenen und aus This signal is issued and with a plate-shaped by a sensor according to the prior art of 9 9 ersichtlichen Signal verglichen. apparent signal compared. Beide Signale sind auf gleichartig gebildete Teilentladungsimpulsen zurückzuführen. Both signals are caused by similar formed partial discharge pulses. Es ist klar zu ersehen, dass das vom Ringsensor It is clearly understood that the sensor ring 4 4 ausgegebene Signal eine um Grössenordnungen höhere Amplitude a aufweist als das vom plattenförmigen Sensor nach dem Stand der Technik ausgegebene Signal. Signal output higher by orders of magnitude amplitude as a has discharged from the plate-shaped sensor according to the prior art signal.
  • Wie aus as from 10 10 entnommen werden kann, lässt sich der erfindungsgemässe Ringsensor mit besonderem Vorteil in einen bereits in einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage vorgesehenen Sensor It can be seen, the inventive ring sensor can with particular advantage in an already provided in a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation sensor 22 22 zur Strom- und/oder Spannungsmessung integrieren. integrate the current and / or voltage measurement. Zu diesem Zweck kann eine im Sensor can to this end in the sensor 22 22 bereits vorhandene und der kapazitiven Erfassung der Anlagenspannung dienende Messelektrode existing and serving the capacitive sensing system of voltage measuring electrode 23 23 als Messelektrode des erfindungsgemässen Ringsensors verwendet werden. be used as a measuring electrode of the inventive sensor ring. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Ausgang des Sensors For this purpose it is merely necessary, the output of the sensor 22 22 nicht wie bei einer Spannungsmessung im Niederfrequenzbereich mit einem ohmschen Widerstand not, as in a voltage measurement in the low frequency range with an ohmic resistor 24 24 im Megaohm- Bereich abzuschliessen, sondern das Ausgangssignal über das Messkabel complete area in the megohm, but the output signal over the measuring cable 20 20 unmittelbar in die Verarbeitungseinheit directly into the processing unit 21 21 zu führen. respectively.
  • Unabhängig davon ist es auch möglich, die Messelektrode Regardless, it is also possible that the measuring electrode 5 5 des Ringsensors the ring sensor 4 4 in eine Schirmelektrode in a shield electrode 25 25 des Sensors the sensor 22 22 zu legen. to lay. Die Schirmelektrode The shield electrode 25 25 bildet dann den Montagering des erfindungsgemässen Ringsensors then forms the mounting ring of the inventive sensor ring 4 4 . ,
  • In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, den erfindungsgemässen Ringsensor statt in metallgekapselten gasisolierten Anlagen in anderen hochspannungsführenden Anlagen, wie insbesondere in einer rotationssymmetrisch ausgebildeten Kabelmuffe eines Hochspannungskabels, anzuordnen. In further embodiments of the invention, it is possible to use the inventive sensor ring held in metal-enclosed gas-insulated switchgear in other high-voltage equipment, in particular in a rotationally symmetrical cable sleeve a high voltage cable to arrange. Zu bevorzugen ist hierbei die koaxiale Anordnung des Ringsensors auf der Mantelfläche oder im Inneren eines in einem geerdeten Kabelmantel vorgesehenen, rotationssymmetrisch gestalteten Giessharzkörpers. Preferable is in this case the coaxial arrangement of the sensor ring on the lateral surface or in the interior of an intended in a grounded cable jacket, a rotationally symmetrically designed Giessharzkörpers. Dieser Giessharzkörper dient der Aufnahme von hochspannungsführenden Verbindungs- und Steuerelementen eines längs der Achse des Giessharzkörpers erstreckten stromführenden Leiters des Kabels. This cast resin body serves to accommodate high-voltage connection and control elements of a along the axis of Giessharzkörpers extended current-carrying conductor of the cable. Der Abstand zwischen dem geerdeten Mantel und dem Ringsensor kann hierbei typischerweise bei ca. 1 mm liegen. The distance between the grounded sheath and the ring sensor may in this case typically be about 1 mm.
  • 1 1
    Gehäuse casing
    2 2
    Isolatoren insulators
    3 3
    Leiter ladder
    4 4
    Ringsensor ring sensor
    5 5
    Messelektrode measuring electrode
    6 6
    Montagering mounting ring
    7 7
    Bohrungen drilling
    8 8th
    Befestigungselemente fasteners
    9 9
    spannungsbegrenzendes Element voltage-limiting element
    10 10
    Druckbolzen pushpin
    11 11
    Blindbohrung blind hole
    12 12
    Druckfeder compression spring
    13 13
    Kontaktelemente contact elements
    14, 15 14, 15
    Schirmelektroden screening electrodes
    16, 17 16, 17
    Ausgänge outputs
    18 18
    Hülse shell
    19 19
    Bohrung drilling
    20 20
    Messkabel Leads
    21 21
    Verarbeitungseinheit processing unit
    22 22
    Sensor sensor
    23 23
    Messelektrode measuring electrode
    24 24
    Widerstand resistance
    25 25
    Schirmelektrode shield grid

Claims (4)

  1. Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage mit einer im Inneren der Metallkapselung ( Sensor for coupling partial discharge pulses out of a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation with a (in the interior of the metal 1 1 ) angeordneten, ringförmig ausgebildeten Messelektrode ( ) Arranged, (ring-shaped measuring electrode 5 5 ), welche einen hochspannungsführenden Leiter ( ) Which (a high-voltage conductor 3 3 ) der Anlage koaxial umgibt, und welche mit einer Verarbeitungseinheit ( ) Of the plant coaxially surrounds it, and which (with a processing unit 21 21 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Messelektrode ( ) Is connected characterized in that the measuring electrode ( 5 5 ) mit mehreren Befestigungselementen ( ) (With a plurality of fasteners 8 8th ) auf einem sie mit Abstand umgebenden und auf Kapselungspotential befindlichen Montagering ( ) (On a surrounding spaced from and located on Kapselungspotential mounting ring 6 6 ) elektrisch isoliert gehaltert ist, und dass am Montagering ( ) Is supported electrically insulated, and that (at the mounting ring 6 6 ) zwei in dessen Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete und jeweils mit der Messelektrode ( ) Two offset in the circumferential direction against each other and arranged (in each case with the measuring electrode 5 5 ) einerseits und mit Erdpotential oder Masse der Anlage andererseits verbundene Ausgänge ( ) (On one hand and to ground or mass of the plant on the other hand outputs connected 16 16 , . 17 17 ) des Sensors vorgesehen sind, von denen der erste ( ) Of the sensor are provided, the first of which ( 17 17 ) mit der Verarbeitungseinheit ( ) (With the processing unit 21 21 ) verbunden ist, und der zweite ( ) Is connected, and the second ( 16 16 ) kurzgeschlossen, mit einem ohmschen Widerstand abgeschlossen oder offen gehalten ist. ) Short-circuited, is terminated with a resistor or kept open.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Ausgänge ( Sensor according to claim 1, characterized in that the at least two outputs ( 16 16 , . 17 17 ) einander diametral gegenüberliegen. ) Opposing each other diametrically.
  3. Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Befestigungselemente ( Sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that (in one of the attachment elements 8 8th ) ein zwischen die Messelektrode ( ) (Between the measuring electrode 5 5 ) und den Montagering ( ) And the mounting ring ( 6 6 ) geschaltetes, spannungsbegrenzendes Element ( ) Switched, voltage-limiting element ( 9 9 ) vorgesehen ist. ) is provided.
  4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode ( Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring electrode ( 5 5 ) elektrisch isoliert in eine Schirmelektrode ( ) Is electrically isolated in a shield electrode ( 25 25 ) eines in der metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage vorgesehenen Sensors ( () Is provided for in the metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation sensor 22 22 ) zur Strom- und/oder Spannungsmessung eingebaut ist. ) Is installed to the current and / or voltage measurement.
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