DE4413585C2 - Schaltungsanordnung zur Teilentladungsmessung in einem Prüfling - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Teilentladungsmessung in einem Prüfling nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Durchführung zerstörungsfreier Isolationsprüfungen existieren nationale und internationale Normen. So hat sich zur Identifizierung lokaler Schwachstellen vor allem die Messung von Teilentladungen(TE) bewährt (IEC-270, Partial discharge measurements). Zur Beurteilung der Volumeneigenschaften durch Alterungsprozesse eignet sich insbesondere die Messung des Verlustfaktors (IEC-250, Recommended methods for the determination of permittivity and dielectric dissipation factor of electrical insulating materials). Zur Nachbildung der Betriebsbelastung werden diese Prüfungen vorzugsweise mit betriebsfrequenter Wechselspannung (50/60 Hz) durchgeführt (IEC-60, High-Voltage test technique).

Zu beachten ist allerdings, daß bei Prüfobjekten hoher Eigenkapazität, wie z. B. im Falle von Kabelanlagen, bei der standardgemäßen Prüfung mit betriebsfrequenter Wechselspannung ein erheblicher kapazitiver Ladestrom aufgebracht werden muß. Daher werden leistungsstarke und damit teure Prüfanlagen benötigt, die außerdem aufgrund ihres hohen Gewichts erhebliche Transportprobleme bereiten, so daß unter diesen Bedingungen Diagnosemessungen unter Vor- Ort-Bedingungen besonders kostenaufwendig sind.

Um den Strombedarf bei der Prüfung hochkapazitiver Anlagen zu vermindern, wird anstelle der konventionellen Wechselspannungsprüfung die Anwendung der sogen. VLF-Prüftechnik empfohlen. Der Vorteil dieser alternativen Methode besteht vor allem darin, daß sich durch die Verringerung der Prüffrequenz (VLF = very low frequency) auch der Ladestrom proportional verringert. So beträgt z. B. bei gleichem Prüfpegel der erforderliche Abgabestrom einer 0,1-Hz- VLF-Prüfspannungsanlage nur noch 0.2% des Wertes einer 50-Hz-Wechselspannungsprüfanlage.

Zerstörungsfreie Prüfungen bei sinusförmigen VLF-Spannungen sind allerdings nur auf eine Beurteilung des Verlustfaktors beschränkt (Bach u. a.: Verlustfaktormessungen bei 0,1 Hz an PE/VPE-Kabelanlagen. Elektrizitätswirtschaft Jg. 92 (1993), S. 1076-1080), während sie für eine Fehlstellenidentifikation durch TE-Messung i. a. ungeeignet sind. Ursache dafür ist die im Vergleich zur betriebsfrequenten Wechselspannung um das 500-fache längere Periodendauer der 0,1-Hz- VLF-Prüfspannung, so daß sich damit auch der kapazitive Strom, der durch mögliche dielektrischen Schwachstellen fließt, um das 500-fache verringert. Folglich können in solchen Schwachstellen, wenn durch die Spannungsbelastung die TE-Einsetzspannung überschritten wird, nur extrem stromschwache Entladungen (sogen. Mikroentladungen) zünden. Diese sind erfahrungsgemäß mittels standardisierter TE-Meßtechnik nach IEC-270 nicht nachweisbar.

Bei sinusförmiger VLF-Prüfspannung gelingt die Identifizierung lokaler Schwachstellen nur im Durchschlagtest, d. h. durch eine zerstörende Prüfung. Diese erfordert allerdings einen sehr hohen Prüfspannungspegel, der i. a. weit oberhalb der TE-Einsetzspannung liegt, so daß die Gefahr einer Vorschädigung der noch betriebstüchtigen Isolation durch den hohen Prüfpegel besteht (Bach u. a.: Untersuchungen zur Vor-Ort-Prüfung von Mittelspannungskabeln. ETG-Fachtagung Würzburg (1992), S. 317-326).

Um das Risiko einer Vorschädigung zu mindern, wird anstelle der rein sinusförmigen VLF-Spannungsbelastung eine zerstörende Prüfung mit 0,1-Hz-cos-Rechteck-Spannung empfohlen (DE 36 29 352 C2). Wie praktische Erfahrungen ergaben, wird bei dieser Art der Spannungsbelastung das Wachstum von TE-Kanälen, ausgehend von den Schwachstellen, begünstigt, so daß nach einer gewissen Einwirkdauer der Prüfspannung schließlich die gesamte Isolationsstrecke überbrückt wird und somit der isolations-zerstörende Kanaldurchschlag erfolgt (Bach u. a.: Spannungsprüfungen zur Beurteilung von Mittelspannungskabelanlagen. Elektrizitätswirtschaft Jg. 92(1993), S. 1068-1074).

Praktische Erprobungen an Energiekabeln vor Ort zeigten jedoch, daß das Vorwachsen der TE-Kanäle bis zu den Elektroden des Prüfobjektes nur erzwungen werden kann, wenn die Prüfdauer auf ca. 30 Minuten und darüber hinaus ausgedehnt wird (Krefter: Erfahrungen mit Prüfverfahren für Kunststoffkabel in Mittelspannungsnetzen. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 92(1993), S. 1248-1255). Damit gestalten sich derartige Prüfungen sehr zeit- und daher auch kostenaufwendig. Außerdem kann nicht ausgeschlossen werden, daß durch die lange Dauer der Spannungsbelastung bereits wieder neue TE-Kanäle in der zuvor noch betriebstüchtigen Isolation initiiert werden, d. h. es tritt eine zusätzliche Vorschädigung durch die lange Einwirkung der hohen Prüfspannung ein. Auch sei bemerkt, daß Anlagen zur Erzeugung von VLF-Prüfspannungen in der Herstellung sehr aufwendig und damit teuer sind.

Als Alternative zu den o.g. Diagnoseverfahren wird zum Fehlstellennachweis in hochkapazitiven Prüflingen wird in der DE 40 12 445 C2 ein Verfahren zur Teilentladungs-Messung und/oder -feh­ lerortung bei impulsförmiger Prüfspannung vorgeschlagen. Durch diese transiente Spannungsbelastung kann die Aussagekraft von TE-Messungen im Vergleich zur bisher üblichen VLF-Prüfung wesentlich verbessert werden, wobei der Leistungsbedarf ebenfalls entsprechend gering ist. Diese Methode hat jedoch folgende zwei entscheidenden Nachteile:

Erstens ist zur Erzeugung der impulsförmigen Prüfspannung stets eine separate Stoßkondensator erforderlich, der als Energiezwischenspeicher dient und mit dem die signifikanten Zeitparameter der Impulsspannung, wie Anstiegs- und Abfallzeit, eingestellt werden. Dieser Stoßkondensator wird zunächst von der Gleichspannungsquelle auf eine Sollspannung aufgeladen und danach auf den Prüfling entladen. Bedingt durch den Umladeprozeß ist bekanntlich die am Prüfling auftretende Impulsamplitude stets kleiner als die ursprüngliche Ladespannung des Stoßkondensators. Um einerseits die Spannungsabsenkung möglichst gering zu halten, so daß ein noch technisch vertretbarer Ausnutzungsgrad der Prüfanlage erreicht wird, und andererseits eine Rückwirkung der Prüflingskapazität auf die signifikanten Zeitparameter der Impulsspannung zu minimieren, muß die Stoßkapazität ein Vielfaches der Prüflingskapazität betragen. So wird z. B. für die Prüfung von Energiekabeln der Länge von einigen Kilometern bereits eine Stoßkapazität in der Größenordnung von 10 µF benötigt. Diese müßte im Falle der Prüfung von 20-kV-Mit­ telspannungskabeln für einen Nennwert der Ladespannung von über 50 kV bemessen werden. Da derartige Stoßkapazitäten sehr teuer sind und auch das Gewicht beträchtlich ist, erfordert die praktische Realisierung dieser Prüfmethode einen erheblichen Aufwand sowohl zur Herstellung der Prüfanlage als auch für die Lösung der Transportprobleme.

Zweitens sind die Zündbedingungen für Teilentladungen bei der empfohlenen Form der impulsförmigen Spannungsbelastung aus physikalischer Sicht nicht günstig. Die vorgesehene Impulsform resultiert vor allem aus ökonomischen Zwängen hinsichtlich einer kostengünstigen Herstellung der Prüfanlage. Entladungsphysikalische Aspekte werden dagegen kaum beachtet. Prinzipiell kann es zwar aufgrund der raschen Spannungsänderung bei der empfohlenen Stirnzeit von 1 bis 10 ms zur Ausbildung von TE-Impulsen kommen, wenn durch den Prüfpegel die kritische TE-Zündfeldstärke in vorhandenen Fehlstellen überschritten wird. Voraussetzung für den unverzögerten Entladungseinsatz ist allerdings die Existenz von Anfangsladungsträgern. Diese werden jedoch erst nach einer physikalisch bedingten "statistischen Streuzeit" formiert. Die Verzugszeit kann sich bis in den Bereich von Sekunden und darüber hinaus erstrecken kann und liegt damit weit oberhalb der Stirnzeit der konventionellen Impulsspannung, die i. a. 10 Millisekunden nicht übersteigt. Demzufolge ist auch die Wahrscheinlichkeit für die Zündung von TE-Impulsen während der Stirnzeit sehr gering. Eine Verkürzung der Zündverzugszeit auf weniger als 10 ms kann nur durch einen erhöhten Prüfpegel erzwungen werden. Praktische Erfahrungen zeigen, daß ein zuverlässiger Nachweis dielektrischer Schwachstellen bei konventionellen impulsförmigen Prüfspannungen nur dann möglich ist, wenn der Prüfpegel mindestens das 2-fache der TE-Einsetzspannung übersteigt, die sich bei langzeitiger Einwirkung der Prüfspannung ergeben würde (Lemke u. a.: On-site testing of extruded power cables by PD measurements at Sl voltages. CIGRE Symposium Wien, 1987). Durch den erhöhten Prüfspannungspegel vergrößert sich nicht nur der Prüfaufwand, sondern auch das Risiko einer Vorschädigung der noch betriebstüchtigen Isolation.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei gleichzeitiger Reduzierung der geräte- und prüftechnischen Aufwendungen die dielektrische Diagnose von Isolieranordnungen informativer und isolationsschonender zu gestalten, indem durch eine unkonventionelle Prüfspannungsbelastung einerseits eine sichere TE-Zündung in dielektrischen Schwachstellen gewährleistet wird, und andererseits durch eine Absenkung des Prüfpegels die Gefahr einer Vorschädigung der noch betriebstüchtigen Isolation minimiert wird. Die Schaltungsanordnung soll uneingeschränkt auch für Prüfobjekte mit hoher Eigenkapazität anwendbar sein, insbesondere für die Vor-Ort-Prüfung von Energiekabeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Zur Identifizierung dielektrischer Schwachstellen erfolgt die Detektion von Teilentladungen bei Belastung des Prüflings mit einer transienten Spannung, deren signifikante Zeitparameter, wie Anstiegs- und Abfallzeit, so eingestellt werden, daß optimale TE-Zündbedingungen vorliegen, so daß der Prüfpegel gering gehalten werden kann. Diese Forderung ist hinreichend erfüllt, wenn die Aufladung der Prüflingskapazität im Sekundenbereich und die Entladung im Millisekundenbereich erfolgt. Die Detektion von Teilentladungen erfolgt hierbei in unkonventioneller Weise bei abnehmender Spannungsbelastung, d. h. während der Entladephase der Prüflingskapazität, und nicht wie bisher üblich während der Aufladephase, bei der die Prüfspannung ansteigt.

Bei der erfindungsgemäßen Spannungsform können dielektrische Schwachstellen mittels TE-Detektion isolationsschonend ausgeprüft werden, da aufgrund optimaler TE-Zündbedingungen nur ein vergleichsweise geringer Prüfpegel erforderlich ist und außerdem nur wenige (z. B. 10) aufeinanderfolgende Prüfimpulse notwendig sind, um statistisch gesicherte Prüfergebnisse zu erhalten. Dadurch verkürzt sich die Prüfdauer auf wenige Minuten.

Die optimalen Zündbedingungen bei der erfindungsgemäßen Form der transienten Prüfspannung basieren auf folgenden physikalischen Tatsachen:

Während der vergleichsweise langen Anstiegszeit im Sekundenbereich können, wie bereits für den Fall der VLF-Prüfung ausgeführt wurde, nur stromschwache Mikroentladungen zünden. Ursache dafür ist die relativ geringe zeitliche Änderung der Prüfspannung, so daß der kapazitive Ladestrom und damit auch die Stromdichte in den lokalen Schwachstellen entsprechend gering ist. Aufgrund des eingeprägten Stromes kann die Stromamplitude auch nicht durch die Zündung von TE-Prozessen spontan ansteigen. Mikroentladungen sind durch Anwendung der Standard-Meßtechnik nach IEC-270 nicht detektierbar, wie ebenfalls oben erwähnt wurde.

Folgt nach der relativ langen Aufladedauer im Sekundenbereich, die auch als Vorbelastungsphase aufgefaßt werden kann, nunmehr eine Entladung der Prüflingskapazität im Millisekundenbereich, dann vergrößert sich natürlich auch der kapazitive Ladestrom entsprechend und damit auch die Stromdichte in den Schwachstellen. Entsprechend dem o.g. Verhältnis für die signifikanten Zeitparameter steigt die Stromamplitude um etwa 3 Größenordnungen an. Dadurch wird eine Detektion der TE-Stromimpulse mit Hilfe der Standard-Meßtechnik nach IEC-270 problemlos möglich.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Form der transienten Prüfspannung ist, daß ein Entladeverzug beim Umschlag der Mikroentladungen in gut nachweisbare TE-Impulse nicht in Erscheinung tritt. Die aus der Entladungsphysik bekannte "statistische Streuzeit", die nach dem Überschreiten der minimalen TE-Einsetzfeldstärke vergeht bis der erste TE-Impuls zündet, ist vernachlässigbar klein, da die für die erneute Entladungszündung benötigten Anfangsladungsträger bereits durch die Mikroentladungen während der Vorbelastungsphase generiert wurden. Daher erfolgt die TE-Zündung während der Entladung der Prüflingskapazität praktisch unverzögert, wenn die notwendige Einsetzfeldstärke infolge der Umkehr der Feldstärkerichtung in der Schwachstelle wieder erreicht wird. Folglich ist im Vergleich zur impulsförmigen Prüfspannung gemäß DE 40 12 445 C2, bei der eine Vorbelastung des Prüflings nicht erfolgt und somit Anfangsladungsträger durch Mikroentladungen nicht generiert werden können, die TE-Einsetzspannung entsprechend geringer. Daher kann zum Nachweis von TE-Schwachstellen natürlich auch der Prüfpegel abgesenkt werden, so daß dadurch die Gefahr einer Vorschädigung der noch betriebstüchtigen Isolation nicht mehr besteht.

Durch den Wegfall des für die üblich Erzeugung von Impulsspannungen benötigten separaten Stoßkondensators (DE 40 12 445 C2) ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wesentlich kostengünstiger herstellbar. Außerdem lassen sich dadurch die Transportprobleme erheblich leichter lösen, was insbesondere im Hinblick auf Vor-Ort-Prüfungen von Vorteil ist. Im Gegensatz zu konventionellen Prüfanlagen mit Stoßkondensatoren existieren keine technisch bedingten Kompromisse mehr bezüglich der Wahl der signifikanten Zeitparameter. Der zeitliche Verlauf der transienten Prüfspannung kann somit im Hinblick auf optimale TE-Zündbedingungen eingestellt werden.

Um durchschlaggefährdende Schwachstellen identifizieren zu können, müssen erfahrungsgemäß Impulsladungen von wenigen Picocoulomb (pC) detektiert werden. Diese hohe Meßempfindlichkeit ist nur erreichbar, wenn die elektromagnetische Störstrahlung des Entladeschalters, verursacht durch den unvermeidlichen Schaltfunken, eliminiert wird. Dieser muß daher extrem störstrahlungsarm ausgeführt werden. Um den Pegel noch verbleibender elektromagnetischer Reststörungen zu reduzieren, wird der Ausbreitungspfad der Signale in unmittelbarer Nähe des Entstehungsortes kurzgeschlossen. Dazu dient ein Rückschlußkondensator, der die Serienschaltung von Entladeschalter und Entladeimpedanz hochfrequenzmäßig überbrückt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Fig. 2 zusätzliche Schaltungselemente zu Fig. 1,

Fig. 3 einen störstrahlungsarmen Entladeschalter,

Fig. 4 charakteristische Signalverläufe der transienten Prüfspannung bei unterschiedlichen Zeitmaßstäben am Beispiel einer zerstörungsfreien Kabelprüfung mittels Teilentladungs-Detektion.

Gemäß Fig. 1 liegt der Prüfling 2 über eine Aufladeimpedanz 3 in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle 1 und ist über einen Schalter 5 umschaltbar über die Entladeimpedanz 4 mit Betriebserde verbunden.

Wie aus dieser Schaltungsanordnung ersichtlich, wirkt das Prüfobjekt 2 als kapazitiver Energiespeicher und ist somit selbst unmittelbarer Bestandteil des Prüfspannungsgenerators. Die Aufladeimpedanz 3 dient zur Begrenzung des Aufladestromes in der Weise, daß sich die Anstiegszeit der transienten Prüfspannung und damit die Aufladephase über einen Zeitbereich von minimal einer Sekunde bis maximal 100 Sekunden erstreckt.

Die erforderliche Strombegrenzung während der Aufladephase ist auch durch andere Mittel erreichbar, z. B. durch Verwendung einer stromgesteuerten Gleichspannungsquelle. Außerdem kann anstelle der stetigen, aperiodischen Aufladung der Prüflingskapazität auch eine pulsgesteuerte Aufladung von Vorteil sein.

Mit der Entladeimpedanz 4 wird der Entladestrom der Prüflingskapazität so begrenzt, daß sich die Abfallzeit der transienten Prüfspannung und damit die Entladephase über einen Zeitbereich von minimal einer und maximal 100 Millisekunden erstreckt.

Parallel zur Serienschaltung von Entladeimpedanz 4 und Entladeschalter 5 ist die Anordnung eines Rückschlußkondensators 6 vorgesehen. Dieser bewirkt er die Eliminierung elektromagnetischer Störstrahlungen, die durch den Schaltfunken des Entladeschalters 5 entstehen, so daß sensitive TE-Messungen bis in den Bereich von Picocoulomb möglich sind. Außerdem wird dadurch ein ungehinderter Rückschluß der zu detektierenden TE-Impulse gewährleistet. Der Rückschlußkondensator 6 ist aus o.g. Grund induktionsarm ausgeführt, wobei der Kapazitätswert mindestens 0,01 µF beträgt.

Ist die Entladeimpedanz 4 als ohmscher Widerstand ausgeführt, verläuft die Entladung der Prüflingskapazität bekanntlich exponentiell. Vorteilhaft ist allerdings ein oszillierender Verlauf. Dazu muß die Entladeimpedanz 4 als Induktivität ausgeführt werden. Das Durchschwingen der Entladespannung ist gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Ausnutzungsgrades der Prüfanlage. Unter praktischen Bedingungen kann die Amplitude der Entladespannung mehr als das 1,5-fache der von der Gleichspannungsquelle 1 bereitgestellten Ladespannung erreichen.

Besondere Sorgfalt gilt der Auswahl und Dimensionierung des Entladeschalters 5 um elektromagnetischer Störbeeinflussungen effektiv zu reduzieren und damit die geforderte TE-Nachweisgrenze für Impulsladungen von wenigen Picocoulomb zu erreichen. Übliche Kugelfunkenstrecken wie sie als Schalter in der Hochspannungs- und Hochstromtechnik allgemein Verwendung finden, sind dazu völlig ungeeignet, da der Zündfunke bei der Einleitung der Schalthandlung eine extrem hohe Störstrahlung verursacht. Auch die in der DE-OS 41 28 395 vorgeschlagene triggerbare Funkenstrecke, bei der die Elektrodenoberfläche zwecks Reduzierung der Störstrahlung mit einem Flüssigkeitsfilm präpariert wird, ist für den vorliegenden Anwendungszweck nur bedingt geeignet, da es bei oszillierender Entladung zum Funkenabriß und zur nachfolgenden Neuzündung kommen kann, die wiederum eine starke elektromagnetische Störstrahlung verursacht. Ziel muß es daher sein, die Existenz des Schaltfunkens während der Abfallzeit der transienten Prüfspannung, bei der die TE-Detektion erfolgt, völlig zu eliminieren. Das gelingt nur, wenn ein stabiler, d. h. galvanisch leitfähiger Kontakt zwischen Entladeimpedanz 4 und Betriebserde hergestellt wird.

Für diesen Zweck eignen sich z. B. Halbleiterschalter, die jedoch für höhere Prüfspannungen von z. B. über 10 kV sehr teuer sind. Auch mittels quecksilberbenetzter Kontakte lassen sich störstrahlungsarme Entladeschalter realisieren. Sie sind aber infolge der technisch bedingten kurzen Schaltkontaktabstände für Prüfspannungspegel oberhalb von 10 kV ungeeignet und sollten auch im Hinblick auf den Umweltschutz nicht verwendet werden.

Als ökonomisch vorteilhafte Lösung für einen störstrahlungsarmen Entladeschalter eignet sich ein Dreielektroden-System nach dem in Fig. 3 dargestellten Prinzip. Es besteht im wesentlichen aus zwei parallelen, nach hochspannungstechnischen Gesichtspunkten großflächig ausgestalteten Basiselektroden 7 und 8. Damit wird ein quasihomogenes Grundfeld realisiert, das während der Aufladephase eine möglichst hohe Durchschlagfestigkeit des Elektrodenzwischenraumes und damit eine hohe Prüfspannung zu gewährleistet. Eine der Basiselektroden ist zwecks Aufnahme des stabförmigen Schaltstiftes 9 aufgebohrt. Bei Auslösung des Antriebes 10 wird der Schaltstift mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der anderen Basiselektrode bewegt. Eine Funkenzündung und damit eine elektromagnetische Störstrahlung ist bei Annäherung des Schaltstiftes an diese Basiselektrode zwar unvermeidbar, jedoch verlöscht der Funke in kürzester Zeit, wenn der galvanische Kontakt zwischen beiden Basiselektroden durch den Schaltstift hergestellt wird. Die Annäherungsgeschwindigkeit des Schaltstiftes an die Basiselektrode wird so eingestellt, daß die Funkendauer nur einen Bruchteil der Dauer der Entladephase ausmacht, also erheblich kleiner ist als eine Millisekunde.

Um eine Beeinflussung der TE-Messung durch die elektromagnetische Störstrahlung von Abreißfunken, die auf prellende Kontaktgabe zurückzuführen ist, ebenfalls auszuschließen, sind die Basiselektroden 7 und 8 vertikal übereinander angeordnet. Während die obere Basiselektrode 8 den Schaltstift 9 aufnimmt, enthält die untere Basiselektrode 7 eine napfförmige Vertiefung, die mit einer galvanisch leitenden Flüssigkeit 11 ausgefüllt ist, und in die der Schaltstift schließlich eintaucht, so daß nunmehr ein prellfreies Schalten erfolgt und Rückzündungen mit Funkenbildung ausgeschlossen werden. Außerdem ist die Elektrodenanordnung elektromagnetisch abgeschirmt 12.

Charakteristische Zeitverläufe der erfindungsgemäßen transienten Prüfspannung sind aus Fig. 4 ersichtlich. So zeigt Fig. 4a eine Serie aufeinanderfolgender Zyklen der Prüfspannung. Fig. 4b verdeutlicht bei nunmehr größerer Zeitdehnung die relativ langsame Aufladephase und die extrem kurze Entladephase, wobei letztere oszillierend verläuft. Im Beispiel beträgt die Zeitdauer der Aufladephase 18 s und die Halbperiodendauer der Entladeschwingung 12 ms, so daß beide charakteristischen Zeitparameter durch einen Zeitunterschied von mehr als 3 Größenordnungen gekennzeichnet sind. Fig. 4c zeigt Details des oszillierenden Spannungsverlaufs in der Entladephase, wobei die Zeitbasis gegenüber Fig. 4b noch weiter gedehnt wurde. Fig. 4d zeigt ein charakteristisches TE-Obersichtsbild bei Zuordnung zur Prüfspannung. Gegenüber der Darstellung in Fig. 4c wurde die Zeitdehnung nochmals 5-fach gesteigert. Um das TE-Übersichtsbild während der Entladephase deutlich hervorzuheben, erfolgte die Bildung eines Meßfensters, das am sprungartig erhöhten Signalpegel der dem Meßkanal CH2 zugeordneten Aufzeichnungsspur erkennbar ist. Prüfobjekt und damit auch kapazitiver Energiespeicher im vorliegenden Meßbeispiel war ein VPE-Kabel von 800 m Länge, dessen Kapazität etwa 0,25 µF betrug. Als lokale Fehlerstelle, die die Ursache der detektierten TE-Impulse war, stellte sich ein defekter Kabelendverschluß heraus.

Abschließend seien nochmals die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der Methode zur TE-Messung bei impulsförmiger Prüfspannung gemäß DE 40 12 445 C2 hervorgehoben:

• 1. Aufgrund optimaler TE-Zündbedingungen können dielektrische Schwachstellen bereits bei einem Prüfpegel identifiziert werden, der nur etwa 50% des Wertes beträgt, der bei Anwendung impulsförmiger Prüfspannungen nach DE 40 12 445 C2 notwendig wäre. Dadurch ist das erfindungsgemäße Prüfverfahren isolationsschonender.
• 2. Ebenfalls bedingt durch optimale TE-Zündbedingungen kann im Hinblick auf statistisch gesicherte Aussagen die Zahl der Prüfstöße gegenüber der TE-Messung bei impulsförmiger Prüfspannung nach DE 40 12 445 C2 erheblich reduziert werden. Das Prüfverfahren ist daher auch zeitsparender.
• 3. Der zur Erzeugung impulsförmiger Prüfspannungen nach DE 40 12 445 C2 benötigte Stoßkondensator ist nicht mehr erforderlich. Somit kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kostengünstiger hergestellt werden. Außerdem reduzieren sich die Transportprobleme.

Einen Vergleich maßgeblicher Dimensionierungskriterien zeigt die nachfolgende Tabelle für den praktischen Fall der TE-Prüfung eines Mittelspannungskabels von 10 km Länge mit einer Kapazität von 3 µF. Daraus wird ebenfalls deutlich, daß die Aufwendungen bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung deutlich geringer sind als im Falle der Prüfschaltung nach DE 40 12 445 C2.

Es sei bemerkt, daß die bei Prüfungen mit impulsförmigen Spannungen üblichen Prozeduren, wie z. B. wiederholtes Anlegen der Prüfspannung im Hinblick auf statistisch gesicherte Aussagen sowie Variation der Prüfpegel und Polaritätswechsel zwecks Nachbildung kritischer Belastungsfälle, uneingeschränkt auch auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar sind.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Teilentladungsmessung in einem Prüfling (2), der durch elektrische Isolierungen von Bauelementen und Betriebsmitteln der Hoch- und Niederspannungstechnik gebildet ist, mit einer Gleichspannungsquelle (1), einem im Parallelzweig zum Prüfling (2) liegenden Entladeschaltkreis mit Entladeimpedanz (4) und Mitteln zur Messung von Strom, Spannung und Ladung über der Zeit sowie zu deren Auswertung, gekennzeichnet dadurch, daß der Prüfling (2) über eine Aufladeimpedanz (3) in Reihe mit der Gleichspannungsquelle (1) liegt und über einen Schalter (5) umschaltbar, über die Entladeimpedanz (4) mit Betriebserde verbunden ist und die Zeit zur Entladung des Prüflings (2), die der Abfallzeit der transienten Prüfspannung entspricht, zwischen 1 bis 100 Millisekunden beträgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Entladeimpedanz (4) ein induktiver Widerstand ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zum Prüfling (2) eine Rückschlußkapazität (6) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schalter (5) ein vertikal angeordnetes, abgeschirmtes Dreielektrodensystem ist, mit einer oberen und einer unteren, jeweils großflächigen, abgerundeten Basiselektrode (7, 8) und einem mit einem Antrieb (10) verbundenen Schaltstift (9) einer napfförmigen Vertiefung in der unteren Basiselektrode (7), die mit galvanisch leitfähiger Flüssigkeit (11) gefüllt ist.