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Einrichtung zum Nachweis eines Isolationsfehlers in Hochspannungsnetzen
mittels eines an eine Rahmenantenne angeschlossenen Hochfrequenzmeßgerätes Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum Nachweis eines Isolationsfehlers in Hochspannungsrlletzlen.
Die Erfindung geht von der bekannten Erscheinung aus, daß jeder auch nur geringfügige,
kaum wahrnehmbare Isolationsfiehler hochfrequenbe Störfelder erzeugt. Diese Felder
sind jedoch nur sehr schwach, so daß ihre Feststellungdurch fremde Felder, beispielsweise
durch Rundfunkwellen oder durch das Zwischenbringen von irgendwelchen Störfelder
verursachenden Gegenständen zwischen den zu prüfenden Anlagerteil oder die mit ihm
unmittelbar verbundenen Teile und die Fehlersuchantenne, erschwert, wenn nicht sogar
unmöglich gemacht wird. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Fehlersucheinrichtung
allen fremden Störungen soweit wie möglich zu entziehen, trotzdem aber den zu messenden
Fehlerstrom so vollständig wie möglich zu erfassen.
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Da zur Feststellung des Beginns störender Veränderungen von Isolatoren
der Isolationszustand derselben in gewissen Zeitabständen geprüft werden muß, ist,
um die verschiedenen durch die einzelnen Isolationszustände bedingten Meßwerte genau
miteinander vergleichen zu körlnen, außerdem dafür zu sorgen, daß bei allen Messungen
gleiche Ausgangsbedingungen vorhanden sind.
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Diesen Bedingungen genügt die erfindungsgemäß Einrichtung dadurch,
daß das lediglich die Stärke der Hochfrequenzstörenergi'e feststellende, aus einer
einzigen Rahmenanteure und einem an diese angeschlossenen Empfänger bestehende Meßgerät
auf eine bestimmte, in dem Bereich von 30 bis 300 m liegende Wellenlänge abgestimmt
ist; dabei ist der Empfänger mit der Rahmenantenne fest verbunden und der im Empfiänger
vorgesehene Röhrenspannungsmesser durch Gitterspannungseinstellung ständig auf gleiche
Ausgangshedingungen einstellbar bzw. eingestellt; zur Durchführung der Messung wird-
die mit einer Diagonale senkrecht zur Erde stehend angeordnete Rahmenantenne an
den zu prüfenden Anlageteil oder an einen mit diesem in unmittelbarer Verbindung
stehenden Teil, vorzugsweise an den geerdeten Mastfuß, unter Berührung an gelegt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht nicht nur die selektive
Feststellung von Isolationsfehlern in Hochspannungsnetzen in äußerst einfacher Weise
und mit wenigen Mitteln, sondern auch den Beginn stören der Veränderungen von Isolatoren.
Dies hat
den großen Vorteil, daß Isolationsfehler bereits im Entstehen
festgestelh und dadurch Betriebsstörungen im Netz, die durch Fortschreiten des Fehlers
hervorgerufen vlrden, vermieden werden können.
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Es ist zwar bereits eine Einrichtung zum Aufsuchen von mit fehlerhaften
Isolatoren behafteten Masten von Leitungen bekannt, Diese Einrichtung arbeitet jedoch
nach seinem anderen Prinzip als der Gegenstand der Erfindung. Das bei der bekannten
Einrichtuüg vezwendete Meßverfahren beruht auf mehreren Voraussetzungen. Zunächst
wird angenommen, daß bei einem fehlerhaften Isolator in der Regel Funkenübergänge
auftreten, die in den angeschlossenen metallischen Leitern hochfr,equenteSchwingungen
hervorruben,umd daß diese Schwingungen als Wanderwellen (Teilströme) an dem Mast
mit dem fehlerhaften Isolator von beiden Seiten auf die Fehlerstelle zu fließen.
Ferner wird vorausgesetzt, daß die Stärke und die Schwingungszahl der beiden Teilströme
verschieden sind. Auf Grund dieser Annahme soll dann die Richtung, die Stärke oder
die Schwingungszahl der erzeugten Wanderwellen in den Leitern zu beiden Seiten der
einzelnen Maste festgestellt und miteinander verglichen werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung beruht dagegen, wie bereits dargelegt
wurde, auf der Tatsache, daß auch noch in ihrem Anfangsstadium befindliche Fehler,
die noch keine Funbenüblerschläge, sondern lediglich geringzügige Entladungserscheinungen
zur Folge haben, verhältnismäßig schwache hochfrequente Störfelder erzeugen, die
sich außer im Raum auch längs des Mastes und der Leitungen ausbilden. Die verwendete
Rahmen antenne wird vorzugsweise an den geerdeten Fuß des zu prüfenden Mastes unter
Berührung angelegt und die Stärke desjenigen Teils der hochfrequenten Störenergie
ermittelt, der in der auf eine bestimmte, in dem Bereich von 30 bis 300 m liegende
Wellenlänge abgestimmten Rahmenantenne ermittelt werden kann. Diese Teilenergie
ist das Kriterium für das Vorliegen eines Fehlers. Diese bekannte Einrichtung erfordert
dagegen zwei Rahmenantennen, die überdies in gleichem Abstand von dem Mast, vom
Erdboden und vom Hochspannurgsieiter aufgestellt werden müssen. Demgegenüber ermöglicht
die erfindungsgemäße Einrichtung die gewünschte Feststellung in wesentlich einfacherer
Weise, da sie für die Erfassung der Fehler in ihrem Anfangszustand nur eine einzige
Antenne benötigt.
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Es ist ferner ein Verfahren vorgeschlagen worden, das sich mit der
Lösung der gleichen Aufgabe befaßt. Nach diesem Verfahren soll entweder nur die
Frequenz oder sowohl die Stärke als auch die Frequenz der Störströme in den Masten
der Leitung, weiche durch die Funkenübergänge in den fehlerhaften Isolatoren hervorgerufen
werden, mittels eines Wellenmessers oder einer anderen Anzeigevorrichtung festgestellt
werden. Für den letzteren Fall muß das die Stärke der Störströme feststellende Meßgerät
auf die Eigenschwingung des Mastes, die sich mit der Mastlänge zwischen dem fehlerhaften
Isolator und der Erde ändert, abgestimmt werden. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren
wird z. B. das Meßgerät zwischen den Mast und einen Hilfserder angeschlossen.
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Statt der galvanischen Kopplung kann auch eine induktive Ankopplung
des Meßgerätes durch eine Rahmenantenne vorgenommen werden.
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Gegenüber diesem Verfahren unterscheidet sich der Gegenstand der
Erfindung durch seine bereits oben erläuterte Wirkungsweise.
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Die erfindungsgemäße Fehl ersudeinrichtu'ig benutzt zur Feststellung
des mit dem fehlerhaften Isolator 7ersehén,en Mastes oder Apparates lediglich die
Stärke derjenigen längs des zu prüfenden Anlageteils, z. B. des Leitungsmastes,
sich fortpflanzenden hochfrequenten Störenergie, die durch Anlegen der verwendeten,
auf eine bestimmte. in dem Bereich von 30 bis 300 m liegende Wellenlänge abgestimmten
Rahmenantenne an die einzelnen Leitungsmaste ermittelt werden kann.
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Eine Abstimmung des Meßgerätes auf die DELi,genscllwingung des Mastes
zwecks Feststellung eines mit einem fehlerhaften Isolator versehenen Leitungsmastes
ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, also im Gegensatz zu der vorgeschlagenen
Einrichtung, nicht erforderlich, da das Frequenzspektrum der Störenergie sich über
einen gröseren Bereich erstreckt und der Empfänger auf eine von Rundfunkstörungen
freie Wellenlänge fest abgestimmt ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
veranschaulicht.
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In Abb. 1 ist die Schaltanordnung des Meßgerätes nach der Erfindung
dargestellt.
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Mit I ist eine Rahmenantenne bezeichnet, die das Gitterp otential
einer Hochfrequenzschiringitterröhre 2 beeinflußt. Das Gitter dieser Röhre ist dabei
in üblicher Weise über einen Drehkondensator 3 mit der Kathode 4 verbunden. Das
Schirmgitter 5 ist an die Anodenbatterie 6 derart angeschlossen, daß das Gitter
eine entsprechende positive Spannung, etwa 60 Volt, erhält. Die Anode 7 der Röhre
2 ist über die Primärwicklung 8 eines Hochfrequenztransformators mit dem Pluspol
der Anodrenbatterie verbunden. Die Sekundärwicklung 9 dieses Transformators, die
zusammen
mit einem parallel geschalteten Kondensator I0 einen Schwingungskreis
bildet, ist einmal über eine Rückkoppelspule II und einen Kondensator x2 mit der
Achse I3 einer Röhre 14 verbunden, ferner über einen Kondensator 15 an das Gitter
I6 der Röhre 14 angeschlossen. Das Gitter 16 ist ferner über einen hochohmigen Widerstand
17 mit der Kathode 18 verbunden.
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Der Anodenkreis der Röhre 14 ist über eine Drosselspule 19 zur Primärwicklung
20 eines Niederfrequenztransformators geführt und von hier zur Anodenhatterie 6,
und zwar etwa zu einem Anschlußpunkt, der bei etwa 50 Volt liegt. Die Wicklung 20
ist zum Ausgleich von Hochfrequenzströmen durch einen Kondensator 21 überbrückt.
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Die S,ekundärwicklung 22 des Niederfrequenztransformators ist an
das Gitter 23 einer Niederfrequenzverstärkerröhre 24 angeschlossen, deren Anode
25 über die Primärwicklung 26 eines weiteren Niederfrequenztransformators an dem
Pluspol der Anodenbatterie liegt. Die Sekundärwicklung 27 des Transformators ist
zu einer weiteren Verstärkerröhre 28 geführt, in deren Anodenkreis das Anzeigegerät
29, ein hochempfindlicher Spannungs oder Strommesser, angeordnet ist; die Röhre
28 kann natürlich auch in Fortfall kommen, wenn die Röhre 24 unmittelbar zur Speisung
des Anzeigeorgans 29 verwendet wird.
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Zur Einstellung der Empfindlichkeit des Anzeigeorgans 29 ist in Reihe
zu diesem ein Widerstand 30, der durch einen I(ondenstator 31 überbrückt ist, gelegt.
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Um nun bei allen Messungen die lerfordellichlen gleichen Ausgangsbedingungen
herzustellen, etwa das Anzeigeorgan 29 auf seinen Nullwert zu bringen, ist das Gitter
der Röhre 28, die im S.pannungsmesserkreis liegt, an einen Spannungsteiler 32 geführt,
der von der Summe aller Anodenströme durchflossen ist. Zu diesem Zwecke ist er in
die Verbindungsleitung der Anodenbatterie 6 mit der Hleizbatterie 33 geschaltet
und zum Ausgleich von Hochfrequenzströmen durch einen Kondensator 34 mit zweckmäßig
hoher Kapazität überbrückt.
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In die Verbindungsleitung der Rahmenantenne 1 mit der ersten Röhre
2 lvird lein Schalter 37 eingebaut, der während der Abgleichung des Anzeigeorgans
29 geöffnet ist.
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Hierdurch läßt sich auch kontrollieren, ob die Spannung der Batterien
noch einen entsprechend hohen Wert besitzt und einen bei allen Messungen gleichen
Ruhestrom durch das Anzeigeorgan bei bestimmter Stellung der Kompensationswiderstände
treibt. Reim Schließen des Schalters 37 muß dann der bei der zuletzt vorgenommenen
Kontrolle bleobachtete Ausschlag beim Anzeigeorgan 29 auftreten, falls sich in den
Isolationsverhältnissen nichts geändert hat.
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-Da im allgemeinen Isolationsfehler Sprühentladungen zur Folge haben,
während Glimmentladungen auch bei einer in Ordnung befindlichen Anlage auftreten,
lvird man das Anzeigeorgan 29 SO einstellen, daß es erst beim Auftreten von Sprühentladungen
einen Ausschlag zeigt bzw. eine zuvor eingenommene Stellung verändert. Audi diese
Forderung läßt sich bequem mit dem Ausgleichswiderstand 30 erfüllen .
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Vergleichbare Messungen erhält man jledoch nur dann, wenn bei allen
Messungen die Kupplungsverhältnisse zwischen der Antenne und dem prüfenden Apparat
aeinerseits sowie zwischen der Antenne und dem Empfangsgerät andererseits die gleichen
sind.
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Die gerste Bedingung iäßt sich dadurch einhalten, daß man eine bestimmte
enge Kopplung vorsieht, daß man also die Rahmenantenne in Berührung mit dem zu prüfenden
Apparat bzw. mit einem mit diesem in unmittelbarer Verbindung stehenden Teil bringt.
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Beispielsweise wird man beim Prüfen der Isolatoren einer Hochspannungsleitung
die Antenne unmittelbar in Berührung mit dem Mast bringen. Eine konstante Kopplung
der Antenne I mit dem Empfangsgerät läßt sich zweckmäßig dadurch. herbeiführen,
daß man die Antenne in starre Verbindung mit dem Empfänger bringt. Besonders vorteilhaft
ist es, den Empfangsapparat innerhalb des von der Rahmen antenne eingeschlossenen
Raumes anzuordnen. Der Rahmen wird dabei mit einer diagoiialen Fläche senkrecht
stehend zur Erde angeordnet, damit keine zu lenge Kopplung mit der Erde stattfindet.
Um dies zu vlermeiden, ist es vorteilhaft, die untere Spitze des Rahmens mindestens
3 cm vom Erdboden lentfernt zu lassen. Dies kann man dadurch erreichen, daß man
den Rahmen sowie den Empfänger in einem Kasten unterbringt. der seinerseits, auf
der Spitze stehend, auf einem zur Aufnahme der Batterie dienenden Kasten angeordnet
ist.
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Dler äußere Aufbau einer derartigen Ein richtung ist in Abb. 2 dargestellt.
Mit 40 ist das Empfangsgehäuse bezeichnet, an dessen inneren Wandungen entlang die
Rahmenantenne verläuft und in dessen Inneren der eigentliche Empfangsapparat 41
untergebracht ist. Das Gehäuse 40 ruht mit seiner Spitze auf einem Kasten 42, der
die Anoden- und Heizbatterie aufnimmt. Das Gehäuse 40 ist dabei durch Leitungslitzen
43 mit dem Kasten 42 verbunden, und zwar herausnehmbar in einem dreieckförmigen
Ausschnitt des Kastens, damit der Kasten und der Empfänger je für sich transportiert
werden können.