NL1005349C2 - Werkwijze en inrichting voor het opsporen en lokaliseren van onregelmatigheden in een diëlectricum. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET OPSPOREN EN LOKALISEREN VAN ONREGELMATIGHEDEN IN EEN DIËLECTRICUM

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het opsporen en lokaliseren van onregelmatigheden in het diëlectricum rondom een geleider, waarbij de geleider in hoofdzaak langgerekt 5 is. De onregelmatigheden in het diëlectricum rondom een geleider kunnen zogenaamde partiële ontladingen veroorzaken. Deze kunnen bijvoorbeeld optreden in het di-elektri-sche materiaal, dat zich tussen een kern en een aardman-tel van een kabel bevindt. De partiële ontladingen kunnen 10 kwaliteitsverlies van de kabel tot gevolg hebben. Bovendien zijn partiële ontladingen vaak de voorbode voor complete ontladingen, ofwel doorslag, waardoor de kabel defect geraakt.

Bekend uit de internationale octrooiaanvrage WO 15 94/10579 is een werkwijze en inrichting voor het opsporen van in een kabel optredende partiële ontladingen, waarin de aardmantel van de kabel een schroefvormige structuur heeft, waarbij aan één zijde van de kabel ten minste één detectiespoel rondom de. kabel is aangebracht voor het 20 detecteren van elektromagnetische spanningsveranderingen die zich langs de kabel verplaatsen. De door mogelijke partiële ontladingen opgewekte spanningsveranderingen, die zich vanaf de positie van de partiële ontlading in beide richtingen van de geleider voortplanten, worden 25 gedetecteerd en geanalyseerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de zogenaamde eindreflecties van de spanningsveranderingen aan de uiteinden van de kabel. De detectiespoel zal eerst de directe spanningsverandering detecteren, die zich direct vanaf de positie van de 30 partiële ontlading naar de detectiespoel voortplantte.

11005349 2

Daarna zal de detectiespoel de indirecte spanningsverandering detecteren, die zich vanaf de positie van partiële ontlading via een reflectie tegen een uiteinde van de kabel naar de detectiespoel voortplantte. Aan de hand van 5 het gemeten tijdverschil tussen het detecteren van de door een partiële ontlading veroorzaakte directe spanningsverandering en het detecteren van de door een partiële ontlading veroorzaakte, tegen het einde van de kabel gereflecteerde, indirecte spanningsverandering en 10 tevens aan de hand van het feit dat de voortplantingssnelheid van de spanningsverandering bekend is, kan het weglengteverschil tussen de directe en indirecte puls worden bepaald. Uit het berekende weglengteverschil en de a priori bekende totale lengte van de kabel kan op nauw-15 keurige wijze de positie van de partiële ontlading worden bepaald.

Aan deze werkwijze kleven echter een aantal belangrijke nadelen. Aangezien de indirecte spanningsverandering vaak in de "staart" van de directe spanningsve-20 randering bij de detector arriveert en bovendien de indirecte spanningsverandering vaak een kleinere amplitude heeft dan de directe spanningsverandering, is de indirecte spanningsverandering vaak niet of zeer moeilijk te herkennen. Dit heeft ondermeer het gevolg, dat analyse 25 van de metingen niet geautomatiseerd kan worden en dat de analyse moet worden uitgevoerd door hooggekwalificeerd en hoog opgeleid personeel. Dit brengt echter hoge kosten met zich mee.

Gezocht is naar een werkwijze, waarbij deze 30 nadelen kunnen worden verminderd of opgeheven.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een werkwijze en inrichting te verschaffen, waarmee op eenvoudige wijze, hetzij manueel, hetzij geautomatiseerd, de posities van onregelmatigheden in geleiders kunnen worden 35 bepaald. Dit doel wordt op de hierna beschreven wijze bereikt.

In plaats van het detecteren van directe en indirecte spanningsveranderingen aan één zijde van de 1005349 3 geleider, zoals hierboven beschreven is, wordt volgens de onderhavige uitvinding aan beide zijden van de geleider gemeten. Hierbij worden slechts de aan beide zijden arriverende directe spanningsveranderingen geanalyseerd.

5 De aan beide zijden arriverende indirecte, dat wil zeggen gereflecteerde, spanningsveranderingen worden buiten beschouwing gelaten. Teneinde de verschillen in aankomsttijden van de spanningsveranderingen, veroorzaakt door één en dezelfde onregelmatigheid, aan beide zijden van de 10 kabel te kunnen bepalen, is echter een zeer nauwkeurige tijdregistratie vereist. Door middel van deze tijdregistratie kunnen de gemeten signalen voorzien worden van een zogenaamd tijdlabel, waarmee het verloop van het signaal in de tijd kan worden vastgelegd. Het van een tijdlabel 15 voorziene signaal kan worden opgeslagen op een willekeurig medium of via communicatiemiddelen verzonden worden naar een centrale verzamelingseenheid. Aan de hand van het tijdverschil tussen het moment waarop de directe spanningsveranderingen aan de ene zijde arriveert en het 20 moment waarop de directe spanningsverandering aan de andere zijde arriveert en aan de hand van het feit dat de voortplantingssnelheid van de spanningsverandering bekend is, kan het weglengteverschil, dat wil zeggen het verschil in afgelegde afstand van de beide spanningsverande-25 ringen, bepaald worden. Aan de hand van dit bepaalde weglengteverschil en de a priori bekende totale lengte van de kabel kan de lokatie of positie van de genoemde onregelmatigheden worden bepaald.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderha-30 vige uitvinding wordt tijdregistratie uitgevoerd door via meerdere satellieten ontvangen tijd- en positiegegevens te koppelen aan de gemeten spanningsveranderingen. Hierbij worden de per bepaalde detectiepositie ontvangen, via satellieten verzonden, tijdgegevens gecorrigeerd voor de 35 exacte detectiepositie, die volgt uit de via de satelliet verzonden gegevens. Deze correctie is nodig voor het verkrijgen van de gewenste nauwkeurigheid in de tijd, aangezien de spanningsveranderingen zich met nagenoeg de 1005349 4 lichtsnelheid verplaatsen en daardoor het verschil in aankomsttijd van de spanningsveranderingen zeer klein is (van de ordegrootte van Ά tot vele tientallen microsecon-den) .

5 Volgens een andere voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt tijdregistratie uitgevoerd door middel van zeer nauwkeurige klokken, bijvoorbeeld kristalklokken, die vóór de metingen geijkt dienen te worden. Deze klokken leveren de tijdregistratie die bij 10 elke detector is vereist om de gedetecteerde spanningsveranderingen te voorzien van een juiste tijdlabel.

Volgens een nog andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding kunnen in plaats van enkele kabels ook vertakte kabels worden gebruikt. Hierbij worden 15 meerdere (bij voorkeur alle) aftakkingen van de kabel voorzien van spanningsdetectiemiddelen. Op geheel analoge wijze als hierboven beschreven is, kunnen de posities van de onregelmatigheden worden bepaald.

De onderhavige uitvinding kan onder verwijzing 20 naar de bijgevoegde figuren verduidelijkt worden.

Figuur 1 toont een schematisch overzicht van de meetconfiguratie waarbij de werkwijze van de onderhavige uitvinding wordt gebruikt.

Figuur 2 toont het spanningsverloop dat gemeten 25 wordt door de twee detectoren 6 en 7, vóór synchronisatie van het spanningsverloop met behulp van de gemeten tijd-labels.

Figuur 3 toont het spanningsverloop, dat gemeten wordt door de twee detectoren 6 en 7, na synchronisa-30 tie met behulp van de tijdlabels.

Figuur 4 toont een schematisch overzicht van de meetconfiguratie in een vertakte kabel, dat wil zeggen een configuratie met meer dan twee detectiemiddelen.

Figuur 5 toont het spanningsverloop, dat geme-35 ten wordt door de detectoren 9 tot en met 13, na synchronisatie met behulp van de tijdlabels.

Figuur 6 toont een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

1005349 5

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt gebruikt voor het onderzoeken van het diëlectricum van geleiders met aardscherm of kabels op onregelmatigheden. In figuur 1 is als voorbeeld een hoogspanningskabel 5 1 weergegeven, waarvan de lengte kan variëren van 10 m tot 10 km en de spanning van 1 kV tot 400 kV. De hoogspanningskabel is gevormd uit een kern 2 en een aardman-tel 3 met daartussen een di-elektrisch materiaal 4.

Rondom de aardmantel 3 is beschermingsmantel 5 aange-10 bracht. De metingen volgens de uitvinding worden uitgevoerd door detectiemiddelen 6 en 7, die bijvoorbeeld bestaan uit capacitieve delers (hoogohmig voor de voeding, laagohmig voor de ontladingssignalen) en oscil-loscopen. De kabel is verbonden, zoals men in figuur 1 15 kan zien, met een hoogspanningsbron 8. De frequentie van het door de spanningsbron afgegeven signaal is 0,1-200 Hertz. De spanningsbron kan gevormd worden door de originele voeding of door een separate voeding. Door het opvoeren van de spanning in de kabel, kan de spanning 20 gevonden worden, waarbij zich net partiële ontladingen boven de detectiedrempel voordoen. De spanning mag niet te hoog worden opgevoerd (bijvoorbeeld niet meer dan tweemaal de bedrijfsspanning), opdat de kabel niet te zwaar belast wordt, waardoor de kans op schade aan de 25 kabel toeneemt.

In figuur 2 is een kenmerkend spanningsverloop in de tijd van de oscilloscopen weergegeven, voordat tijdsynchronisatie heeft plaatsgevonden. Bovendien zijn in de figuur de directe pulsen, die veroorzaakt worden 30 door een en dezelfde partiële ontlading weergegeven. De amplitude van de pulsen is in de orde van enkele mV's tot enkele honderden mV's en de tijdsduur bedraagt circa 10-1000 ns.

In figuur 3 zijn de spanningsverlopen van 35 oscilloscopen weergegeven na tijdsynchronisatie. Tijdsynchronisatie houdt in dit geval in, dat de tijdas van het spanningsverloop in oscilloscoop 6 en die van oscillo-scoop 7 gelijk zijn. Uit de figuur kan het tijdsverschil 1005349 6 ΔΤ tussen de aankomst van een spanningsverandering en een dienovereenkomstige spanningsverandering bij B worden bepaald. Uit het tijdsverschil ΔΤ, de voortplantingssnelheid van de spanningsverandering in de kabel, en de a 5 priori bekende lengte van de kabel kan de positie van de bovengenoemde onregelmatigheid, in dit geval partiële ontlading, met een nauwkeurigheid van 1-30 m worden bepaald.

Figuur 4 geeft de situatie weer, waarin sprake 10 is van een vertakte kabel. In dit voorbeeld heeft de kabel drie aftakkingen, hetgeen echter een willekeurig aantal kan zijn. Aan het einde van elke aftakking is een detectiemiddel geplaatst (hetgeen overigens niet voor alle aftakkingen vereist is) .

15 In figuur 5 zijn kenmerkende spanningsverlopen in de tijd van de vijf oscilloscopen 9-13 weergegeven. Oscilloscopen 10 en 11 ontvangen de door een partiële ontlading veroorzaakte spanningsveranderingen eerder dan de overige oscilloscopen 9, 12 en 13. De partiële ontla-20 ding heeft derhalve plaatsgevonden in het gebied van de kabel tussen oscilloscoop 10 en oscilloscoop 11. Op basis van een juiste tijdlabelling, eventuele correctie voor de positie van de oscilloscopen en de vooraf bekende lengtes van de (vertakkingen) van de kabel 1 is de positie van de 25 onregelmatigheid te bepalen.

In figuur 6 is een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding aangegeven. Een te testen kabel 14 bevat drie kabeladers 15, 16 en 17. Kabelader 15 is aangesloten op een hoogspannings-30 generator 18, welke een spanning met een spanningsniveau van bij voorkeur tussen 1 kV en 41 kV en met een frequentie van bij voorkeur tussen 0,1 en 200 Hertz, opwekt. Aan één uiteinde van de kabel 14 zijn de kabeladers 15, 16 en 17 verbonden met een aankoppelingsnetwerk 19, aan een 35 ander uiteinde van de kabel 14 zijn de kabeladers 15, 16 en 17 verbonden met koppel ingsnetwerk 29 en aan het uiteinde van een aftakking van de kabel 14 zijn de kabeladers verbonden aan het aankoppel ingsnetwerk 24. Aan het 1005349 7 aankoppelingsnetwerk 19 zijn respectievelijk een datacom-municatiesyteem 20, een oscilloscoop of digitaliseerappa-raat 21 en een GPS-ontvangststation 22 gerangschikt, evenzo is aan de aankoppelingsnetwerken 24 en 29 respec-5 tievelijk datacommunicatiesystemen 25 en 30, oscillosco-pen of digitaliseerapparaten 26 en 31 en GPS-ontvangststations 27 en 32 aangebracht. De hoogspanningsgenerator 18, het datacommunicatiesysteem 20, oscilloscoop 21 en het GPS-ontvangst-station 22 zijn aangesloten op een 10 computer 23 voor besturing hiervan. Voor de besturing van de overeenkomstige systemen aan de andere uiteinden van de kabel 14 zijn computers 28 en 33 voorzien.

De werkwijze waar het meten van de partionele ontlading, welke als basis het triggeren van de oscillo-15 scoop of digitaliseerapparaat bij aankomst van een ontla-dingspuls heeft, omvat bij voorkeur·.

- het installeren en activeren van de GPS-ontvangst-stations 22, 27 en 32; - het activeren van hoogspanningsgenerator 18, 20 waarbij één van de drie kabeladers 15, 16 en 17 op spanning wordt gebracht; - het instellen van de meetsystemen, waaronder oscilloscopen 21, 26 en 31, waarbij gebruik wordt gemaakt van de datacommunicatiesystemen 20, 25, 30. Datacommuni- 25 catie geschiedt bij voorkeur via de overige twee, niet-gebruikte kabeladers 16 en 17 of via op de meetposities voorziene zender-ontvangers (niet weergegeven); - het meten van door de partiële ontladingen, die tijdens een beproeving uit de kabelader 15 vrijkomen, 30 veroorzaakte spanningspulsen. Deze spanningspulsen hebben doorgaans een maximale spanningsamplitude tussen 20 mV en 500 mV en een breed frequentiespectrum, dat afhankelijk is van de lengte van de kabel en de plaats van de ontlading en dat zich doorgaans uitstrekt van 100 Hz tot 35 10 MHz.. De door een partiële ontlading veroorzaakte spanningspulsen arriveren op verschillende tijdstippen bij de opgestelde meetsystemen, waarbij via de aankoppelingsnetwerken 19, 24 en 29 de spanningspulsen door 1 η n gq λq 8 * oscilloscopen 22, 27, 32 gemeten worden en de spannings-pulsen bij voorkeur op computers 23, 28, 33 worden opgeslagen; - het registreren en in computers 23, 28, 33 5 opslaan van de aankomsttijdstippen van de partiële ontladingen, bij voorkeur in de vorm van door de GPS-ontvangststations geleverde Universal Time Coordinates labels. Universal Time Coordinates bevatten onder meer informatie over de lengte- en breedtegraad, hoogte en 10 absolute tijd.

Vervolgens kunnen de partiële ontladingen in de overige twee kabeladers 16 en 17 gemeten. De nauwkeurigheid van de boven beschreven bepaling van de ontladings-positie is afhankelijk van de lengte van de te meten 15 kabel 14, het aantal meetsystemen dat ingezet kan worden, het ruisniveau, de ontladingsgrootte en de samenstelling van de kabel 14, dat wil zeggen de opbouw van de kabel.

De kabel kan uit verschillende typen kabel met verschillende transmissie-eigenschappen zijn samengesteld. Door-20 gaans is een nauwkeurigheid van 8 tot 25 m te behalen.

Een alternatieve voorkeursvorm voor het uit-voeren van de werkwijze van de uitvinding bestaat uit het simultaan uitvoeren van één of meerdere registraties. Met simultaan wordt bedoeld, dat alle digitaliseerapparaten 25 of oscilloscopen vanaf exact hetzelfde moment een registratie uitvoeren. Gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode (bijvoorbeeld 0,5 of 2 seconden) worden meetgegevens in de computers 23, 28 en 33 opgeslagen. Het op exact gelijk moment uitvoeren van een registratie wordt moge-30 lijk gemaakt door het uitlezen van de lengte- en breedtegraad, hoogte en absolute tijd van de GPS-ontvangststations 22, 27 en 32 en door besturing met behulp van computers 23, 28 en 33.

1 η n c o a n

Claims (20)

1. Werkwijze voor het opsporen van ten minste een onregelmatigheid in het diëlectricum rondom een in hoofdzaak langgerekte geleider, omvattende: - het aanbrengen van een potentiaalverschil 5 tussen de geleider en de aarde; - het op een eerste positie meten van door de genoemde onregelmatigheid veroorzaakte en in de richt.ing van de eerste positie bewegende spanningsveranderingen,· - het op een tweede positie meten van door de 10 genoemde onregelmatigheid veroorzaakte en in de richting van de tweede positie bewegende spanningsveranderingen; - het met behulp van tijdregistratie bepalen van het verschil in aankomsttijd van door eenzelfde onregelmatigheid veroorzaakte, op de eerste en tweede 15 positie gemeten spanningsveranderingen; - het aan de hand van het verschil in aankomsttijd en de lengte van de genoemde geleider tussen de eerste en tweede positie bepalen van de positie van de onregelmatigheid in de genoemde geleider.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de in hoofdzaak langgerekte geleider een kabel is

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de kabel ten minste een kern en aardmantel bevat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarbij de 25 in hoofdzaak langgerekte geleider één of meer vertakkingen heeft.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij op meer dan twee posities de spanningsveranderingen worden gedetecteerd. 1005349

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, waarbij genoemde spanningsveranderingen gevormd worden door kortstondige pulsvormige signalen.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-6, waarbij de 5 tijdregistratie van de genoemde spanningsveranderingen tot stand wordt gebracht door via ten minste één satelliet ontvangen tijdgegevens.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-7, waarbij de bepaling van de aankomsttijd van spanningsveranderingen 10 tot stand komt door de via satellieten ontvangen tijdge-gevens te corrigeren op basis van via de genoemde satelliet verkregen positiegegevens.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, waarbij tijdregistratie van de genoemde spanningsveranderingen 15 tot stand wordt gebracht door vooraf geijkte nauwkeurige tijdklokken, waarbij op elke detectiepositie een tijdklok is voorzien.

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de gemeten spanningswaarden en de tijd- 20 registratiegegevens op een medium worden vastgelegd.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de meetgegevens en tijdregistratiegege-vens via transmissie centraal verzameld worden.

12. Werkwijze volgens één der voorgaande con- 25 clusies, waarbij de onregelmatigheden zogenaamde partiële ontladingen tot gevolg hebben.

13. Inrichting voor het tussen een eerste en tweede positie opsporen van onregelmatigheden in het diëlectricum rondom een in hoofdzaak langgerekte geleider 30 met aarde, omvattende: - een voedingsspanningsbron voor het aanbrengen van een potentiaalverschil tussen de geleider en de aarde; - eerste spanningsdetectiemiddelen voor het op 35 de eerste positie detecteren van spanningsveranderingen; - tweede spanningsdetectiemiddelen voor het op de tweede positie detecteren van spanningsveranderingen; 1 0 0 ^ 4 Q - tijdregistratiemiddelen voor het registreren van de tijdstippen waarop een spanningsverandering door de eerste en tweede spanningsdetectiemiddelen gedetecteerd zijn; 5. verschilbepalingsmiddelen voor het bepalen van het verschil in aankomsttijd tussen twee door dezelfde willekeurige onregelmatigheid veroorzaakte spanningsveranderingen ; - positieberekeningsmiddelen voor het berekenen 10 van de positie van de onregelmatigheid in de genoemde geleider.

14. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij de tijdregistratiemiddelen berekeningsmiddelen bevatten voor de correctie van via satellieten verkregen tijdgegevens 15 op basis van via satellieten verkregen positiegegevens.

15. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij de spanningsdetectiemiddelen oscilloscopen omvatten.

16. Inrichting volgens conclusie 13 of 14, waarbij de tijdregistratiemiddelen satellieten omvatten.

17. Inrichting volgens conclusie 13 of 14, waarbij de tijdregistratiemiddelen kristalklokken omvatten .

18. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij de spanningsdetectiemiddelen digitaliseerapparaten omvatten.

19. Inrichting volgens één der conclusies 13- 17, waarin de tijdregistratiemiddelen GPS-ontvangststati-ons omvatten.

20. Werkwijze volgens één der conclusies 1-12, omvattende het tussen de eerste en tweede positie draad- 30 loos verzenden van gemeten spanningsveranderingsgegevens en tijdregistratiegegevens. 1005349