DD139958A3 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING PARTIAL DISCHARGES IN THE INSULATION OF ELECTRICAL LADDERS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen von Teilentladungen in Isolierungen, insbesondere an Hochspannungsplastkabeln. Es ist das Ziel, durch eine Schaltungsanordnung eine wesentlich höhere Meßempfindlichkeit zu gewährleisten. Aufgabe der Erfindung ist es, den Ladestrom von der Meßimpedanz fernzuhalten, Teilentladungsimpulse mit einer großen Amplitude auszukoppeln und unverzerrt zum Teilentladungsmeßgerät zu übertragen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Prüfling als elektromagnetisch gekoppelter Wellenleiter zur Impulsübertragung dient und mit seiner an Hochspannung liegenden Elektrode eingangsseitig über einen Koppelkondensator und ausgangsseitig über eine Anpassungsimpedanz geerdet ist. Die andere Elektrode des Prüflings liegt eingangsseitig über eine Meßimpedanz und ausgangsseitig über eine Kurzschlußbrücke an Erdpotential an. Die an der Meßimpedanz ausgekoppelten Teilentladungsimpulse werden über ein Meßkabel mit Abschlußwiderstand einem breitbandigen Teilentladungsmeßgerät mit Frequenzgrenzen zwischen 100 kHz und 5 MHz zugeführt.The invention relates to a circuit arrangement for Measuring partial discharges in insulation, in particular on high-voltage plastic cables. It is the goal through a circuit arrangement to ensure a much higher measuring sensitivity. task the invention is to keep the charging current from the Meßimpedanz To decouple partial discharge pulses with a large amplitude and undistorted to the Teilentladungsmeßgerät to transfer. This task is solved by the test specimen as electromagnetically coupled Waveguide serves for pulse transmission and with its at high voltage lying electrode on the input side via a coupling capacitor and grounded on the output side via a matching impedance. The other electrode of the specimen is located on the input side via a Measuring impedance and output side via a shorting bridge to earth potential on. The decoupled at the Meßimpedanz partial discharge pulses be a broadband via a measuring cable with terminating resistor Partial discharge meter with frequency limits between 100 kHz and 5 MHz supplied.

Description

Λ- .2037 12 Λ- .2037 12

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen von Teilentladungen in der Isolierung von elektrischen leitern, insbesondere an Hochspannungsplastkabeln» Ein weiteres Anwendungsgebiet ist in der Messung von Teilentladungen in der Isolierung elektrischer Betriebsmittel, wie z.B. Hochspannungsschaltanlagen, Transformatoren und anderen elektrischen Maschinen zu sehen.The invention relates to a circuit arrangement for measuring partial discharges in the insulation of electrical conductors, in particular high-voltage plastic cables. "Another field of application is in the measurement of partial discharges in the insulation of electrical equipment, such as. High voltage switchgear, transformers and other electrical machines to see.

Charakteristik der bekannten te.dmischen .LösungenCharacteristics of the known te.dmischen .Lösungen

Es ist eine Schaltungsanordnung zur Messung von Teilentladungen bekannt, bei der der Prüfling an eine Hochspannungsquelle angeschlossen ist und ein parallel zum Prüfling liegender Koppeikondensator den Rückschluß für impulsförmige Teilentladungsvorgänge ermöglicht· Durch eine Meßimpedanz, die entweder in die Erdleitung des Prüflings oder des Koppel-Kondensators geschaltet ist, wird das vom Prüfling kommende Teilentladungssignal aus dem Hochspannungsprüfkreis ausgekoppelt und einem Teilentladungsmeßgerät zur Detektion und Bewertung der Teilentladungsvorgänge zugeführt. Mit diesem Meßprinzip sind gewisse Rückschlüsse hinsichtlich der Güte des Prüflings möglich« Außerdem kenn der Nachweis erbracht werden, daß ein vereinbarter Teilentladungspegel nicht überschritten wird. (Tettex-Information Wr_e 13 der Tettex AG-, Zürich/SchweizA circuit arrangement for measuring partial discharges is known in which the device under test is connected to a high voltage source and a parallel to the DUT Koppeikondensator the inference for pulse-shaped partial discharge operations allows · By a measuring impedance connected either in the ground line of the DUT or the coupling capacitor is, the coming of the DUT partial discharge signal is coupled out of the high voltage test circuit and fed to a Teilentladungsmeßgerät for the detection and evaluation of the partial discharge processes. With this measuring principle certain conclusions regarding the quality of the test object are possible. In addition, proof must be furnished that an agreed partial discharge level is not exceeded. (Tettex Information Wr _e 13 of Tettex AG-, Zurich / Switzerland

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und US-PS 3 04-7 779)and U.S. Patent 3,404,779)

Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung ist der Hochspannungsprüfkreis als Brückenschaltung aufgebaut, d.h·, daß parallel zum Prüfling ein weiterer teilentladungsfreier Yergleichsprüfling angeordnet ist. Als Vergleichsprüfling kann auch ein Hochspannungskondensator verwendet werden· Voraussetzung ist dabei, daß die. Kapazität des Hochspannungskondensators möglichst genau mit" der des Prüflings übereinstimmt. Sowohl der Prüfling als auch der Vergleichsprüfling sind über Meßimpedanzen geerdet. Zur Symmetrierung der Brückenschaltung können außerdem weitere Schaltelemente, z.B. Kondensatoren, parallel zu den Meßimpedanzen erforderlich sein. Das in der Brückendiagonalen an den Verbindungspunkten der Meßimpedanzen zum Prüfling bzw. Vergleichsprüfling auftretende Teilentladungssignal wird einem Teilentladungsmeßgerät mit Diffe,-renzverStärkereingang zugeführt· Bei entsprechendem Abgleich der Brückeηschaltung werden dadurch nur Differenzsignale gemessen, die bei Teilentladungsvorgängen im Prüfling auftreten· Die durch Störquellen außerhalb des Prüfkreises auftretenden GleichtaktsignaIe werden unterdrückt· Die Brücken schaltung ist somit im Vergleich zu der unsymmetrischen Schaltungsanordnung gegenüber äußeren Störungen unempfindlicher, was gleichbedeutend mit der Erzielung einer höheren Meßempfindlichkeit ist· (Tette,x-Information Nr. 13 der Tettex AG, Zürich/Schweiz)In another known circuit arrangement, the high-voltage test circuit is constructed as a bridge circuit, that is to say that a further partial discharge-free Yergleich test object is arranged parallel to the test object. As a Vergleichsprüfling can also be a high voltage capacitor can be used · It is a prerequisite that the. Both the device under test and the test object are grounded via measuring impedances, and further switching elements, eg capacitors, parallel to the measuring impedances may be required for balancing the bridge circuit, in the bridge diagonal at the connection points With appropriate compensation of the bridge connection, only differential signals which occur in the case of partial discharge processes in the test object are measured. The common-mode signals occurring due to interference sources outside the test circuit are suppressed. The bridges Circuit is thus less sensitive to external disturbances compared to the unbalanced circuit, which is synonymous with the achievement a higher measuring sensitivity is · (Tette, x-Information No. 13 of Tettex AG, Zurich / Switzerland)

Die vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen für die Detektion und Bewertung der Teilentladungsvorgänge, beruhen auf der Messung der sogenannten "scheinbaren Ladung" von Teilentladungsimpulseno Nach de,r ^Verstärkung dieser "Teilentladungsimpulse im Teilentladungsmeßgerät erfolgt eine Bewertung ihrer Amplitude entweder durch Ausmessung auf dem Bildschirm eines Oszillographen, durch Vergleich mit einem Kalibrierimpuls bekannter Ladung oder durch Anzeigeschaltungen, die von einer Bewertungsstufe, angesteuert werden» The above-described circuit arrangements for the detection and evaluation of the partial discharge processes, based on the measurement of the so-called "apparent charge" of Teilentladungsimpulsseno after amplifying these "partial discharge pulses in the Teilentladungsmeßgerät takes place an assessment of their amplitude either by measuring on the screen of a Oszillograph Comparison with a calibration pulse of known charge or by display circuits, which are controlled by a rating level »

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Die Problematik der Teilentladungsmessung besteht vor allem darin, daß die'durch Teilentladungsvorgänge verursachten kurzzeitigen Spannungssprünge von oft nur wenigen μΥ von der Prüfspannung, die einige 100 kV betragen kann, zu trennen.sind· Außerdem müssen sie von äußeren Störquellen,, wie ζ,B₀ Rundfunksender, Thyristorsteuerungen und funken- oder lichtbogenproduzierende Maschinen, deutlich unterschieden werden·; Daraus resultiert, daß der Störpegel kleiner als der Teilentladungspegel sein mußy Der Nachteil der bisher angewandten Schaltungsanordnungen zum Messen von Teilentladungen besteht vor allem darin, ' daß die Meß empfindlichkeit zur Kapazität des Prüflings umgekehrt proportional ist und dadurch mit zunehmender Länge des Prüflings abnimmt. Besonders bei Prüflingen mit großer Länge,. z.B. bei Hochspannungsplastkabeln, wird die Ampli-• tude.der Teilentladungsimpulse gedämpft· Daraus wird deutlich, daß sich ab einer bestimmten kritische, η Kapazität des Prüflings der Teilentladungspegel nicht mehr deutlich aus dem Störpegel heraushebt· Zur Erzielung der erforderlichen Meßempfindlichkeiten sind sehr aufwendige Abschirmungsmaßnahme,η notwendig, um den Grundstörpegel zu verringern^Above all, the problem of partial discharge measurement is that the short-term voltage jumps, often only a few μΥ, caused by partial discharge processes are to be separated from the test voltage, which may amount to a few 100 kV. They must also be isolated from external sources of interference, such as ζ, B ₀ radio stations, thyristor controls and spark or arc-producing machines, clearly distinguishable ·; The disadvantage of the previously used circuit arrangements for measuring partial discharges consists mainly in 'that the measuring sensitivity to the capacitance of the specimen is inversely proportional and thereby decreases with increasing length of the specimen. Especially for specimens with a long length. It is clear that at a certain critical, η capacity of the specimen, the partial discharge level no longer stands out clearly from the disturbance level. η necessary to reduce the background noise level ^

Gegenüber der unsymmetrischen Schaltungsanordnung kann zwar bei der symmetrischen Brückenschaltung eine Störunterdrükkung erreicht werden, jedoch erfordert die Herstellung der Brückensymmetrie einen sehr großen Aufwände Der Preis von Teilentladungsmeßgeräten, die nach diesem Prinzip arbeiten, ist wesentlich höher als für Meßeinrichtungen, die, für die, unsymmetrische Schaltung verwendet werden können, Für die ökonomischen Betrachtungen ist es ferner nicht unerheblich, daß bei der Anwendung der Brückenschaltung stets ein zusätzlicher teilentladungsfreier Verg'leichsprüfling erforderlich ist, der in seinen Parametern dem des zu untersuchenden Prüflings möglichst genau entsprechen muß*Compared to the unbalanced circuit arrangement can be achieved in the symmetrical bridge circuit Störunterdrükkung, however, requires the preparation of the bridge symmetry a very large cost The price of Teilentladungsmeßgeräten that operate on this principle is much higher than for measuring devices that, for the, unbalanced circuit It can also be used for the economic considerations that in the application of the bridge circuit always an additional partial discharge free Verg'leichsprüfling is required, which must correspond in its parameters as closely as possible to the test specimen to be examined *

Schließlich ist ein Nachteil darin zu sehen, daß mit zunehmender Kapazität des Prüflings auch der durch die Prüfspan-Finally, one disadvantage is that, as the capacity of the test specimen increases, so does the test specimen

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Bung bedingte Ladestrom ansteigt« Aus diesem Grunde müssen bei der Erdung des Prüflings über die Meßimpedanz zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, damit die Meßimpedanz bei hoher Strombelastung vor Zerstörung geschützt wird· .Due to the fact that the charging current increases due to the charging process, additional measures must be taken when grounding the test object via the measuring impedance so that the measuring impedance is protected against destruction at high current load.

Ziel d$r Erfindung .Aim of the invention.

Es ist Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Messen von Teilentladungen in der Isolierung von isolierten Leitern zu schaffen, die ohne wesentliche Erhöhung des g-erätetechnisohen Aufwandes auch im Falle von Prüf-' · lingen mit großen Längenausdehnungen eine wesentlich höhere Meßempfindlichkeit gewährleistet·It is an object of the invention to provide a circuit arrangement for measuring partial discharges in the insulation of insulated conductors, which ensures a substantially higher measuring sensitivity without a substantial increase in the equipment cost, even in the case of test pieces with long linear expansions.

Darlegung des We.sens der ErfindungExplanation of the We.sens of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Messen von Teilentladungen zu entwickeln, bei d$r der Ladestrom durch den Prüfling von der Meßimpedanz ferngehalten wird und die Teilentladungsimpulse aus dem Prüfling möglichst unverzerrt und mit einer Amplitute, die der an der Fehlerstelle annähernd analog ist, ausgekoppelt und ohne weitere Verfälschung zum Teilentladungsmeßgerät übertragen werden·The invention has for its object to develop a circuit arrangement for measuring partial discharges, d $ r the charging current through the DUT is kept away from the Meßimpedanz and the partial discharge pulses from the sample as undistorted and with an Amplitute, which at the fault approximately analog is, decoupled and transferred without further adulteration to Teilentladungsmeßgerät ·

Merkmale der Erfindung . Features of the invention.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der - Prüfling als elektromagnetisch gekoppelter Wellenleiter zur Impulsübertragung dient und mit seiner an Hochspannung liegenden Elektrode eingangsseitig über einen Koppelkondensator, und ausgangsseitig über eine Anpassungsimpedanz geerdet ist» Die andere Elektrode des Prüflings liegt eingangsseitig über eine Meßimpedanz und ausgangsseitig über eine Kurzschlußbrücke an Erdpotential an» Die an der Meßimpedanz ausgekoppelten Teilentladungsimpulse werden über ein Meßkabel .mit einem Abschlußwiderstand einem breitbandigen Teilentladungsmeßgerät zugeführt, dessen untere Frequenzgrenze 100 kHz und obere Frequenzgrenze mindestens 5 MHz beträgt·According to the invention, this object is achieved in that - DUT serves as an electromagnetically coupled waveguide for impulse transmission and grounded with its high voltage electrode on the input side via a coupling capacitor, and the output side via a matching impedance »The other electrode of the DUT is on the input side via a Meßimpedanz and the output side The partial discharge pulses coupled to the measuring impedance are fed via a measuring cable with a terminating resistor to a broadband partial discharge measuring device whose lower frequency limit is 100 kHz and upper frequency limit is at least 5 MHz.

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Als Meßimpedanz wird ein Impulsübertrager verwendet, des sen Primär- and Sekundärwicklung durch, eine koaxiale Meß leitung realisiert wird·As Meßimpedanz a pulse transformer is used, the sen primary and secondary winding through, a coaxial measuring line is realized ·

Der Anschluß der Meßimpedanz erfolgt über kürzeste Verbindungen zwischen den beiden Enden des Prüflings. Der Anschluß der Elektrode des Prüflings an einer Prüfspann ungs quelle erfolgt an der dem Koppelkondensator zugewandten Seite, wobei zwischen PrüfSpannungsquelle und Koppelkondensator eine Sperrimpedanz geschaltet ist.The connection of the measuring impedance is made via the shortest connections between the two ends of the test object. The connection of the electrode of the test specimen at a Prüfspann ungs source takes place at the coupling capacitor side facing, wherein between the test voltage source and coupling capacitor, a blocking impedance is connected.

Der Koppelkondensator ist induktionsarm ausgeführt» Die Bemessung seiner Mindestkapazität C^ . erfolgt in Abhängigkeit vom Wellenwiderstand Z des Prüflings und ist nach der BeziehungThe coupling capacitor has low inductance »The dimensioning of its minimum capacity C ^. takes place as a function of the characteristic impedance Z of the test object and is determined by the relationship

v ^>= v ^{> =}

abschätzbar·estimated ·

Die Anpassungsimpedanz besteht aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und eines Hochspannungskondensators·The matching impedance consists of a series connection of an ohmic resistor and a high-voltage capacitor.

Die Größe des Widerstandes der Anpassungsimpedanz stimmt mit dem Wellenwiderstand Zp des Prüflings und die Kapazität des Hochspannungskondensators mit der Mindestkapazität Cg . des Koppelkondensators über ein _O) The magnitude of the impedance of the matching impedance agrees with the characteristic impedance Zp of the device under test and the capacitance of the high-voltage capacitor with the minimum capacitance Cg. of the coupling capacitor via an _O)

Die ZeitkonstanteT-g-, die sich aus dem Wellenwiderstand Z des Prüflings und dem Koppelkondensator ergibt, ist etwa dreifach größer als d±q Abfallzeitkonstant§ Tj des Teilentladungsimpulses* · . 'The time constant T-g-, which results from the characteristic impedance Z of the device under test and the coupling capacitor, is approximately three times greater than d ± q decay time constant Tj of the partial discharge pulse * ·. '

Ausführungsbeispielembodiment

Die, Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden* In den dazugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment * In the accompanying drawings show

Fig» 1: eine Schaltungsanordnung zur Messung von Teilent ladungen in Isolierungen von Hochspannungsplastkabeln,1 shows a circuit arrangement for measuring Teilent charges in insulation of high-voltage plastic cables,

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Fig· 2:· -eine.'Prinzipdarstellung zur Impulsübertragung ' bei elektromagnetisch gekoppelten Wellenleitern,FIG. 2: shows a principle representation for impulse transmission in the case of electromagnetically coupled waveguides, FIG.

Fig. 3: eine Prinzipdarstellung, in der Teilentladungspegel mit dem Störpegel verglichen werden3 shows a schematic diagram in which partial discharge levels are compared with the interference level

Aus der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist ersichtlich, daß der Koppelkondensator 1 für die Teilentladungsimpulse als Kurzschluß wirkt und damit für den nichtstationären Zustand die Erdung der Elektrode. 2 des Prüflings 3 am eingangsseitigen Ende darstellt· Bei einem Hochspannungsplastkabel als Prüfling 3 ist unter der Elektrode^ 2 der Haupt le it er zu verstehen· Der Anschluß der Prüf spann ungs quelle A- über eine Sperrimpedanz 5 an den Koppelkondensator 1 gewährleistet, daß die von der Einspeisung herrührenden Störungen bereits wirksam unterdrückt werden. Als PrüfSpannungsquelle 4- wird ein weitestgehend teilentladungsfreier Hochspannungstransformator verwendet· Zur Vermeidung von Reflexionen ist das ausgangsseitig^ End§ der Elektrode 2 des Prüflings 3 über eine, Anpassungsimpedanz 6 abzuschließen· Außerdem ist das ausgangsseitige Ende der Elektrode 7 über eine Kurzschlußbrücke, 8 unmittelbar mit der Erde zu verbinden, wä-hrend das eingangsseitige Ende der Elektrode 7 über die Meßimpedanz 9 geerdet ist· Die Elektrode 7 ist bei einem Hochspannungsplastkabel mit dem konzentrischen Schutzleiter identisch· Es ist besonders vorteilhaft, als Meßimpedanz 9 einen Impulsübertrager zu verwenden. Die Primär-. und Sekundärwicklung des Impulsübertragers wird durch . eine nicht dargestellte koaxiale Meßleitung realisiert^; Obwohl das in Fig· 1 nicht gezeigt ist, muß der Anschluß der Meßimpedanz 9 über sehr kurze Verbindungen zwischen den beiden Enden des Prüflings 3 erfolgen« Bei Hochspannungsplastkabeln ist diese Anschlußart völlig problemlos realisierbar, weil auf der Kabeltrommel die beiden Ende,n frei zugängig sind und für durchzuführende Prüfungen ohnehin abgesetzt werden müssen·. Damit der KoppelkondensatorFrom the circuit arrangement shown in Fig. 1 it can be seen that the coupling capacitor 1 acts as a short circuit for the partial discharge pulses and thus for the non-stationary state, the grounding of the electrode. 2 of the device under test 3 at the input end · When a high-voltage plastic cable as test object 3 is under the electrode ^ 2 of the main le it to understand · The connection of the test voltage source A- over a blocking impedance 5 to the coupling capacitor 1 ensures that the already caused by the feed disturbances are effectively suppressed. As a test voltage source 4- a largely partial discharge-free high voltage transformer is used · To avoid reflections is the output side ^ End§ of the electrode 2 of the DUT 3 over a matching impedance to complete 6 • In addition, the output end of the electrode 7 via a shorting bridge, 8 directly with the The electrode 7 is identical to the concentric protective conductor in the case of a high-voltage plastic cable. It is particularly advantageous to use a pulse transformer as the measuring impedance 9. The primary. and secondary winding of the pulse transformer is through. an unillustrated coaxial measuring line realized ^; Although this is not shown in Fig. 1, the connection of the measuring impedance 9 must be made over very short connections between the two ends of the DUT 3 «With high voltage plastic cables, this type of connection is completely easily implemented, because on the cable drum, the two ends, n are freely accessible and have to be discontinued anyway for tests to be carried out ·. So that the coupling capacitor

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1 für die.Teilentladungsimpulse bei nichtstationären Vorgängen als Kurzschloß wirkt, muß er induktionsarm.ausgeführt werden. Die sich für den Koppelkondensator 1 ergebende Zeitkonstante T^- nuß mindestens etwa die dreifache Größe der Abfallzeitkonstante Tj des Teilentladungsimpulses besitzen» Die Bemessung der Kapazität des Koppelkondensators 1 erfolgt in Abhängigkeit von der Abfallzeit konstante Tj und des Wellenwiderstandes Z des Prüflings 3·1 acts as a short-circuit for das.Teilentladungsimpulse in non-stationary operations, it must be inductive arm .ausgeführt. The resulting for the coupling capacitor 1 time constant T ^ - nut at least about three times the size of the decay time constant Tj of the partial discharge pulse have »The dimensioning of the capacitance of the coupling capacitor 1 takes place in dependence on the decay time constant Tj and the characteristic impedance Z of the DUT 3

Für den häufig vorliegenden Fall der Abfallzeitkonstante t j = 100 ns folgt dann "aus der BeziehungFor the frequently occurring case of the decay time constant tj = 100 ns then "follows from the relation

c„ Sc "p

die Mindestkapazität C^ in nF des Koppelkondensators 1the minimum capacity C ^ in nF of the coupling capacitor 1

XiinXIIn

> j⁰⁰ ~ ζ> j ⁰⁰ ~ ζ

Die Anpassungsimpedanz 6 muß so bemessen sein, daß sie für nichtstationäre Vorgänge, also für.Teilentladungsimpulse, den Wellenwiderstand Z des Prüflings 3 entspricht· Sie muß aber für die Prüfspannung eine Trennung der an Hochspannung liegenden Elektrode 2 vom Erdpotential gewährleisten*_; Daraus folgt als z\veckmäßige Lösung für die Anpassungsimpedana 6 die Anwendung einer Reihenschaltung eines ohmschen Y/iderstandes 10 mit einem Hochspannungskondensator 11, wobei der Wert des Widerstandes 10 die gleiche Grö-., ße wie der Wellenwiderstand Z aufweisen sollte.» Der Kapazitätswert des Hochspannungskondensators 11 soll dem Kapazitätswert des Koppelkondensators 1 entsprecheny Die weitere Verarbeitung' der Teilentladungsimpulse führt nach ihrer Auskopplung aus dem Prüfling 3 zu keiner wesentlichen Impulsverformung· Das wird erreicht, indem das gesamte Meßsystern, bestehend aus der Meßimpedanz 9» dem Meßkabel 12 mit Abschlußwiderstand 13 sowie dejn Meßverstärker 14 desThe matching impedance 6 must be dimensioned so that it corresponds to the characteristic impedance Z of the DUT 3 for non-stationary processes, ie for partial discharge pulses. However, it must ensure separation of the high-voltage electrode 2 from the ground potential for the test voltage * _; From this it follows as a definite solution for the adaptation impedance 6 to use a series arrangement of an ohmic resistor 10 with a high-voltage capacitor 11, the value of the resistor 10 having the same magnitude as the characteristic impedance Z. The capacitance value of the High-voltage capacitor 11 should correspond to the capacitance value of coupling capacitor 1. The further processing of the partial discharge pulses after their decoupling from specimen 3 does not lead to any substantial pulse deformation. This is achieved by dividing the entire measuring system, consisting of measuring impedance 9, measuring cable 12 with terminating resistor 13 and dejn measuring amplifier 14 of

-β- 2Ό37 12-β- 2Ό37 12

Teilentladungsmeßgerätes 15 eine untere Frequenzgrenze von etv/a 100 kHz und eine obere Frequenzgrenze von mindestens 5 MHz aufweist. Erst nach Durchlaufen des Meßverstärkers 14 erfolgt eine Integration der Teilentladungsimpulse, d.h. eine Verflachung der Impulsstirn, so daß am Ausgang der Integrationsstufe 16 die Meßgröße "scheinbare Ladung" der Teilentladungsimpulse zur Verfügung steht und aer Bewertungsstufe 17 zugeführt wird·Teilentladungsmeßgerätes 15 has a lower frequency limit of etv / a 100 kHz and an upper frequency limit of at least 5 MHz. Only after passing through the measuring amplifier 14 is an integration of the partial discharge pulses, i. a flattening of the pulse front, so that the measured variable "apparent charge" of the partial discharge pulses is available at the output of the integration stage 16 and is supplied to the evaluation stage 17.

In Pig· 2 ist verdeutlicht das Prinzip, wie zur verzerrungsarmen Auskopplung der Teilentladungsimpulse die Signalübertragung auf elektromagnetisch gekoppelten Wellenleitern ausgenutzt werden kann· Wird beispielsweise in die Elektrode 2 des Prüflings 3 am Punkt B ein Impuls eingespeist und ist die ElektrodeZam Punkt" A geerdet, so eri scheint am Punkt A der Elektrode 7 ein analoger Impuls entgegengesetzter Polarität, wenn die Elektrode 7 a^ Punkt B ebenfalls geerdet ist und am Punkt A ein Abschluß mit dem Wellenwiderstand Z des gekoppelten Systems erfolgt·Pig · 2 illustrates the principle of how to use the signal transmission on electromagnetically coupled waveguides for the low-distortion decoupling of the partial discharge pulses. For example, if a pulse is fed into the electrode 2 of the device under test 3 at point B, the electrode is earthed at point "A" eri appears at point A of the electrode 7, an analog pulse of opposite polarity, when the electrode 7 a ^ point B is also grounded and at point A terminates with the characteristic impedance Z of the coupled system ·

Wie bereits dargelegt, erfolgt die Messung nichtstationärer Zustände bei der Ausbreitung von TeilentladungssignalenAs already stated, non-stationary states are measured during the propagation of partial discharge signals

V an ausgedehnten Prüflingen 3» clie für die kurzzeitigen Teilentladungsimpulse mit einer Dauer von etwa 100 ns als Wellenleiter mit dem Wellenwiderstand Z wirken_o DadurchV on extended specimens 3 for the short-duration partial discharge pulses with a duration of about 100 ns act as waveguides with the characteristic impedance Z _o

'25 ist es möglich, den Prüfling 3 an einem Ende unmittelbar zu erden und über diese Erdverbindung den Ladestrom abzuleiten, während das andere Ende durch die Meßimpedanz 8 gee^clet wird· Für nichtstationäre Zustände, d.h.· im Zeitbereich von einigen 100 ns bis wenige jis ist die Meßimpedanz 8 voll wirksam und nicht durch die einseitige Erdverbindung kurzgeschlossen· Die Erfassung der Teilentladungsimpulse ist damit gewährleistet·! .'25 it is possible to ground the DUT 3 at one end directly and derive the charging current through this ground connection, while the other end is detected by the measuring impedance 8 For non-stationary states, ie in the time range of a few 100 ns to few jis is the measuring impedance 8 fully effective and not short-circuited by the unilateral ground connection · The detection of partial discharge pulses is thus ensured ·! ,

Bei quasistationären Zuständen, d.h.· im Zeitbereich von - ' über )is, ist die Erdverbindung dagegen ein voll wirksamer Schutz gegen die Meßimpedanz 8, da länger dauernde SignaleOn the other hand, in quasi-stationary states, ie in the time range of - over, the earth connection is a fully effective protection against the measuring impedance 8, since longer lasting signals

kurzgeschlossen werden.be shorted.

Bei der Mess Ling von Teilentladungen wird in kürzester" Zeit der Scheitelwert des Stromes I erreicht· Danach folgt ein etwa exponentieller Abfall mit der Abfallzeitkonstanten Tj im Zeitbereich um 100 ns· Somit folgt, aus dem Strom-Zeit-Integral für die Ladung δ Q die. einfache, Beziehung:In the case of the measurement of partial discharges, the peak value of the current I is reached in the shortest time. This is followed by an approximately exponential decay with the decay time constant Tj in the time range around 100 ns. Thus, from the current-time integral for the charge .delta simple, relationship:

Wird die, Ladung aQ an ihrem Entstehungsort, z.B_o in einer Fehlerstelle in der Isolierung eines Hochspannungsplastkabels, umgesetzt, so breitet sich ein Spannungssignal ausgehend von der Fehlerstelle nach beiden Richtungen aus Mit de,m wirksamen Wellenwiderstand am Entstehungsort von Z folgt für die Spannungsamplitute, U 2" ?_T >.J5p ²P ·» AQIf the charge aQ is converted at its point of origin, eg _o in a fault location in the insulation of a high-voltage plastic cable, then a voltage signal propagates from the fault location in both directions With the effective impedance at the point of origin of Z follows for the voltage amplitudes, U 2 "? _T > .J5p ² P ·» AQ

Die, Spannungsamplitute U wird zur weiteren Bewertung de,r Ladung ^Q ausgenutzt» Da sich der Wellenwiderstand Z nicht mit der Längenausdehnung des Prüflings 3 ändert, ist auch keine Verringerung der Meßempfindlichkeit zu erwarten·The voltage amplitude U is utilized for the further evaluation of the charge Q.sub.Q Since the characteristic impedance Z does not change with the length extension of the device under test 3, no reduction in the measurement sensitivity is to be expected.

Ein Vergleich der Teilentladungspegel zwischen bekannten Meßschaltungen und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei gleicher Ladung Δ Q₁ zeigt Fig· 3<>A comparison of the partial discharge level between known measuring circuits and the circuit arrangement according to the invention for the same charge Δ Q _{1 is} shown in FIG. 3

De,r Verlauf der Kurve. 0 für einen Teilentladungsimpuls nach den bisher bekannten Meßanordnungen zeigt, daß sich, die Amplitute nur wenig vom vorhandenen Störpegel abhebt_o Nach der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt sich an der Fehlerstelle im Prüfling 3.ein Teilentladungsimpuls, mit einem Verlauf nach Kurve D·, Unter den Bedingungen der Praxis ist jedoch zu beachten, daß beim Zurücklegen größerer Wegstrecken eine gewisse, _# Dämpfung der Teilentladungsimpulse unvermeidbar ist.De, r course of the curve. 0 for a partial discharge pulse according to the previously known measuring arrangements shows that, the Amplitute little from the existing noise level stands out _o According to the circuit arrangement according to the invention results at the fault location in the test 3.ein Teilentladungsimpuls, with a curve to curve D ·, Sub the terms of the practice is to be noted however that a certain, _# attenuation of the partial discharge pulses is inevitable in traversing greater distances.

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Das hat zur Folge, daß entsprechend der Kurve E die Spannungsamplitute U etwas kleiner wird und ein unwesentlicher Rückgang der Meß empfindlichkeit in Kauf genommen werden muß. Trotzdem ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß der Teilentladungspegel bei der Messung von Teilentladungsimpulsen nach der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die Erfassung eines hohen Frequenzspektrums wesentlich über den Grundstörpegel angehoben wird und im Vergleich zu den bisher bekannten Meßanordnungen-weitaus günstiger zu be-1.0 werten ist· Das ist gleichbedeutend mit einer erheblichen Steigerung der Meßempfindlichkeit, die sich auch rechnerisch aus der BeziehungThis has the consequence that according to the curve E, the Spannungsamplitute U is slightly smaller and an insignificant decrease in the measurement sensitivity must be taken into account. Nevertheless, it can be seen from FIG. 3 that the partial discharge level in the measurement of partial discharge pulses according to the circuit arrangement according to the invention is raised substantially above the base noise level by the detection of a high frequency spectrum and is much more favorable than the previously known measuring arrangements. This is synonymous with a significant increase in measuring sensitivity, which is also calculated from the relationship

U ^Zp ' ⁰PU ^Z p ' ⁰ P

A UA U

nachweisen läßt·can be proven ·

Beträgt die Prüflingskapazität C = 100 nF, der Wellenwiderstand Z = f?0 ώ und die " Abfallzeitkonstante Tj = 100 ns, dann ergibt sich eine um mehr als zwanzigfach höhere Meß empfindlichkeit, wenn ein gleicher Grundstörpegel vorausgesetzt wird· Bei der praktischen Erprobung der Erfindung konnte an einem Hochspannungsplastkabel von 1000 m Länge die Nachweisgrenze der Teilentladungsintensität von 30 pC auf weniger als 2 pC verbessert werden«If the test piece capacitance C = 100 nF, the characteristic impedance Z = f? 0 ώ and the "decay time constant Tj = 100 ns, then there is a more than twenty times higher measuring sensitivity, if an equal base noise level is assumed · In the practical testing of the invention On a high-voltage plastic cable of 1000 m length, the detection limit of the partial discharge intensity could be improved from 30 pC to less than 2 pC «

Claims (3)

-u- 203712-u- 203712 Erfindungsansprücheinvention claims 1. Schaltungsanordnung zum Messen von Teilentladungen in der Isolierung von elektrischen Leitern, bei der ein Koppelkondensator mit einer Prüfspannungsquelle parallel geschaltet ist und die an einem Prüfling zu messenden Teilentladungsimpulse nach der Auskopplung einem Teilen tladungsmeß ge rät, bestehend aus Meßverstärker, Integrationsstufe und Bewertungsstufe zugeführt werden, gekennzeichnet dadurch, daß der Prüfling (3) als elektromagnetisch gekoppelter Wellenleiter mit einem Wellenwiderstand 2L zur Impulsübertragung dient und mit seiner einer Elektrode (2) eingangsseitig an Erde liegt und ausgangsseitig über eine Anpassungsimpedanz (6) geerdet ist und die andere Elektrode (7) des Prüflings (3) eingangsseitig über eine Meßimpedanz (9) und ausgangssei tig über eine Kurzsehlußbrücke (8) an Erdpotential anliegt, so daß die an der Meßimpodanz (9) ausgekoppelten Teilentladungsimpulse über ein Lleßkabel (12) mit einem Abschlußwiderstand (13) einem breitbrandigen Teilentladungsmeßgerät (15) zugeführt wird, dessen untere Prequenzgrenze 100 KHz und obere irequenzgrenze mindestens 5 MHz beträgt.1. Circuit arrangement for measuring partial discharges in the insulation of electrical conductors, in which a coupling capacitor is connected in parallel with a Prüfspannungsquelle and to a test specimen to be measured partial discharge pulses after decoupling a ge tladungsmeß advises, consisting of measuring amplifier, integration stage and evaluation stage are supplied , characterized in that the specimen (3) serves as an electromagnetically coupled waveguide with a characteristic impedance 2L for impulse transmission and with its one electrode (2) on the input side to earth and the output side is grounded via a matching impedance (6) and the other electrode (7) of the DUT (3) on the input side via a Meßimpedanz (9) and Ausgangssgangssei tig via a Kurzsehlußbrücke (8) is applied to ground, so that the Meßimpodanz (9) decoupled partial discharge pulses via a Lleßkabel (12) with a terminator (13) a breitbrandigen part discharge measuring device (15) whose lower Prequenzgrenze 100 KHz and upper irequenzgrenze is at least 5 MHz. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Meßimpedanz (9) ein Impulsübertrager verwendet wird, dessen Primär- und Sekundärwicklung durch eine koaxiale Keßleitung realisiert wird.2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that a pulse transformer is used as a measuring impedance (9) whose primary and secondary winding is realized by a coaxial Keßleitung. 3« Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßimpedanz (9) über kürzeste induktionsarme Verbindungen zwischen einem Ende des Prüflings 3 und der Erde verbunden istv3 "circuit arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the measuring impedance (9) is connected via shortest low-inductance connections between one end of the specimen 3 and the ground v 4-. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Anschluß der Elektrode (2) des Prüflings (3) an der Prüfspannungsquelle (4-) an der dem Koppelkondensator (4) zugewandten Seite erfolgt und dazwischen eine Sperr- impedanz (5) angeordnet ist.4. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the connection of the electrode (2) of the test object (3) to the test voltage source (4-) takes place on the side facing the coupling capacitor (4) and a blocking impedance (5) is arranged therebetween. — ρ —- ρ - -12- 203712-12- 203712 Schaltungsanordnung nach den Punkten 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Koppelkondensator (1) induktionsarm ausgeführt und die Bemessung seiner Mindestkapa zität Orr in Abhängigkeit vom Wellenwiderstand^ desCircuit arrangement according to points 1 and 4, characterized in that the coupling capacitor (1) designed low induction and the design of its Mindestkapa capacity Orr as a function of the characteristic impedance of the min Pmin Prüflings *3) nach der BeziehungExaminees * 3) according to the relationship abschätzbar ist.is estimable. 6. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anpassungsimpedanz (6) aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (10) und eines Hochspannungskondensators (11) besteht. 6. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the matching impedance (6) consists of a series circuit of an ohmic resistor (10) and a high-voltage capacitor (11). 7· Schaltungsanordnung nach den Punkten 1, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Größe des Widerstandes (10) der Anpassungsimpedanz (6) mit dem Wellenwiderstand Z₀ des Prüflings (3) und die Kapazität des Hochspannungskondensators (11) mit der Kindestkapazitat Oy · des Koppelkondensators (1) übereinstimmt. min7 · Circuit arrangement according to points 1, 5 and 6, characterized in that the size of the resistor (10) of the matching impedance (6) with the characteristic impedance Z _{0 of} the DUT (3) and the capacity of the high voltage capacitor (11) with the Kindestkapazitat Oy · Of the coupling capacitor (1) matches. min Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this 3 sheets of drawings