DE1766570B1

DE1766570B1 - Anordnung zur Messung von partiellen elektrischen Entladungen

Info

Publication number: DE1766570B1
Application number: DE19681766570
Authority: DE
Inventors: Hironori Matsuba
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1967-06-15
Filing date: 1968-06-14
Publication date: 1970-10-22
Also published as: US3555413A; GB1235705A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Mes- Elektroden liegende Elektroden angeschlossen ist. sung von partiellen elektrischen Entladungen, insbe- Dieser zweite Pol ist außerdem an eine Mittenanzap-. sondere für Isolations-Fehlerprüfungen an elektri- fung der Primärwicklung des Differentialtransformaschen Leitungen, mit zwei Entladungskreisen, an die tors angeschlossen. Die beiden Enden dieser Wickein Detektor nach Art einer Brückenschaltung ange- 5 lung sind über Koppelkondensatoren mit den Elekschlossen ist. Mit dieser Anordnung sollen Fehler- troden verbunden, an denen die Drosselspulen angestellen in der Isolierung einer elektrischen Leitung schlossen sind. Als Anzeigegerät ist ein Oszillograph festgestellt und hinsichtlich ihrer Lage erfaßt werden. vorgesehen, der an die Sekundärwicklung des Diffe-

Zerstörungsfreie Methoden für die Überprüfung rentialtransformators angeschlossen ist. Der Einfluß der Isolierung elektrischer Leitungen sind bekannt. io äußerer Störungen ist bei dieser Anordnung ebenso Im allgemeinen wird bei derartigen Messungen an die wie bei der vorstehend erläuterten Anordung nur in Leitung eine Hochspannung angelegt und die Isolie- begrenztem Maße auszuschalten,
rung abschnittsweise daraufhin überprüft, ob partielle Die Aufgabe der" Erfindung besteht darin, eine

Entladungen auftreten. Anordnung zur Messung von partiellen elektrischen

Bei der Überprüfung von elektrischen Leitungen 15 Entladungen so auszubilden, daß äußere Störungen nach der vorgenannten Methode können äußere Stö~ absolut sicher eliminiert werden, eine hohe Emprungen die Messung beeinflussen. In Fig. 9 ist das findlichkeit vorhanden ist und außerdem die AnSchaltbild einer bekannten Meßeinrichtung darge- Ordnung leicht zu handhaben ist.
stellt. Der zu überprüfende Gegenstand C₁ (oder C₂) Bei einer Anordnung zur Messung von partiellen

ist in Reihe mit einer Meßimpedanz Z verbunden; 20 elektrischen Entladungen mit zwei parallelgeschalan diese Reihenschaltung ist eine hohe Wechsel- teten Entladungskreisen, von denen einer aus dem spannung der Quelle H als Prüf spannung angelegt. Prüf gegenstand und einer Meßimpedanz und der Wenn in dem Prüfgegenstand eine partielle Entladung andere aus einem Koppelkondensator und einer weiinfolge eines Fehlers in der Isolierung auftritt, ent- teren Meßimpedanz besteht, einer Hochspannungssteht ein Stromimpuls, der durch die Meßimpedanz Z 25 quelle und einem parallel zu den Meßimpedanzen und den Koppelkondensator C₁ fließt. Bei diesem Ver- geschalteten Detektorkreis besteht die erfindungsfahren ist es schwierig, außerhalb des Prüf gegen- gemäße Ausbildung darin, daß der Detektorkreis aus Standes auftretende Störungen auszuschalten. zwei Eingangskanälen mit je einem Impulsverstärker

Ein anderes bekanntes Meßverfahren ist in F i g. 1 sowie je einem nachgeschalteten Impulsformgebungsdargestellt. Hierbei ist der Prüfgegenstand, der als 30 kreis, einem an die Ausgänge der beiden Impulsform-Kondensator 11 dargestellt ist, ebenfalls mit einer gebungskreise angeschlossenen Differentialverstärker Meßimpedanz 12 in Reihe geschaltet. Parallel hierzu und einem an dessen Ausgang angeschlossenen, auf ist eine Reihenschaltung aus einem Koppelkonden- Impulse vorgegebener Höhe und Breite ansprechensator 13 und einer weiteren Meßimpedanz 14 vorge- den Diskriminatorkreis besteht,
sehen. An die beiden parallelgeschalteten Zweige 35 Nach der weiteren Erfindung kann als Selektionswird die hohe Wechselspannung der Quelle H ange- kreis an die Ausgänge der Impulsformgebungskreise legt. Zwischen dem Kondensator 11 bzw. 13 und der auch eine Kombination eines UND-Kreises mit einem Meßimpedanz 12 bzw. 14 ist ein Entladungsdetektor ODER-Kreis angeschlossen sein.
17 an die beiden Reihenschaltungen an den Punkten Als weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vor-

15 und 16 angeschlossen. 40 gesehen, daß jeder Entladungskreis aus zwei par-

Vor einer Messung werden die Meßimpedanzen abgeschalteten Ausgleichskreisen nut veränderlichen 12 und 14 derart verändert, daß der Brückenkreis Meßwiderständen besteht, wobei an jedes Paar der ausgeglichen ist. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Ausgleichskreise ein Transformator angeschlossen ist zwar von außen kommende Störungen weitgehend und die Ausgänge der Transformatoren mit dem unterdrückt, aber nicht in allen Fällen ganz ausge- 45 Detektorkreis verbunden sind. Gemäß einem weiteren schaltet werden, um eine Beeinflussung des Detektors Kennzeichen der Erfindung dienen zur Kopplung der zuverlässig zu verhindern. Enden der beiden Ausgleichskreise mit der zu über-

Die bekannten Meßanordnungen mit zwei paral- prüfenden Leitung jeweils zwei als Halbzylinder mit lelen Entladungskreisen arbeiten nur dann zufrieden- mit Abstand konzentrisch um die Leitung herum stellend, wenn die durch äußere. Störungen in den 50 angeordnete Elektroden.

beiden Entladungskreisen hervorgerufenen Impulse Für eine schrittweise Überprüfung der Isolation

in ihrer Phasenlage und in ihrer Form genau überein- einer elektrischen Leitung ist gemäß der Erfindung stimmen. In der Praxis tritt dieser Idealfall so gut eine Anordnung vorgesehen, bei der ein bestimmter wie nicht auf. Die Impulse in den beiden Entladungs- Abschnitt der Leitung einerseits den Prüfgegenstand kreisen haben als Folge davon, daß die beiden Kreise 55 und andererseits den Koppelkondensator bildet,
in der Regel in ihren charakteristischen Werten nie Die nach der Erfindung vorgesehene Meßanord-

ganz übereinstimmen, stets eine zeitliche Verschie- nung hat gegenüber bekannten Anordnungen den bung und vielfach auch eine unterschiedliche Größe, Vorteil, daß außerhalb des Prüfgegenstandes entso daß ein Differenzimpuls übrigbleibt, der vom stehende Störimpulse in dem Selektionskreis unterDetektor angezeigt wird. 60 drückt und dadurch eine Beeinflussung des Anzeige-Es ist ferner eine Meßanordnung für Isolations- gerätes zuverlässig vermieden wird. Impulse, die Fehlerprüfungen bekannt, die mit einem Differential- durch einen Fehler im Prüfgegenstand entstehen, transformator arbeitet. Bei dieser Anordnung ist ein werden vom Selektionskreis ungehindert durchge-Hochspannungs-Transfonnator als Energiequelle mit lassen und vor dem Erreichen des Anzeigegerätes einem Polüber zwei Drosselspulen an zwei die zu 65 zusätzlich verstärkt.

prüfende Leitung umgebende Elektroden angeschlos- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

sen, während der andere Pol einerseits an Masse und Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher andererseits an zwei weitere, außerhalb der ersten erläutert. Es zeigt

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F i g. 1 eine Schaltanordnung einer bekannten Meß- oder anderen Teilen herrührt. Die Störimpulse η

einrichtung für partielle Entladungen, fließen gleichzeitig durch den Prüfgegenstand C₁₁

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Entladungsdetek- und den Kopplungskondensator C₁₃ und gelangen in

tors einer Anordnung gemäß der Erfindung, die Verstärker 41', 41". Die Eingangsimpulse d

F i g. 3 eine Anzahl von Impulsen zur Erläuterung 5 und a" der Verstärker haben Impulskomponenten

der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2, P'_la, P'_2a und P"_la, P"_2a, die jeweils zur gleichen

F i g. 4 eine Anwendungsform der Anordnung nach Zeit auftreten. Diese Eingangssignale werden in den

F i g. 2, Verstärkern 41' und 42' verstärkt und als Ausgangs-

F i g. 5 ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach signale b' und b" an den Formgebungskreis 42' bzw.

F i g. 4, ίο 42" angelegt. Am Ausgang des Formgebungskreises

F i g. 6 eine weitere Anwendungsform der Anord- 42' bzw. 42" treten Gruppen von Rechteckimpulsen c'

nung der Erfindung, und c" auf, in denen Rechteckimpulskomponenten

Fig. 7 ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach P\_c, P'_2c und P"_xc, P"_2c von festliegender Höhe und

F i g. 6, festliegender Breite enthalten sind, deren Periode der

Fig. 8 eine Ausführungsform der Prüfelektroden 15 Periode der Eingangsimpulse entspricht. Die Aus-

der Anordnung nach F i g. 6, gangssignale c' und c" gelangen auf den Eingang

F i g. 9 eine Schaltungsanordnung einer bekannten des Differentialverstärkers 43.

Meßeinrichtung und Unter idealen Bedingungen heben sich die Impuls-

Fig. 10 eine Schaltungsanordnung einer weiteren komponentenP\_c und P"_lc oder P'_2C und P"_2C der

Meßeinrichtung. 20 beiden Eingangssignale c' und c" in dem Differential-

Es wird zunächst die Schaltungsanordnung der verstärker gegeneinander auf, so daß am Ausgang

F i g. 10 erläutert. Der Prüfgegenstand ist durch die des Differentialverstärkers kein Signal auftritt. In der

Kapazität C₁₁ dargestellt, während mit den Kapazi- Praxis besteht jedoch eine geringe Zeitdifferenz zwi-

täten C₃₁, C₃₂ und C₁₃ Kopplungskondensatoren be- sehen den Impulsen P\ _c und P'\ _c oder P'_{2 c} und

zeichnet sind". Die Meßimpedanzen 12 und 14 sind 25 P"_2C. Diese Zeitdifferenz ist auch in dem Entladungs-

in Reihe mit dem Kopplungskondensator C₃₁ bzw. detektor und in den Verstärkern 41' und 42" vorhan-

C₃₂ geschaltet. Über die Impedanzen Z₁ und Z₂ ist den. Als Folge der Zeitdifferenz erscheinen am Aus-

an den Prüfgegenstand C₁₁ und den Kopplungskon- gang des Differentialverstärkers 43 entsprechend der

densatorC₁₃ eine hohe Spannung angelegt. Die an Differenz zwischen den Impulsen P\ _c und P'\ _c oder

den Meßimpedanzen 12 und 14 auftretende Spannung 30 P'_lc und P"_2C sehr schmale Impulse P₁₀, P₁₁ oder

wird über die Verbindungen 15 und 16 auf einen P₂₀, P₂₁. Der Diskriminatorkreis 44 ist aber auf Im-

Entladungsdetektor übertragen. pulse vorgegebener Breite und vorgegebener Höhe

Bei der vorstehend erläuterten Schaltungsanord- eingestellt und sperrt die vorgenannten schmalen

nung wird ein an der Meßimpedanz 14 auftretender Impulse.

Entladungsimpuls auf den Entladungsdetektor 17 ab- 35 Wenn an einem Prüfgegenstand C₁₁ mit einem Fehgegeben. Störungsimpulse, die entweder von der ler die Hochspannung der Hochspannungsquelle H Hochspannungsquelle H oder von den Verbindungs- anliegt, tritt eine partielle Entladung auf. Ein durch leitungen od. dgl. herrühren, erscheinen gleichzeitig diese Entladung hervorgerufener Impuls P'_O3 gelangt an beiden Meßimpedanzen 12 und 14 und werden zusammen mit den äußeren Störungen auf Sen Entsomit auch gleichzeitig auf den Entladungsdetektor 40 ladungsdetektor 17. Der Entladungsimpuls wird in 17 übertragen. Der Entladungsdetektor 17 ist in dem Verstärker 41' verstärkt, anschließend in dem F i g. 2 dargestellt. Kreis 42' in einen Rechteckimpuls P'_C3 umgeformt

Die Verbindungen 15 und 16 sind an die Eingangs- und dann an den Differentialverstärker 43 angelegt, klemmen der Verstärker 41' und 41" angeschlossen. Da am Eingang des Differential Verstärkers 43 gleich-Die Bandbreite dieser Verstärker 41', 41" ist so ge- 45 zeitig mit dem Impuls P'_c ₃ kein weiterer Impuls aufwählt, daß sie für Impulse innerhalb eines Frequenz- tritt, ruft der Verstärker 43 einen verstärkten Imbereiches von 100 bis 500 kHz geeignet sind. An den puls P₃ _d entsprechend dem Eingangsimpuls P'_3C an Ausgang der Verstärker ist jeweils ein Impulsform- seinem Ausgang hervor. Der Impuls P₃,; wird in dem gebungskreis 42', 42" angeschlossen, die unterein- Diskriminatorkreis 44 nicht blockiert. Am Ausgang ander identisch sind. Jeder Formgebungskreis setzt 50 des Diskriminatorkreises 44 erscheint somit ein Imsich aus einem monostabilen Multivibrator und einem puls P₃ _e, der den zu messenden Entladungsimpuls Sperroszillator od. dgl. zusammen; in jedem Kreis darstellt.

werden durch die Auslösesignale am Ausgang Recht- In F i g. 4 ist eine Anwendung der Meßanordnung

eckimpulse erzeugt, deren Periode der der Auslöse- nach der Erfindung für eine schrittweise Überprüfung

signale entspricht. Die Ausgangssignale der beiden 55 der Isolierung einer Leitung dargestellt. Eine Leitung

Formgebungskreise 42' und 42" werden an einen 21, die von einer nicht dargestellten Trommel abge-

Differentialverstärker 43 bekannter Bauart angelegt, wickelt wird, durchläuft ein Wasserbad in einem

der ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional der Rohr 23 aus Isoliermaterial und wird anschließend

Differenz der Ausgangssignale der Formgebungskreise wieder auf eine Trommel aufgewickelt. Das Rohr 23

ist. An den Ausgang des Verstärkers 43 ist ein Dis- 60 ist mit einer halbleitenden Flüssigkeit, wie z. B. destil-

kriminatorkreis 44 angeschlossen, der auf Eingangs- tiertes Wasser, gefüllt. Der Leiter 24 der Leitung 21

impulse einer vorgegebenen Höhe und Breite einge- ist an einem Ende, beispielsweise an dem Ende, das

stellt ist. sich auf der zweiten Trommel befindet, geerdet. An

Es wird nun beschrieben, wie äußere Störungen den Enden des Abschnittes innerhalb des Rohres 23

durch die vorgenannte Schaltungsanordnung unter- 65 sind Dichtungselemente 25 und 25' vorgesehen. In

drückt werden können. Es wird angenommen, daß der Mitte des Rohres 23 befindet sich eine Elektrode

eine äußere Störung η mit Impulskomponenten P₁ 26, an die eine Hochspannung der Wechselspan-

und P₂ (F i g. 3) von der Hochspannungsquelle H nungsquelle H, die an ihrem anderen Ende geerdet

ist, angelegt wird. Zu beiden Seiten der Elektrode 26 sind mit Abstand in axialer Richtung in bezug auf die Leitung 21 zwei zylindrische Prüfelektroden 27 und 28 angeordnet, die die Leitung 21 konzentrisch umgeben.

In der Nähe der beiden Enden des in dem Rohr 23 befindlichen Abschnittes der Leitung 21 sind ferner Erdungselektroden 29 und 30 angeordnet. Die Prüfelektroden 27 und 28 sind mit den Meßimpedanzen 12 und 14 über Kopplungskondensatoren 31 und 32 verbunden, wobei das andere Ende der Meßimpedanzen geerdet ist. Von den Verbindungsleitungen zwischen dem Kopplungskondensator 31 und der Meßimpedanz 12 einerseits und dem Kopplungskondensator 32 und der Meßimpedanz 14 andererseits ist jeweils eine Leitung zu den Eingangsklemmen des vorstehend erläuterten Entladungsdetektors 17 geführt.

In Fig.5 ist das Schaltbild der Anordnung der F i g. 4 wiedergegeben. Die Kapazitäten zwischen ao dem Leiter 24 und den Prüfelektroden 27 und 28 sind durch die Kondensatoren 11 und 13' dargestellt. Die Widerstände des Wassers zwischen den Elektroden 26 und 27, zwischen 26 und 28, zwischen 27 und 29 und zwischen 28 und 30 sind durch die Widerstände R₁, R\, R_& und R'₂ dargestellt.

Unter der Annahme, daß keine Möglichkeit besteht, daß gleichzeitig mehrere Entladungsimpulse in dem Hohlraum in der Leitungsisolierung unter den beiden Prüfelektroden entstehen, kann die vorgenannte Anordnung für eine kontinuierliche Bestimmung der Anwesenheit und der Erfassung von Schaden in der Isolation benutzt werden. Wenn sich eine Leitung 21 mit einer Schadensstelle in ihrer Isolation durch die Prüfelektroden 27 oder 28 bewegt, gelangt der hierbei entstehende Entladungsimpuls über die Koppelkondensatoren 31 oder 32 auf den Entladungsdetektor 17, so daß das Vorhandensein und auch die Lage der Schadensstelle mit Hilfe des Entladungsdetektors genau bestimmt werden kann.

Bei der abgewandelten Ausführungsform nach F i g. 6 sind an Stelle der Prüfelektrode 27 der Anordnung nach F i g. 4 zwei Prüfelektroden 27 und 127 nebeneinander angeordnet; das gleiche gilt für die andere Seite, auf der ebenfalls zwei Prüfelektroden28 und 128 vorgesehen sind. Die Prüfelektroden 27 und 127 sind über Kondensatoren 4' und 7' mit veränderbaren Meßimpedanzen 3' und 6' verbunden, von denen jeweils das andere Ende geerdet ist. An den äußeren Enden des in der Überwachung befindlichen Leitungsabschnittes sind wiederum Erdungselektroden 29 und 30 angeordnet. Die Primärwindung 114' eines Transformators 113' ist zwischen dem Kondensator 4' bzw. 7' und dem veränderbaren Widerstand 3' bzw. 6' an die Verbindungsleitung angeschlossen. Das gleiche gilt für die beiden anderen Elektroden 28 und 128, die über Koppelkondensatoren 4" bzw. 7" an veränderbare Prüfwiderstände 3" und 6" angeschlossen sind. Die Primärwicklung 114" eines Transformators 113" ist hinter den Kondensatoren 4" und 7" an die Verbindungsleitungen angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 115' und 115" der beiden Transformatoren sind an die Eingangsklemmen des Entladungsdetektors angeschlossen, der den gleichen Aufbau wie der Detektor nach F i g. 2 hat.

Das Ersatzschaltbild der Anordnung der Fig. 6 ist in Fig. 7 dargestellt. Die WiderständeR\_v R\_z, R'_1S, R'\_v R"₁₂ und R"₁₃ stellen die Widerstände des Wassers zwischen den Elektroden 26 und 5', zwischen 5' und 2', zwischen 2' und 29, zwischen 26 und 2", zwischen 2" und 5" und zwischen 5" und 30 dar. Die Kondensatoren 2', 5, 2" und 5" entsprechen den Kapazitäten zwischen dem Leiter 24 und den einzelnen Prüfelektroden 27, 127, 28 und 128. Die veränderbaren Impedanzen 3' und 6' sind so eingestellt, daß das Potential, das durch äußere Störungen an der Verbindungsstelle der Impedanz 3' mit dem Kondensator 4' hervorgerufen wird, gleich dem durch eine äußere Störung verursachten Potential an der Verbindungsstelle der Impedanz 6' mit dem Kondensator 7' ist. Die veränderbaren Impedanzen 3" und 6" werden in derselben Weise eingestellt.

Durch den Ausgleich der Impedanzen können von außen kommende Störimpulse noch nicht ganz beseitigt werden. Dieses ist erst möglich, wenn die Ausgangssignale der Transformatoren 113' und 113" an den vorstehend beschriebenen Entladungsdetektor angelegt werden.

In F i g. 8 ist eine abgewandelte Ausbildungsform der Elektroden dargestellt. Hierbei ist jedes Elektrodenpaar der Anordnung nach Fig. 6 durch ein Paar von halbzylindrischen Elektroden 27', 127' bzw. 28,128' an Stelle der zylindrischen Elektroden ersetzt worden.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von partiellen elektrischen Entladungen, insbesondere für Isolations-Fehlerprüfungen an elektrischen Leitungen, bei der zwei parallelgeschaltete Entladungskreise, von denen einer aus dem Prüfgegenstand und einer Meßimpedanz und der andere aus einem Koppelkondensator und einer weiteren Meßimpedanz besteht, mit einer Hochspannungsquelle verbunden sind und bei der an die Entladungskreise parallel zu den Meßimpedanzen ein Detektorkreis angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorkreis aus zwei Eingangskanälen mit je einem Impulsverstärker (41', 41") sowie je einem nachgeschalteten Impulsformgebungskreis (42', 42"), einem an die Ausgänge der beiden Impulsformgebungskreise (42', 42") angeschlossenen Differentialverstärker (43) und einem an dessen Ausgang angeschlossenen, auf Impulse vorgegebener Höhe und Breite ansprechenden Diskriminatorkreis (44) besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Selektionskreis an die Ausgänge der Impulsformgebungskreise eine Kombination eines UND-Kreises mit einem ODER-Kreis angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Entladungskreis aus zwei parallelgeschalteten Ausgleichskreisen mit veränderlichen Meßwiderständen (6', 3' bzw. 6", 3") besteht, daß an jedes Paar der Ausgleichskreise ein Transformator (113' bzw. 113") angeschlossen ist und daß mit dem Ausgang der Transformatoren (113', 113") der Detektorkreis verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge-

kennzeichnet, daß für die Kopplung der Enden der beiden Ausgleichskreise mit der zu überprüfenden Leitung jeweils zwei als Halbzylinder mit Abstand konzentrisch um die Leitung herum angeordnete Elektroden (127, 27 bzw. 128, 28) vorgesehen sind.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4 für eine schrittweise Überprüfung der Isolation einer elektrischen Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Abschnitt der Leitung einerseits den Prüfgegenstand und andererseits den Koppelkondensator bildet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

009 543/167