DE2315322A1

DE2315322A1 - Einrichtung zur erfassung dielektrischer durchschlaege in metallgekapselten hochspannungsschalt- und -uebertragungsanlagen

Info

Publication number: DE2315322A1
Application number: DE2315322A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ehmann; Dieter Dipl Ing Krause; Manfred Lieske; Willi Olsen; Gerhard Perst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1974-09-26
Also published as: NL7403889A; JPS49128246A; SE397906B; CH567818A5; US3942030A; DE2315322B2; FR2222779A1; GB1468395A; IT1009350B; FR2222779B1; DE2315322C3

Description

SiEHEHSJKTIBNGBSBEIiSCHAM! Erlangen, 2 3. MRZ. 1973

Berlin und München Werner-von-Si emens-S tr.

Unser Zeichen: VPA 73/3723 Hae/Sdz

Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hoehspannungssehalt- und -übertragungsanlagen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschlage in metallgekapselten Hoehspannungssehalt- und —Übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Teilabschnitten, "bei der der fehlerbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortsfestes Meßorgan ermittelt wird. ·

Aus der Zeitschrift «Revue Generale De·'L'Elecjfcricite.,» April 66, Seiten 493 bis 500, ist eine druckgasisolierte Hocbspannungs-. schaltanlage mit einer Einrichtung zur Überwachung des Gasdruckes beschrieben, die bei höheren "Drücken als den Betriebsdruck die Abschaltung der Anlage veranlaßt. Mit Hilfe der bekannten Einrichtung kann Jedoch die durch einen auftretenden Fehler verursachte Gefahr der Anlage nicht näher bestimmt werden, um beispielsweise zwischen einem Druckanstieg infolge einer Temperaturänderung durch Erwärmung, infolge einer normalen Belastung oder infolge eines Störlichtbogens unterscheiden zu können.

In der DT-OS 1 665 637 ist eine druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlage beschrieben, die eine Einrichtung zur Überwachung des Gasdruckes aufweist, welche bei höheren Drücken als dem Betriebsdruck die Abschaltung der Anlage veranlaßt. Als Kriterium für die Abschaltung der Anlage wird hierbei

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die Inderungsgeschwindigkeit des.Gasdruckes berücksichtigt. Auf diese Weise kann man nach einem Ansprechen der Überwachungseinrichtung zwischen normalen Betriebsfällen und Störfällen unterscheiden.

Bei beiden bekannten Ausführungsformen ist ein direkter Zugriff in den Innenraum der Anlage erforderlich, um den dort herrschenden Druck dem Meßorgan, z.B. einem Druckmeßwertgeber, zuführen zu können. Eine Ausrüstung bereits bestehender Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen ist wegen den notwendigen Arbeiten an der Kapselung mit Entleeren und Füllen sowie wegen des gasdichten Einbringens des Meßorgans sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die mit nur geringem Aufv/and in bereits bestehenden Anlagen installiert werden kann. Insbesondere soll ein Eingriff in den· Innenraum der Kapselung vermieden werden.

G-emäß der Erfindung wird diese, Aufgabe dadurch gelöst, daß das Meßorgan ein außenseitig am Teilabschnitt angekoppelter, die Kapselungstemperatur erfassender Thermofühler ist und daß die Ausgänge der Thermofühler einen aus mindestens zwei diskreten ThermofühlerSignalen ein Ausgangssignal bildenden Komparator speisen, dem eine den Thermofühler identifizierende Schalteinrichtung zugeordnet ist.

Durch Anwendung der Erfindung sind metallgekapselte Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit einer Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge nachrüstbar, ohne daß hierzu die Hochspannungsschaltanlage außer Betrieb gesetzt werden muß. Als Kriterium für das Auftreten eines

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dielektrischen Durchschlages dient die von diesem Durchschlag während der Iachtbogenbrenndauer sich ergehende Temperaturerhöhung, die eine andere Charakteristik zeigt als eine Temperaturerhöhung infolge steigender Umgebungstemperaturen oder steigender elektrischer Belastung, wie sie in normalen Betriebs fällen vorgesehen sind.

Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung ist der Thermofühler mit einer Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtung verbunden, die nur oberhalb eines Temperaturgradientenwertes das Thermofühlersignal·weiterleitet. Auf diese Weise kommt man "bei Hoch— spannungsschalt- und -Übertragungsanlagen insbesondere mit mehreren gleichartig aufgebauten, gasdicht geschotteten Teilabschnitten mit einem einzigen ortsfesten Meßorgan je Teilabschnitt aus. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaltvorrichtung einen das Meßsignal periodisch unterbrechendeh Takt er und einen das Meßsignal bis zu einer Taktperiode speichernden Speicher enthält, wobei die Einrichtung so ausgeführt ist, daß der Takter direkt und der Speicher über ein mit dem Takter synchron schaltendes Element "je einen Eingang eines als Komparator vorgesehenen NAND-Gatters speist.

Bei ungleich ausgeführten Teilabschnitten einer metallgekapselten Hochspannungssehalt- und -Übertragungsanlage werden bevorzugt zwei Meßorgane für jeden Teilabschnitt vorgesehen, wobei die beiden Meßorgane an räumlieh voneinander getrennten Stellen der Kapselung angeordnet sind und gemeinsam ein Gatter mit Exklusiv-Oder-Bedingung als Komparator speisen. Bei dieser Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung geht man davon aus, daß bei Auftreten eines dielektrischen Durchschlages der lichtbogen durch Schleifenbildung zu Raufen beginnt, wobei die Wanderungsgeschwindigkeit mit steigendem Strom zunimmt. Eine mit zwei Meßorganen je Teil-

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abschnitt ausgestattete Erfassungseinrichtung ist im praktischen Betrieb daher in der Lage, den Ort aller wesentlichen Durchschläge ~ festzustellen.

Um bei Hochspannungssehalt- und -Übertragungsanlagen mit unterschiedlich geformten Teilabschnitten mit Sicherheit alle entstehenden Lichtbogen zu erfassen, kann es vorteilhaft sein, drei Meßorgane für jeden Teilabschnitt vorzusehen, wobei die · Meßorgane an räumlich voneinander getrennten Stellen der Kapselung auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt · außerhalb der zu erfassenden abgewickelten Fläche des Teilabschnitts liegt. Damit ist sichergestellt, daß ein an einer Beliebigen Stelle der Kapselung entstehender Lichtbogen zu einem eindeutigen Signal des Komparators führt, weil zumindest eines der Meßorgane ein von den beiden anderen Meßorganen abweichendes Signal abgibt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfassungseinrichtung nach der Erfindung sind anhand der Zeichnung mit drei Ausführungsbeispielen beschrieben.

Die metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage nach Figur 1 enthält einen Kabelabgang 1, einen damit verbundenen Linientrennschalter 2, der zu einem Leistungsschalter 5 führt und ■einen mit dem Leistungsschalter 3 verbundenen, als Kupplungsstück 4 ausgebildeten Rohrleiter, der zu einem Lasttrennschalter 5 führt. Der Lasttrennschalter 5 ist einerseits mit einem Trensformatorabgang 6 und andererseits mit einem v/eiteren als Längstrenner wirkenden Lasttrennschalter 7 verbunden, der seiterseits über eine Erdungsschaltvorrichtung 8 mit einem Trennschalter und über diesen mit einem Lasttrennschalter 10 in Verbindung steht. . .

Der Lasttrennschalter 10 ist auf der einen Seite mit einem

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Transformatorabgang 11 und auf der anderen Seite mit einem Trennschalter 12 verbunden, der seinerseits über eine Erdungsschal tvorrichtung 13 und einem als'längstrenner wirkenden lastrennschalter 14 und einem lasttrennschalter 15 mit einem weiteren Transformatorabgang 16 und mit einem als Kupplungsstück ausgebildeten Rohrleiter 17 verbunden ist. Der Rohrleiter 17 steht mit· einem leistungsschalter 18 in Verbindung, dessen anderer Anschluß über einen linientrennsehalter 19 mit einem Kabelabgang 20 gekoppelt ist.

An den Stellen 21 befinden sich Schottwände, die die Hochspannungsschaltanlage in mehrere gasdicht und lichtbogenfest voneinander getrennte Teilabschnitte unterteilt. Um nach dem Auftreten eines dielektrischen Durchschlages in der metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizieren zu können, ist jeder

Teilabschnitt im dargestellten Ausführungsbeispiel mit mindestens einem Thermofühler als Meßorgan versehen. Das Meßorgan ist jeweils mit 22 bezeichnet. Ein- sich aufgrund eines dielektrischen Durchschlages ausbildender lichtbogen erzeugt eine Temperaturüberhöhung im Bereich des lichtbogenfußpunktes an der Kapselung, die sich von Temperaturerhöhungen durch Betriebsbedingungen wesentlich unterscheidet. Die von dem Meßorgan erfaßte Temperaturüberhöhung liefert das Kriterium für das Vorliegen eines dielektrischen Durchschlages in der Hochspannungsschaltanlage.

In Figur 2 ist mit 22 ein Temperaturfühler bezeichnet, der außenseitig an einem Teilabschnitt der Kapselung angeordnet ist und an seinem Ausgang ein der jeweiligen Kapselungstemperatur entsprechendes Thermofühlersignal abgibt. Der Ausgang des Thermofühlers 22 ist mit dem Takter 31 verbunden, der das am Ausgang 30 abgegebene Meßsignal periodisch-unterbricht.

Auf diese Weise werden dem Eingang 32 eines NAKD-Gatters 33

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Impulse von vorbestimmter Dauer mit vorbestimmten Pauseninter— vallen zugeführt. Die mit dem Eingang 32 des Nenngatters 33 verbundene leitung 34 führt das periodisch getaktete Meßsignal einem Speicher 35 zu, der das Meßsignal bis zu einer Taktperiode festhält und somit ein Vergleich zweier aufeinanderfolgender Meßsignale gestattet. Der Speicher 35 ist über ein mit dem Takter 31 synchron schaltendes. Element 36 mit dem anderen Eingang 37 cLes NAND-Gatters 33 verbunden. Am Ausgang 38 des NAND-Gatters wird nur dann ein Signal abgegeben, wenn sich die Amplitude des getakteten Meßsignals um einen bestimmten Betrag ändert. .

Die in Figur 2 dargestellte Einrichtung erfaßt damit den Temperaturgradienten und kann.mit Hilfe eines Schwellwertschalters so ausgelegt werden, daß nur oberhalb eines bestimmten Temperaturgradientenwertes das Thermofühlersignal zu einer den Thermofühler identifizierenden Schalteinrichtung' 40 weitergeleitet wird-.

Im einfächsten 3?all besteht die den Thermofühler identifizierende Schalteinrichtung 40 aus einer alle Ausgänge 38 verknüp-

fenden logischen Schaltung, die nach dem Auftreten eines Signals an einem ihrer Leitungen 38 die Weiterleitung aller an den übrigen Leitungen 38 auftretenden Signale sperrt". Auf diese Weise erhält man eine eindeutige Aussage über den Ort eines dielektrischen Durchschlages in der metallgekapselten Hochspannungsschalt— und -Übertragungsanlage. Umgebungstemperaturschwankungen sowie Temperaturschwankungen infolge einer Belastungsänderung werden, weil sie einen vorbestimmten Temperaturgradientenwert nicht übersteigen, nicht zur Bildung eines Meßsignals herangezogen, sondern von dem NAND-Gatter unterdrückt. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß im praktischen Nennbetrieb die Temperaturen an der Kapselung

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zwischen -10 ⁰C und +70 ⁰C schwanken, während T)ei Auftreten dielektrischer Durchschläge die Kapselungstemperatur in Grenzfällen Ms zu 600 ⁰C betragen kann.

Das in Figur 3 dargestellte Prinzipschaltbild zeigt pro Kapselungsabschnitt je zwei Thermofühler 22, die beispielsweise in Brückenschaltung ausgeführt sein können. Die Ausgänge 51 der thermofühler 22 sind in diesem Pail mit einer logischen Verknüpfungsschaltung 52 verbunden, die eine Exklusiv-Oder-Bedingung herstellt, d.h. am Ausgang der Verknüpfungsschaltung 52 wird dann und nur dann ein Signal abgegeben, wenn die an den Ausgängen 51 der Thermofühler 22 auftretenden Signale ungleich sind. Das von der Verknüpfungsschaltung 52 abgegebene Signal wird einem Verstärker 53 zugeführt, dessen Ausgang 54 mit einer die beiden Thermofühler identifizierenden Schalteinrichtung 40 verbunden ist. Diese Identifiziereinrichtung arbeitet in ähnlicher Weise wie unter Figur 2 angegeben. '

Die Figur 4 zeigt die Abwicklung einer zu erfassenden Fläche 60 für einen Teilabschnitt, an dem drei Meßorgane außensei tig angekoppelt werden sollen. Die^drei Meßorgane 22 sind räumlich voneinander getrennt an der Kapselung angeordnet. Sie liegen auf einem Kreisbogen K, dessen Mittelpunkt M außerhalb der zu erfassenden abgewickelten Fläche des Teilabschnittes liegt. Im Grenzfall liegt der Mittelpunkt bezogen auf die zu erfassende Fläche im Unendlichen, d.h. die Verbindungslinie der drei Meßorgane bildet eine Gerade. Die in der angegebenen Vi ei se entsprechend Figur 4 angeordneten Meßorgane können entweder mit einer Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtung verbunden sein, wie anhand der Figur 2 erläutert ist, oder mit einer logischen Verknüpfungsschaltung verbunden sein, die so ausgelegt ist, daß sie nur dann und nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die drei Meßsignale nicht gleich sind.

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Die im Zusammenhang mit einer Hochspannungsschaltanlage der in Figur 1 dargestellten Art "beschriebene Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge kann selbstverständlich auch in Hochspannungsübertragungsanlagen Anwendung finden, die ferniiberwacht werden sol3^ a)er wesentliche Vorteil der Einrichtung £ur Erfassung dielektrischer Durchschläge nach der Erfindung besteht darin, daß metallgekapselte Hochspannungssehalt- und -Übertragungsanlagen als unbemannte Stationen aufgebaut und von einer räumlich entfernten Zentrale ferntiberwacht und ferngesteuert werden können.

4 Figuren

5 Patentansprüche

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Claims

- 9 - ' VPA 73/3723 Patentansprüche

1JEinrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschlage in metallgekapselten Hochspannungsschalt- und -übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Ieilabschnitten, bei der der fehlörbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortsfestes Meßorgan ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan (22) ein außenseitig am Teilabschnitt angekoppelter, die Kapselungstemperatur erfassender Thermofühler ist und daß die Ausgänge der Thermofühler (22) einen aus mindestens zwei diskreten Thermofühlersignalen ein Ausgangssignal bildenden Komparator (33, 52) speisen, dem eine den Thermofühler (22) identifizierende Schalteinrichtung (40) zugeordnet ist,
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermofühler (22) mit einer Temperaturgradienten erfassenden Schältvorrichtung (31, 33) verbunden ist, die nur oberhalb eines Temperaturgradientenwertes das Thermofühlersignal weiterleitet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadur"cn gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen das Meßsignal periodisch unterbrechenden Takter (31) und einen das Meßsignal bis zu einer Taktperiode speichernden Speicher (35) enthält und daß der Takter (31) direkt und der Speicher (35) über ein mit dem Takter (31) synchron schaltendes Element (36) je einen Eingang (32, 37) eines als Komparator vorgesehenen NAHD-Gatters (33)speist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von zwei Meßorganen (22) für jeden Teilabschnitt die beiden Meßorgane (22) an räumlich voneinander getrennten

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Stellen der Kapselung angekoppelt sind und gemeinsam ein Gatter (52) mit Exklusiv-Oder-Bedingung als Komparator speisen.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 _r dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von drei Meßor'ganen (22) für jeden. Teilabschnitt die Meßorgane (22) an räumlich voneinander getrennten Stellen der Kapselung auf einem Kreisbogen (K) angeordnet sind, dessen ■Mittelpunkt (M) außerhalb der zu erfassenden abgewickelten Fläche des Teilabschnittes liegt.

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