DE2315322B2

DE2315322B2 - Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen

Info

Publication number: DE2315322B2
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: 1979-04-12
Also published as: JPS49128246A; DE2315322A1; CH567818A5; IT1009350B; US3942030A; FR2222779A1; GB1468395A; DE2315322C3; FR2222779B1; SE397906B; NL7403889A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt- 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 PEIectricite« April 66, Seiten 491-500, ist das Prinzip zur Erfassung dielektrischer Durchschläge durch Messung der Temperaturerhöhung bei druckgasisolierten Hochspannungsschaltanlagen bekannt. Mit Hilfe der bekannten Einrichtung kann jedoch die durch einen auftretenden Fehler verursachte Gefahr der Anlage nicht näher bestimmt werden, um beispielsweise zwischen einem Temperaturanstieg infolge einer Erwärmung, infolge einer normalen Belastung oder infolge eines Störlichtbogens unterscheiden zu können.

In der DE-OS 1665637 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 die Änderungsgeschwindigkeit des Gasdruckes berücksichtigt. Auf diese Weise kann man nach einem Ansprechen der Überwachungseinrichtung zwischen normalen Betriebsfällen und Störfällen unterscheidet.

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

Aus dem Buch von Kreuger »Discharge detection in high voltage equipement« 1964, Seiten 49 und 53 geht eine Einrichtung zur Erfassung von Entladungsvorgängen, z. B. Glimmen an Lunkern in Feststoffisolierungen, in metallumschlossenen Hochspannungskabeln hervor, bei der der Ort der Entladung durch in Abständen am Kabelmantel angekoppelte, die Umhüllungstemperatur erfassende Thermofühler bestimmt werden kann. Derartige Entladungen können sich über einen längeren Zeitraum auch in Hochspannungsschaltanlagen abspielen, ohne daß deren Betriebsbereitschaft leidet und ohne daß der Ort der Entladungen lokalisiert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die mit nur geringem Aufwand in bereits bestehende Anlagen installiert werden kann und bei der sichergestellt ist, daß störende Effekte, die die Betriebsbereitschaft der Anlage nicht beeinträchtigen, von der Erfassung ausgeschlossen sind. Insbesondere soll ein Eingriff in den Innenraum der Kapselung vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe einmal dadurch gelöst, daß das Meßorgan ein außenseitig am Teilabschnitt angekoppelter, die Kapselungstemperatur erfassender Thermofühler ist, daß der Ausgang des Thermofühlers mit einer den zeitlichen Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtung verbunden ist, und daß oberhalb eines Temperaturgradientwertes die Schaltvorrichtung das Thermofühlersignal an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung weiterleitet.

Durch Anwendung der Erfindung sind metallgekapselte Hochspannungsschalt- und -übertragungsanlagen mit einer Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge nachrüstbar, ohne daß hierzu die Hochspannungsschaltanlage außer Betneb gesetzt werden muß. Als Kriterium für das, Auftreten eines dielektrischen Durchschlages dient der sich aus diesem Durchschlag während der Lichtbogenbrenndauer ergebende zeitliche Temperaturgradient, der eine andere Charakteristik zeigt als der Temperaturgradient infolge steigender Umgebungstemperaturen oder steigender elektrischer Belastung, wie sie in normalen Betriebsfällen vorgesehen sind. Dadurch, daß nur oberhalb eines vorgegebenen Temperaturgradientwertes eine Identifizierung des entsprechenden Teilabschnittes vorgenommen wird, ist sichergestellt, daß geringfügige Temperaturschwankungen von der Erfassung ausgenommen sind.

Auf diese Weise kommt man bei Hochspannungsschalt- 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 unterbrechenden Takter und einen das Meßsigna! bis zu einer Taktperiode speichernden Speicher enthält, wobei die Einrichtung so ausgeführt ist, daß der Takter direkt und der Speicher über einen mit dem Takter synchron schaltendes Element je einen Eingang eines als Komparator vorgesehenen NAND-Gatters speist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die Meßorgane mindestens zwei außenseitig am Teilabschnitt an räumlich voneinander getrennten Stellen der Kapselung angekoppelte, die Kapselungstemperatur erfassende Thermofühler sind, daß die Ausgänge der Thermofühler mit einem aus einem Gatter mit Exklusiv-Oder-Bedingung gebildeten Komparator zur Erfassung des örtlichen Temperaturgradienten verbunden sind, und daß oberhalb eines Temperaturgradientwertes der Komparator ein Signal an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung weiterleitet. Diese Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge ist besonders für Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit ungleich ausgeführten Teilabschnitten geeignet, wobei man davon ausgeht, daß beim Auftreten eines dielektrischen Durchschlages der Lichtbogen durch Schleifenbildung zu laufen beginnt. Die Wanderungsgeschwindigkeit nimmt mit steigendem Strom zu. Eine mit zwei Meßorganen je Teilabschnitt ausgestattete Erfassungseinrichtung ist im praktischen Betrieb daher in der Lage, den Ort aller wesentlichen Durchschläge festzustellen.

Um bei Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit unterschiedlich geformten Teilabschnitten mit Sicherheit alle entstehenden Lichtbogen zu erfassen, kann es vorteilhaft sein, drei MeOorgane 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 abgibi.

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

"> D'e metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage nach Fig. 1 enthält einen Kabelabgang 1, einen damit verbundenen Linientrennschalter 2, der zu einem Leistungsschalter 3 führt und einen mit dem Leistungsschalter 3 verbundenen, als Kupplungsstück 4

ίο ausgebildeten Rohrleiter, der zu einem Lasttrennschalter 5 führt. Der Lasttrennschalter 5 ist einerseits mit einem Transformatorabgang 6 und andererseits mit einem weiteren als Längstrenner wirkenden Lasttrennschalter 7 verbunden, der seinerseits 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 Transformatorabgang 11 und auf der anderen Seite mit einem Trennschalter 12 verbunden, der seinerseits über eine Erdungsschaltvorrichtung 13 und einem als Längstrenner wirkenden Lasttrennschalter 14 und einem Lasttrennschalter 15 mit einem weiteren Transformatorabgang 16 und mit einem als Kupp-

2-> lungsstück ausgebildeten Rohrleiter 17 verbunden ist. Der Rohrleiter 17 steht mit einem Leistungsschalter 18 in Verbindung, dessen anderer Anschluß über einen Linientrennschalter 19 mit einem Kabelabgang 20 gekoppelt ist.

j» 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

r> 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 auf Grund eines dielektrischen Durchschlages ausbildender Lichtbogen erzeugt eine Temperaturüberhöhung im Bereich des Lichtbogenfußpunktes an der Kapselung, die sich von Temperaturerhöhungen durch Betriebsbedingungen wesentlich unterscheidet.

4-> Die von dem Meßorgan erfaßte Temperaturüberhöhung liefert das Kriterium für das Vorliegen eines dielektrischen Durchschlages in der Hochspannungsschaltanlage.

In Fig. 2 ist mit 22 ein Temperaturfühler bezeich-

V) net, der außenseitig an einem Teilabschnitt der Kapselung angeordnet ist und an seinem Ausgang ein der jeweiligen Kapselungstemperatur entsprechendes Thermofühlersignal abgibt. Der Ausgang 30 des Thermofühlers 22 ist mit dem Takter 31 verbunden,

^r>5 der das am Ausgang 30 abgegebene Meßsignal periodisch unterbricht. Auf diese Weise werden dem Eingang 32 eines NAND-Gatters 33 Impulse von vorbestimmter Dauer mit vorbestimmten Pausenintervallen 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

b5 31 synchron schaltendes Element 36 mit dem anderen Eingang 37 des NAND-Gatters 33 verbunden. Am Ausgang 38 des NAND-Gatters wird nur dann ein Signal abgegeben, wenn sich die Amplitude des ge-

takteten Meßsignals um einen bestimmten Betrag ändert.

Die in Fig. 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 einfachsten Fall besteht die den Thermofühler identifizierende Schalteinrichtung 40 aus einer alle Ausgänge 38 verknüpfenden 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 Belastungsänderungwerden, 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 zwischen — 10° C und + 70° C schwanken, während bei Auftreten dielektrischer Durchschläge die Kapselungstemperatur in Grenzfällen bis zu 600° C betragen kann.

Das in Fig. 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 Fall 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 40 arbeitet in ähnlicher Weise wie unter Fig. 2 angegeben.

Die Fig. 4 zeigt die Abwicklung einer zu erfassenden Fläche 60 für einen Teilabschnitt, an dem drei Meßorgane außenseitig 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 Weise ent; prechend Fig. 4 angeordneten Meßorgane können entweder mit einer Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtung verbunden sein, wie an Hand der Fig. 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.

Die im Zusammenhang mit einer Hochspannungsschaltanlage der in Fig. 1 dargestellten Art beschriebene Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge kann selbstverständlich auch in Hochspannungsübertragungsanlagen Anwendung finden, die fernüberwacht werden sollen. Der wesentliche Vorteil der Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge nach der Erfindung besteht darin, daß metallgekapselte Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen als unbemannte Stationen aufgebaut und von einer räumlich entfernten Zentrale fernüberwacht und ferngesteuert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Teilabschnitten, bei der der fehlerbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortefestes Meßorgan ermittelt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) das Meßorgan (22) ist ein außenseitig am Teilabschnitt angekoppelter, die Kapselungstemperatur erfassender Thermofühler (22)

b) der Ausgang des Thermof ühlers (22) ist mit einer den zeitlichen Temperaturgradienten erfassenden Schaltvorrichtungen (31, 33) verbunden

c) oberhalb eines Temperaturgradientwertes leitet die Schaltvorrichtung (31, 33) das Thermofiihlersignal an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung (40) weiter.

2. Einrichtung zur Erfassung dielektrischer Durchschläge in metallgekapselten Hochspannungsschalt- und -Übertragungsanlagen mit mehreren gasdicht geschotteten Teilabschnitten, bei der der fehlerbehaftete Teilabschnitt durch mindestens ein ortsfestes Meßorgan ermittelt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Meßorgane sind mindestens zwei außenseitig am Teilabschnitt an räumliche voneinander getrennten Stellen der Kapselung angekoppelte, die Kapselungstemperatur erfassende Thermofühler (22)

b) die Ausgänge der Thermofühler (22) sind mit einem aus einem Gatter (52) mit Exklusiv-Oder-Bedingung gebildeten Komparator zur Erfassung des örtlichen Temperaturgradienten verbunden

c) oberhalb eines Temperaturgradientwertes leitet der Komparator (52) ein Signal an eine den fehlerbehafteten Teilabschnitt identifizierende Schalteinrichtung (40) weiter.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen das Meßsignal periodisch unterbrechenden 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 NAND-Gatters (33) speist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von drei Meßorganen (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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