DE4221865A1

DE4221865A1 - Partial-discharge pulse-sensor for HV appts. - has different attenuation-frequency response according to whether one of two output connections is open- or short-circuited

Info

Publication number: DE4221865A1
Application number: DE19924221865
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Koenigstein
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2012-07-04
Also published as: DE4221865B4

Abstract

The sensor (4) is based on an annular measurement electrode (5) surrounded by a metallic support ring (6) from which it is insulated electrically by four fixing elements (8). The ring incorporates axial holes (7) for screws securing it to the housing of the appts. The pulses are taken via pref. 50-ohm screened cables from two diametrically opposed output connections (16,17). The cable cores are in electrical contact with the sleeves of these connections, while the screens are earthed in additional holes through the ring. USE/ADVANTAGE - Esp. for metal clad gas-insulated switchgear, or h.v. electrical machine, e.g. transformer or generator for quality control during mfr. or prefabrication. Very efficient pulse extn. is associated with transmission properties characterised by high limit frequency and adaptable to different measurement purposes.

Description

Technisches GebietTechnical field

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer hochspannungsführenden elektrischen Anlage, insbesondere einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage, mit einer dem elektrischen Feld der Anlage ausgesetzten Meßelektrode. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung mit mindestens einem derartigen Sensor und mit einer dem mindestens einen Sensor nachgeschalteten Verarbeitungseinheit zum Verstärken und Erfassen der ausgekoppelten Teilentladungsimpulse.The invention is based on a sensor for Decoupling partial discharge pulses from a high-voltage electrical system, in particular a metal-encapsulated gas-insulated high-voltage system, with one exposed to the electrical field of the system Measuring electrode. The invention also relates to a device with at least one such sensor and with one connected at least one sensor Processing unit for amplifying and detecting the decoupled partial discharge pulses.

Stand der TechnikState of the art

Die Erfassung von Teilentladungen spielt bei der Qualitätssicherung von hochspannungsführenden elektrischen Anlagen, wie etwa einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage oder einer hochspannungsbetriebenen elektrischen Maschine, beispielsweise einem Transformator oder einem Generator, eine wichtige Rolle. Teilentladungsmessungen werden sowohl bei der fabrikationsmäßigen Qualitätskontrolle als auch bei der Qualitätsprüfung während des Vor-Ort-Aufbaus durchgeführt.The detection of partial discharges plays with the Quality assurance of high-voltage electrical Plants, such as a metal encapsulated gas insulated High voltage system or a high voltage powered electrical machine, for example a transformer or a generator, an important role. Partial discharge measurements are carried out both at the manufacturing quality control as well as at Quality check carried out during on-site construction.

Ein Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer hochspannungsführenden elektrischen Anlage und eine einen solchen Sensor und eine diesem Sensor nachgeschaltete Verarbeitungseinheit enthaltende Vorrichtung zur Erfassung der Teilentladungungsimpulse ist beispielsweise von M.Albiez, K.J.Diederich, J.Meppelink und W.Zaengl: "Design and Calibration of an Universal Sensor for the Measurement of Partial Discharges and Very Fast Transients in GIS" in Sixth International Symposium on High Voltage Engineering (1989), New Orleans, 42.28 beschrieben. Der vorbekannte Sensor ist als kreisförmige Platte mit einem Durchmesser von ca. 10 cm ausgebildet und ist im Inneren der Metallkapselung einer gasisolierten metallgekapselten Hochspannungsanlage angeordnet. Vom Sensor aus dieser hochspannungsführenden Anlage kapazitiv ausgekoppelte Teilentladungsimpulse werden in einer dem Sensor nachgeschalteten Verarbeitungseinheit breitbandig verstärkt und registriert. Der vorbekannte Sensor erfaßt relativ kleine Nutzsignale, deren Übertragung oberhalb einer Grenzfrequenz von 200 MHz zudem nur noch in erheblich abgeschwächter Form möglich ist.A sensor for decoupling partial discharge pulses a high-voltage electrical system and one such a sensor and a downstream of this sensor Device for detection containing processing unit the partial discharge pulse is, for example, from M.Albiez, K.J.Diederich, J.Meppelink and W.Zaengl: "Design and Calibration of an Universal Sensor for the Measurement of Partial Discharges and Very Fast Transients in GIS "in Sixth International Symposium on High Voltage Engineering (1989), New Orleans, 42.28. The known one Sensor is a circular plate with a diameter of 10 cm and is inside the metal encapsulation a gas-insulated metal-enclosed high-voltage system arranged. From the sensor from this high-voltage Capacitive decoupled partial discharge pulses in a processing unit downstream of the sensor broadband reinforced and registered. The known one Sensor detects relatively small useful signals, their transmission above a cutoff frequency of 200 MHz only in significantly weakened form is possible.

Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei der Auskoppelung der in der Anlage auftretenden Teilentladungsimpulse sowie eine hohe Grenzfrequenz bei der Übertragung der ausgekoppelten Teilentladungsimpulse auszeichnet und welcher zugleich an unterschiedliche Meßaufgaben angepaßte Übertragungseigenschaften aufweisen soll. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine mindestens einen solchen Sensor enthaltende Vorrichtung zur Verarbeitung der vom Sensor ausgegebenen Signale anzugeben.The invention as defined in claim 1 the task is based on a sensor of the beginning to create the type mentioned, which is characterized by a high Efficiency when decoupling in the system occurring partial discharge pulses and a high Cutoff frequency in the transmission of the decoupled Characterized partial discharge pulses and which at the same time adapted to different measuring tasks Should have transmission properties. Task of The invention is also one such at least Sensor-containing device for processing the Specify sensor output signals.

Der Sensor nach der Erfindung weist eine große der Wirkung der zu erfassenden Teilentladungsimpulse ausgesetzte Sensorfläche und damit eine große Koppelkapazität im Bereich von pF auf. Aufgrund der großen Koppelkapazität und dadurch, daß der Sensor zudem einen hochspannungsführenden Leiter der zu überwachenden Anlage koaxial umgibt, wird ein um ein bis zwei Zehnerpotenzen größeres Nutzsignal erzielt als beim Sensor nach dem Stand der Technik.The sensor according to the invention has a large effect of the partial discharge pulses to be detected Sensor area and thus a large coupling capacity in the Range from pF to. Because of the large coupling capacity and in that the sensor also carries a high voltage Coaxial surrounds the head of the system to be monitored, a useful signal increased by one to two powers of ten than with the sensor according to the prior art.

Außerdem zeichnet sich der Sensor nach der Erfindung dadurch aus, daß er Signale mit Frequenzen bis zu 1,5 GHz mit vergleichsweise geringer Dämpfung überträgt.The sensor according to the invention is also distinguished characterized in that it has signals with frequencies up to 1.5 GHz with comparatively low attenuation.

Der erfindungsgemäße Sensor weist ferner einen großen Störabstand zu den in Hochspannungsanlagen auftretenden niederfrequenten Störungen auf.The sensor according to the invention also has a large one S / N ratio to those occurring in high-voltage systems low-frequency interference.

Mit dem erfindungsgemäßen Sensor ist es möglich, im Nahbereich liegende Teilentladungsquellen mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Weiter vom Sensor, beispielsweise einige bis 100 Meter, entfernt liegende Teilentladungs quellen können mit Vorteil mit einen erfindungsgemäßen Sensor erfaßt werden, bei dem Frequenzsignale im Bereich von ca. 20 bis zu ca. 300 MHz ausgewertet werden.With the sensor according to the invention it is possible to Partial discharge sources in the vicinity with high To capture accuracy. Further from the sensor, for example partial discharge a few to 100 meters away can swell advantageously with an inventive Sensor are detected in the frequency signals in the range from approximately 20 to approximately 300 MHz can be evaluated.

Wegen des insbesondere bei Teilentladungsimpulsen in SF₆ großen Nutzsignals ist der Einsatz eines hochempfindlichen Verstärkers daher im allgemeinen entbehrlich. Andererseits erhöht der Einsatz eines empfindlichen Verstärkers die Empfindlichkeit der Teilentladungs-Erfassungsvorrichtung nach der Erfindung gegenüber einer Teilentladungs- Erfassungsvorichtung nach dem Stand der Technik um ein Mehrfaches.Because of the large useful signal, particularly in the case of partial discharge pulses in SF ₆ , the use of a highly sensitive amplifier is therefore generally unnecessary. On the other hand, the use of a sensitive amplifier increases the sensitivity of the partial discharge detection device according to the invention by a multiple compared to a partial discharge detection device according to the prior art.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, daß er je nach Beschaltung unterschiedliche Übertragungseigenschaften aufweist. Daher kann er ohne aufwendige Eichvorgänge durch entsprechende Beschaltung zur Lösung unterschiedlicher Meßaufgaben verwendet werden.Another advantage of the sensor according to the invention is in that it varies depending on the wiring Has transmission properties. Therefore he can without elaborate calibration processes by appropriate wiring for Solution of different measurement tasks can be used.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention and the achievable therewith Advantages will become more apparent from the drawings explained.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings shown schematically, namely:

Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellung eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage mit einem ringförmig ausgebildeten Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen nach der Erfindung, Fig. 1 a highly simplified representation of a metal-enclosed gas-insulated high-voltage installation with a ring-shaped sensor for coupling partial discharge pulses according to the invention,

Fig. 2 eine Aufsicht in axialer Richtung auf den vergrößert dargestellten Ringsensor gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a plan view in axial direction to the enlarged ring sensor shown in FIG. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch ein Befestigungselement des Ringsensors gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a plan view of an axial section through a fastening member of the ring sensor according to Fig. 2,

Fig. 4 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch einen Ausgang des Ringsensors gemäß Fig. 2, Fig. 4 is a plan view of an axial section through an output of the ring sensor according to Fig. 2,

Fig. 5 den Frequenzgang des Ringsensors gemäß Fig. 2, bei dem dessen Ausgänge bis auf den Signalausgang kurzgeschlossen sind, Fig. 5 shows the frequency response of the sensor ring of FIG. 2, in which the outputs of which are up to the signal output short-circuited,

Fig. 6 den Frequenzgang des Ringsensors gemäß Fig. 2, bei dem dessen Ausgänge bis auf den Signalausgang mit einem ohmschen Widerstand von 50 Ω abgeschlossen sind, Fig. 6 shows the frequency response of the sensor ring of FIG. 2, in which the outputs of which are up to the signal output with an ohmic resistance of 50 Ω finished,

Fig. 7 den Frequenzgang des Ringsensors gemäß Fig. 2, bei dem dessen Ausgänge bis auf den Signalausgang geöffnet sind, Fig. 7 shows the frequency response of the sensor ring of FIG. 2, in which the outputs of which are open to the signal output,

Fig. 8 den zeitlichen Verlauf eines von einem Ringsensor gemäß Fig. 2 ausgegebenen Signals, welches durch Auskoppelung und Übertragung eines Teilentladungsimpulses in der auf Teilentladungen zu überwachenden Anlage gemäß Fig. 1 gebildet ist, Fig. 8 shows the time course of an output of a ring sensor shown in Fig. 2 signal is formed by extraction and transfer of a partial discharge pulse in the partial discharges on the monitored system of FIG. 1,

Fig. 9 den zeitlichen Verlauf eines von einem Sensor nach dem Stand der Technik ausgegebenen Signals, welches durch Auskoppelung und Übertragung des gleichen Teilentladungsimpulses ebenfalls in der Anlage gemäß Fig. 1 gebildet ist, und Fig. 9 shows the time course of a signal output from a sensor according to the prior art signal is formed by extraction and transmission of the same partial discharge pulse also in the plant according to Fig. 1, and

Fig. 10 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch einen in der Anlage gemäß Fig. 1 eingebauten Sensor zur Strom- und Spannungsmessung mit einer weiteren Ausführungsform eines Ringsensors nach der Erfindung. Fig. 10 is a plan view of an axial section through the plant according to Fig. 1 built-in sensor for measuring current and voltage with a further embodiment of a ring sensor according to the invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

Die in Fig. 1 dargestellte metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsanlage enthält ein als Metallkapselung ausgebildetes, auf Erdpotential gelegtes und mit einem Isoliergas, wie typischerweise SF₆, von bis zu einigen Bar Druck gefülltes Gehäuse 1. Im Inneren des Gehäuses 1 befinden sich ein von Isolatoren 2 getragener und Hochspannung von einigen bis zu einigen hundert kV führender Leiter 3 und ein der Auskoppelung von Teilentladungsimpulsen aus dem Gehäuse 1 dienender Ringsensor 4.The metal-encapsulated gas-insulated high-voltage system shown in FIG. 1 contains a housing 1 designed as a metal encapsulation, connected to earth potential and filled with an insulating gas, such as SF ₆ , of up to a few bar pressure. Inside the housing 1 there is a conductor 3, which is supported by insulators 2 and carries high voltage of a few to a few hundred kV and a ring sensor 4 which serves to decouple partial discharge pulses from the housing 1 .

Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, weist der Ringsensor 4 eine ringförmig ausgebildete Meßelektrode 5 auf sowie einen metallenen Montagering 6, welcher die Meßelektrode 5 mit Abstand konzentrisch umgibt und an welchem die Meßelektrode 5 elektrisch isoliert befestigt ist. Der Montagering 6 enthält in Umfangsrichtung verteilte und in axialer Richtung ersteckte Bohrungen 7, welche der Aufnahme von Schrauben bei der Montage des Ringsensors 4 im Gehäuse 1 dienen. Der montierte Ringsensor 4 befindet sich mit seinem Montagering 6 auf Erdpotential bzw. auf dem Massepotential des üblicherweise geerdeten Gehäuses 1.As can be seen from FIGS . 2 to 4, the ring sensor 4 has a ring-shaped measuring electrode 5 and a metal mounting ring 6 which concentrically surrounds the measuring electrode 5 at a distance and to which the measuring electrode 5 is fastened in an electrically insulated manner. The mounting ring 6 contains bores 7 which are distributed in the circumferential direction and stretched out in the axial direction and are used to hold screws during the assembly of the ring sensor 4 in the housing 1 . The mounted ring sensor 4 is located with its mounting ring 6 at ground potential or at the ground potential of the housing 1, which is usually grounded.

Zur Halterung der Meßelektrode 5 in elektrisch isolierender Weise sind mehrere, wie ersichtlich beispielsweise vier, Befestigungselemente 8 vorgesehen. Mindestens eines dieser Befestigungselemente weist - wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist - ein spannungsbegrenzendes Element 9, wie insbesondere einen Ableiter auf der Basis eines Gases, auf. Das spannungsbegrenzendes Element 9 ist mit seinem einen Stromanschluß auf der äußeren Mantelfläche der Meßelektrode 5 und mit seinem anderen Stromanschluß auf einer nach innen gerichteten Stirnfläche eines metallischen Druckbolzens 10 in elektrisch leitender Weise befestigt. Der Druckbolzen 10 ist in radialer Richtung verschieblich in einer Blindbohrung 11 des Montageringes 6 geführt und kann bei Montagearbeiten gegen die Kraft einer auf dem Boden der Blindbohrung 11 abgestützten Druckfeder 12 radial nach außen verschoben werden. Der Druckbolzens 11 ist über lamellenförmige Kontaktelemente 13 auf das elektrische Potential des Montageringes 6 geführt.Several, as can be seen for example four, fastening elements 8 are provided for holding the measuring electrode 5 in an electrically insulating manner. At least one of these fastening elements - as can be seen from FIG. 3 - has a voltage-limiting element 9 , such as, in particular, an arrester based on a gas. The voltage-limiting element 9 is fastened with its one current connection on the outer lateral surface of the measuring electrode 5 and with its other current connection on an inwardly directed end face of a metallic pressure bolt 10 in an electrically conductive manner. The pressure pin 10 is displaceable in the radial direction in a blind bore 11 of the mounting ring 6 and can be moved radially outwards during assembly work against the force of a compression spring 12 supported on the bottom of the blind bore 11 . The pressure pin 11 is guided to the electrical potential of the mounting ring 6 via lamellar contact elements 13 .

Das bei Betrieb des Ringsensors 4 auf die Meßelektrode 5 wirkende elektrische Feld wird durch Teile des Montageringes 6 homogenisiert, welche als Schirmelektroden 14, 15 ausgebildet sind.The electric field acting on the measuring electrode 5 during operation of the ring sensor 4 is homogenized by parts of the mounting ring 6 , which are designed as shield electrodes 14 , 15 .

Der Ringsensor 4 enthält ferner mindestens zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Ausgänge 16, 17. Diese Ausgänge sind mit ihrem als Hülse 18 ausgebildeten einen Stromanschluß jeweils mit der Meßelektrode 5 elektrisch leitend verbunden und befinden sich mit ihrem als Bohrung 19 des Montageringes 6 ausgebildeten anderen Stromanschluß jeweils auf Erdpotential oder dem Massepotential der Anlage.The ring sensor 4 also contains at least two outputs 16 , 17 arranged offset in the circumferential direction. These outputs are electrically conductively connected to the measuring electrode 5 with their current connection designed as a sleeve 18 and are located with their other current connection designed as a bore 19 of the mounting ring 6 each at ground potential or the ground potential of the system.

An jedem der Ausgänge 16, 17 kann mittels eines abgeschirmten Meßkabels 20, dessen Schirmung in der Bohrung 19 mit dem Montagering 6 und dessen Signalleiter mit der Hülse 18 kontaktiert wird, ein den Teilentladungsimpulsen entsprechendes Meßsignal abgegriffen und einer einen Verstärker enthaltenden Verarbeitungseinheit 21 zugeführt werden. Das Meßkabel 20 weist vorzugsweise einen Wellenwiderstand von 50 Ω auf. Die Auswertung der Ausgangssignale des Ringsensors in der Verarbeitungseinheit 21 kann dann ohne weitere Anpassungsarbeiten ausgeführt werden. Vorzugsweise dient jedoch nur einer der Ausgänge, z. B. der Ausgang 17, dem Abgriff der ausgekoppelten Teilentladungsimpulse, wohingegen ein zweiter Ausgang, z. B. der Ausgang 16, unterschiedlich beschaltet wird. Hierdurch wird eine Anpassung des Frequenzganges des Ringsensors 4 an unterschiedliche Meßaufgaben erreicht. Es hat sich herausgestellt, daß an unterschiedliche Meßaufgaben angepaßte Frequenzgänge mit besonders geringer Dämpfung im Frequenzbereich oberhalb von 50 MHz dann erreicht werden, wenn die Ausgänge 16 und 17 einander diametral gegenüberliegen.At each of the outputs 16 , 17 , a measuring signal corresponding to the partial discharge pulses can be tapped by means of a shielded measuring cable 20 , the shielding of which is contacted in the bore 19 with the mounting ring 6 and the signal conductor with the sleeve 18 , and fed to a processing unit 21 containing an amplifier. The measuring cable 20 preferably has a characteristic impedance of 50 Ω. The evaluation of the output signals of the ring sensor in the processing unit 21 can then be carried out without further adaptation work. However, preferably only one of the outputs serves, for. B. the output 17 , the tap of the coupled partial discharge pulses, whereas a second output, for. B. the output 16 is wired differently. In this way, an adaptation of the frequency response of the ring sensor 4 to different measuring tasks is achieved. It has been found that frequency responses adapted to different measuring tasks with particularly low attenuation in the frequency range above 50 MHz are achieved when the outputs 16 and 17 are diametrically opposed to one another.

Dies kann aus den Fig. 5 bis 7 entnommen werden, in denen jeweils die Dämpfung at[db] eines vom Ringsensor 4 übertragenen Signals in Abhängigkeit von der Frequenz f[MHz] dargestellt ist.This can be seen from FIGS. 5 to 7, in which the attenuation at [db] of a signal transmitted by the ring sensor 4 is shown as a function of the frequency f [MHz].

Ist der Ausgang 16 kurzgeschlossen, so ergibt sich der in Fig. 5 dargestellte Frequenzgang. Hieraus ist ersichtlich, daß der Ringsensor 4 verwertbare Signale auch im Frequenzbereich oberhalb 500 MHz überträgt. Weitere Messungen haben ergeben, daß selbst Frequenzen bis 1,5 GHz noch vergleichsweise gut übertragen werden. Frequenzen zwischen 50 und 300 MHz werden mit nahezu gleichbleibend geringer Dämpfung übertragen, hingegen fällt der Frequenzgang unterhalb eines Frequenzwertes von 50 MHz mit 40 db/Dekade sehr steil ab. In Hochspannungsanlagen bevorzugt auftretende niederfrequente Störquellen sind daher von einer Übertragung weitgehend ausgeschlossen. Dies ist von großem Vorteil. Zum einen deswegen, da in dem für eine Teilentladungsmessung interessanten und oberhalb 20 MHz liegenden und mindestens bis 300 MHz erstreckten Frequenzbereich ein sehr großer Störabstand zu den unerwünschten niederfrequenten Störquellen besteht. Zum anderen aber auch deswegen, da wegen der Unterdrückung der niederen Frequenzen der Ringsensor 4 berührungssicher ist. Das spannungsbegrenzendes Element 9 stellt bei einem Meßvorgang sicher, daß gegebenenfalls an der Meßelektrode 5 auftretende niederfrequente Spannungsspitzen abgebaut werden und die Elektronik der Verarbeitungseinheit 21 vor Überspannungen geschützt wird.If the output 16 is short-circuited, the frequency response shown in FIG. 5 results. From this it can be seen that the ring sensor 4 transmits usable signals even in the frequency range above 500 MHz. Further measurements have shown that even frequencies up to 1.5 GHz are still transmitted relatively well. Frequencies between 50 and 300 MHz are transmitted with almost constant low attenuation, whereas the frequency response drops very steeply below a frequency value of 50 MHz with 40 db / decade. Low-frequency interference sources that occur preferentially in high-voltage systems are therefore largely excluded from transmission. This is a big advantage. On the one hand, because there is a very large signal-to-noise ratio to the undesirable low-frequency sources of interference in the frequency range which is of interest for a partial discharge measurement and is above 20 MHz and extends at least up to 300 MHz. On the other hand, however, because the ring sensor 4 is safe to touch due to the suppression of the low frequencies. The voltage-limiting element 9 ensures during a measuring process that any low-frequency voltage peaks that may occur at the measuring electrode 5 are reduced and the electronics of the processing unit 21 are protected against overvoltages.

Ein anderer Frequenzgang wird erreicht, wenn auch am Ausgang 16 ein Meßsignal abgegriffen wird und dieser Ausgang mit einem ohmschen Widerstand von vorzugsweise 50 Ω abgeschlossen ist. Wie der Fig. 6 entnommen werden kann, werden bei einer derartigen Beschaltung Signale im Frequenzbereich zwischen 50 und 500 MHz mit nahezu konstanter und relativ geringer Dämpfung übertragen.Another frequency response is achieved if a measurement signal is also tapped at the output 16 and this output is terminated with an ohmic resistance of preferably 50 Ω. As can be seen in FIG. 6, signals of this type are connected in the frequency range between 50 and 500 MHz with almost constant and relatively low attenuation.

Wird der Ausgang 16 hingegen offen gelassen, dann ergibt sich der aus Fig. 7 ersichtliche Frequenzgang. Dieser Frequenzgang zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß er im Frequenzbereich zwischen 200 und 500 MHz Signale mit besonders kleiner Dämpfung überträgt.On the other hand, if the output 16 is left open, the frequency response shown in FIG. 7 results. This frequency response is characterized primarily by the fact that it transmits signals with particularly low attenuation in the frequency range between 200 and 500 MHz.

Ein vom Ringsensor 4 mit einem kurzgeschlossenen Ausgang 16 ausgegebenes Signal ist in Fig. 8 dargestellt. Dieses Signal wird mit einem von einem plattenförmigen Sensor nach dem Stand der Technik ausgegebenen und aus Fig. 9 ersichtlichen Signal verglichen. Beide Signale sind auf gleichartig gebildete Teilentladungsimpulsen zurückzuführen. Es ist klar zu ersehen, daß das vom Ringsensor 4 ausgegebene Signal eine um Größenordnungen höhere Amplitude a aufweist als das vom plattenförmigen Sensor nach dem Stand der Technik ausgegebene Signal.A signal output by the ring sensor 4 with a short-circuited output 16 is shown in FIG. 8. This signal is compared with a signal output by a plate-shaped sensor according to the prior art and shown in FIG. 9. Both signals can be attributed to partial discharge pulses formed in the same way. It can clearly be seen that the signal output by the ring sensor 4 has an amplitude a of orders of magnitude higher than the signal output by the plate-shaped sensor according to the prior art.

Wie aus Fig. 10 entnommen werden kann, läßt sich der erfindungsgemäße Ringsensor mit besonderem Vorteil in einen bereits in einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage vorgesehenen Sensor 22 zur Strom- und/oder Spannungsmessung integrieren. Zu diesem Zweck kann eine im Sensor 22 bereits vorhandene und der kapazitiven Erfassung der Anlagenspannung dienende Meßelektrode 23 als Meßelektrode des erfindungsgemäßen Ringsensors verwendet werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Ausgang des Sensors 22 nicht wie bei einer Spannungsmessung im Niederfrequenzbereich mit einem ohmschen Widerstand 24 im Megaohm-Bereich abzuschließen, sondern das Ausgangssignal über das Meßkabel 20 unmittelbar in die Verarbeitungseinheit 21 zu führen.As can be seen from FIG. 10, the ring sensor according to the invention can be integrated with particular advantage into a sensor 22 for current and / or voltage measurement already provided in a metal-encapsulated gas-insulated high-voltage system. For this purpose, a measuring electrode 23 already present in the sensor 22 and used for capacitive detection of the system voltage can be used as the measuring electrode of the ring sensor according to the invention. For this it is only necessary not to terminate the output of the sensor 22 as with a voltage measurement in the low frequency range with an ohmic resistor 24 in the megohm range, but to lead the output signal via the measuring cable 20 directly into the processing unit 21 .

Unabhängig davon ist es auch möglich, die Meßelektrode 5 des Ringsensors 4 in eine Schirmelektrode 25 des Sensors 22 zu legen. Die Schirmelektrode 25 bildet dann den Montagering des erfindungsgemäßen Ringsensors 4.Irrespective of this, it is also possible to place the measuring electrode 5 of the ring sensor 4 in a shield electrode 25 of the sensor 22 . The shield electrode 25 then forms the mounting ring of the ring sensor 4 according to the invention.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, den erfindungsgemäßen Ringsensor statt in metallgekapselten gasisolierten Anlagen in anderen hochspannungsführenden Anlagen, wie insbesondere in einer rotationssymmetrisch ausgebildeten Kabelmuffe eines Hochspannungskabels, anzuordnen. Zu bevorzugen ist hierbei die koaxiale Anordnung des Ringsensors auf der Mantelfläche oder im Inneren eines in einem geerdeten Kabelmantel vorgesehenen, rotations symmetrisch gestalteten Gießharzkörpers. Dieser Gießharz körper dient der Aufnahme von hochspannungsführenden Verbindungs- und Steuerelementen eines längs der Achse des Gießharzkörpers erstreckten stromführenden Leiters des Kabels. Der Abstand zwischen dem geerdeten Mantel und dem Ringsensor kann hierbei typischerweise bei ca. 1 mm liegen.In further embodiments of the invention it is possible the ring sensor according to the invention instead of in metal-encapsulated gas-insulated systems in other high-voltage systems Plants, such as in particular in a rotationally symmetrical trained cable sleeve of a high-voltage cable, to arrange. The coaxial arrangement is preferred here of the ring sensor on the outer surface or inside one provided in a grounded cable sheath, rotations symmetrically designed cast resin body. This resin body serves to accommodate high-voltage live Connection and control elements along the axis of the Cast resin body extending current-carrying conductor of the Cable. The distance between the grounded sheath and the The ring sensor can typically be around 1 mm.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Isolatoren
3 Leiter
4 Ringsensor
5 Meßelektrode
6 Montagering
7 Bohrungen
8 Befestigungselemente
9 spannungsbegrenzendes Element
10 Druckbolzen
11 Blindbohrung
12 Druckfeder
13 Kontaktelemente
14, 15 Schirmelektroden
16, 17 Ausgänge
18 Hülse
19 Bohrung
20 Meßkabel
21 Verarbeitungseinheit
22 Sensor
23 Meßelektrode
24 Widerstand
25 Schirmelektrode 1 housing
2 isolators
3 conductors
4 ring sensor
5 measuring electrode
6 mounting ring
7 holes
8 fasteners
9 voltage-limiting element
10 pressure bolts
11 blind bore
12 compression spring
13 contact elements
14, 15 shield electrodes
16, 17 outputs
18 sleeve
19 hole
20 measuring cables
21 processing unit
22 sensor
23 measuring electrode
24 resistance
25 shield electrode

Claims

1. Sensor zum Auskoppeln von Teilentladungsimpulsen aus einer hochspannungsführenden elektrischen Anlage, insbesondere einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage, mit einer dem elektrischen Feld der Anlage ausgesetzten Meßelektrode (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) ringförmig ausgebildet ist und mindestens zwei unterschiedlich beschaltbare und in Umfangsrichtung des Ringes gegeneinander versetzt angeordnete und jeweils mit der Meßelektrode (5) einerseits und mit Erdpotential oder Masse der Anlage andererseits verbindbare Ausgänge (16, 17) aufweist.1. Sensor for decoupling partial discharge pulses from a high-voltage electrical system, in particular a metal-encapsulated gas-insulated high-voltage system, with a measuring electrode ( 5 ) exposed to the electrical field of the system, characterized in that the sensor ( 4 ) is annular and has at least two differently connectable and Outputs ( 16 , 17 ) which are arranged offset with respect to one another in the circumferential direction of the ring and each connectable to the measuring electrode ( 5 ) on the one hand and to earth potential or ground of the system on the other hand.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Ausgänge (16, 17) einander diametral gegenüberliegen.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the at least two outputs ( 16 , 17 ) are diametrically opposite one another.

3. Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster (17) der mindestens zwei Ausgänge (16, 17) dem Abgriff der ausgekoppelten Teilentladungsimpulse und ein zweiter (16) der Anpassung des Frequenzganges des Sensors (4) an unterschiedliche Meßaufgaben dient.3. Sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that a first ( 17 ) of the at least two outputs ( 16 , 17 ) to tap the decoupled partial discharge pulses and a second ( 16 ) to adjust the frequency response of the sensor ( 4 ) serves different measuring tasks.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausgang (16) kurzgeschlossen ist.4. Sensor according to claim 3, characterized in that the second output ( 16 ) is short-circuited.

5. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausgang (16) mit einem ohmschen Widerstand von vorzugsweise 50 Ω abgeschlossen ist. 5. Sensor according to claim 3, characterized in that the second output ( 16 ) is terminated with an ohmic resistance of preferably 50 Ω.

6. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausgang (16) offen ist.6. Sensor according to claim 3, characterized in that the second output ( 16 ) is open.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Erdpotential oder Masse verbindbarer metallener Montagering (6) vorgesehen ist, welcher die Meßelektrode (5) mit Abstand konzentrisch umgibt, und an welchem die Meßelektrode (5) elektrisch isoliert befestigt ist.7. Sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a metal mounting ring ( 6 ) which can be connected to earth potential or ground is provided, which concentrically surrounds the measuring electrode ( 5 ) at a distance, and on which the measuring electrode ( 5 ) is electrically insulated is attached.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (5) mittels mindestens eines spannungsbegrenzenden Elementes (9) am Montagering (6) elektrisch isoliert befestigt ist.8. Sensor according to claim 7, characterized in that the measuring electrode ( 5 ) by means of at least one voltage-limiting element ( 9 ) on the mounting ring ( 6 ) is electrically insulated.

9. Vorrichtung zum Erfassen von Teilentladungsimpulsen in einer hochspannungsführenden elektrischen Anlage, insbesondere einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlage, mit mindestens einem Ringsensor (4) nach Patentanspruch 1 und mit einer dem mindestens einen Ringsensor (4) nachgeschalteten Verarbeitungseinheit (21) zum Verstärken und Erfassen der vom mindestens einen Ringsensor (4) ausgekoppelten Teilentladungsimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ringsensor (4) einen hochspannungsführenden Leiter (3) der Anlage koaxial umgibt, und daß zur Teilentladungsmessung der erste Ausgang (17) des mindestens einen Ringsensors (4) mit einem ohmschen Widerstand von vorzugsweise 50 Ω abgeschlossen auf die Verarbeitungseinheit (21) wirkt. 9. Device for detecting partial discharge pulses in a high-voltage electrical system, in particular a metal-encapsulated gas-insulated high-voltage system, with at least one ring sensor ( 4 ) according to claim 1 and with one of the at least one ring sensor ( 4 ) downstream processing unit ( 21 ) for amplifying and detecting the At least one ring sensor ( 4 ) decoupled partial discharge pulses, characterized in that the at least one ring sensor ( 4 ) coaxially surrounds a high-voltage conductor ( 3 ) of the system, and that for partial discharge measurement the first output ( 17 ) of the at least one ring sensor ( 4 ) with a ohmic resistance of preferably 50 Ω completed acts on the processing unit ( 21 ).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ringsensor (4) Teil eines in einer gasisolierten metallgekapselten Hochspannungsanlage vorgesehenen Sensors (22) zur Strom- und/oder Spannungsmessung ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the at least one ring sensor ( 4 ) is part of a gas-insulated metal-encapsulated high-voltage system sensor ( 22 ) for current and / or voltage measurement.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsmessung im Niederfrequenzbereich der zweite Ausgang (16) kurzgeschlossen ist und der erste Ausgang (17) mit einem hochohmigen Widerstand (24) abgeschlossen auf die Verarbeitungseinheit (21) wirkt.11. The device according to claim 10, characterized in that for voltage measurement in the low frequency range, the second output ( 16 ) is short-circuited and the first output ( 17 ) with a high resistance ( 24 ) acts on the processing unit ( 21 ).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (5) des mindestens eine Ringsensors (4) elektrisch isoliert in einer Schirmelektrode (25) des Sensors (22) zur Spannungsmessung eingebaut ist.12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the measuring electrode ( 5 ) of the at least one ring sensor ( 4 ) is installed in an electrically insulated manner in a shield electrode ( 25 ) of the sensor ( 22 ) for voltage measurement.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringsensors (4) auf der Mantelfläche oder im Inneren eines in einem geerdeten Kabelmantel vorgesehenen und der Aufnahme von Verbindungs- und Steuerelementen dienenden rotationssymmetrischen Gießharzkörpers angeordnet ist.13. The apparatus according to claim 9, characterized in that the ring sensor ( 4 ) is arranged on the outer surface or in the interior of a rotationally symmetrical cast resin body provided in an earthed cable sheath and receiving the connection and control elements.