DE4419145A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Teilentladungsmessung bei Kabelprüfungen mit VLF-Spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilentladungsmessung bei Kabelprüfungen von Kabeln mit PE- oder VPE-Isolation, insbe­ sondere Hochspannungskabel, wobei über eine Spannungs­ quelle eine Aufladung des Kabels erfolgt und eine Ladungsänderung beim Spannungszusammenbruch in Isolier­ stoffbereichen mit verminderter Festigkeit über eine Meßeinrichtung erfaßt wird.

Es ist bekannt durch Teilentladungsmessungen Fehler­ stellen in Isolierstoffen nachzuweisen. Dabei wird die Ladungsänderung eines Prüflings, die beim Spannungszu­ sammenbruch an Stellen im Isolierstoff mit verminderter Festigkeit entsteht, meßtechnisch erfaßt.

Es hat sich gezeigt, daß die Intensität der Teilent­ ladungssignale sehr gering ist. Aufwendige Maßnahmen sind deshalb erforderlich, um ein zufriedenstellendes Stör-Nutzsignalverhältnis zu erreichen. Die Meßempfind­ lichkeit ist dabei um so geringer, je größer die Kapazität des Prüflings ist. Bei Kabeln kommt noch die Signaldämpfung durch die laufzeitabhängige Dämpfung hinzu. Eine exakte Quantifizierung der wirklichen Teil­ entladungswerte am Entstehungsort ist deshalb nicht möglich.

Ein weiteres Verfahren zur Überprüfung von Kabeln be­ steht darin, eine Durchschlagsprüfung vorzunehmen. Hierbei wird das Kabel mit einer in Vorschriften fest­ gelegten Spannung während einer ebenfalls festgelegten Zeitdauer beaufschlagt und die Prüfung als bestanden betrachtet, wenn es in dem genannten Zeitraum nicht zum Durchschlag kommt. Es besteht der Mangel, daß es mög­ lich ist, die Prüfung durch die starre Prüfzeit kurz vor einem Durchschlag zu beenden.

Ferner ist es bekannt, eine kombinierte Durchschlag­ prüfung mit Teilentladungsmessung und betriebsfrequen­ ter Wechselspannung als Prüfspannung durchzuführen. Jedoch fließen bei betriebsfrequenter Prüfspannung sehr hohe Blindströme. Entsprechende Anlagen sind aufwendig und deshalb wenig gebräuchlich. Auch die Spannungser­ zeugung über einen Resonanzkreis bringt hierbei keine entscheidenden Vorteile. Außerdem wird frequenzbedingt an den Fehlstellen erhebliche Energie umgesetzt. Das führt zu Isolierstofferosion und damit zum Gasdruckauf­ bau. Durch diesen Druck wird die Isolierfähigkeit wieder verbessert. Die Teilentladungen können aus­ setzen, obwohl sich die Fehlerstelle vergrößert hat.

Als Alternative zur Teilentladungsmessung mit betriebs­ frequenter Spannung ist die mit Schaltspannung bekannt geworden. Hier wird ein Kondensator aufgeladen und über ein Netzwerk aus Kondensatoren und Widerständen auf das Meßobjekt entladen. Das Netzwerk ist so bemessen, daß der Spannungsanstieg am Meßobjekt etwa dem einer Viertelwelle der betriebsfrequenten Spannung ent­ spricht. Die Entladungsfolgefrequenz wird so niedrig gewählt, daß die den Teilentladungsstellen zugeführte Energie für eine Gasbildung nicht ausreicht.

Der Schaltvorgang, der die Entladung auf das Meßobjekt einleitet ist mit einem Schaltfunken verbunden. Dieser wiederum verursacht erhebliche Störungen im Frequenzbe­ reich der Teilentladungsimpulse.

Der Störpegel ist um so ausgeprägter je größer der Stromgradient während des Zündvorganges, d. h. je größer der Lichtbogenstrom unmittelbar nach der Zündung ist. Bei der Schaltspannungserzeugung erreicht er unmittel­ bar nach der Zündung den höchsten Wert, um mit zu­ nehmender Ladung des Meßobjektes abzunehmen. Auch der Spannungsgradient ist unmittelbar nach der Zündung am größten. Teilentladungssignale können dabei durch Störungen überdeckt werden.

Auch die Lichtbogenunruhe erzeugt Störungen. Den Zünd- und Lichtbogenstörungen kann in gewissen Grenzen durch Verwendung von Spitzenelektroden als Schaltkontakte begegnet werden. Spitzenelektroden beschleunigen den Zündvorgang und minimieren die Lichtbogenunruhe.

Spitzenelektroden sind aber einer Dauerbeanspruchung, wie sie bei üblichen Prüfzeiten bis zu einer Stunde auftreten nicht gewachsen und würden zu schnell ab­ brennen.

Um die Störungen aus der Prüfspannungsquelle zu dämpfen, wird nach dem Stand der Technik zwischen dieser und dem Kabel, an das die Teilentladungsmeßein­ richtung angekoppelt ist, ein Filter geschaltet. Da­ durch läßt sich aber nicht die direkte elektromagne­ tische Einkopplung dieser Störungen auf die Teilent­ ladungsmeßeinrichtung verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsbeurteilung von Kabeln mittels einer Teilentladungsmessung zu schaffen, die die fort­ laufende Beobachtung der Teilentladungsmeßwerte während einer Kabelprüfung über einen längeren Zeitraum ohne Beeinträchtigung und Störungen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren, daß als Prüfspannung eine VLF-Cosinus­ rechteckspannung verwendet und am Kabel eine Teilent­ ladungsmeßeinrichtung über einen Koppelkondensator an­ geschlossen wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein VLF-Prüfspannungs­ generator über ein Stützkondensator mit dem Kabel ver­ bunden und am Kabel über einen Koppelkondensator eine Teilentlademeßeinrichtung anschaltbar ist.

Zur Vermeidung von Schaltstörungen ist vorgesehen, daß der VLF-Prüfspannungsgenerator über ein Tiefpaßfilter mit dem Kabel verbunden ist, der mit dem Stützkonden­ sator gebildet ist.

Um Störungen aus der Prüfanlage auf die Teilmeßein­ richtung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß der VLF-Prüfspannungsgenerator vom Kabel mit der ange­ schlossenen Teilentladungsmeßeinrichtung über eine Kabelverbindung getrennt angeordnet ist. Hierbei ist vorteilhafter Weise vorgesehen, daß die Signale der Teilentladungsmeßeinrichtung zum getrennten VLF-Prüf­ spannungsgenerator mit einer Auswerteeinrichtung über ein Wandler und eine Übertragungsleitung verbunden sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Meßanordnung und

Fig. 2 ein Teilentladungsmeßdiagramm.

Bei der dargestellten Anordnung ist ein in einem Fahr­ zeug angeordneter VLF-Prüfspannungsgenerator 1 vorge­ sehen, der aus der DE-PS 36 29 352 bekannt ist und aus einem Gleichspannungsprüfgerät, einem Schaltrotor mit Motor und gegeneinander versetzten Kontakten, denen korrespondierende ortsfeste Kontakte zugeordnet sind, besteht. Der Generator ist über einen Stützkondensator 2 und einer ersten Filterinduktivität 3 über ein Hoch­ spannungskoaxialkabel 4, mit einem zu untersuchenden Kabel 7 verbunden. Hierbei erfolgt die Anschaltung über einen zweiten Stützkondensator 5 und eine zweite Filterinduktivität 6.

Am Kabel 7 ist gleichzeitig über einen Koppelkonden­ sator 8 eine Teilentladungsmeßeinrichtung 9 ange­ schlossen, die mit einer Auswerteeinrichtung 12 ver­ bunden ist. In diesem Fall wird zusätzlich das Meß­ signal über einen Impedanzwandler 10 und einen Koaxial­ kabel oder Lichtwellenleiter 11 einer im Fahrzeug ange­ führten Auswerteeinrichtung zugeführt.

Im Teilentladungsmeßdiagramm ist ein cosinusförmiger Umschwingvorgang 13 der Prüfspannung dargestellt, wobei Schaltstörungen 14, 15 jeweils am Anfang und Ende des Umschwingvorganges angezeigt werden. Entsprechende Auf­ zeichnungen der eigentlichen Teilentladungssignale sind im Bereich 16 zu entnehmen.

Durch diese Anordnung ist eine fortlaufende Beobachtung der Teilentladungsmeßwerte während einer Kabelprüfung über einen längeren Zeitraum, wie beispielsweise eine Stunde, mit einer VLF-Cosinus-Cosinusrechteckspannung möglich, ohne daß ein Gasdruckaufbau oder Störungen aus der Prüfspannungsquelle die Teilentladung beeinträch­ tigt. Die auftretende Spannungssteilheit, die für die Teilentladungsmessung wichtig ist, liegt in der Größen­ ordnung einer Viertelwelle der Betriebsspannung.

Das cosinusförmige Umschwingen dieser Spannungsart wird durch einen Schaltvorgang eingeleitet, der ebenfalls Störungen generiert. Die im Umschwingkreis liegende Induktivität sorgt dafür, daß der Strom nach vollzogener Zündung langsam, d. h. mit vergleichsweise kleinen Stromgradienten ansteigt und somit auch der Störpegel entsprechend kleiner ist. Dabei ist auch die Spannung in der Cosinusform entsprechend dem Spannungs­ gradient klein und es sind in diesem Bereich kaum Teil­ entladungen zu erwarten.

Die stromstabilisierende Wirkung der Induktivität ver­ mindert ferner Stromschwankungen durch Lichtbogenunruhe und die dadurch hervorgerufenen Störungen. Es sind darum keine Spitzenelektroden erforderlich. Der Schalter des VFL-Prüfspannungsgenerators 1 arbeitet mit abbrandfesten Kugelelektroden ausreichend störungsarm.

Zur Störunterdrückung sind Filter aus Induktivitäten 3, 6 und Kapazitäten 2, 5 gebildet, wobei der Stütz­ kondensator mit verwendet wird.

In diesem Fall ist zur Reduzierung der direkten elektromagnetischen Kopplung die Spannungsquelle 1 und das Kabel 7 als Meßobjekt mit der Teilentladungsmeßein­ richtung 9, 12 räumlich voneinander getrennt, wobei die Spannungszuführung über ein koaxiales Hochspannungs­ kabel vorgenommen wird, daß mit seiner Impedanz für das Störfilter mit berücksichtigt wird.

Die Auswertung der Teilentladungsmessung erfolgt direkt am Kabel 7 als Meßobjekt oder es wird durch einen Impedanzwandler 10 eine niederohmige Wandlung vorge­ nommen, um eine Auswerteeinrichtung 12 über ein Ko­ axialkabel oder Lichtwellenleiter 11 einzuschalten. Die Bedienung der Prüfanlage und die Auswertung der Teil­ entladungssignale wird dann an einer Stelle durchge­ führt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Teilentladungsmessung bei Kabel­ prüfungen von Kabeln mit PE- oder VPE-Isolation, insbesondere Hochspannungskabel, wobei über eine Spannungsquelle eine Aufladung des Kabels erfolgt und eine Ladungsänderung beim Spannungszusammen­ bruch in Isolierstoffbereichen mit verminderter Festigkeit über eine Meßeinrichtung erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfspannung eine VLF-Cosinusrechteckspannung verwendet und am Kabel (7) eine Teilentladungsmeßeinrichtung (9) über einen Koppelkondensator (8) angeschlossen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein VLF- Prüfspannungsgenerator (1) über ein Stützkonden­ sator (5) mit dem Kabel (7) verbunden und am Kabel über einen Koppelkondensator (8) eine Teilentlade­ meßeinrichtung (9) anschaltbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der VLF-Prüfspannungsgenerator (1) über ein Tiefpaßfilter (5, 6) mit dem Kabel (7) verbunden ist, der mit dem Stützkondensator (5) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der VLF-Prüfspannungsgenerator (1) vom Kabel (7) mit der angeschlossenen Teilent­ ladungsmeßeinrichtung (9) über eine Kabelverbindung (4) getrennt angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Signale der Teilentladungsmeßeinrich­ tung (9) zum getrennten VLF-Prüfspannungsgenerator (1) mit einer Auswerteeinrichtung (12) über ein Wandler (10) und eine Übertragungsleitung (11) ver­ bunden sind.