Verfahren und Vorrichtung zur Messung von dielektrischen Kenngrößen der Isolation von Hochspannungsgeräten Method and device for measuring dielectric characteristics of the insulation of high-voltage devices
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung des von dielektrischen Kenngrößen der Isolation von Hochspannungsgeräten, wie z.B. Hochspannungs-Durchführungen in elektrischen Energieanlagen und dergleichen, insbesondere zur Messung des dielektrischen Verlustfaktors (ΤΑΝδ) und/oder der zeitlichen Änderung der dielektrischen Längskapazität (Delta-C1 ). The invention relates to a method and a device for measuring the dielectric characteristics of the insulation of high-voltage devices, such. High-voltage bushings in electrical power plants and the like, in particular for measuring the dielectric loss factor (ΤΑΝδ) and / or the temporal change of the dielectric longitudinal capacity (delta-C1).
Die Messung des dielektrischen Verlustfaktors, des sog. Tangens Delta (ΤΑΝδ), der Isolation von Hochspannungsgeräten ist ein wichtiges diagnostisches Mittel, um den Betriebszustand eines Hochspannungsgerätes zu beurteilen. Ebenso ist die zeitliche Änderung der dielektrischen Längskapazität von Interesse, um die Intaktheit der Isolation, insbesondere der kapazitiven Feldsteuerung, zu beurteilen. The measurement of the dielectric loss factor, the so-called tangent delta (ΤΑΝδ), the isolation of high voltage equipment is an important diagnostic tool to assess the operating state of a high voltage device. Likewise, the temporal change of the dielectric longitudinal capacitance is of interest in order to assess the integrity of the insulation, in particular the capacitive field control.
Der dielektrische Verlustfaktor ist ein Maß für die Güte der Isolation. Umso höher er ist, desto schlechter ist die Isolation. Das Versagen der Isolation kündigt sich oftmals durch einen Anstieg des elektrischen Verlustfaktors an. Da die Wirkanteile der Ströme im Dielektrikum von Mechanismen hervorgerufen werden, die erst bei höheren Spannungen auftreten (z.B. Teilentladungen und/oder nicht lineares Verhalten der Restleitfähigkeiten), ist es wichtig, das zu messende Objekt bzw. das Gerät selbst während der Offline-Messung mit einer Hochspannung zu belasten, die in der Größenordnung der Betriebsspannung liegt, um somit realistische Messergebnisse zu erhalten. The dielectric loss factor is a measure of the quality of the insulation. The higher it is, the worse the isolation. The failure of the insulation often announces itself by an increase of the electrical loss factor. Since the active components of the currents in the dielectric are caused by mechanisms which only occur at higher voltages (eg partial discharges and / or non-linear behavior of the residual conductivities), it is important to include the object to be measured or the device itself during the offline measurement To load a high voltage, which is in the order of the operating voltage, thus obtaining realistic measurement results.
Die dielektrische Längskapazität bzw. ihre zeitliche Änderung ist eine Kenngröße, um die Intaktheit der Isolation, insbesondere der kapazitiven Feldsteuerung, zu ermitteln. Die dielektrische Längskapazität (auch C1 The dielectric longitudinal capacitance or its temporal change is a parameter in order to determine the integrity of the insulation, in particular of the capacitive field control. The dielectric longitudinal capacitance (also C1
BESTÄTIGUNGSKOPIE
Kapazität genannt) wird üblicherweise vor Auslieferung des Gerätes und regelmäßig im Rahmen der Wartung gemessen und es wird geprüft, ob sich zeitliche Änderungen ergeben haben. Eine Vergrößerung der Längskapazität wäre ein Anzeichen für einen Teildurchschlag in der Isolation. Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise die Messung der zeitlichen Änderung der C1 Kapazität an Kondensator-Durchführungen von Leistungstransformatoren. CONFIRMATION COPY Capacity) is usually measured before delivery of the device and regularly as part of the maintenance and it is checked whether there have been changes over time. An increase in the longitudinal capacity would be an indication of a partial breakdown in the insulation. A typical application is, for example, the measurement of the time change of the C1 capacitance on capacitor feedthroughs of power transformers.
Was die andere Kenngröße, den dielektrischen Verlustfaktor angeht, so wird dieser üblicherweise im Rahmen einer Offline-Messung vor Auslieferung des Gerätes oder während seiner Stillstandszeit (z.B. Wartungsintervall) durchgeführt. Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise die Messung des ΤΑΝδ an Kondensator-Durchführungen von Leistungstransformatoren. Die hierfür verwendete klassische Messmethode ist der Abgleich einer sog. Schering Messbrücke und wird hier anhand der Fig. 1 veranschaulicht: As far as the other parameter, the dielectric loss factor, is concerned, it is usually carried out in the context of an offline measurement before the device is delivered or during its standstill period (for example maintenance interval). A typical application is, for example, the measurement of ΤΑΝδ on capacitor feedthroughs of power transformers. The classical measuring method used for this purpose is the alignment of a so-called Schering measuring bridge and is illustrated here with reference to FIG. 1:
Das in der Fig. 1 dargestellte Prinzip der herkömmlichen ΤΑΝδ -Messung benötigt auf der Hochspannungsseite HS eine hochgenaue verlustarme Hochspannungskapazität, die sog. Normalkapazität CN und auf der Niederspannungs- bzw. Erdseite ES die sog. Schering-Mess-Brücke SMB. Wenn der Abgleich hergestellt ist, d.h. der Brückenstrom Null wird, werden aus den bekannten Größen der Messbrücke und der Normalkapazität CN die unbekannten (gesuchten) Größen C1 und R1 ermittelt, aus denen schließlich der elektrische Verlustfaktor TAN δ berechnet werden kann. Die schematische Darstellung nach Fig. 1 gibt die Grundstruktur dieses bekannten Messverfahrens wieder. In der Praxis ist die genaue Bestimmung des Verlustfaktors noch etwas aufwändiger als es in Fig. 1 dargestellt wird, da insbesondere auch Erdstreukapazitäten, die das Ergebnis verfälschen, in der Messung kompensiert werden müssen. The principle of the conventional ΤΑΝδ measurement illustrated in FIG. 1 requires a high-precision, low-loss high-voltage capacitance on the high-voltage side HS, the so-called normal capacitance CN and on the low-voltage or ground side ES the so-called Schering measuring bridge SMB. If the balance is established, ie the bridge current becomes zero, the known (sought) quantities C1 and R1 are determined from the known sizes of the measuring bridge and the normal capacitance C N , from which finally the electrical loss factor TAN δ can be calculated. The schematic representation of FIG. 1 shows the basic structure of this known measuring method. In practice, the exact determination of the loss factor is still somewhat more complex than shown in FIG. 1, since in particular earth leakage capacitances which falsify the result must also be compensated in the measurement.
Die klassische Methode der Verlustfaktorbestimmung mit Hilfe der Schering- Brücke erfordert den Einsatz einer Normalkapazität, die recht teuer in der Anschaffung ist. Daher ist dieses bekannte Messverfahren aus wirtschaftlichen Gründen quasi nur während der Stillstandszeit des jeweiligen
Hochspannungsgerätes möglich (Offline-Messung) und ein dauernder Einsatz (im Online Betrieb) der Normalkapazität CN ist faktisch von der praktischen Anwendung ausgeschlossen. Aufgrund der oft sehr langen Zeiträume zwischen den Stillstandszeiten und aufgrund der Wichtigkeit der Kenntnis des dielektrischen Verlustfaktors zur Beurteilung des Zustandes der Isolation ist es wünschenswert, ein verbessertes und kostengünstigeres Verfahren zur Online- Messung des dielektrischen Verlustfaktors zu finden. Dasselbe gilt auch für die Kenngröße der dielektrischen Längskapazität, bzw. ihrer zeitlichen Änderung. The classical method of determining the loss factor using the Schering bridge requires the use of a standard capacity, which is quite expensive to purchase. Therefore, this known measuring method for economic reasons, virtually only during the downtime of the respective High voltage device possible (offline measurement) and a continuous use (in online operation) of the normal capacity C N is in fact excluded from the practical application. Because of the often very long periods between downtime and because of the importance of knowing the dielectric loss factor to assess the state of the isolation, it is desirable to find an improved and less costly method of measuring the dielectric loss factor online. The same applies to the characteristic of the dielectric longitudinal capacitance or its temporal change.
In dem Artikel „Mobiles Prüfsystem zur Isolationsdiagnose elektrischer Betriebsmittel" von T. Strehl und A. Engelmann, erschienen in der Fachzeitschrift „ETZ", Heft Nr. 18, 2003, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Referenzmessung auf Hochspannungsniveau mit Hilfe einer Referenzkapazität erforderlich ist. Die Ermittlung des Verlustwinkels geschieht durch Messung der Phasenverschiebung zwischen den Signalen eines Messzweiges und denen eines Vergleichszweiges. Die Daten werden in Echtzeit mit Hilfe von faseroptischer Übertragung der Messwerte in einen digitalen Signalprozessor übertragen; somit kann in Echtzeit die Phasenverschiebung der Signale ermittelt werden. Dieses Verfahren eignet sich zwar grundsätzlich für eine Online-Messung, ist aber aus wirtschaftlichen Gründen eher nicht anzuwenden, da hier ebenfalls eine Hochspannungsnormalkapazität benötigt wird. In the article "Mobile Test System for Isolation Diagnosis of Electrical Equipment" by T. Strehl and A. Engelmann, published in the journal "ETZ", Issue No. 18, 2003, a method is proposed in which a reference measurement at high voltage level using a reference capacitance is required. The determination of the loss angle is done by measuring the phase shift between the signals of a measuring branch and those of a comparison branch. The data is transmitted in real time by means of fiber optic transmission of the measured values into a digital signal processor; Thus, the phase shift of the signals can be determined in real time. Although this method is basically suitable for on-line measurement, it is rather not suitable for economic reasons, since a high-voltage standard capacitance is also required here.
In DE 10 2008 004 804 A1 wird ein Verfahren eines Fehlers in eine Kondensatordurchführung beschrieben, wobei insbesondere der Delta-C1-Wert bestimmt wird. Das Verfahren ist vornehmlich für mehrphasige Transformatoren geeignet. DE 10 2008 004 804 A1 describes a method of an error in a capacitor bushing, wherein in particular the delta C1 value is determined. The method is primarily suitable for multi-phase transformers.
Die EP 1 039 304 A2 befasst sich vor allem mit der Messung von Messgrößen, nämlich Eingangsspannungen an einer Hochspannungsdurchführung und ermöglicht ein effizientes Messen von Spitzenwert und Effektivwert der betrachteten Eingangsspannung. Das Messen des elektrischen Verlustfaktors,
der Längskapazität, sowie deren zeitliche Änderung, werden dort jedoch nicht behandelt. Above all, EP 1 039 304 A2 deals with the measurement of measured quantities, namely input voltages at a high-voltage bushing, and enables an efficient measurement of peak value and effective value of the considered input voltage. Measuring the electrical loss factor, the longitudinal capacity, as well as their temporal change, are not treated there however.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren sowie Vorrichtungen zur Messung der eingangs genannten Kenngrößen der Isolation, insbesondere des dielektrischen Verlustfaktors und/oder der Längskapazität bzw. ihrer Änderung, vorzuschlagen, um die genannten Nachteile zu überwinden und eine effiziente Online-Messung der dielektrischen Kenngrößen zu ermöglichen. The object of the invention is to propose methods and devices for measuring the above-mentioned characteristics of the insulation, in particular the dielectric loss factor and / or the longitudinal capacity or its change, in order to overcome the disadvantages mentioned and to an efficient online measurement of the dielectric characteristics enable.
Gelöst wird die Aufgabe durch Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Verfahrensansprüche sowie durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Vorrichtungsansprüche. The object is achieved by methods with the features of the independent method claims and by devices with the characteristics of the independent device claims.
Demnach wird ein Verfahren zur Messung des dielektrischen Verlustfaktors der Isolation von Hochspannungsgeräten vorgeschlagen, das folgende Schritte aufweist. Accordingly, a method for measuring the dielectric loss factor of the insulation of high-voltage equipment is proposed, which comprises the following steps.
- Erfassen einer elektrischen Feldstärke an einem ersten Messpunkt auf der Hochspannungsseite des Hochspannungsgerätes; - detecting an electric field strength at a first measuring point on the high voltage side of the high voltage device;
- Bilden von ersten Abtastwerten eines ersten zeitlichen Signalverlaufs einer zu der erfassten Feldstärke proportionalen ersten Messgröße in Abhängigkeit einer Zeitreferenz, die von einem ersten Zeitgeber vorgegeben wird; - Forming first samples of a first temporal waveform of a proportional to the detected field strength first measured variable in dependence on a time reference, which is predetermined by a first timer;
- Erfassen einer elektrischen Spannung an einem zweiten Messpunkt auf der Erdseite bzw. an einem dortigen Messanschluss des Hochspannungsgerätes; - Detecting an electrical voltage at a second measuring point on the ground side or at a local measuring terminal of the high voltage device;
- Bilden von zweiten Abtastwerten eines zweiten zeitlichen Signalverlaufs einer zu der erfassten Spannung proportionalen zweiten Messgröße in Abhängigkeit der Zeitreferenz; - Forming second samples of a second temporal waveform of a voltage proportional to the detected second measured variable in dependence on the time reference;
- Vergleichen der zweiten Abtastwerte der zweiten Messgröße mit den ersten Abtastwerten der ersten Messgröße, um den Phasenwinkel einer zwischen den Signalzeitverläufen auftretenden Phasenverschiebung zu bestimmen; und
- Anwenden der Tangensfunktion auf den Phasenwinkei, um für den dielektrischen Verlustfaktor zu bestimmen. Comparing the second samples of the second measured variable with the first samples of the first measured variable to determine the phase angle of a phase shift occurring between the signal time profiles; and Apply the tangent function to the phase angle to determine the dielectric loss factor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche geeignet ist, das Verfahren zum Messen des dielektrischen Verlustfaktors durchzuführen, weist folgende Komponenten bzw. Einheiten auf: The device according to the invention, which is suitable for carrying out the method for measuring the dielectric loss factor, has the following components or units:
eine erste Erfassungseinheit zum Erfassen der elektrischen Feldstärke an dem ersten Messpunkt, wobei diese Erfassungseinheit den ersten zeitlichen Signalverlauf der entsprechenden ersten Messgröße (z.B. Messspannung am Kopf einer Kondensator-Durchführung) in Abhängigkeit der Zeitreferenz bildet; eine zweite Erfassungseinheit zum Erfassen der elektrischen Spannung an dem zweiten Messpunkt, wobei diese Erfassungseinheit den zweiten zeitlichen Signalverlauf der entsprechenden zweiten Messgröße (z.B. Messspannung am erdseitigen Messanschluss der Kondensator-Durchführung) in Abhängigkeit derselben Zeitreferenz (eine gemeinsame Zeitbasis) bildet; und a first detection unit for detecting the electric field strength at the first measurement point, said detection unit forming the first time waveform of the corresponding first measurement quantity (e.g., measurement voltage at the head of a capacitor conduction) in response to the time reference; a second detecting unit for detecting the electric voltage at the second measuring point, this detecting unit forming the second time waveform of the corresponding second measured quantity (e.g., measuring voltage at the earth-side measuring terminal of the capacitor feed-through) in response to the same time reference (a common time base); and
eine Auswertungseinheit, die den Signalzeitverlauf der zweiten Messgröße mit dem Signalzeitverlauf der ersten Messgröße bzw. der entsprechenden Abtastwerte vergleicht, um den Phasenwinkel einer zwischen den Signalzeitverläufen auftretenden Phasenverschiebung zu bestimmen; wobei die Tangensfunktion angewendet wird, um schließlich den dielektrischen Verlustfaktor zu bestimmen. an evaluation unit which compares the signal time characteristic of the second measured variable with the signal time characteristic of the first measured variable or the corresponding sampling values in order to determine the phase angle of a phase shift occurring between the signal time profiles; where the tangent function is applied to finally determine the dielectric loss factor.
Desweiteren wird ein Verfahren zur Messung einer Änderung der dielektrischen Längskapazität der elektrischen Isolation von Hochspannungsgeräten mit prinzipiell denselben anfänglichen Schritten wie folgt durchgeführt: Furthermore, a method for measuring a change in the dielectric longitudinal capacitance of the electrical insulation of high-voltage devices is carried out with in principle the same initial steps as follows:
- Erfassen der elektrischen Feldstärke an dem ersten Messpunkt auf der Hochspannungsseite des Hochspannungsgerätes; - detecting the electric field strength at the first measuring point on the high voltage side of the high voltage device;
- Bilden von den ersten Abtastwerten des ersten zeitlichen Signaiveriaufs des zu der erfassten Feldstärke proportionalen ersten Messgröße in Abhängigkeit der Zeitreferenz, die von dem ersten Zeitgeber vorgegeben wird; - forming the first samples of the first temporal signal interval of the first measured variable proportional to the detected field strength as a function of the time reference predetermined by the first timer;
- Erfassen der elektrischen Spannung an dem zweiten Messpunkt an dem erdseitigen Messanschluss des Hochspannungsgerätes; und
- Bilden von den zweiten Abtastwerten des zweiten zeitlichen Detecting the electrical voltage at the second measuring point at the ground-side measuring terminal of the high-voltage device; and Forming the second samples of the second temporal
Signalverlaufs der zu der erfassten Spannung proportionalen zweiten Messgröße in Abhängigkeit der Zeitreferenz. Waveform of the second measured variable proportional to the detected voltage as a function of the time reference.
Anschließend werden folgende Schritte (Variante zum ersten Verfahren) durchgeführt: Subsequently, the following steps (variant of the first method) are carried out:
- Vergleichen der zweiten Abtastwerte der zweiten Messgröße mit den ersten Abtastwerten der ersten Messgröße, um ein Amplituden- Verhältnis der Messgrößen zu bestimmen; und Comparing the second samples of the second measured variable with the first samples of the first measured variable to determine an amplitude ratio of the measured quantities; and
- Überwachen des Amplituden-Verhältnisses auf seine zeitliche - Monitoring the amplitude ratio to its temporal
Veränderung hin (d.h. Bestimmung der gesuchten Kapazitätsänderung Delta-C1 ). Change (i.e., determination of the desired capacitance change Delta-C1).
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ebenfalls die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt, wobei die Auswertungseinheit die zweiten Abtastwerte der zweiten Messgröße mit den ersten Abstastwerten der ersten Messgröße vergleicht, um das Amplituden-Verhältnis der Messgrößen zu bestimmen und das Amplituden-Verhältnis auf seine zeitliche Veränderung hin überwacht. The device according to the invention is likewise used to carry out this method, wherein the evaluation unit compares the second samples of the second measured variable with the first samples of the first measured variable to determine the amplitude ratio of the measured quantities and monitors the amplitude ratio for its temporal change.
Die Erfindung schlägt demnach vor, an dem ersten Messpunkt die dort vorherrschende elektrische Feldstärke zu messen und an dem zweiten Messpunkt die dort anliegende elektrische Spannung zu messen, um durch Auswertung der Messgrößen die besagten Kenngrößen (ΤΑΝδ und/oder Delta- C1 ) zu ermitteln. The invention therefore proposes to measure the electrical field strength prevailing there at the first measuring point and to measure the electrical voltage applied there at the second measuring point in order to determine the said characteristic quantities (ΤΑΝδ and / or delta C1) by evaluating the measured variables.
Hierdurch wird erreicht, dass mit kostengünstigen Komponenten eine zuverlässige Online-Messung von ΤΑΝδ sowie Delta-C1 ermöglicht wird. Insbesondere ist es bei der Erfindung nicht erforderlich, eine Normalkapazität, eine faseroptische Ü bertrag ungsstrecke und einen digitalen Signalprozessor mit hoher Rechenleistung einsetzen zu müssen. Die Erfindung ist besonders zur Messung des ΤΑΝδ sowie Delta-C1 an größeren Hochspannungsgeräten geeignet, wo die Messpunkte relativ weit voneinander beabstandet sind, wie z.B. an Kondensator-Durchführungen für Hochspannungs-Transformatoren und
dergleichen. Die Erfindung kann sowohl bei einphasigen wie auch mehrphasigen Hochspannungsgeräten eingesetzt werden. This ensures that cost-effective components enable a reliable online measurement of ΤΑΝδ and Delta-C1. In particular, it is not necessary in the invention to use a normal capacity, a fiber optic Ü transmission link and a digital signal processor with high computing power. The invention is particularly suitable for measuring ΤΑΝδ and delta-C1 on larger high-voltage equipment, where the measuring points are relatively far apart, such as on capacitor bushings for high-voltage transformers and like. The invention can be used in both single-phase and multi-phase high voltage devices.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich auch den Unteransprüchen. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher im Detail beschrieben: In the following, the invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments and with reference to the enclosed figures:
Die Fig. 1 veranschaulicht die Ausgangssituation der Erfindung, nämlich das Fig. 1 illustrates the initial situation of the invention, namely
Prinzip einer herkömmlichen Messmethode zur Bestimmung des ΤΑΝδ und der Längskapazität C1 mit Hilfe einer Schering-Messbrücke. Principle of a conventional measuring method for determining the ΤΑΝδ and the longitudinal capacitance C1 with the aid of a Schering measuring bridge.
Die Fig. 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des elektrischen Verlustfaktors an einem Hochspannungsgerät in Gestalt einer Kondensator-Durchführung. Fig. 2 shows the structure of a device according to the invention for measuring the electrical loss factor on a high voltage device in the form of a capacitor implementation.
Die Fig. 3 zeigt den zeitlichen Signalverlauf der Messgrößen, sowie deren FIG. 3 shows the temporal signal course of the measured variables, as well as their
Phasenverschiebung aus der sich der ΤΑΝδ ergibt. Phase shift from which the ΤΑΝδ results.
Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagram (flowchart) für ein von der FIG. 4 shows a schematic flow diagram for one of the
Vorrichtung nach Fig. 2 durchgeführtes, erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung des elektrischen Verlustfaktors und/oder des DeltaCL Device according to FIG. 2, carried out according to the invention method for measuring the electrical loss factor and / or the DeltaCL
Im Unterschied zu dem Stand der Technik nach Fig. 1 , bei dem eine Schering- Messbrücke SMB und ein Normalkapazität CN eingesetzt werden, ist erfindungsgemäß nun eine kostengünstig zu realisierende Vorrichtung 100 zum Messen der dielektrischen Kenngrößen, insbesondere des Verlustfaktors ΤΑΝδ und/oder der Längskapazität bzw. deren Änderung vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei räumlich zueinander beabstandete Einheiten, nämlich eine erste Erfassungseinheit 1 10 und einer zweiten Erfassungseinheit 120. Die erste Erfassungseinheit 110 ist auf der Hochspannungsseite HS eines Hochspannungsgerätes MO, welches das Messobjekt darstellt, angeordnet,
nämlich am Kopf einer Kondensator-Durchführung KD. Die erste Erfassungseinheit 1 10 misst dort an einem ersten Messnunkt M1 mittels eines. Feldsensors 1 1 1 die dort vorherrschende elektrische Feldstärke bzw. als Messgröße eine entsprechende erste Messspannung US. In contrast to the prior art according to FIG. 1, in which a Schering measuring bridge SMB and a normal capacitance C N are used, according to the invention a device 100 for realizing the dielectric characteristics, in particular the loss factor ΤΑΝδ and / or the Longitudinal capacity or its change provided. The device comprises at least two spatially spaced units, namely a first detection unit 110 and a second detection unit 120. The first detection unit 110 is arranged on the high-voltage side HS of a high-voltage device MO, which represents the measurement object. namely at the head of a capacitor bushing KD. The first detection unit 1 10 measures there at a first measurement point M1 by means of a. Field sensor 1 1 1 there the prevailing electric field strength or as a measured variable a corresponding first measurement voltage US.
Die zweite Erfassungseinheit 120 befindet sich am erdseitigen Messanschluss bzw. Messpunkt Mll der Kondensator-Durchführung KD und erfasst dort eine Spannung bzw. die entsprechende Messgröße, d.h die über einer Messkapazität 121 abfallende zweite Messspannung UM. Die Erfassungseinheiten enthalten Signalverstärker 1 12 bzw. 122 zur Verstärkung der Messspannungen und enthalten Auswerteeinheiten 1 13 bzw. 123, um die Messgrößen, wie nachfolgend beschrieben, auszuwerten. The second detection unit 120 is located at the ground-side measuring terminal or measuring point Mll of the capacitor bushing KD and detects there a voltage or the corresponding measured variable, that is, the falling over a measuring capacitance 121 second measuring voltage UM. The detection units contain signal amplifiers 1 12 and 122 for amplifying the measurement voltages and contain evaluation units 1 13 and 123, respectively, in order to evaluate the measured variables, as described below.
Jede Erfassungseinheit 1 10 und 120 enthält weiterhin einen Zeitgeber 5 bzw. 125, der eine Zeitreferenz entsprechend eines (externen) Triggersignals TR erzeugt, um die Messung in beiden Erfassungseinheiten auf eine einheitliche Zeitbasis zu beziehen, damit die gewonnenen Mess-Daten bzgl. derEach detection unit 1 10 and 120 also contains a timer 5 or 125, which generates a time reference corresponding to an (external) trigger signal TR, in order to obtain the measurement in both detection units on a uniform time base, so that the measured data obtained with respect
Zeitverläufe der Messspannungen Us und UM) schließlich miteinander verglichen werden können. Die Messungen bzw. die Zeitgeber werden auf ein externes Triggersignal synchronisiert, das z.B. aus einem Zeitbasis-Signal bzw. einem GPS-Signal abgeleitet wird. Time courses of the measuring voltages Us and UM) can finally be compared with each other. The measurements or the timers are synchronized to an external trigger signal, e.g. derived from a time base signal or a GPS signal.
Um eine ausreichende Genauigkeit der gewünschten Messung insbesondere der ΤΑΝΔ Messung zu erreichen, wird eine möglichst genaue Zeitbasis benötigt. Die Genauigkeit z.B. eines von einem GPS-Empfänger erzeugten Triggers ist mit ~300 ns Ungenauigkeit ausreichend. In einem 50 Hz-System können gute Messergebnisse z.B. mit einer Abtastrate von etwa 500 kSamples/s und einer Speichertiefe von z.B. 10000 Werten erreicht werden. Die Auswertung kann asynchron in einer zentralen Auswertungseinheit oder auch in einer in der Vorrichtung 100 integrierten Auswertungseinheit ausgeführt werden.
Die erste Erfassungseinheit 1 10 enthält hierzu ein Sendemodul 1 14, hier z.B. ein bidirektionales Funkmodul (z.B. auf Basis ZigBee), das Daten DAT über den ersten zeitlichen Signalverlauf der ersten Messgröße bzw. der erstenIn order to achieve a sufficient accuracy of the desired measurement, in particular the ΤΑΝΔ measurement, the most accurate time base is needed. The accuracy of, for example, a trigger generated by a GPS receiver is sufficient with ~ 300 ns inaccuracy. In a 50 Hz system, good measurement results can be achieved eg with a sampling rate of about 500 kSamples / s and a memory depth of eg 10000 values. The evaluation can be carried out asynchronously in a central evaluation unit or else in an evaluation unit integrated in the device 100. For this purpose, the first detection unit 110 contains a transmission module 1 14, here for example a bidirectional radio module (eg based on ZigBee), the data DAT over the first time waveform of the first measured variable or the first one
Messspannung Us, insbesondere auf die Zeitreferenz bezogeneMeasuring voltage Us, in particular related to the time reference
Amplitudenwerte, an die Auswertungseinheit 123 sendet, welche dann diese Daten DAT mit zweiten Daten bzgl. des zweiten zeitlichen Signalverlaufs der zweiten Messgröße (Messspannung UM) vergleicht. Zum Empfang der Daten DAT enthält die zweite Erfassungseinheit 120 ein geeignetes Funkmodul 124, hier z.B. ebenfalls ZigBee-Funkmodul. Amplitude values sent to the evaluation unit 123, which then compares this data DAT with second data with respect to the second temporal waveform of the second measured variable (measuring voltage UM). For receiving the data DAT, the second detection unit 120 includes a suitable radio module 124, here e.g. also ZigBee radio module.
Die Auswertungseinheit 123 zur Berechnung des ΤΑΝδ bzw. des Delta-C1 anhand der gewonnen Daten ist hier in die zweite Erfassungseinheit 120 integriert, kann aber auch in einem externen Rechner bzw. PC vorgesehen sein. Die Auswertungseinheiten sind z.B. durch Mikrocontrollereinheiten, kurz MCUs, realisiert. The evaluation unit 123 for calculating the ΤΑΝδ or the delta C1 on the basis of the data obtained here is integrated into the second detection unit 120, but may also be provided in an external computer or PC. The evaluation units are e.g. realized by microcontroller units, short MCUs.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen eine Referenz- bzw. Normalkapazität (siehe CN in Fig. 1 ) mit genau bekannten und zeitlich stabilen Eigenschaften (Kapazität und dielektrischer Verlustfaktor) ständig benötigt wird, verwendet die vorliegende Erfindung einen E-Feld-Sensor 1 11 , der den zeitlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke, die am Kopf der Durchführung MO oder auf der angeschlossenen Leitung auftritt, misst. In contrast to known methods in which a reference or normal capacity (see C N in FIG. 1) with well-known and time-stable characteristics (capacitance and dielectric loss factor) is constantly needed, the present invention uses an E-field sensor 1 11, which measures the time course of the electric field strength which occurs at the top of the feedthrough MO or on the connected line.
Die Messung der elektrischen Feldstärke auf Hochspannungsniveau hat den Vorteil, dass die Teilkapazität, an der der größte Teil der Hochspannung abfällt, stabil bleibt, weil der Feldraum zwischen Feldplatte und Erde aus Luft besteht und somit keinen langzeitigen Änderungen unterworfen ist. The measurement of the electric field strength at high voltage level has the advantage that the partial capacitance at which most of the high voltage drops, remains stable, because the field space between field plate and earth consists of air and thus is not subject to long-term changes.
Das externe Triggersignal TR kann nicht nur durch eine GPS-Zeitreferenz erzeugt werden, sondern auch z.B. durch ein externes Funksignal (übertragen durch Luft), durch ein optisches Signal (übertragen durch Luft oder durch Lichtwellenleiter) oder durch eine andere hochgenaue Zeitbasis erzeugt werden (z.B. auch durch eine interne Clock). Mit Hilfe der Zeitbasis werden die
Messwerte, welche auf Hochspannungsseite HS und auf Erdseite ES erfasst werden, zeitlich zueinander in Übereinstimmung gebracht (s. Fig. 3), um insbesondere die Phasenverschiebung d zu bestimmen. Aber auch die Amplitudenwerte für die Bestimmung der Längskapazität müssen zeitliqh zueinander korrelieren. The external trigger signal TR can be generated not only by a GPS time reference, but also by, for example, an external radio signal (transmitted through air), an optical signal (transmitted through air or optical fiber), or other highly accurate time base (eg also by an internal clock). With the help of the time base, the Measured values, which are detected on the high-voltage side HS and on the earth side ES, are brought into coincidence with one another in terms of time (see Fig. 3), in particular to determine the phase shift d. But also the amplitude values for the determination of the longitudinal capacity must correlate temporally with respect to each other.
Nach erfolgter Abspeicherung des Messsignals UM und nach Empfang derAfter saving the measuring signal UM and after receiving the
Daten DAT des Messsignals Us aus der Erfassungseinheit 1 10 werden die beiden Signale miteinander verglichen (s. Fig. 3). Der Vergleich besteht darin, dass die Phasenverschiebung der beiden Signale zueinander ermittelt wird. Dies kann z.B. mit Hilfe einer Autokorrelationsfunktion erfolgen. Ebenso kann durch Quotientenbildung der Amplitudenwerte und Überwachung der zeitlichen Änderung erkannt, werden, ob und wie die Längskapazität sich ggfs. geändert hat. Data DAT of the measurement signal Us from the detection unit 10, the two signals are compared with each other (see Fig. 3). The comparison is that the phase shift of the two signals is determined to each other. This can e.g. with the help of an autocorrelation function. Likewise, it can be detected by quotient formation of the amplitude values and monitoring of the temporal change, whether and how the longitudinal capacitance has possibly changed.
Die beschriebene Vorrichtung 100 bzw. das System ist insbesondere zur Online-Messung der Kenngrößen, wie z.B. ΤΑΝδ und/oder Delta-C1 geeignet. Nach der Installation des Systems wird das System kalibriert. Dies kann mit Hilfe des Prüfprotokolls der Durchführung oder einer Offline Messung im Rahmen von Servicearbeiten erfolgen. Der nach Inbetriebnahme ermittelte ΤΑΝδ wird mit dem Offline ermittelten Wert verglichen und der Fehler ermittelt. Der Fehler kann z.B. dadurch entstehen, dass die gemessene Feldstärke in geringem Maße auch von den Spannungen der Nachbarphasen bestimmt wird (Übersprechen) und es somit zu einem Phasenfehler kommt. Da dieser Fehler geometrisch bedingt ist, wird er sich nicht ändern, solange keine Änderungen der Geometrie vorgenommen werden (z.B. Hinzufügen von Abschirmkalotten, weiteren HS-Geräten etc.). Im Falle einer solchen Änderung muss das System erneut kalibriert werden. Mit jeder später gemessenen Änderung des Phasenwinkels δ kann somit der gesuchte Phasenwinkel oder dessen Tangens (ΤΑΝδ) ermittelt werden. The described device 100 or the system is particularly suitable for the on-line measurement of the characteristics, e.g. ΤΑΝδ and / or delta-C1 suitable. After installing the system, the system will be calibrated. This can be done with the aid of the test protocol of the execution or an offline measurement within the scope of service work. The ΤΑΝδ determined after commissioning is compared with the value determined offline and the error is determined. The error may e.g. The result of this is that the measured field strength is to a small extent also determined by the voltages of the neighboring phases (crosstalk) and thus a phase error occurs. Since this error is geometrically conditioned, it will not change unless changes in the geometry are made (e.g., adding shielding capsules, other HS equipment, etc.). In case of such a change, the system must be recalibrated. With each later measured change in the phase angle δ, the desired phase angle or its tangent (ΤΑΝδ) can thus be determined.
Die Erfindung ist auch sehr gut geeignet für Anwendungen bei Spannungswandlern, in Gasisolierten Schaltanlagen usw..
The invention is also very well suited for applications in voltage transformers, in gas-insulated switchgear, etc.