Osittainen purkaus

Osittainen purkaus (lyhennetty TE ) tai esipurkaus on termi korkeajännitetekniikasta , joka koskee ensisijaisesti eristemateriaalien muotoa ja ominaisuuksia . Jos suurjänniteeristyksessä tai hengitysteissä esiintyy voimakkaasti epähomogeenisia kenttäprofiileja, materiaalille tyypillinen hajoamiskentän voimakkuus voidaan ylittää paikallisesti . Tässä epätäydellisen sähkökatkoksen tilassa elektrodien välinen eristys on vain osittain silloitettu purkauksilla. Tällaisia ​​osittaisia ​​purkauksia tapahtuu pääasiassa silloin, kun eristys altistuu vaihtovirralle .

Osittaisten päästöjen muodostuminen

Kaavamainen kuvaus osittaisen purkauksen muodostumisesta kärkilevyelektrodijärjestelyssä, joka aiheutuu tulevasta säteilystä

Osittaisia ​​päästöjä syntyy väliaineissa, joissa on epähomogeeniset kenttäprofiilit , ulkoisten vaikutusten aiheuttamien elektronien päästöjen kautta vapaiden varausten kantajista. Kuva esittää kaavamaisesti osittaisen purkauksen muodostumista kärkilevyelektrodijärjestelyssä, joka johtuu tulevasta säteilystä. Se osoittaa epähomogeenisen sähkökentän , jossa on atomeja. Säteily tulee ulkopuolelta energian mukana . Tämä voi olla esimerkiksi ultraviolettisäteily tai muu ionisoiva säteily . Jos fotoni osuu atomiin, jolla on riittävä energia löysäämään elektroni sidoksestaan, syntyy vapaa elektroni ( valosähköinen vaikutus ). Tämä puolestaan ​​vetää vallitsevan kentän vuoksi positiivisesti varautuneeseen levyelektrodiin ja voi matkalla vapauttaa elektroneja muista atomista ( lumivyöryvaikutus ). Tämän seurauksena syntyy monia vapaita latauskantajia, jotka muodostavat johtavan kanavan, jossa tapahtuu sähköinen purkaus (varauksen kantajien liike kohti elektrodia). Koska tämä purkaus ei ulotu koko elektrodien väliselle etäisyydelle, sitä kutsutaan osittaiseksi purkaukseksi. Toinen syy osittaiseen purkautumiseen voi olla elektronien "imeminen" elektrodista voimakkaiden kenttien ( kenttäemissio ) vuoksi.

Teknisissä sovelluksissa, erityisesti suurjännitetekniikassa, yritetään estää epähomogeenisten kenttäprofiilien muodostuminen esimerkiksi kentän sirontaelektrodien ja koronarenkaiden avulla . Komponenttien vaurioituminen voi kuitenkin edistää epähomogeenisia kenttäprofiileja ja siten osittaisten päästöjen kehittymistä.

Luokittelu

Termi osittainen purkaus on kattava termi, jonka alla esitetään yhteenveto seuraavista osittaisen purkauksen vaikutuksista.

Ulkoiset osittaiset päästöt (korona)

Ulkoiset osittaiset päästöt ovat vapaiden metallielektrodien pinnoilla tapahtuvia päästöjä ympäröivään ilmatilaan. Ne syntyvät pääasiassa terävillä reunoilla, joissa kentän voimakkuus kasvaa merkittävästi. Tämä ilmiö kuultavien ja näkyvien koronapurkausten kanssa korkeajännitteisissä johdoissa on hyvin tunnettua. Ulkoiset esipurkaukset voidaan välttää kaikkien reunojen pyöreällä muotoilulla sekä kenttää ohjaavilla renkailla. Kenttää ohjaavia renkaita käytetään esimerkiksi suurjännitekaskadeissa. St. Elms palo kuuluu myös ulkoinen osittaispurkauksia.

Sisäiset osittaiset päästöt

Lichtenberg kuva on akryyli kuution, todellinen koko: 76 mm x 76 mm x 51 mm

Kaikkia eristävässä väliaineessa olevia ulkoisesti näkymättömiä purkautumisilmiöitä kutsutaan yleensä sisäisiksi osapurkauksiksi. Eristävä väliaine voi olla kiinteää, nestemäistä tai kaasumaista materiaalia.

Päästöjä tapahtuu, kun väliaineen epähomogeenisuudet ovat voimakkaiden kenttävaikutusten alaisia, esimerkiksi kaasukuplien tapauksessa, jotka ovat eristävässä nesteessä, kuten öljyssä, tai valuhartsissa. Näillä kaasukuplilla, jotka koostuvat ilmasta, hiilidioksidista (esim. Kosteuden vaikutuksesta polyuretaanihartsin kovettumisen aikana) tai öljyn hajoamiskaasuista, on pienempi dielektrisyysvakio kuin ympäröivällä öljyllä, mikä lisää kentän voimakkuutta. Eristysominaisuuksia kaasukuplan kohdalla häiritsee paikallisesti pienempi dielektrinen lujuus, joka on havaittavissa osittaisten purkausten kautta. Valuhartsilla tai kyllästyksellä valmistettujen komponenttien (kytkettyjen virtalähteiden muuntajat, suurjännitekaskadit) sisäänrakennettujen osien väärä kytkentä johtaa myös osittaiseen purkautumiseen. Muita esimerkkejä ovat kapseloimattomat muuntajan käämit, jotka on valmistettu emaloidusta kuparilangasta kytkettyjen virtalähteiden muuntajissa ja löysästi käärityt kalvokondensaattorit vaihtojännitesovelluksia varten. Suojattuihin kaapeleihin vaikutetaan myös, jos punottu suojus tai sisäinen johdin ei ole täysin kosketuksessa dielektrisen kanssa. Koska tämä on tuskin saavutettavissa, tullaan toimeen johtavien kerrosten kanssa rajapinnoissa.

Sisäiset osittaiset päästöt aiheuttavat pitkäaikaisia ​​vaurioita ympäröivälle orgaaniselle eristemateriaalille ultraviolettisäteilyn ja ionisaation vuoksi, ja niitä on siksi vältettävä.

Muuntajat (erityisesti suurjännitemuuntajat ja kytketyn tilan virtalähteet) ovat siksi usein tyhjössä liotettuja tai valettuja tyhjiössä.

Liukuvat päästöt

Liukuva purkaus tällä polykarbonaattilevyllä tuhosi eristimen.

Liukuvien päästöjen tapauksessa osittaisen purkautumisen ilmiö tapahtuu kentän pituisen eristemateriaalin rajakerroksessa. Tällöin sähkökentän homogeeninen kulku on häiriintynyt ja voi johtaa liukuviin purkauksiin rajakerrosta pitkin. Lika ja kosteus edistävät tätä ilmiötä. Puhtaana monien eristemateriaalien dielektrinen lujuus on kuitenkin alhaisempi kuin samanpituisen ilmarakon. Tässäkin nämä liukuvat tai esipurkaukset johtavat vaurioihin, erityisesti orgaanisten eristemateriaalien tapauksessa, vuotovirtausten esiintymiseen ja siten rikkoutumiseen. Liukuvat päästöt voidaan välttää laajentamalla rajakerrosta ja suojaamalla kosteudelta ( eristimien kylkiluut , kyllästys). Toinen toimenpide on määriteltyjen potentiaalien metalliosien kiinnittäminen (kenttäohjaus).

Tärkeys ja mittaustekniikka

Osa keskijännitekojeistosta, joka on vaurioitunut eristeen pinnalla olevien liukuvien purkausten vuoksi

Osittaiset päästöt eivät yleensä ole toivottuja; ne johtavat energiahäviöihin johdoissa ja ionisaation aiheuttamiin haitallisiin vaikutuksiin komponentteihin tai komponentteihin. Siksi suoritetaan osittaiset purkausmittaukset sähkötekniikan komponenteille, kuten muuntajille , kondensaattoreille , suurjänniteholkeille, eristeille , instrumenttimuuntajille ja optoerottimille .

Tässä keskitytään turvallisuusnäkökohtiin, koska kiinteä eristys, joka voi johtaa osittaisiin purkauksiin käytön aikana, ei ole pysyvästi luotettava. Tämän pitkän aikavälin vakauden takaamiseksi PD-mittaus osoittaa, että vaikka osittainen purkaus olisikin, se on turvallisesti raja-arvon alapuolella jälleen korkeimman käyttöjännitteen yläpuolella. Tällä tavoin määritetään osittainen purkautumissammutusjännite (UTA), jonka on oltava yli raja-arvo, joka määritettiin sovelluksen yhteydessä asiakkaan kanssa tehtävän eristyskoordinoinnin yhteydessä. Tätä varten on olemassa erilaisia standardeja muun muassa sähkö-, elektroniikka- ja tietotekniikkaliiton (VDE) ja kansainvälisen sähköteknisen toimikunnan (IEC 60270) alalla .

Osapurkaukset mitataan tyypillisillä mittausvastaanottimilla, jotka ovat alueella noin 100 kHz - muutama MHz. Alempi mittauskynnys on myös harvinainen p vikojen ollessa suojatuissa mittausasemissa alle 1 C: n lämpötilassa . Mittausasemilla oskilloskoopit näyttävät testijännitteen (yleensä 50 Hz, mutta kytkentäisen muuntajan muuntajien ollessa toimintataajuusalueensa) yhdessä suuritaajuisten osapurkauspulssien kanssa ja niiden sijainnista riippuen sallivat lisäkäsittelyjen esimerkiksi siitä, onko se ulkoinen vai sisäinen PD. Tyypillinen määräysten mukainen PD-mittaus sisältää käyttöjännitteen säätämisen arvoon 1,8 kertaa nimellisjännite , joka pidetään tietyn ajan. Tällä jännitteellä ei ole mittausta, se toimii vain "virityksenä". Varsinainen mittaus tapahtuu 1,3-kertaisella nimellisjännitteellä.

Esimerkki turvallisuuteen liittyvistä komponenteista ovat sytytysmuuntajat rautateiden sähkökäyttöjen tehopuolijohteiden ohjaamiseksi, jotka kaikki läpikäyvät 100%: n osittaisen purkauksen mittauksen viimeisessä testissä. Suuret muuntajat ja muut suurjännitekomponentit, esimerkiksi sähköasemissa, tarkistetaan säännöllisesti mobiileilla PD-mittausjärjestelmillä ennaltaehkäisevien huoltotoimenpiteiden ja vaihtotoimenpiteiden suunnittelemiseksi.

Osittaisten päästöjen mittaus

Akustinen mittaus osittaisten purkausten havaitsemiseksi suurjännitejärjestelmässä

Jotta voisi mitata ja arvioida PD impulssien mukaan IEC 60270 (High-jännite testaustekniikoita - Osittaispurkauspulssit mittaus), nämä on erotettu DUT ja syötetään sopivaa arviointijärjestelmä signaalin ilmastointi, signaalinkäsittely , visualisointi ja datan varmuuskopio. Tähän tarkoitukseen on saatavana PD-mittauslaitteita, jotka yleensä mahdollistavat yksikanavaiset PD-mittaukset osittain ennalta määritellyillä kiinteillä taajuuskaistoilla. Nämä mittausjärjestelmät on optimoitu pääasiassa testikentän käyttöön, eivätkä ne anna riittävää joustavuutta esim. B. pystyä välttämään asianmukaisesti taajuudelle kiinteitä häiriöitä, jotka esiintyvät tilapäisesti paikan päällä olosuhteissa muuttamalla mittaustaajuutta tai mittauskaistanleveyttä. Herkät PD-mittaukset työmaalla eivät yleensä ole mahdollisia.

Siksi käytetään muita menetelmiä, esimerkiksi akustisia menetelmiä, ultraviolettisäteilyn havaitsemista, eristemateriaalien hajoamistuotteiden havaitsemista tai PD : n tuottamien radioaaltojen vastaanottamista UHF-alueella.

Osittainen purkausmittauslaite elektronisten komponenttien testaamiseen

Sähköiset ja magneettiset prosessit

Tavanomainen PD-irrotus

Mukaan IEC 60270 (High-jännite testaustekniikoita - Osittaispurkauspulssit mittaus), osittaispurkauksia lopussa mitattiin kaapelin. PD- pulssit irrotetaan mittausimpedanssilla ( nelinapainen irrotus ), joka muuntaa DUT: n kanssa rinnakkain kytketyn kytkentäkondensaattorin pulssimaisen latausvirran varaukseksi vastaavaksi jännitesignaaliksi, jonka aiheuttaa DUT: n paikallinen eristyshäiriö. . Tämä jännitesignaali saavuttaa PD-mittauslaitteen kaapelin kautta .

Mittausympyrät

Testattavan laitteen , kytkentäkondensaattorin ja impedanssin mittauksen ( , ) yhdistelmät ovat mahdollisia. Kuva 2 esittää mittausasetukset maadoitetulla kytkentäkondensaattorilla .

Kuva 2: Mittausasetus maadoitetulla kytkentäkondensaattorilla

Tässä tapauksessa DUT on sarjassa mittausimpedanssin kanssa , mikä johtaa hyvään mittausherkkyyteen pienille kapasitanssiarvoille varustetuille DUT: ille. Testiobjektin rikkoutuessa koko testijännite kohdistetaan mittausimpedanssiin tällä piirillä , joten alavirran mittaustekniikka on suojattava ylijännitteeltä.

Koska maadoitusliitännän eristetty asennus tai erottaminen ei ole mahdollista useimpien korkeajännitteisten testikohteiden kanssa, mittausimpedanssi on tällöin tuotava kytkentäkondensaattorin maahaaraan . Tätä tarkoitusta varten se on asennettava eristetyksi ja testiobjektin maadoitusliitäntä säilyy. Kuva 3 esittää tämän kytkentävaihtoehdon.

Kuva 3: PD-mittaus maadoitetulla DUT: lla

Herkkyys, joka voidaan saavuttaa molemmilla PD-mittauksen nimetyillä muunnoksilla, määräytyy suurelta osin käytettävissä olevan kytkentäkondensaattorin koon ja siten kapasitanssin suhteen testattavaan kohteeseen . PD-pulssin mitattava varaus lasketaan näennäisestä varauksesta seuraavasti:

Kuva 4 kuvaa suhdetta graafisesti.

Kuva 4: Kytkentäkondensaattorin vaikutus

Suurten pituuksiensa johdosta kaapelijärjestelmät edustavat valtavaa kapasitiivista kuormitusta (esim. 400 kV VPE: n lävistäjä Berliini: noin 11,5 km, noin 2,2 μF; Lontoon 400 kV VPE: 20 km, 4, 4 μF; Augsburg 110 kV VPE: noin 3,8 km, noin 700 nF). Paikalla sopivien kytkentäkondensaattoreiden yleisesti saatavilla olevien kapasitanssiarvojen avulla vaadituille jännitetasoille tämä johtaa väistämättä mittausherkkyyden huomattavaan vähenemiseen. PD-mittauksella kytkentäkondensaattorilla ei ole järkeä. Vaihtoehtoisesti kaapelijärjestelmien yksivaiheisissa PD-mittauksissa on mahdollista käyttää naapurivaihetta (tai molempia vierekkäisiä vaiheita, vrt.) Kytkentäkondensaattorina. Tässä vaiheessa luovutaan vaatimuksesta, että kytkentäkondensaattorista tulee PD-vapaa, merkittävästi lisääntyneen mittausherkkyyden hyväksi. Jos PD-signaaleja esiintyy, vertaamalla kuitenkin kaikkien kolmen vaiheen mittaustuloksia, voidaan selkeästi selvittää, mihin vaiheisiin PD vaikuttaa.

Toinen muunnelma kaapelijärjestelmän kahden vaiheen samanaikaisessa mittauksessa on PD-signaalien irrottaminen siltapiirin kautta (katso kuva 5), ​​mikä mahdollistaa korkean tason yhteismoodin hylkäämisen.

Kuva 5: Siltapiiri PD-irrottamiseksi

Tämä mittausperiaate perustuu oletukseen, että DUT: n esiintyvien PD-virheiden mitattavat signaalit eivät korreloi ajoissa kytkentäkondensaattorina toimivan naapurivaiheen pulssien kanssa. Sen sijaan häiriöpulssit (lähinnä kaapelin päihin kytkettyjen rinnakkaisten jännitteisten järjestelmien koronainterferenssit) kulkevat mittauksen molempien vaiheiden läpi ja esiintyvät samanaikaisesti (ja samalla napaisuudella) mittauspaikassa. Käyttämällä ferriittimuuntajaa PD: n irtikytkennässä nämä yhteismoodin häiriöt voidaan estää tehokkaasti. Tässä mittausmenetelmässä oletetaan, että testijännitelähde voi tarjota riittävän tehon useille vaiheille työmaalla.

Impedanssin mittaaminen

Mittausimpedanssi asetetaan enimmäkseen passiiviseksi analogiseksi kaistanpäästösuodattimeksi . Matalat taajuuskomponentit, lähinnä testi- ja toimintataajuuden lähellä oleva alue, on erittäin vaimentunut liitetyn mittaustekniikan suojaamiseksi . PD-pulssit irrotetaan laajalla vaimentamattomalla alueella (<1 MHz). Tähän irtikytkentäalueeseen voidaan asentaa myös pysyvästi integroidut suodattimet (kaistan pysäytyssuodattimet), jotka vaimentavat esimerkiksi kapeakaistaisia, taajuudelle kiinteitä häiriöitä, kuten amplitudimoduloituja radiolähettimiä. Tässä on varmistettava, että käyttökelpoisen taajuusspektrin pieneneminen vähentää siten kytkettävän PD-pulssin energiaa. Mobiilien PD-mittausjärjestelmien tapauksessa voidaan myös olettaa, että maanpäällisten lähetystaajuuksien alueellisten erojen vuoksi pysyvästi toteutetut kaistan pysäytyssuodattimet eivät ole hyödyllisiä. Tässä näiden häiriöiden estäminen voidaan tehdä ohjelmoitavilla suodattimilla PD-mittausjärjestelmän ohjelmistopuolella, esim. B. mukautuvilla suodatinalgoritmeilla.

Toinen kaistanpäästösuodatuksen tarkoitus mittausimpedanssissa on mitta-signaalin kvasiintegraatio aikatasossa impulssimaksun määrittämiseksi. Fourierin mukaan minkä tahansa virtapulssin spektrienergia lasketaan seuraavasti:

Kuten tiedetään, nykyinen integraali ajan myötä on haettu impulssivaraus ja se lasketaan seuraavasti:

Matemaattisesti tasajännitteen (f = 0 Hz) spektrisignaalikomponentti vastaa haettua latausarvoa . Kuitenkin, kuten edellä on kuvattu, testijännitteen (ja sen alapuolella) taajuudet tukahdutetaan kytkennän aikana, tätä taajuuskomponenttia ei ole saatavissa jatkoarviointia varten. Olettaen, että taajuusspektrin kulku on melkein vakio tyypilliseen rajataajuuteen saakka , oikea varauksen määritys on mahdollista kaistanpäästömittauksen avulla yli 0 Hz: n PD-pulssin tämän taajuusspektrin vakion amplitudin alueella. . Jos ympäristön nykyinen häiriöspektri tunnetaan, kapeakaistaisen kaistanpäästömittaus mahdollistaa myös kohdennetun taajuusalueen valitsemisen PD-mittausta varten, joka on suurelta osin vapaa taajuuksiltaan kiinteistä häiriöistä.

Epätavanomainen kenttäkytkentä

Kuten edellisessä luvussa on jo kuvattu, PD-pulssien klassinen irtikytkentä kaapelin päissä kytkentäkondensaattoria käyttäen ja impedanssin mittaus ei usein johda muutaman piko- coulombin vaadittavaan mittausherkkyyteen . Vaihtoehtona tälle klassiselle galvaaniselle erottamiselle on PD-tunnistus kenttäkytkennän avulla.Tällä menetelmällä PD-pulssien tuottamat sähköiset ja magneettikentän komponentit tallennetaan sopivilla kenttäantureilla ja muunnetaan mitattaviksi jännitesignaaleiksi.

Kenttäanturit toimivat yleensä yli 1 MHz: n taajuusalueella, eivätkä siksi ole IEC-yhteensopivia. Niitä ei myöskään pidetä kalibroitavina klassisessa mielessä (lähtösignaali mV: ssä pC: n sijasta). Nämä anturit ovat kuitenkin todistaneet itsensä jo lukuisilla onnistuneilla mittauksilla häiriintyneissä työolosuhteissa. Kenttäanturit ja niiden kalibrointi otetaan siksi huomioon tulevissa vakiomuutoksissa, mutta ei vielä IEC 60060-3: n nykyisessä versiossa paikan päällä tapahtuvan testauksen ja mittaustekniikan standardoimiseksi. Lisäksi suurjännitekaapelijärjestelmien testaustoiminnoissa on yleistä, että asiakkaan ja testaajien väliset sopimukset täydentävät voimassa olevia standardeja. Kenttäanturien käyttö on jo nykyään yleistä ja monissa tapauksissa ainoa järkevä menetelmä signaalin hankkimiseksi PD-mittausten aikana laajalla kaapelijärjestelmällä.

Kaapeliliittimien ympäristö on hyödyllinen asennuspaikka kenttäantureille. Toisaalta kenttäanturi voidaan toteuttaa paikan päällä liitososien asennuksen aikana vähäisellä lisätyöllä. Kenttäanturit voidaan usein integroida sarjaan niiden valmistuksen aikana tehtaalla, joten työmaalla ei tarvita lisätoimia. Toisaalta anturi sijoitetaan asennusasennon läheisyyteen lähellä potentiaalista TE-aukkoa, koska VPE - korkeajännitekaapelin vapaus TE on jo tutkittavassa kaapelilaitoksessa, joten yleensä vain komponentit, jotka ovat paikan päällä kootut hihat ja päätteet tulevat kyseenalaisiksi PD-vikoina.

Toinen PD-kytkennän positiivinen vaikutus kenttäanturien avulla on itse testikohteen häiriöitä vaimentava vaikutus.Kaapelin suuren kapasitanssin vuoksi testiobjekti toimii alipäästösuodattimena ja vaimentaa siten ulkoisia häiriöpulsseja kyseisellä taajuudella yli 1 MHz: n taajuusalue siinä määrin, että kenttäanturit vapauttavat ne pistorasioiden alueella, voidaan havaita vain huomattavasti pienemmällä amplitudilla. Kenttäanturien valvonta-alue voidaan siten rajoittaa sarjaan.

Kapasitiiviset anturit

Kapasitiiviset anturit tallentavat PD-pulssin sähkökentän komponentin. Anturielektrodi voidaan toteuttaa johtavana nauhana sylinterivaipan muodossa kaapelin sydämen ympärillä (CCS, koaksiaalikaapelianturi, katso kuva 6). Anturielektrodi toimii yhdessä kaapelin ulkovaipan kanssa kapasitanssina. Kaapelista ja anturista luodaan kapasitiivinen jännitteenjakaja, jonka avulla pulssimaiset signaalit voidaan purkaa virtajohdosta.

Tämän tyyppinen kapasitiivinen anturi on asennettava työmaalle. Tämän seurauksena avattu kaapelisuojus ja suojakaapelin vaippa on palautettava anturin asentamisen jälkeen ja niiden asianmukainen kunto on tarkistettava. Toinen heikko kohta on mittauslinja, joka johtaa mittauspotentiaalin ulos kaapelista. Tämä väistämättä tunkeutuu vaijerin vaippaan ja on siksi suojattava riittävästi mahdollisilta veden tunkeutumisilta.

Kapasitiiviset kenttäanturit, jotka asennettiin suoraan vaatteisiin valmistuksen aikana, ovat suunnittelun suhteen kehittyneempiä. Olemassa olevia kenttää ohjaavia ohjaimia voidaan käyttää kapasitiivisina anturipintoina. Käytetään ohjaimen puolijohtavaa ja siten taajuudesta riippuvaa luonnetta. Vaikka toimintataajuuskenttien ohjain saa kentänohjaustoiminnon holkkirakenteessa, PD: n aiheuttamat suurtaajuiset kentät voidaan napauttaa tähän shuntivastuksen kautta mittaustarkoituksiin.

Kuva 6: Kaapelianturit

Koska useimmissa tapauksissa holkkia kohti on vain yksi kapasitiivinen anturi, PD-vikaa ei ole mahdollista paikantaa tarkasti arvioimalla holkin sisällä olevaa käyntiaikaa. Vian sijainti lähimpään senttimetriin on mahdollista vain hyvin rajoitetusti, jopa kahdella anturilla, koska anturin ylärajataajuus on rajoitettu noin 20 MHz: iin.

Kapasitiivisille antureille tyypillisellä noin 2 - 20 MHz: n taajuusalueella korkean taajuuden pulssit ovat jo niin vaimentuneita, että ne etenevät kaapelissa, että pulssin amplitudien lasku lähtöpisteestä mittauspaikkaan ja pulssi muodonmuutos sallii pulssin alkuperän selkeän erottelun (katso kuva Kuva 7).

Kuva 7: Vaimennus mittauspaikasta riippuen

Esimerkiksi koronahäiriöt voidaan selvästi erottaa TE: stä pistorasiasta. Tästä riippumatta absoluuttisen ajan tarkka tarkkuus tallentaa pulssin etenemissuunnan ja siten myös pulssin alkuperän luotettavan erottelun.

Edellä mainituista syistä kapasitiivista anturia ei kuitenkaan ole mahdollista kalibroida paikan päällä syöttämällä vertailumaksulla esteettömässä kaapelin päässä. Kalibrointipulssin olisi kuljettava kaapelin läpi useita 100 metriä ensimmäisessä holkissa olevaan anturiin ja se olisi vaimentunut siellä voimakkaasti. Siksi kvantitatiivisen PD-arvioinnin edellyttämä kalibrointi on tehtävä laboratoriossa käyttämällä lisäholkkia lyhyillä kaapeleilla. Herkkyys anturi on yksinomaan riippuvainen kaapeli-holkki-järjestelmä (esim. Geometriasta, johtavuudesta johtavan kerroksen). Jos yhdessä holkissa on kaksi identtistä anturia, on mahdollista ajatella myös ristikalibrointia. Tässä yksi antureista toimii kondensaattorina syötettäessä kalibrointisignaalia, kun taas toinen anturi toimii irrotuskondensaattorina. Seuraavan yhtälön mukaan antureiden symmetrian vuoksi puolet määritetyn kytkennän vaimennuksen arvosta vastaa yksittäisen anturin vaimennusarvoa :

Mahdolliset osittaisten heijastusten aiheuttamat signaalihäviöt holkkirakenteessa on myös otettava huomioon.

Suuntakytkentäanturit
Kuva 8: Rakenteellisen dekonstruktiivisen signaalin päällekkäisyyden periaate

Suuntakytkin on tunnettu komponentti päässä antennista teknologian kanssa, joka eteenpäin ja käänteinen signaalit voidaan kytkeä irti erikseen. Suuntakytkinantureiden kytkentäkäyttäytyminen perustuu induktiivisen ja kapasitiivisen kytkennän päällekkäisyyteen, jonka suhdetta voidaan säätää. Ihanteellisessa suuntakytkimessä molemmat kytkimet ovat täsmälleen saman kokoisia. Kuvassa 8 on esitetty rakentavan ja tuhoavan signaalin päällekkäisyyden periaate.

Linjalla 1 oleva signaali (näkyy kuvassa 8 suuntavirran nuolella , vihreä) johtaa sekä yhteismoodiin induktiiviseen kytkentäkomponenttiin ( , sininen) että linjassa 2 olevaan push-pull-kapasitiiviseen kytkentäkomponenttiin ( , punainen), jotka ovat kahden vastuksen päälle ja johtavat kuvattuihin lähtösignaaleihin.

Suuntakytkimen anturille on tunnusomaista selkeä osoitus pulssin alkuperän suunnasta. Suuntakytkinanturiin ulottuva signaali voidaan mitata suuntakytkimen ulostulojen (kytkentäradan) sivulta, joka on lähtösuunnan puolella (induktiivisten ja kapasitiivisten signaalikomponenttien rakentava päällekkäisyys ), kun taas ideaalisesti lähtösignaalia ei näy toisessa lähdössä ( estävä polku) (tuhoisa päällekkäisyys). Ihanteellisilla suuntakytkimillä estoreitillä olevat signaalit eliminoidaan kokonaan. Käytännössä todelliset suuntakytkinanturit saavuttavat kytkentäsuhteen (estoradan ja kytkentäradan signaalisuhteen) luokkaa 1:10. Signaalisuhteeseen 1: 2 saakka luotettava lausunto PD-signaalien alkuperän suunnasta on kuitenkin yleensä ongelmaton.

Suuntakytkinanturit asennetaan yleensä holkkikotelon sisään suoraan kaapelin ulommalle johtavalle kerrokselle, mihin tämä ei vaikuta. Kuvassa 9 on yksinkertainen anturi PD-irrottamista varten, joka kiinnitettiin myöhemmin kaapeliholkkiin.

Yhdistämällä loogisesti kahden suuntakytkinanturin neljä ulostulosignaalia pistorasiaan, signaalit voidaan selvästi luokitella "tulevat vasemmalta", "tulevat oikealta" ja "TE pistorasiasta". Suurta suuntasuhdetta vastaavan maksimaalisen päätöksentekoturvallisuuden saavuttamiseksi suuntakytkimen anturi tulisi säätää erityisesti geometrian mukaan jokaiselle kaapelille, koska kaapelin mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet, esim. B. eristeen paksuus ja johtavien kerrosten johtavuus sisältyvät suuntaavuuteen.

Induktiiviset suuntakytkentäanturit
Kuva 10: Induktiivisesti sovitetut suuntakytkentäanturit

Induktiivinen kytkentä hallitsee induktiivisesti viritettyjä suuntakytkinantureita. Toisin kuin tähän asti tarkasteltu suuntakytkinanturi, pulssin kulkusuunnan määrää induktiivisesti viritetyn suuntakytkimen kahden anturin lähtösignaalien napaisuus. Ulkoiset häiriöt yhdistetään päinvastaisella tavalla. Signaalit, joiden lähtöpaikka on kahden anturin välissä, esim. Pistorasiassa olevat TE: t on puolestaan ​​irrotettu samalla napaisuudella ja siten selvästi tunnistettavissa (kuva 10).

Induktiivisesti viritettyjen suuntakytkinantureiden toiminnallisuus johdetaan suuntakytkimen perusperiaatteesta, jossa kapasitiivinen kytkentä puuttuu. Anturin ja sisäjohtimen virtajohto muodostaa järjestelmä, kaksi kytkettyä riviä, keskinäinen induktanssi M K hallussaan. Induktiivisesti viritetyllä suuntakytkinanturilla on vain yksi lähtösignaali anturia kohti. Suuntakytkinantureille tarvittava toinen lähtö jätetään pois, koska se sisältää turhaa tietoa. Pistorasian valvomiseksi anturi asennetaan pistorasian vasemmalle ja oikealle puolelle.

Induktiivisten suuntakytkinantureiden erityinen etu on, että toisin kuin "normaalit" suuntakytkinanturit, niiden geometriaa ei tarvitse säätää erikseen kutakin kaapelia kohden ja että arviointielektroniikan on arvioitava vain kaksi signaalia yhdessä holkissa. Lisäksi arviointielektroniikan vaadittua kaistanleveyttä voidaan pienentää merkittävästi vaaditusta herkkyydestä riippuen. Täydellä kaistanleveydellä herkkyys on kuitenkin sama kuin "normaaleilla" suuntakytkimillä. Tämä ei vaikuta päätöksentekovarmuuteen siitä, tuleeko TE pistorasiasta vai ulkopuolelta. Toisaalta käytännön käytössä on perusteltu haittapuoli monissa tapauksissa, että alkusuuntaa ei voida enää erottaa ulkoisista häiriösignaaleista induktiivisella suuntakytkinanturilla.

Induktiiviset anturit
Kuva 11: Rogowskin kela koaksiaalikaapelin paloista sähköistä suojausta varten

Induktiiviset anturit käyttävät PD-pulssin magneettikentän komponenttia ja ne voidaan asentaa virtajohdon vaipan ulkopuolelle. Kilpi on varmistettava, että sähkökentät eivät häiritse mittaussignaalin. Induktiivisen anturin yleinen suoritusmuoto on Rogowski-kela , joka soveltuu sähköisten häiriökenttien suojaamiseen virtakaapeleiden PD-pulssien irrottamiseksi.

Rogowski-keloille on ominaista suuri kaistanleveys ja lineaarinen siirtokäyttäytyminen. Kun käytetään viivaelementtejä viereisen kuvan mukaisesti, osittaisia ​​resonansseja saattaa olla odotettavissa käytettäessä korkeilla rajataajuuksilla (nanosekunnin alue).

sovellus

Katso osittaisten päästöjen hyödyllisiä sovelluksia kohdasta Ionisointi- ja koronakäsittely .

Tiettyjen typpilaserten malleissa osittaisia ​​päästöjä käytetään purkautumisreitin esionisointiin siten, että pääpäästö on homogeenisempaa.

Tapauksessa sytytyslaitteet korkean paineen kaasupurkauslamput ja flash-lamput , osittaispurkauksia tukea sytytyksen ionisoivalla täyte kaasun alueella enimmäkseen terävä elektrodien avulla on kärki vastuuvapauden .

kirjallisuus

  • Dieter König, Y. Narayana Rao: Osittaiset päästöt energiateknologialaitteissa . VDE-Verlag GmbH, Berliini ja Offenbach 1993, ISBN 3-8007-1764-6 .

nettilinkit

Yksittäiset todisteet

  1. ^ Crichton, Karlsson, Pedersen: Partial Discharges in Ellipsoidal and Spheroidal Vides, IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1989, osa 24, nro. 2
  2. IEC 60270, Suurjännitetestitekniikat - osittaisen purkauksen mittaus, versio 2000, 3. painos
  3. Plath, Heinrich, Rethmeier, Kalkner: Herkät paikan päällä tehdyt PD-mittaukset pitkissä kaapelijärjestelmissä, ISH03-13th International Symposium on High Voltage Engineering, Delft / Alankomaat, 25.-29.8.2003
  4. Jump up ↑ Tian, ​​Lewin, Davies, Swingler, Sutton, Hathaway: Verkkokaapeliliitosten osittaisen purkauksen havaitsemismenetelmien vertailu, IEEE-transaktiot dielektrikoilla ja sähköeristyksellä, 2002, osa 9, nro. 4. päivä
  5. B a b R.Plath, R.Heinrich, W.Weissenberg, K.Rethmeier, W.Kalkner: PD-anturit korkeajännitteisille XLPE-kaapeliliittimille, ew-Elektrizitätswirtschaft -julkaisu 24/2002
  6. PCJM van der Wielen, Veen, Wouters, Steennis: Anturit on-line-PD-havaitsemiseen pienjännitekaapeleissa ja niiden sijainnit asemissa ”, Proc. 7. kansainvälisen konf. dielektristen materiaalien ominaisuuksista ja sovelluksista, Nagoya, 1. – 5. kesäkuuta 2003
  7. ^ A b P.Wang, PL Lewin, SJ Sutton: Kapasitiivisten liittimien kalibrointi online-PD-havaitsemista varten HV-kaapeleissa, IEEE Electrical Insulation Magazine, 2005
  8. E DIN EN 60060-3 (VDE 0432-3): 2005-03, E DIN EN 60060-3 (VDE 0432-3): 2005-03: Suurjännitetestaustekniikka - Osa 3: Käyttöä koskevat vaatimukset paikan päällä suoritettavat kokeet
  9. A.Küchler: Suurjännitetekniikka, 2. painos, Springer-Verlag, Berliini, 2005
  10. ^ Boggs, Braun, Stone: Virtakaapelin jännitteensyötön vaimennus modifioimalla puolijohtavia suojuksia, IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Baltimore 1992
  11. R. Heinrich, K.Rethmeier, W.Kalkner, R.Plath, W.Weissenberg: Herkkä PD-tunnistus suurjännitteisillä XLPE-kaapelilinjoilla kenttäkytkentäantureilla, JiCable03 - 6. kansainvälinen konferenssi eristetyistä kaapeleista, 22.-26. Kesäkuuta 2003 , Pariisi-Versailles / Ranska
  12. Henningsen, Polster, Fruth, Gross: Kokemus 400 kV: n XLPE-kaapeleiden online-valvontajärjestelmästä, Proc. Vuoden 1996 IEEE Power Engineering Societyn siirto- ja jakelukonferenssista, syyskuu 1996, s.515--520
  13. Chen Min; K. Urano, A. Kato, Y. Sakaguchi, G. Okamoto, H. Ueno, K. Hirotu, A. Jinno, M. Okada, N. Yoshikawa: Tutkimus osittaisen purkauksen lokalisointimenetelmistä EHV-elementtivalmistamolle, IEEE Power Engineering Seuran kesäkokous, 2000
  14. DW Brutto: Paikalla tapahtuvan osittaisen purkauksen diagnosointi ja seuranta HV-virtakaapeleille, JiCable99 - 5th International Conference on Insulated Power Cables - 20.-24.6.1999, Pariisi-Versailles / Ranska
  15. Benzerouk, Patsch, Menzel: PD-lähteiden tunnistaminen aaltomuotoanalyysin perusteella, Hanau 2005
  16. Azcarraga, Garcia-Colon: Ultra-laajakaistaisten antureiden siirtofunktion perustaminen laadullista PD-mittausta varten, ISH05-14. Kansainvälinen korkeajännitetekniikan symposium, Bejing / PRChina, 25.-29.8.2005
  17. ^ Meinke, Friedrich-Wilhelm Gundlach , Lange, Locher: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Vuosikerta 1–3, Heidelberg 1986
  18. K.Rethmeier: Simulointi ja metrologiset todentaminen kenttäantureita paikkatietoihin valikoivaa PD mittaus korkea jännite kaapeli tarvikkeet, diplomityö, TU-Berlin 1999
  19. Rethmeier, Kay - Uudet irtikytkentämenetelmät ja anturit suurjännitekaapelijärjestelmien osittaisen purkauksen mittaamiseen paikan päällä , väitöskirja, TU-Berliini 2006
  20. D. Pommerenke, T. Strehl, W.Kalkner: Suuntakytkinsensori osittaisen purkauksen tunnistamiseen suurjännitekaapelijärjestelmissä, ISH97 - 10. kansainvälinen suurjännitetekniikan symposium, Montreal 1997
  21. R. Heinrich: Perustutkimus VHF / UHF-antureista paikan päällä tapahtuvaan PD-mittaukseen suurjännitekaapeleissa kiinnittäen erityistä huomiota suuntakytkintekniikkaan, väitöskirja, TU-Berlin 2001
  22. ^ R. Heinrich, K. Rethmeier, W. Kalkner: Induktiiviset suuntakytkimet uusina antureina PD-havaitsemiseen ja paikantamiseen korkeajännitteisillä XLPE-kaapelivarusteilla, JiCable03 - 6. kansainvälinen konferenssi eristetyistä kaapeleista, 22.-26. Kesäkuuta 2003, Pariisi-Versailles / Ranska
  23. Xin, Chengrong, Wang, Bin, Weijiang: Osittaisen purkauksen mittaus XLPE-kaapeliyhteydessä käyttämällä VHF-anturia, Proc. 2004 IEEE International Conf. Solid Dielectrics, Toulouse, Ranska, 5.-9. heinäkuuta 2004
  24. W.Rogowski, W.Steinhaus: Magneettisen tehon mittaus, Sähkötekniikan arkisto, 1912
  25. ^ F.Kohlrausch: Käytännön fysiikka 2, BG Teubner, Stuttgart 1985
  26. Berg L.Bergmann, C.Schaefer: Experimentalphysik 2, Walter de Gruyter, Berliini 1987
  27. Schichler, Borsi, Gockenbach: Uusia ratkaisuja suurjännitekaapeleiden osittaisen purkauksen mittaamiseen meluisissa olosuhteissa, IEEE Int. Symposium on Electrical Insulation, USA 1994
  28. ^ WF Ray, CR Hewson: Suuritehoiset Rogowski-virtamuuntajat, IEEE - IAS Conf. Proc, Rooma, syyskuu 2000
  29. H. Bellm, A. Kuchler, J. Herold, A. Schwab: Rogowski-kelat ja magneettikentän antureita ohimenevä virtaukset nanosecond alueella, Springer-Verlag 1985