СПОСОБ И КОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ ЧАСТИЧНОГО РАЗРЯДА ЭКРАНИРОВАННОГО КАБЕЛЯ
METHOD AND CONTROL DEVICE FOR MEASURING PARTIAL DISCHARGE PULSES OF SHIELDED CABLE

Изобретение касается способа и испытательного устройства для измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля, в частности для определения показателя для кажущегося заряда импульса частичного разряда.
Далее неоднократно делается ссылка на международный стандарт IEC 60270. Такая ссылка всегда должна пониматься как ссылка на IEC 60270:2000+Cor.:2001+A1:2015, то есть на стандарт в третьем издании от 2000 г., включая соответствующий список опечаток 1 от 2001 г. и поправку A1 от 2015 г. Немецкоязычный стандарт DIN EN 60270:2001+A1:2016 соответствует ему.  Если не описано иное,  все термины, которые используются далее, должны пониматься в смысле стандарта IEC 60270.
Частичным разрядом, ЧР, называется локально ограниченный электрический разряд, который только частично перемыкает изоляцию между проводами и который может, но не должен, возникать на границе с проводом. Частичные разряды в экранированных кабелях могут быть объяснены, например, дефектными местами или неравномерностями в электрической изоляции между сердечником и экраном. Частичные разряды способствуют старению электрической изоляции между сердечником и экраном экранированных кабелей и поэтому негативно сказываются на их диэлектрическом качестве, в частности пробивной прочности. Чтобы обеспечить диэлектрическое качество экранированных кабелей, выполняются измерения частичного разряда, с помощью которых, в частности, определяется показатель для кажущегося заряда частичного разряда.
Такие измерения частичного разряда могут выполняться по IEC 60270. При этом ветвь связи из конденсатора связи и измерительного импеданса включается параллельно с испытуемым объектом между источником высокого напряжения и заземлением. При этом обычно источник высокого напряжения подсоединяются к сердечнику, а экран заземляется. При этом чувствительность этой компоновки решающим образом определяется отношением емкостей конденсатора связи и испытуемого объекта. Однако вследствие иногда значительной длины контролируемых кабелей (до нескольких км) емкость конденсатора связи при контроле экранированных кабелей, как правило, заметно меньше, чем емкость испытуемого объекта. Это приводит к значительному снижению чувствительности измерения. К тому же может регистрироваться только некоторая доля разрядов, которые возникают на большом расстоянии от точки измерения, так как соответствующие импульсы частичного разряда вследствие дисперсии сигнала в значительной степени гасятся, и при этом большая часть энергии разряда, необнаруженная, стекает через емкость между сердечником и экраном и заземлением. Это приводит к неточности и ненадежности измерения. К тому же из–за дисперсии сигнала и влияния помех и шумов определение места частичного разряда невозможно или возможно крайне неточно.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить усовершенствованную концепцию измерений частичного разряда экранированных кабелей, которая обеспечит возможность повышенной чувствительности и точности измерения.
Эта задача решается с помощью объекта независимых пунктов формулы изобретения. Другие варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Усовершенствованная концепция касается способа из области техники испытаний высоким напряжением, а также соответствующего испытательного устройства. Соответственно все описанные компоненты должны пониматься как компоненты, которые пригодны для применения в технике испытаний высоким напряжением. Под высоким напряжением понимается напряжение от 1000 В или больше. Если не описано иное, «соединять» или, соответственно, «соединение» всегда означает по меньшей мере также «электрически соединять» или, соответственно, «электрическое соединение».
Усовершенствованная концепция основывается на идее не соединять экран кабеля при измерении с заземлением, а вместо этого, дополнительно к подсоединенной или подсоединяемой к сердечнику ветви связи, которая содержит конденсатор связи и блок связи, предусмотреть по меньшей мере две измерительные ветви, при этом к различным местам экрана могут подсоединяться по меньшей мере два других блока связи. Благодаря этому, во–первых, действенно подавляется стекание энергии разряда через экран на землю, так как блоки связи вследствие высокочастотной природы импульсов частичного разряда действуют для них в запирающим образом. Во–вторых, эти две ветви измерения дают измерительные сигналы дополнительно к измерительному сигналу из ветви связи. На базе имеющихся при этом в распоряжении измерительных сигналов с особенно высокой чувствительностью и точностью может определяться показатель для кажущегося заряда импульса частичного разряда.
В соответствии с усовершенствованной концепцией предлагается способ измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля, в частности определения показателя для кажущегося заряда импульса частичного разряда, кабель, имеющий сердечник, и экран, которые электрически изолированы друг от друга.
В соответствии с этим способом первое соединение конденсатора связи подсоединяется к первому месту подсоединения сердечника, которое, например, расположено на первом конце кабеля. При этом конденсатор связи выполнен, в частности, в виде высоковольтного конденсатора. Предоставляются первый, второй и третий блок связи, причем каждый из этих блоков связи имеют вход и сигнальный выход.
Вход первого блока связи соединяется со вторым соединением конденсатора связи. Вход второго блока связи соединяется с первым соединением экрана, а вход третьего блока связи соединяется со вторым, в частности  пространственно удаленным от первого места подсоединения, местом подсоединения экрана.
Каждый из опорных соединений блоков связи могут соединяться, например, с опорным потенциалом, который представляет собой, например, потенциал земли. Так, результирующей последовательной схемой из конденсатора связи и первого блока связи образуется ветвь связи, а вторым и третьим блоком связи по одной измерительной ветви испытательного устройства. В словоупотреблении техники контроля высоких напряжений блоки связи могут также называться четырехполюсниками связи.
В первом месте подсоединения сердечника предоставляется испытательное напряжение, в частности импульс испытательного напряжения, который состоит из одного или нескольких отдельных высоковольтных импульсов. На сигнальном выходе каждого блока связи снимается надлежащий измерительный сигнал каждого блока связи.
Испытательное напряжение представляет собой, в частности, переменное напряжение, например, имеющее частоту 0–500 Гц. Однако в разных вариантах осуществления альтернативно в качестве испытательного напряжения может использоваться постоянное напряжение. Это испытательное напряжение предоставляется, в частности, источником высокого напряжения, который непосредственно или по меньшей мере через один запирающий импеданс и/или через входной фильтр подсоединяются к первому месту подсоединения сердечника. Этот запирающий импеданс и/или входной фильтр могут служить для того, чтобы отсоединять источник высокого напряжения от остальной испытательной конструкции.
Каждый блок связи предназначен, например для того, чтобы на своем сигнальном выходе преобразовывать входной сигнал на своем входе, в частности сигнал тока, в надлежащий измерительный сигнал, который, в частности, может быть сигналом напряжения. При этом причиной тока может быть, в частности, импульс частичного разряда в кабеле, который возникает вследствие испытательного напряжения. Конденсатор связи служит, например, для подзарядки дефектного места, являющегося причиной импульса ЧР.
В зависимости от измерительных сигналов, например, от одного, двух или трех сигналов, определяется по меньшей мере один показатель для кажущегося заряда импульса частичного разряда. Указанный по меньшей мере один показатель равен, например, кажущемуся заряду или представляет собой пропорциональное ему значение.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления каждый из блоков связи содержит индуктивный элемент, который расположен между входом и опорным соединением каждого блока связи. Этот индуктивный элемент может быть выполнен, например, в виде согласуемой индуктивности. Альтернативно этот индуктивный элемент может быть выполнен в виде преобразователя тока, в частности в виде преобразователя высокочастотного тока, англ. High Frequency Current Transformer, HFCT.
При создании ветви связи и двух измерительных ветвей предлагается способ многоканального измерения, который, в частности, может калиброваться по IEC 60270. При этом используется аналогия конструкции конденсатора связи и испытуемого экранированного кабеля, который представляет собой объект, имеющий распределенные элементы, в частности распределенные сопротивления, емкости и индуктивности. Являющаяся результатом распределенных элементов погонная индуктивность и погонная емкость поддерживается вводом блоков связи. Как и экранированный кабель, высоковольтный конденсатор тоже содержит распределенные емкости и индуктивности.
Индуктивные элементы блоков связи вызывают запирающее поведение как ветви связи, так и обеих измерительных ветвей для импульсов ЧР в том смысле, что импульс ЧР не может или только в небольшой степени может стекать на землю. Это обосновано тем, что импульсы ЧР по своей природе могут иметь очень короткие времена возрастания порядка величины 1 нс и поэтому приводят к высокочастотным переходным импульсам, которые, например, могут иметь частоты в пределах от 10 кГц до 10 МГц. То есть индуктивные элементы представляют собой для этих импульсов высокий импеданс. Вследствие того, что ток ЧР не может стекать на землю, особенно большая часть тока ЧР течет через конденсатор связи и может соответственно регистрироваться с повышенной чувствительностью и точностью первым блоком связи. К тому же второй и третий блок связи тоже могут регистрировать по некоторой части тока ЧР, так что к определению показателя для кажущегося заряда могут привлекаться и соответствующие измерительные сигналы. Для этого измерительные сигналы блоков связи по отдельности могут служить основой, или они могут совместно рассчитываться и/или коррелироваться. Благодаря этому дополнительно повышается точность измерения, так как, во–первых, повышается вероятность того, что ЧР возникнет в пространственной близости к одному из блоков связи, а во–вторых, путем сравнения, расчета и/или корреляции разных измерительных сигналов могут также уменьшаться влияния помех или шумов.
Кроме того, уменьшается последствие дисперсии импульсов ЧР, которое получается вследствие гашения кабелем, так как благодаря наличию нескольких блоков связи могут достигаться более короткие времена прохождения сигналов.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления по меньшей мере два, например, все измерительные сигналы совместно рассчитываются для определения показателя для кажущегося заряда.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления каждый из блоков связи содержит фильтрующий элемент или фильтрующую схему, которая расположена между входом и сигнальным выходом каждого блока связи. Причем этот фильтрующий элемент имеет, например, верхнечастотную характеристику или характеристику полосы пропускания.
Возможными предельными частотами для верхних частот могут быть, например, 30 кГц или 100 кГц. Для полосы пропускания, в свою очередь, возможны, например, 100 кГц в качестве нижней предельной частоты и/или 500 кГц в качестве верхней предельной частоты. Другие предельные частоты возможны соответственно конкретным требованиям.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления фильтрующие элементы блоков связи выполнены в виде адаптивных фильтрующих элементов и предназначены для того, чтобы согласовывать свою соответствующую частотную характеристику с экранированным кабелем таким образом, чтобы функции передачи измерительных ветвей и ветви связи приводились в соответствие друг с другом.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления первое место подсоединения экрана расположено на первом конце кабеля. По меньшей мере по одному из вариантов осуществления второе место подсоединения экрана расположено на втором, отличающемся от первого, конце кабеля. Расположение на концах кабеля имеет, в частности, то преимущество, что на концах кабеля особенно легко доступны также сердечники кабеля, и поэтому возможна калибровка путем подсоединения калибратора ЧР между сердечником и экраном на конце кабеля, что обеспечивает возможность калибровки по IEC 60270.
Блок аналитической оценки содержит, например по меньшей мере один прибор для измерения ЧР, в частности широкополосный прибор для измерения ЧР.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способа определение указанного по меньшей мере одного показателя для кажущегося заряда включает в себя взвешивание измерительного сигнала первого блока связи. Затем взвешивается измерительный сигнал второго блока связи и/или измерительный сигнал третьего блока связи.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления соответствующие оцифрованные сигналы создаются путем аналого–цифрового преобразования измерительного сигнала первого блока связи и/или второго блока связи и/или третьего блока связи.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления разностный сигнал получается путем вычитания взвешенного измерительного сигнала второго блока связи и/или взвешенного измерительного сигнала третьего блока связи из взвешенного измерительного сигнала первого блока связи. Альтернативно разностный сигнал получается путем вычитания оцифрованного взвешенного измерительного сигнала второго блока связи и/или оцифрованного взвешенного измерительного сигнала третьего блока связи из оцифрованного взвешенного измерительного сигнала первого блока связи. Затем из разностного сигнала определяется первый показатель для кажущегося заряда.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления затем интегрируется по меньшей мере некоторая часть разностного сигнала или производного от него сигнала. Например, может интегрироваться первая полуволна разностного сигнала и/или по меньшей мере некоторая часть абсолютной величины разностного сигнала и/или положительные доли площади разностного сигнала и/или отрицательные доли площади разностного сигнала и/или некоторая часть спектра Фурье разностного сигнала.
Результат интеграции представляет собой первый показатель для кажущегося заряда ЧР. В расчете разных измерительных сигналов учитывается особенно большая доля всей энергии ЧР. Благодаря этому достигается особенно высокая точность измерения. Точность особенно высока, когда рассчитываются все измерительные сигналы. Особенно предпочтительно также, что при расчете могут также уменьшаться влияния помех или шумов. При составлении разности учитывается, что направление тока ЧР вследствие описанного расположения в ветви связи противоположно направлению в измерительных ветвях.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение указанного по меньшей мере одного показателя для кажущегося заряда содержит определение по меньшей мере одного второго показателя для кажущегося заряда из измерительного сигнала второго блока связи и/или измерительного сигнала третьего блока связи.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение по меньшей мере одного второго показателя включает в себя генерирование соответствующих оцифрованных измерительных сигналов путем аналого–цифрового преобразования измерительного сигнала первого блока связи и/или измерительного сигнала второго блока связи и/или измерительного сигнала третьего блока связи. Затем интегрируется по меньшей мере некоторая часть каждого оцифрованного измерительного сигнала или производного от него сигнала. Например, может интегрироваться первая полуволна оцифрованного измерительного сигнала и/или некоторая часть абсолютной величины оцифрованного измерительного сигнала и/или некоторая часть спектра Фурье оцифрованного измерительного сигнала.
Результат этих интеграций представляет собой указанный по меньшей мере один второй показатель для кажущегося заряда ЧР. Путем определения нескольких показателей для кажущегося заряда описанным образом, например, путем селекции или составления среднего значения, может получаться верифицированный и особенно точный показатель для кажущегося заряда. Например, могут отбрасываться явно ошибочные и неточные показатели. Благодаря нескольким блокам связи в различных положениях кабеля повышается вероятность особенно хороших результатов измерения.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение указанного по меньшей мере одного второго показателя включает в себя взвешивание измерительного сигнала второго блока связи и измерительного сигнала третьего блока связи и генерирование суммарного сигнала путем сложения взвешенных измерительных сигналов второго и третьего блока связи или их спектров Фурье. По меньшей мере по одному из вариантов осуществления этот суммарный сигнал создается путем сложения оцифрованных взвешенных измерительных сигналов второго и третьего блока связи или их спектров Фурье. Затем из этого суммарного сигнала определяется второй показатель.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления для определения второго показателя путем аналого–цифрового преобразования суммарного сигнала создается оцифрованный суммарный сигнал.
Затем интегрируется по меньшей мере некоторая часть каждого суммарного сигнала или оцифрованного суммарного сигнала или производного от него сигнала. Например, может интегрироваться первая полуволна суммарного сигнала или оцифрованного суммарного сигнала и/или некоторая часть абсолютной величины суммарного сигнала или оцифрованного суммарного сигнала и/или положительные или отрицательные доли площади названных сигналов и/или некоторая часть спектра Фурье суммарного сигнала или оцифрованного суммарного сигнала.
Результат этих интеграций представляет собой указанный по меньшей мере один второй показатель для кажущегося заряда ЧР. При этом вследствие учета нескольких измерительных сигналов достигается более высокая точность измерения.
Взвешивание измерительных сигналов достигается, например, путем умножения измерительных сигналов на соответствующие коэффициенты взвешивания, причем эти коэффициенты взвешивания соответствуют, например, соответствующим калибровочным коэффициентам при калибровке каждого блока связи в описанной компоновке. При такой калибровке выравнивается различие между зарядом, фактически измеряемым на каком–либо блоке связи, и кажущимся зарядом. Относительно других подробностей ссылаемся на IEC 6027, а также приведенное ниже описание способа калибровки.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления измерительные сигналы и/или разностный сигнал и/или суммарный сигнал перед аналого–цифровым преобразованием фильтруются, в частности путем фильтрации нижних частот, при этом предельная частота этой фильтрации нижних частот совпадает с частотой считывания, в частности максимальной частотой считывания, аналого–цифрового преобразования. Благодаря этому могут уменьшаться или предотвращаться псевдоэффекты при оцифровке.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления разностный сигнал и/или суммарный сигнал и/или оцифрованный суммарный сигнал и/или оцифрованные измерительные сигналы фильтруются для задания пределов измерения. Пределы измерения могут лежать, например, в области 0–100 МГц или в области 0–70 МГц. При этом предпочтительно также уменьшаются влияния сигналов помех.
Альтернативно описанным интеграциям в разных вариантах осуществления определяется пиковое значение разностного сигнала и/или суммарного сигнала и/или оцифрованного суммарного сигнала и/или оцифрованных измерительных сигналов. Тогда это пиковое значение представляет собой первый или второй показатель.
В разных вариантах осуществления параллельно вышеописанной аналитической оценке импульсов регистрируется также информация каждой фазы ЧР, в частности момент времени ЧР применительно к питающему напряжению, которое, например, соответствует синусоидальной волне. Тогда из информации каждой фазы могут создаваться соответствующие гистограммы с фазовым разрешением, которые могут привлекаться к характеристике ЧР.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления первый блок связи рассчитан на то, чтобы проводить ток 5 А или больше при частоте 50 Гц. По меньшей мере по одному из вариантов осуществления второй и третий блок связи рассчитаны соответственно на то, чтобы проводить ток 100 А или больше, предпочтительно 200 А или больше, особенно предпочтительно 500 А или больше, при частоте 50 Гц. По меньшей мере по одному из вариантов осуществления блоки связи рассчитаны на напряжения, имеющие величину до 2000 В или больше.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления одно или несколько описанных аналого–цифровых преобразований выполняются с синхронностью, в частности синхронностью между разными измерительными ветвями и, в соответствующем случае, ветвью связи, меньше 15 нс, предпочтительно меньше 10 нс, особенно предпочтительно меньше 5 нс.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления предоставляется четвертый блок связи, имеющий вход и сигнальный выход, который выполнен, например, как первый блок связи. Другой конденсатор связи соединяется со вторым местом подсоединения сердечника и со входом четвертого блока связи. Измерительный сигнал четвертого блока связи снимается на его сигнальном выходе, и третий показатель для кажущегося заряда определяется в зависимости от измерительного сигнала четвертого блока связи.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления второе место подсоединения сердечника расположено на втором конце кабеля.
Определение третьего показателя может осуществляться описанным для определения первого или второго показателя образом, при этом четвертый блок связи выступает вместо первого блока связи.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способ включает в себя определение первого времени прохождения из измерительного сигнала первого блока связи и/или измерительного сигнала второго блока связи. Второе время прохождения определяется из измерительного сигнала третьего блока связи. Затем выполняется определение места ЧР кабеля, базирующееся на первом и/или втором времени прохождения кабеля.
При этом времена прохождения соответствуют каждому из промежутков времени, которые проходят от заданного опорного момента времени до момента времени регистрации каждого измерительного сигнала, например, до наступления пикового значения каждого измерительного сигнала. Времена прохождения отличаются по своей природе вследствие различной пространственной удаленности ЧР в кабеле от разных блоков связи или, соответственно, надлежащих мест подсоединения к экрану.
Поэтому из времени прохождения может прямо делаться заключение о локальном положении начала ЧР в кабеле и так определяться место и локализоваться ЧР. В частности, разные времена прохождения могут сравниваться, и одно из времен прохождения выбираться для определения места, например, кратчайшее время прохождения. Благодаря этому могут минимизироваться эффекты дисперсии при измерении и повышаться точность измерения. Дополнительно или альтернативно для получения наилучшего возможного результата измерения время прохождения может также выбираться на основании других признаков каждого измерительного сигнала, например, надлежащего кажущегося заряда и/или надлежащего пикового значения.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способ включает в себя генерирование коррелированного сигнала путем выполнения взаимной корреляции между измерительными сигналами первого и третьего блока связи или между измерительными сигналами второго и третьего блока связи. Из коррелированного сигнала определяется время прохождения, и производится базирующееся на нем определение места ЧР.
Альтернативно или дополнительно к определению времени прохождения и определению места коррелированный сигнал может использоваться для определения указанного по меньшей мере одного показателя для кажущегося заряда аналогично описанной методике.
При взаимной корреляции уменьшаются или устраняются помехи и влияния шумов, что приводит к дополнительному повышению точности измерения.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления предоставляются один или несколько других блоков связи, которые выполнены, например, одинаково со вторым и третьим блоком связи. Эти другие блоки связи своими входами соединяются с соответствующими другими местами подсоединения экрана, которые предпочтительно расположены между первым и вторым местом подсоединения экрана. Соответствующие измерительные сигналы других блоков связи снимаются на их соответствующих сигнальных выходах, и указанный по меньшей мере один показатель для кажущегося заряда определяется в зависимости от измерительных сигналов других блоков связи.
При определении указанного по меньшей мере одного показателя в зависимости от измерительных сигналов других блоков связи измерительные сигналы других блоков связи могут обрабатываться аналогично измерительным сигналам второго и/или третьего блока связи и использоваться, как описано. В частности, измерительные сигналы других блоков связи могут соответственно взвешиваться, как описано.
В частности, измерительные сигналы других блоков связи могут учитываться при создании разностного сигнала, когда они также вычитаются из измерительного сигнала первого блока связи. Альтернативно или дополнительно измерительные сигналы других блоков связи могут учитываться при определении второго показателя аналогично измерительным сигналам второго и/или третьего блока связи, в частности при создании суммарного сигнала.
Альтернативно или дополнительно к учету при определении указанного по меньшей мере одного показателя для кажущегося заряда по меньшей мере по одному из вариантов осуществления выполняется определение места ЧР в зависимости от измерительных сигналов других блоков связи. Для этого для каждого из измерительных сигналов других блоков связи определяется соответствующее время прохождения, как описано выше.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления относящиеся к измерительным сигналам других блоков связи времена прохождения используются аналогично измерительным сигналам второго и/или третьего блока связи для определения места ЧР.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления соответствующие места подсоединения к экрану, с которыми соединены второй, третий и другие блоки связи, расположены эквидистантно.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления сравниваются друг с другом по меньшей мере три времени прохождения, которые относятся к различным местам подсоединения к экрану или, соответственно, соответствующим блокам связи. Тогда определение места ЧР включает в себя пространственное ограничение ЧР положением между теми местами подсоединения к экрану, для которого определялись два кратчайших времени прохождения. Благодаря этому возможно особенно простое и, например, без других этапов расчета определение места. Кроме того, часть кабеля, в котором было обнаружено место ЧР, может заменяться или удаляться. Чем выше число других блоков связи, тем меньше предпочтительно удаляемая часть кабеля.
Благодаря наличию множества блоков связи снижается влияние дисперсии сигналов. Далее, благодаря этому обеспечивается возможность отображения в реальном времени результата определения места ЧР.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способ включает в себя калибрование, в частности по IEC 60270 или частично по IEC 60270, по меньшей мере одного из блоков связи, в частности в описанной испытательной конструкции, прежде чем выполняются этапы предоставления испытательного напряжения, снятия измерительных сигналов и определения указанного по меньшей мере одного показателя.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления калибрование включает в себя определение калибровочного коэффициента по меньшей мере для одного из блоков связи. Калибровочный коэффициент соответствует, например, коэффициенту взвешивания для описанного взвешивания измерительного сигнала блока связи.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления при калибровании создается калибровочный импульс между первым местом подсоединения сердечника и одним из входов блоков связи и/или между вторым местом подсоединения сердечника и одним из входов блоков связи и/или между каким–либо другим местом подсоединения сердечника и одним из входов блоков связи. При этом указанное другое место подсоединения сердечника соответствует, в частности, месту подсоединения, с которым соединен один из блоков связи. Калибровочный сигнал, который, в частности, объясняется калибровочным импульсом, снимается на сигнальном выходе по меньшей мере одного из блоков связи. Испытательное значение кажущегося заряда калибровочного импульса определяется из калибровочного сигнала. Это испытательное значение сравнивается с опорным значением кажущегося заряда калибровочного импульса, и из этого сравнения определяется калибровочный коэффициент блока связи, причем этот калибровочный коэффициент соответствует, в частности, отношению между испытательным значением и опорным значением или значению, пропорциональному этому отношению.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение испытательного значения включает в себя генерирование оцифрованного калибровочного сигнала путем аналого–цифрового преобразования калибровочного сигнала и интегрирование по меньшей мере некоторой части оцифрованного калибровочного сигнала или производного от него сигнала. Интеграция выполняется, например, как описано в отношении разностного сигнала и/или измерительных сигналов. Разные возможности фильтрации, которые описывались в отношении разностного сигнала и/или измерительных сигналов, имеются соответственно для калибровочного сигнала. Результат этих интеграций представляет собой калибровочный коэффициент.
Предпочтительно интеграция оцифрованного калибровочного сигнала выполняется таким же образом, как и интеграция разностного сигнала и/или суммарного сигнала и/или оцифрованных измерительных сигналов.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение опорного значения содержит генерирование калибровочного сигнала между входом блока связи и опорным потенциалом, при этом блок связи не соединен с кабелем, источником высокого напряжения, конденсатором связи или другим компонентом описанного испытательного устройства. Затем опорный сигнал снимается на сигнальном выходе блока связи, и опорное значение определяется аналогично описанному определению калибровочного коэффициента.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления другое место подсоединения сердечника находится в положении сердечника, соответствующее положению места подсоединения экрана, с которым соединен вход блока связи, который калибруется.
В разных вариантах осуществления при калибровке находят по меньшей мере одну функцию передачи между двумя местами подсоединения экрана и/или сердечника. Так как калибровочный импульс имеет практически постоянный спектр, в частности от 0 примерно до 10 МГц, спектр Фурье калибровочного сигнала, снимаемого на сигнальном выходе указанного по меньшей мере одного блока связи, представляет собой реакцию на скачок и вместе с тем функцию передачи. При этом речь идет о функции передачи между местом подсоединения, в котором калибратор соединен с кабелем и местом подсоединения, в котором названный блок связи соединен с кабелем. Тогда путем калибровки при этом может эффективно выполняться замер свойств передачи кабеля.
В случае, если место подсоединения экрана расположено не на конце кабеля, сердечник может контактироваться, например, посредством муфты, с которой соединяется калибратор. В частности, калибровка может выполняться при монтаже муфты.
Для создания калибровочного импульса применяется, например, калибратор по IEC 60270. Этот калибратор может, например, представлять собой генератор, который создает скачкообразно изменяющееся напряжение, и включать в себя включенный последовательно с ним конденсатор, так чтобы калибровочный импульс состоял из последовательности импульсов тока или напряжения заданной интенсивности.
С помощью описанного калибрования для каждого блока связи может определяться несколько калибровочных коэффициентов соответственно разным возможным расположениям калибратора. Затем из этих нескольких калибровочных коэффициентов для взвешивания измерительного сигнала блока связи может выбираться особенно подходящий калибровочный коэффициент, например, соответственно расположению калибратора как можно ближе к месту подсоединения экрана, с которым соединен блок связи. Альтернативно для взвешивания может использоваться среднее значение нескольких калибровочных коэффициентов.
Таким образом достигается особенно точная калибровка, в частности по IEC 60270, измерения ЧР.
В соответствии с усовершенствованной концепцией предлагается, кроме того, испытательное устройство для измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля, кабель, имеющий сердечник, и экран. Испытательное устройство включает в себя первый, второй и третий блок связи, конденсатор связи, источник высокого напряжения и блок аналитической оценки. Вход второго блока связи может соединяться или соединен с первым местом подсоединения экрана, а вход третьего блока связи может соединяться или соединен со вторым местом подсоединения экрана.
Источник высокого напряжения имеет выход для подсоединения источника высокого напряжения к первому месту подсоединения сердечника. Первое соединение конденсатора связи соединен с выходом источника высокого напряжения, а вход первого блока связи соединен со вторым входом конденсатора связи.
Блок аналитической оценки соединен с каждым из сигнальных входов первого, второго и третьего блока связи. Блок аналитической оценки предназначен для того, чтобы получать от сигнальных выходов блоков связи надлежащие измерительные сигналы и в зависимости от измерительных сигналов определять по меньшей мере один показатель для кажущегося заряда импульса частичного разряда кабеля.
Блок аналитической оценки предназначен для того, чтобы определять указанный по меньшей мере один показатель способом в соответствии с усовершенствованной концепцией и/или выполнять определение места ЧР способом в соответствии с усовершенствованной концепцией.
По соответствующим вариантам осуществления блок аналитической оценки предназначен для того, чтобы выполнять разные описанные фильтрации и прочие этапы обработки сигнала.
По меньшей мере по одному из вариантов осуществления испытательное устройство включает в себя четвертый блок связи, который имеет вход и сигнальный выход, и другой конденсатор связи, соединяемый со вторым местом подсоединения сердечника, при этом вход четвертого блока связи соединен с этим другим конденсатором связи. Блок аналитической оценки предназначен для того, чтобы получать от сигнального выхода четвертого блока связи измерительный сигнал и определять указанный по меньшей мере один показатель для кажущегося заряда в зависимости от измерительного сигнала четвертого блока связи.
Описанная калибровка может аналогично применяться для испытательного устройства.
В соответствии с усовершенствованной концепцией предлагается, кроме того, испытательная компоновка, которая включает в себя испытательное устройство по усовершенствованной концепции, а также экранированный кабель. Соединяемые с кабелем компоненты испытательного устройства соединены с кабелем.
Другие варианты осуществления и реализации испытательной системы явствуют непосредственно из разных вариантов осуществления способа измерения импульсов частичного разряда. В частности, отдельные или несколько из компонентов и/или компоновок, описанных в связи со способом, могут быть соответственно реализованы для выполнения способа в испытательной системе.
Далее изобретение поясняется в деталях на примерных вариантах осуществления со ссылкой на чертежи. Компоненты, которые функционально идентичны или имеют идентичный эффект, могут быть снабжены идентичными ссылочными обозначениями. Идентичные компоненты или компоненты, имеющие идентичную функцию, в некоторых случаях пояснены только в связи с фигурой, на которой они появляются впервые. Это пояснение не всегда повторяется на последующих фигурах.
Показаны:
фиг.1: блок–схема одного из примерных вариантов осуществления испытательного устройства в соответствии с усовершенствованной концепцией, с экранированным кабелем;
фиг.2: блок–схема одного из примерных вариантов осуществления блока связи для испытательного устройства в соответствии с усовершенствованной концепцией;
фиг.2B: блок–схема другого примерного варианта осуществления блока связи для испытательного устройства или способа в соответствии с усовершенствованной концепцией; и
фиг.3: схематичное изображение другого примерного варианта осуществления испытательного устройства в соответствии с усовершенствованной концепцией, с экранированным кабелем.
На фиг.1 показана блок–схема одного из примерных вариантов осуществления испытательного устройства в соответствии с усовершенствованной концепцией, а также схема замещения экранированного кабеля GK, с которым здесь в качестве примера соединено показанное испытательное устройство. Испытательное устройство с фиг.1 может использоваться для способа в соответствии с усовершенствованной концепцией.
Кабель GK содержит внутренний провод, который называется сердечником и в котором изображена схема замещения в виде последовательной схемы из первой индуктивности LL1 провода, первого сопротивления RL1 провода, второй индуктивности LL2 провода и второго сопротивления RL2 провода. Далее, кабель GK имеет электрически проводящий экран, который изображен в виде последовательной схемы из первой индуктивности LS1 экрана, первого сопротивления RS1 экрана, второй индуктивности LS2 экрана и второго сопротивления RS2 экрана. Экран и внутренний провод электрически изолированы друг от друга, что учтено в схеме замещения емкостью CLS между проводом и экраном, а также расположенным параллельно ей сопротивлением RLS между проводом и экраном. Емкость CLS между проводом и экраном и сопротивление RLS между проводом и экраном расположены, например, между последовательными схемами, которые представляют сердечник или, соответственно, экран. Поэтому схема замещения соответствует, например, и не ограничивающим образом, открытому с одной стороны кабелю GK. Альтернативно возможно оконцевание кабеля, например, с помощью концевых муфт или гидравлических концевых муфт и/или дополнительного высоковольтного конденсатора.
Сердечник имеет первое место AL1 подсоединения, которое в качестве примера расположено на первом конце кабеля. Экран имеет первое и второе место AS1, AS2 подсоединения, которые расположены, например, на первом или, соответственно, втором конце кабеля.
Испытательное устройство имеет источник HV высокого напряжения, конденсатор KK связи, блок A аналитической оценки и в качестве примера первый, второй и третий блок K1, K2, K3 связи. Выход источника HV высокого напряжения соединен с первым соединением AL1 сердечника и первым соединением конденсатора KK связи. Второе соединение конденсатора связи соединен с входом E первого блока K1 связи, опорное соединение R которого соединен с потенциалом земли. При этом образуется ветвь связи из последовательной схемы из конденсатора KK связи и первого блока K1 связи. Входы E второго и третьего блока K2, K3 связи соединены с первым или, соответственно, вторым местом AS1, AS2 подсоединения экрана Опорные соединения R второго и третьего блока K2, K3 связи соединены с потенциалом земли, вследствие чего образуются первая и вторая измерительная ветвь. Сигнальные выходы S блоков K1, K2, K3 связи соединены с блоком A аналитической оценки. Испытательное устройство может опционально иметь другие блоки связи, которые соединены с другими местами подсоединения экрана.
Источник HV высокого напряжения предназначен, чтобы создавать на своем выходе испытательное напряжение, которое имеет следствием испытательный ток, распределяющийся между ветвью связи и кабелем GL, как обозначено стрелками. Этот испытательный ток определяется по существу емкостью CLS между проводом и экраном. Сопротивление RLS между проводом и экраном изолирующего диэлектрика между сердечником и экраном очень высоко, так что через него течет только пренебрежимо малая часть испытательного тока.
Конденсатор KK связи выполнен в виде высоковольтного конденсатора KK и содержит, например, несколько последовательно включенных конденсаторных обмоток. Эти конденсаторные обмотки сформированы, например, в виде намотанных слоев из диэлектрика с двумя проводящими фольгами. На фиг.1 изображен конденсатор KK связи в виде примерной схемы замещения. Соединения между обмотками конденсатора и от обмоток конденсатора к соединениям конденсатора учтены последовательной схемой из соединительной индуктивности LK и соединительного сопротивления RK. Последовательно с ними включена емкость CK конденсатора, которая образуется диэлектриком. Самоиндукция обмотки LI конденсатора включена параллельно емкости CK конденсатора.
Когда возникает частичный разряд, ЧР, в кабеле GK, в частности в электрической изоляции между экраном и сердечником, это приводит к некоторому, в частности, высокочастотному и/или переходному, току или, соответственно, импульсу частичного разряда как в ветви связи, так и во всех измерительных ветвях. Блоки K1 K2, K3 связи имеют, например, индуктивный элемент между входом E и опорным соединением R и ведут себя в частотном диапазоне импульсов ЧР индуктивно, так что они действуют запирающим образом, в частности для сигналов в высоком двузначном и трехзначном КГц–диапазоне. Таким образом, вследствие ввода блоков K1 K2, K3 связи между экраном и сердечником как измерительные ветви, так и ветвь, которая образуется первой индуктивностью LL1 провода, емкостью CLS между проводом и экраном, второй индуктивностью LS2 экрана и собственной индуктивностью третьей индуктивности K3 связи, имеют высокий импеданс и соответствующее запирающее действие для импульсов ЧР. Поэтому особенно большая часть тока ЧР течет через конденсатор KK связи, что приводит к лучшей чувствительности измерения.
Иначе выражаясь, ток ЧР распределяется между измерительными ветвями особенно благоприятным для точного измерения образом, так как все измерительные ветви и ветвь связи располагают блоком связи. Тогда экран, как и конденсатор KK связи, заземляется на напрямую, а через один из блоков K2, K3 связи, каждый из которых имеет соответствующую собственную индуктивность.
На фиг.2A показана блок–схема одного из примерных вариантов осуществления блока K связи для испытательного устройства или способа в соответствии с усовершенствованной концепцией.
Блок K связи выполнен в виде измерительного импеданса. Он содержит, предпочтительно согласуемую, индуктивность IE, а также подсоединенный к индуктивности IE фильтрующий элемент F. Этот фильтрующий элемент F выполнен, например, в виде фильтрующей схемы, например, RLC–схемы, которая опционально может согласовывать свою функцию передачи. Блок K связи имеет вход E и опорное соединение R, между которыми включена индуктивность IE, а также сигнальный выход S для вывода измерительного сигнала. Блок K связи предназначен здесь, например, для вывода дифференциального сигнала на двух соединениях сигнального выхода S.
На фиг.2B показана блок–схема другого примерного варианта осуществления блока K связи для испытательного устройства или способа в соответствии с усовершенствованной концепцией.
Блок K связи включает в себя преобразователь SW тока, который выполнен, например, в виде высокочастотного преобразователя тока, англ. High Frequency Current Transformer, HFCT, и представляет собой индуктивный элемент блока K связи. Преобразователь SW тока может быть выполнен, например, в виде шинного преобразователя, имеющего число витков первичной обмотки, равное 1.
Показанные на фиг.2A и 2B блоки K связи могут применяться в качестве блоков связи в испытательном устройстве или, соответственно, в способе по усовершенствованной концепции.
На фиг.3 показано схематичное изображение другого примерного варианта осуществления испытательного устройства в соответствии с усовершенствованной концепцией, а также экранированного кабеля GK, с которым в качестве примера соединено отображенное здесь испытательное устройство.
Экранированный кабель GK имеет первое место AL1 подсоединения сердечника и множество N мест AS1, AS2, …, ASN подсоединения экрана, три из которых отображены. Как обозначено штриховым разрывом, кабель GK может иметь другие места подсоединения экрана.
Как и на фиг.1, источник HV высокого напряжения и последовательная схема из конденсатора KK связи и первого блока K1 связи соединена с первым местом AL1 подсоединения сердечника. Испытательное устройство имеет множество других блоков K2, K3, …, KN связи, из которых в качестве примера показаны три, и каждый из которых соединены соответствующим входом с одним из мест AS1, AS2, …, ASN подсоединения экрана, а соответствующим опорным соединением с опорным потенциалом, например, потенциалом земли. Блок A аналитической оценки соединен с надлежащим сигнальным выходом каждого из блоков связи.
При этой компоновке может применяться многоканальный способ измерения, как описано выше для способа по усовершенствованной концепции, который может калиброваться, в частности, по IEC 60270. Кабель эффективно распределяется на множество ветвей кабеля между местами AS1, AS2, …, ASN подсоединения экрана и сердечника. Текущий в ветвях кабеля и в ветви связи испытательный ток зависит от испытательного напряжения, а также от действующих в каждом случае емкостей. При частотах в трехзначном КГц–диапазоне эта испытательная конструкция ведет себя по существу как емкость. В частотном диапазоне широкополосного измерения ЧР по IEC 60270, например, в трехзначном и превышающем его КГц–диапазоне, при малых частотах начинает действовать пренебрежимо малая погонная индуктивность кабеля GK.
При применении способа по усовершенствованной концепции обеспечивается вместе с тем возможность особенно высокой чувствительности и точности измерения.
Этой усовершенствованной концепцией предлагается способ и испытательное устройство для высокосенситивного измерения ЧР экранированных кабелей или других объектов, имеющих распределенные элементы, благодаря чему может целенаправленно достигаться повышенная чувствительность. Основной уровень помех измерения ЧР может заметно снижаться. ЧР, которые могут возникать на большом расстоянии от первого конца кабеля, могут обнаруживаться заметно лучше. Благодаря менее весомой дисперсии сигнала возможно более точное определение дефектных мест.
Усовершенствованная концепция была описана здесь для экранированных кабелей. Однако аналогичное применение к другим объектам, имеющим распределенные элементы, например, распределенные емкости, индуктивности и/или сопротивления, является вполне возможным для специалиста и дает соответствующие преимущества, как и при применении экранированных кабелей. Такие объекты, имеющие распределенные элементы, могут, например, представлять собой высоковольтные конденсаторы, пространные элегазовые распределительные устройства, РУЭ, или высоковольтные вводы.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
HV Источник высокого напряжения
GK Экранированный кабель
KK Конденсатор связи
A Блок аналитической оценки
K1, K2, K3, KN, K Блоки связи
AS1, AS2, ASN Места подсоединения экрана
AL1, AL2 Места подсоединения сердечника
RK Соединительное сопротивление
LK Соединительная индуктивность
LI Самоиндукция обмотки конденсатора
CK Емкость конденсатора связи
LS1, LS2 Индуктивности экрана
RS, RS2 Сопротивления экрана
LL1, LL2 Индуктивности провода
RL1, RL2 Сопротивления провода
CLS Емкость между проводом и экраном
RLS Сопротивление между проводом и экраном
IE Индуктивный элемент
SW Преобразователь тока
F Фильтрующий элемент
E Вход
R Опорное соединение
S Сигнальный выход