Title:
Verfahren und Vorrichtung zur Verlustfaktorüberwachung von Kondensatordurchführungen
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Verfahren zum Überwachen von Kondensatordurchführungen für ein Wechselstromnetz, wobei
- das Wechselstromnetz eine erste, zweite und dritte Phase (A, B, C) hat und jeder Phase eine Kondensatordurchführung (2a, 2b, 2c) zugeordnet ist;
- zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt (t1) für jede dieser Phasen
• für eine erste Referenzspannung ein entsprechender erster Referenzspannungszeiger (Ra(t1), Rb(t1), Rc(t1)) ermittelt wird;
• eine Belagspannung, erfasst und ein entsprechender erster Belagspannungszeiger (Va(t1), Vb(t1), Vc(t1)) ermittelt wird;
- zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt (t2), der nach dem ersten Zeitpunkt liegt, für jede dieser Phasen
• für eine zweite Referenzspannung ein entsprechender zweiter Referenzspannungszeiger (Ra(t2),Rb(t2), Rc(t2)) ermittelt wird;
• die Belagspannung erfasst und ein entsprechender zweiter Belagspannungszeiger (Va(t2), Vb(t2), Vc(t2)) ermittelt wird;
- für jede dieser Kondensatordurchführungen
• eine Verlustfaktoränderung (ΔDa, ΔDb, ΔDc) in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten und zweiten Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten und zweiten Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung berechnet wird;
• die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert (DA, DB, DC) verglichen wird;
- ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt wird. embedded image





Inventors:
Wu, Junliang, Dr. (93055, Regensburg, DE)
Viereck, Karsten, Dr. (93049, Regensburg, DE)
Sundermann, Ulrich, Dr. (44149, Dortmund, DE)
Application Number:
DE102017104110A
Publication Date:
08/30/2018
Filing Date:
02/28/2017
Assignee:
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, 93059 (DE)
International Classes:
G01R27/26; G01R15/04; G01R31/12; H01B17/28
Domestic Patent References:
DE10037432A1N/A
DE102004027349A1N/A
DE102012016686A1N/A
Foreign References:
20160154051
WO2015071253A1
Other References:
SETAYESHMEHR, Alireza [et al.]: A Novel Method to On-Line Measuring of Power Factor (tan delta) and Capacitance of Transformers´ Bushings. In: Conference Records of the 2005 IEEE International Conference on Dielectric Liquids (ICDL), 26. Juni - 1. Juli 2005, S. 289-292
Claims:
Verfahren zum Überwachen von Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c) für ein Wechselstromnetz, wobei
- das Wechselstromnetz eine erste, zweite und dritte Phase (A, B, C) hat und umfasst
• eine erste Netzleitung (5a), der die erste Phase (A) und eine erste Kondensatordurchführung (2a) zugeordnet sind und an der eine erste Netzspannung anliegt,
• eine zweite Netzleitung (5b), der die zweite Phase (B) und eine zweite Kondensatordurchführung (2b) zugeordnet sind und an der eine zweite Netzspannung anliegt,
• eine dritte Netzleitung (5c), der die dritte Phase (C) und eine dritte Kondensatordurchführung (2c) zugeordnet sind und an der eine dritte Netzspannung anliegt;
- jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c) umfasst
• einen Leiter (4), der mit der zugeordneten Netzleitung (5a, 5b, 5c) verbunden ist;
• einen elektrisch leitfähigen Belag (3), der diesen Leiter (4) umgibt;
- zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt (t1) für jede dieser Phasen (A, B, C)
• für eine erste Referenzspannung ein entsprechender erster Referenzspannungszeiger (Ra(t1), Rb(t1), Rc(t1)) ermittelt wird;
• eine Belagspannung, die zwischen dem jeweiligen Belag (3) und Massepotenzial (13) anliegt, erfasst und ein entsprechender erster Belagspannungszeiger (Va(t1), Vb(t1), Vc(t1)) ermittelt wird;
- zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt (t2), der nach dem ersten Zeitpunkt (t1) liegt, für jede dieser Phasen (A, B, C)
• für eine zweite Referenzspannung ein entsprechender zweiter Referenzspannungszeiger (Ra(t2),Rb(t2), Rc(t2)) ermittelt wird;
• die Belagspannung erfasst und ein entsprechender zweiter Belagspannungszeiger (Va(t2), Vb(t2), Vc(t2)) ermittelt wird;
- für jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c)
• eine Verlustfaktoränderung (ΔDa, ΔDb, ΔDc) in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten und zweiten Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten und zweiten Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung (2b, 2c, 2a) berechnet wird;
• die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert (DA, DB, DC) verglichen wird;
- ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt wird.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- jede Referenzspannung die jeweilige Netzspannung (Ua(t1), Ua(t2), Ub(t1,) Ub(t2), Uc(t1), Uc(t2)) ist.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei
- der ersten Netzleitung (5a) eine erste Parallel-Kondensatordurchführung (2a') zugeordnet ist;
- der zweiten Netzleitung (5b) eine zweite Parallel-Kondensatordurchführung (2b') zugeordnet ist;
- der dritten Netzleitung (5c) eine dritte Parallel-Kondensatordurchführung (2c') zugeordnet ist;
- jede dieser Parallel-Kondensatordurchführungen (2a', 2b', 2c') umfasst
• einen Leiter (4), der mit der zugeordneten Netzleitung (5a, 5b, 5c) verbunden ist,
• einen elektrisch leitfähigen Belag (3), der diesen Leiter (4) umgibt;
- für jede dieser Phasen (A, B, C)
• die erste und zweite Referenzspannung eine erste und zweite Belagspannung (Va'(t1), Vb'(t1), Vc'(t1), Va'(t2), Vb'(t2), Vc'(t2)) ist, die jeweils zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt zwischen dem Belag (3) und Massepotenzial (13) der jeweiligen Parallel-Kondensatordurchführung anliegt.

Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der vorigen Ansprüche, wobei
- für jede dieser Phasen (A, B, C)
• die Referenzspannung eine Konstantspannung ist, für die ein entsprechender Konstantspannungszeiger vorbestimmt wird.

Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei
- die Größe jedes Konstantspannungszeigers gleich einem Nennspannungswert des Wechselstromnetzes ist;
- für die erste Phase (A) der Phasenwinkel des ersten und zweiten Konstantspannungszeigers (Ra(t1), Ra(t2)) 0° beträgt;
- für die zweite Phase (B) der Phasenwinkel des ersten und zweiten Konstantspannungszeigers (Rb(t1), Rb(t2)) 120° beträgt;
- für die dritte Phase (C) der Phasenwinkel des ersten und zweiten Konstantspannungszeigers (Rc (t1), Rc(t2)) 240° beträgt.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- die Verlustfaktoränderung der ersten Kondensatordurchführung (2a) gemäß folgender Formel ΔDa(t2)=θab(t2)θab(t1)embedded imagemit θab(tj)=(arccosV_a(tj)V_b(tj)|V_a(tj)||V_b(tj)|arccosR_a(tj)R_b(tj)|R_a(tj)||R_b(tj)|) , j=1, 2embedded imageberechnet wird; und/oder
- die Verlustfaktoränderung der zweiten Kondensatordurchführung (2b) gemäß folgender Formel ΔDb(t2)=θbc(t2)θbc(t1)embedded imagemit θbc(tj)=(arccosV_b(tj)V_c(tj)|V_b(tj)||V_c(tj)|arccosR_b(tj)R_c(tj)|R_b(tj)||R_c(tj)|) , j=1, 2embedded imageberechnet wird; und/oder
- die Verlustfaktoränderung der dritten Kondensatordurchführung (2c) gemäß folgender Formel ΔDc(t2)=θca(t2)θca(t1)embedded imagemit θca(tj)=(arccosV_c(tj)V_a(tj)|V_c(tj)||V_a(tj)|arccosR_c(tj)R_a(tj)|R_c(tj)||R_a(tj)|) , j=1, 2embedded imageberechnet wird;
- Ra(t1), Rb(t1), Rc(t1) die ersten Referenzspanungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind;
- Va(t1), Vb(t1), Vc(t1) die ersten Belagspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind;
- Ra(t2), Rb(t2), Rc(t2) die zweiten Netzspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind;
- Va(t2), Vb(t2), Vc(t2) die zweiten Belagspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- Toleranzwerte DA > 0, DB > 0, DC > 0 für die Verlustfaktorvergleiche bestimmt werden;
- falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|DA und |ΔDb(t2)|DB und |ΔDc(t2)|DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass die Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c) in ordnungsgemäßem Zustand sind.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei
- Toleranzwerte DA > 0, DB > 0, DC > 0 für die Verlustfaktorvergleiche bestimmt werden;
- falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|>DA und |ΔDb(t2)|>DB und |ΔDc(t2)|DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder die zweite Kondensatordurchführung (2b) nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen (2a, 2c) nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben;
- falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|DA und |ΔDb(t2)|>DB und |ΔDc(t2)|>DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder die dritte Kondensatordurchführung (2c) nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen (2b, 2a) nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben;
- falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|>DA und |ΔDb(t2)|DB und |ΔDc(t2)|>DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder die erste Kondensatordurchführung (2a) nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen (2c, 2b) nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben.

Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei
- andernfalls ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder alle drei Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c) nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind oder zwei Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und keinen gleichartigen Fehler haben.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- zu einem vorbestimmten dritten Zeitpunkt (t3), der nach dem zweiten Zeitpunkt (t2) liegt, für jede dieser Phasen (A, B, C)
• für eine Referenzspannung ein entsprechender dritter Referenzspannungszeiger (Ra(t3), Rb(t3), Rc(t3)) ermittelt wird;
• die Belagspannung erfasst und ein entsprechender dritter Belagspannungszeiger (Va(t3), Vb(t3), Vc(t3)) ermittelt wird;
• der zweite Referenzspannungszeiger durch den dritten Referenzspannungszeiger und der zweite Belagspannungszeiger durch den dritten Belagspannungszeiger ersetzt wird;
- für jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c)
• das Berechnen und Vergleichen der Verlustfaktoränderung (ΔDa, ΔDb, ΔDc) wiederholt wird;
- ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt wird.

Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei
- vor jedem Ersetzen des zweiten Referenzspannungszeigers und Belagspannungszeigers
• der erste Referenzspannungszeiger durch den zweiten Referenzspannungszeiger und der erste Belagspannungszeiger durch den zweiten Belagspannungszeiger ersetzt wird.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- zu wenigstens einem vorbestimmten späteren Zeitpunkt (tn), der nach dem zweiten Zeitpunkt (t2) liegt, für jede dieser Phasen (A, B, C)
• für eine Referenzspannung ein entsprechender späterer Referenzspannungszeiger (Ra(tn), Rb(tn), Rc(tn)) ermittelt wird;
• die Belagspannung erfasst und ein entsprechender späterer Belagspannungszeiger (Va(tn), Vb(tn), Vc(tn)) ermittelt wird;
- für jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c)
• das Berechnen der Verlustfaktoränderung (ΔDa, ΔDb, ΔDc) zusätzlich von den jeweiligen späteren Netzspannungszeigern und Belagspannungszeigern abhängt.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- zu wenigstens einem vorbestimmten späteren Zeitpunkt (tn), der nach dem zweiten Zeitpunkt (t2) liegt, für jede dieser Phasen (A, B, C)
• ein späterer Referenzspannungszeiger (Ra(tn), Rb(tn), Rc(tn)) ermittelt wird;
• die Belagspannung erfasst und ein entsprechender späterer Belagspannungszeiger (Va(tn), Vb(tn), Vc(tn)) ermittelt wird;
- für jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c)
• eine Verlustfaktoränderung (ΔDa, ΔDb, ΔDc) in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten, zweiten und späteren Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten, zweiten und späteren Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung (2b, 2c, 2a) berechnet wird;
• die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert (DA, DB, DC) verglichen wird;
- ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt wird.

Verfahren nach einem der 2 vorigen Ansprüche, wobei
- die Verlustfaktoränderung der ersten Kondensatordurchführung (2a) gemäß folgender Formel ΔDa(tn)=i=2n{gai[θab(ti)θab(ti1)]}embedded imagemit θab(tj)=arccosV_a(tj)V_b(tj)|V_a(tj)||V_b(tj)|arccosR_a(tj)R_b(tj)|R_a(tj)||R_b(tj)| , j=1,,nembedded imagei=2ngai=1embedded imageberechnet wird; und/oder
- die Verlustfaktoränderung der zweiten Kondensatordurchführung (2b) gemäß folgender Formel ΔDb(tn)=i=2n{gbi[θbc(ti)θbc(ti1)]}embedded imagemit θbc(tj)=arccosV_b(tj)V_c(tj)|V_b(tj)||V_c(tj)|arccosR_b(tj)R_b(tj)|R_b(tj)||R_c(tj)| , j=1,,nembedded imagei=2ngbi=1embedded imageberechnet wird; und/oder
- die Verlustfaktoränderung der dritten Kondensatordurchführung (2c) gemäß folgender Formel ΔDc(tn)=i=2n{gci[θca(ti)θca(ti1)]}embedded imagemit θca(tj)=arccosV_c(tj)V_a(tj)|V_c(tj)||V_a(tj)|arccosR_c(tj)R_a(tj)|R_c(tj)||R_a(tj)| , j=1,,nembedded imagei=2ngci=1embedded imageberechnet wird;
- n > 2 die Anzahl der Zeitpunkte ist;
- t1, t2 der erste und zweite Zeitpunkt und t3, ..., tn die späteren Zeitpunkte sind;
- gai, gbi, gci i-te Gewichtungsfaktoren für die erste, zweite und dritte Kondensatordurchführung sind.

Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei
- jeder Gewichtungsfaktor vom Alter des jeweiligen Zeitpunkts antiton abhängt; und/oder
- für die Gewichtungsfaktoren gai1gai und/oder gbi1gbi und/oder gci1gci für i=2,,nembedded imagegilt.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- zwischen dem Ermitteln der ersten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger
• die Größen der ersten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
• das Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Größenvergleiche ergeben, dass diese Größen nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen; und/oder
- zwischen dem Ermitteln der zweiten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger
• die Größen der zweiten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
• das Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Größenvergleiche ergeben, dass diese Größen nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei
- zwischen dem Ermitteln der ersten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger
• die Phasenwinkel der ersten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
• das Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Winkelvergleiche ergeben, dass diese Phasenwinkel nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen;
- zwischen dem Ermitteln der zweiten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger
• die Phasenwinkel der zweiten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
• das Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Winkelvergleiche ergeben, dass diese Phasenwinkel nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.

Vorrichtung (1) zum Überwachen von Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c) für ein Wechselstromnetz, wobei
- das Wechselstromnetz eine erste, zweite und dritte Phase (A, B, C) hat und umfasst
• eine erste Netzleitung (5a), der die erste Phase (A) und eine erste Kondensatordurchführung (2a) zugeordnet sind und an der eine erste Netzspannung anliegt,
• eine zweite Netzleitung (5b), der die zweite Phase (B) und eine zweite Kondensatordurchführung (2b) zugeordnet sind und an der eine zweite Netzspannung anliegt,
• eine dritte Netzleitung (5c), der die dritte Phase (C) und eine dritte Kondensatordurchführung (2c) zugeordnet sind und an der eine dritte Netzspannung anliegt;
- jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c) umfasst
• einen Leiter (4), der mit der zugeordneten Netzleitung (5a, 5b, 5c) verbunden ist;
• einen elektrisch leitfähigen Belag (3), der diesen Leiter (4) umgibt;
- die Vorrichtung umfasst:
• einen ersten Spannungswandler (9a), der mit der ersten Netzleitung (5a) verbunden werden kann;
• einen zweiten Spannungswandler (9b), der mit der zweiten Netzleitung (5b) verbunden werden kann;
• einen dritten Spannungswandler (9c), der mit der dritten Netzleitung (5c) verbunden werden kann;
• einen ersten Messadapter (6a), der mit dem Belag (3) der ersten Kondensatordurchführung (2a) verbunden werden kann;
• einen zweiten Messadapter (6b), der mit dem Belag (3) der zweiten Kondensatordurchführung (2b) verbunden werden kann;
• einen dritten Messadapter (6c), der mit dem Belag (3) der dritten Kondensatordurchführung (2c) verbunden werden kann;
• eine Messeinrichtung (7), die an die Messadapter (6a, 6b, 6c) gekoppelt ist;
• eine Auswerteeinrichtung (8), die an die Spannungswandler (9a, 9b, 9c) und die Messeinrichtung (7) gekoppelt ist;
- jeder dieser Spannungswandler (9a, 9b, 9c) für die jeweilige Phase (A, B, C) die Netzspannung erfassen kann;
- die Messeinrichtung (7) für jede dieser Phasen (A, B, C) mithilfe des jeweiligen Messadapters (6a, 6b, 6c) eine Belagspannung, die zwischen dem jeweiligen Belag (3) und Massepotenzial (13) anliegt, erfassen kann;
- die Auswerteeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt (t1) für jede dieser Phasen (A, B, C)
• mithilfe des jeweiligen Spannungswandlers (9a, 9b, 9c) die Netzspannung erfassen und einen entsprechenden ersten Netzspannungszeiger (Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1)) ermitteln kann;
• mithilfe der Messeinrichtung (7) die Belagspannung erfassen und einen entsprechenden ersten Belagspannungszeiger (Va(t1), Vb(t1), Vc(t1)) ermitteln kann;
- die Auswerteeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt (t2), der nach dem ersten Zeitpunkt (t1) liegt, für jede dieser Phasen (A, B, C)
• mithilfe des jeweiligen Spannungswandlers (9a, 9b, 9c) die Netzspannung erfassen und einen entsprechenden zweiten Netzspannungszeiger (Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2)) ermitteln kann;
• mithilfe der Messeinrichtung (7) die Belagspannung erfassen und einen entsprechenden zweiten Belagspannungszeiger (Va(t2), Vb(t2), Vc(t2)) ermitteln kann;
- die Auswerteeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie für jede dieser Kondensatordurchführungen (2a, 2b, 2c)
• eine Verlustfaktoränderung (ΔDa, ΔDb, ΔDc) in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten und zweiten Netzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten und zweiten Netzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung (2b, 2c, 2a) berechnen kann;
• die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert (DA, DB, DC) vergleichen kann;
- die Auswerteeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugen kann.

Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorigen Ansprüche ausgebildet ist oder die derart ausgebildet ist, dass sie ein Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche ausführt oder ausführen kann.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Kondensatordurchführungen für ein dreiphasiges Wechselstromnetz.

Elektrische Geräte für Wechselstromnetze, wie beispielsweise Leistungstransformatoren und Drosseln, sind üblicherweise mithilfe von Kondensatordurchführungen an die Netzleitungen des Wechselstromnetzes angeschlossen. Da ein Versagen oder Ausfall dieser Kondensatordurchführungen mit schwerwiegenden Folgen, wie z.B. Beschädigung oder Zerstörung der elektrischen Geräte und daraus resultierenden Ausfällen der Energieversorgung, verbunden sein kann, ist es bekannt, relevante Kenngrößen der Kondensatordurchführungen, wie z.B. Kapazitäten und Verlustfaktoren im Betrieb, zu überwachen. Bei den bekannten Verfahren zur Verlustfaktorüberwachung können sich verschiede Einflussfaktoren, wie z.B. die an den Kondensatordurchführungen anliegende Hochspannung oder Temperaturschwankungen im Betrieb deutlich auf die erfassten Kennwerte auswirken und so eine zuverlässige Überwachung erschweren.

DE 10 2004 027 349 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln des Verlustfaktors einer Isolierung einer Hochspannungsdurchführung. Die Hochspannungsdurchführung verfügt über Einlagen zur Absteuerung eines elektrischen Feldes, wobei eine Außenklemme auf dem Potential einer ersten Einlage und wenigstens eine Innenklemme vorgesehen sind, die mit einer bezüglich der ersten Einlage im Querschnitt weiter innen angeordneten Einlage verbunden ist. Weiterhin wird die Außenklemme über einen regelbaren Referenzkondensator mit Erdpotential verbunden. Eine zwischen Innenklemme und Außenklemme abfallende Prüfspannung, eine an einem Referenzkondensator abfallende Stellspannung und eine Phasenverschiebung zwischen der Prüfspannung und der Stellspannung werden ermittelt. Durch Bilden der Differenz zwischen Prüfspannung und Stellspannung unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung wird eine resultierende Spannung berechnet. Nun wird der Referenzkondensator so geregelt, dass eine Phasenverschiebung zwischen der resultierenden Spannung und der Prüfspannung oder zwischen der resultierenden Spannung der Stellspannung gleich Null ist. Die Einstellungen des Referenzkondensators können somit als Hinweis auf den Alterungszustand oder die Güte der Isolierung gewertet werden.

DE 100 37 432 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung einer mit einer elektrischen Betriebsspannung beaufschlagten Kondensatordurchführung, bei der mit einer elektrisch leitenden Einlage ein Spannungsteiler gebildet ist, wobei mit einem mit der Einlage verbundenen Messabgriff und mit Erdpotential mindestens ein Messwert einer elektrischen Messgröße erfasst und gespeichert wird. Nach Erfassung des mindestens einen Messwerts wird die Impedanz zwischen dem Messabgriff und dem Erdpotential verändert und mit dem Messabgriff und dem Erdpotential mindestens ein Signalwert eines sich dann bildenden Messsignals erfasst und gespeichert, wobei der zeitliche Abstand zwischen dem Zeitpunkt der Erfassung des einen Messwerts und dem Zeitpunkt der Erfassung eines Signalwerts derart bemessen ist, dass eine gegebenenfalls zwischen den beiden Zeitpunkten erfolgte Änderung der Betriebsspannung vernachlässigbar ist.

Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ermöglicht eine bessere Überwachung der Kondensatordurchführungen.

Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Überwachen von Kondensatordurchführungen für ein Wechselstromnetz vor, wobei das Wechselstromnetz eine erste, zweite und dritte Phase hat. Weiterhin umfasst das Wechselstromnetz eine erste Netzleitung, der die erste Phase und eine erste Kondensatordurchführung zugeordnet sind und an der eine erste Netzspannung anliegt, eine zweite Netzleitung, der die zweite Phase und eine zweite Kondensatordurchführung zugeordnet sind und an der eine zweite Netzspannung anliegt, sowie eine dritte Netzleitung, der die dritte Phase und eine dritte Kondensatordurchführung zugeordnet sind und an der eine dritte Netzspannung anliegt. Jede dieser Kondensatordurchführungen umfasst einen Leiter, der mit der zugeordneten Netzleitung verbunden ist und einen elektrisch leitfähigen Belag, der diesen Leiter umgibt.

Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens wird

  • - zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt für jede dieser Phasen
    • • für eine erste Referenzspannung ein entsprechender erster Referenzspannungszeiger oder komplexer Referenzspannungswert ermittelt;
    • • eine Belagspannung, die zwischen dem jeweiligen Belag und Massepotenzial anliegt, erfasst und ein entsprechender erster Belagspannungszeiger oder komplexer Belagspannungswert ermittelt;
  • - zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt, der nach dem ersten Zeitpunkt liegt, für jede dieser Phasen
    • • für eine zweite Referenzspannung ein entsprechender zweiter Referenzspannungszeiger oder komplexer Referenzspannungswert ermittelt;
    • • die Belagspannung erfasst und ein entsprechender zweiter Belagspannungszeiger oder komplexer Belagspannungswert ermittelt;
  • - für jede dieser Kondensatordurchführungen
    • • eine Verlustfaktoränderung in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten und zweiten Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten und zweiten Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung berechnet;
    • • die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert verglichen;
  • - ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt.

Das vorgeschlagene Verfahren nutzt die Kenn- und Messgrößen benachbarter Kondensatordurchführungen desselben Leistungstransformators für die eigentliche Überwachung. Hierbei werden die externen Einflüsse, wie z.B. Termperaturänderungen, auf die Verlustfaktoränderungen der Kondensatordurchführung ausgeglichen. Darüber hinaus wird vermieden, dass beim Überwachen einer Kondensatordurchführung, die ja an die ihr zugeordnete Netzleitung angeschlossen ist, Schwankungen der an einer Netzleitung anliegenden Netzspannung, über die an die jeweilige Netzleitung angeschlossene Kondensatordurchführung auf die Messspannung übertragen werden. So können Messtoleranzen beim Erfassen der Belagspannungen zumindest teilweise kompensiert werden und eine bessere Aussage über den Zustand der Kondensatordurchführung getroffen werden.

Der Verlustfaktor für jede Kondensatordurchführung kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise abgeleitet werden, beispielsweise als das Verhältnis des verlustbehafteten Realteils zum verlustfreien Imaginärteil einer komplexen Zeigergröße und/oder dem Tangens des Verlustwinkels δ zwischen der komplexen Größe und ihrem Imaginärteil. Üblicherweise liegen die Verlustfaktoren für Kondensatordurchführungen im Hochspannungsbereich dabei im Bereich zwischen 0, 005%, und 1%.

Jede Kondensatordurchführung kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise über eine Ober- und eine Unterkapazität verfügen. Die Oberkapazität kann beispielsweise als die Kapazität eines Kondensators, der von dem jeweiligen Belag und dem jeweiligen Leiter gebildet wird, ausgebildet sein. Übliche Werte für Oberkapazitäten liegen im Bereich zwischen 200 und 600pF.

Die Unterkapazität kann beispielsweise als die Kapazität einer Parallelschaltung, die eine Messeinrichtung, mit der beispielsweise eine Belagspannung erfasst und/oder gemessen werden kann, und einen Kondensator umfasst, gebildet werden. Der vorgenannte Kondensator wird dabei von dem jeweiligen äußersten Belag und Massepotential oder von dem jeweiligen äußersten Belag und einem elektrisch leitfähigen Flansch, der an der Außenfläche der jeweiligen Kondensatordurchführung befestigt ist und an Massepotenzial anliegt, gebildet. Üblicherweise liegen die Unterkapazitäten zwischen 1 und 5 µF, sie können aber auch nach Bedarf andere Werte haben und beispielsweise zwischen 0,1 µF und 50 µF oder zwischen 0,2 µF und 20 µF oder zwischen 0,5 pF und 10 µF liegen.

Als Netzspannung wird im Folgenden die Spannung bezeichnet, die zwischen einer Phase des Wechselstromnetzes und Massepotential anliegt. Die Messung der Netzspannung sowie Bildung der Netzspannungszeiger kann auf beliebige Art und Weise, beispielsweise mittels kapazitiver Spannungsteiler, erfolgen.

Als Belagspannung wird im Folgenden die an der Unterkapazität mittels einer Messeinrichtung erfasste Spannung, die zwischen dem äußersten Belag der Kondensatordurchführung und Massepotential anliegt, bezeichnet. Die Ermittlung des Belagspannungszeigers/komplexen Belagspannungswerts erfolgt mittels bekannter Verfahren der Elektrotechnik.

Bei einem dreiphasigen Wechselstromnetz ist der Begriff »benachbart« in Hinblick auf einen vorbestimmten Drehsinn des entsprechenden Zeigersystems definiert, beispielsweise derart, dass die zweite Phase B der ersten Phase A benachbart ist, die dritte Phase C der zweiten Phase B und die erste Phase A der dritten Phase C.

Der Toleranzwert kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen prozentualen Anteil einer entsprechenden Kenngröße aus dem Datenblatt einer Kondensatordurchführung darstellen oder basierend auf Erfahrungswerten abgeleitet werden. Die Toleranzwerte können bei Bedarf für alle Kondensatordurchführungen einheitlich oder individuell für jede Kondensatordurchführung unterschiedlich gewählt werden.

Das Überwachungssignal kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als akustisches und/oder optisches und/oder elektrisches Signal.

Es kann vorgesehen sein, dass jede Referenzspannung die jeweilige Netzspannung ist.

Es kann vorgesehen sein, dass

  • - der ersten Netzleitung eine erste Parallel-Kondensatordurchführung zugeordnet ist;
  • - der zweiten Netzleitung eine zweite Parallel-Kondensatordurchführung zugeordnet ist;
  • - der dritten Netzleitung eine dritte Parallel-Kondensatordurchführung zugeordnet ist;
  • - jede dieser Parallel-Kondensatordurchführungen dabei einen Leiter, der mit der zugeordneten Netzleitung verbunden ist und einen elektrisch leitfähigen Belag der diesen Leiter umgibt, umfasst;
  • - für jede dieser Phasen die erste und zweite Referenzspannung eine erste und zweite Belagspannung ist, die jeweils zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt zwischen dem Belag und Massepotenzial der jeweiligen Parallel-Kondensatordurchführung anliegt.

Diese Parallel-Kondensatordurchführungen sind beispielsweise vorhanden, um zusätzlich zu einem ersten elektrischen Gerät, das über die drei Kondensatordurchführungen an die drei Phasen angeschlossen ist, ein zweites elektrisches Gerät, das hier auch als Parallel-Gerät bezeichnet wird, parallel zu dem ersten Gerät an die drei Phasen anzuschließen. Da die Parallel-Belagspannungswerte die anfänglichen Referenzspannungswerte bilden, kann auf die Erfassung der Netzspannungen verzichtet werden. Dies führt, ohne die Genauigkeit des Überwachungsverfahrens negativ zu beeinflussen, zu Kosteneinsparungen sowie erleichterter Wartung und Instandhaltung, da weniger Messgeräte eingesetzt werden müssen.

Es kann vorgesehen sein, dass für jede der Phasen die Referenzspannung eine Konstantspannung ist, für die ein entsprechender Konstantspannungszeiger vorbestimmt ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die Größe jedes Konstantspannungszeigers gleich einem Nennspannungswert des Wechselstromnetzes ist und für die erste Phase der Phasenwinkel des ersten und zweiten Konstantspannungszeigers 0° beträgt, für die zweite Phase der Phasenwinkel des ersten und zweiten Konstantspannungszeigers 120° beträgt und für die dritte Phase der Phasenwinkel des ersten und zweiten Konstantspannungszeigers 240° beträgt.

Es kann vorgesehen sein, dass

  • - die Verlustfaktoränderung der ersten Kondensatordurchführung gemäß folgender Formel ΔDa(t2)=θab(t2)θab(t1)embedded imagemit θab(tj)=(arccosV_a(tj)V_b(tj)|V_a(tj)||V_b(tj)|arccosR_a(tj)R_b(tj)|R_a(tj)||R_b(tj)|) ,j=1, 2embedded imageberechnet wird; und/oder
  • - die Verlustfaktoränderung der zweiten Kondensatordurchführung gemäß folgender Formel ΔDb(t2)=θbc(t2)θbc(t1)embedded imagemit θbc(tj)=(arccosV_b(tj)V_c(tj)|V_b(tj)||V_c(tj)|arccosR_b(tj)R_c(tj)|R_b(tj)||R_c(tj)|) ,j=1, 2embedded imageberechnet wird; und/oder
  • - die Verlustfaktoränderung der dritten Kondensatordurchführung gemäß folgender Formel ΔDc(t2)=θca(t2)θca(t1)embedded imagemit θca(tj)=(arccosV_c(tj)V_a(tj)|V_c(tj)||V_a(tj)|arccosR_c(tj)R_a(tj)|R_c(tj)||R_a(tj)|) ,j=1, 2embedded imageberechnet wird;
  • - wobei Ra(t1), Rb(t1), Rc(t1) die ersten Referenzspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind;
  • - und Va(t1), Vb(t1), Vc(t1) die ersten Belagspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind;
  • - und Ra(t2), Rb(t2), Rc(t2) die zweiten Referenzspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind;
  • - und Va(t2), Vb(t2), Vc(t2) die zweiten Belagspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase sind.

Es kann vorgesehen sein, dass Toleranzwerte DA > 0, DB > 0, DC > 0 für die Verlustfaktorvergleiche bestimmt werden und falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|DA und |ΔDb(t2)|DB und |ΔDc(t2)|DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass die Kondensatordurchführungen in ordnungsgemäßem Zustand sind und andernfalls ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass zumindest eine Kondensatordurchführung nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist.

Es kann vorgesehen sein, dass Toleranzwerte DA > 0, DB > 0, DC > 0 für die Verlustfaktorvergleiche bestimmt werden und

  • - falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|>DA und |ΔDb(t2)|>DB und |ΔDc(t2)|DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder die zweite Kondensatordurchführung nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben;
  • - falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|DA und |ΔDb(t2)|>DB und |ΔDc(t2)|>DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder die dritte Kondensatordurchführung nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben;
  • - falls die Verlustfaktorvergleiche ergeben, dass |ΔDa(t2)|>DA und |ΔDb(t2)|DB und |ΔDc(t2)|>DCembedded imagegilt, dann ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder die erste Kondensatordurchführung nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben.

Jeder dieser Toleranzwerte DA, DB, DC kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise bestimmt werden und beispielsweise auf einen Wert von 0,0001, oder 0,0002, oder 0,0005, oder 0,001, oder 0,002, oder 0,005, oder 0,01 oder 0,02, oder 0,05 gesetzt werden. Jeder dieser Toleranzwerte und wenigstens einer der anderen Toleranzwerte können gleich oder ungleich sein.

Es kann vorgesehen sein, dass andernfalls ein Überwachungssignal erzeugt wird, das anzeigt, dass entweder alle drei Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind oder zwei Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und keinen gleichartigen Fehler haben.

Es kann vorgesehen sein, dass jeder Toleranzwert vom Alter der jeweiligen Kondensatordurchführung antiton abhängt.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zu einem vorbestimmten dritten Zeitpunkt, der nach dem zweiten Zeitpunkt liegt, für jede dieser Phasen

  • • für eine Referenzspannung und ein entsprechender dritter Referenzspannungszeiger oder komplexer Referenzspannungswert ermittelt wird;
  • • die Belagspannung erfasst und ein entsprechender dritter Belagspannungszeiger oder komplexer Belagspannungswert ermittelt wird;
  • • der zweite Referenzspannungszeiger durch den dritten Referenzspannungszeiger und der zweite Belagspannungszeiger durch den dritten Belagspannungszeiger ersetzt wird;
    • - für jede dieser Kondensatordurchführungen
  • • das Berechnen und Vergleichen der Verlustfaktoränderung wiederholt wird;
    • - ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt wird.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass vor jedem Ersetzen des zweiten Referenzspannungszeigers und Belagspannungszeigers der erste Referenzspannungszeiger durch den zweiten Referenzspannungszeiger und der erste Belagspannungszeiger durch den zweiten Belagspannungszeiger ersetzt wird.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zu wenigstens einem vorbestimmten späteren Zeitpunkt, der nach dem zweiten Zeitpunkt liegt, für jede dieser Phasen

  • • für eine Referenzspannung ein entsprechender späterer Referenzspannungszeiger oder komplexer Netzspannungswert ermittelt wird;
  • • die Belagspannung erfasst und ein entsprechender späterer Belagspannungszeiger oder komplexer Belagspannungswert ermittelt wird;
  • • für jede dieser Kondensatordurchführungen das Berechnen der Verlustfaktoränderung zusätzlich von den jeweiligen späteren Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern abhängt.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zu wenigstens einem vorbestimmten späteren Zeitpunkt, der nach dem zweiten Zeitpunkt liegt, für jede dieser Phasen

  • • für eine Referenzspannung ein entsprechender späterer Referenzspannungszeiger oder komplexer Referenzspannungswert ermittelt wird;
  • • die Belagspannung erfasst und ein entsprechender späterer Belagspannungszeiger oder komplexer Belagspannungswert ermittelt wird;
    • - für jede dieser Kondensatordurchführungen
  • • eine Verlustfaktoränderung in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten, zweiten und späteren Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten, zweiten und späteren Referenzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung berechnet wird;
  • • die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert verglichen wird;
    • - ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugt wird.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Verlustfaktoränderung der ersten Kondensatordurchführung gemäß folgender Formel ΔDa(tn)=i=2n{gai[θab(ti)θab(ti1)]}embedded imagemit θab(tj)=(arccosV_a(tj)V_b(tj)|V_a(tj)||V_b(tj)|arccosR_a(tj)R_b(tj)|R_a(tj)||R_b(tj)|) ,j=1,,nembedded imagei=2ngai=1embedded imageberechnet wird; und/oder

  • - die Verlustfaktoränderung der zweiten Kondensatordurchführung gemäß folgender Formel ΔDb(tn)=i=2n{gbi[θbc(ti)θbc(ti1)]}embedded imagemit θbc(tj)=(arccosV_b(tj)V_c(tj)|V_b(tj)||V_c(tj)|arccosR_b(tj)R_c(tj)|R_b(tj)||R_c(tj)|) ,j=1,,nembedded imagei=2ngbi=1embedded imageberechnet wird; und/oder
  • - die Verlustfaktoränderung der dritten Kondensatordurchführung gemäß folgender Formel ΔDc(t2)=θca(t2)θca(t1)embedded imagemit θca(tj)=(arccosV_c(tj)V_a(tj)|V_c(tj)||V_a(tj)|arccosR_c(tj)R_a(tj)|R_c(tj)||R_a(tj)|) ,j=1,,nembedded imagei=2ngci=1embedded imageberechnet wird;
  • - n > 2 die Anzahl der Zeitpunkte ist;
  • - t1, t2 der erste und zweite Zeitpunkt und t3, ..., tn die späteren Zeitpunkte sind;
  • - gai, gbi, gci i-te Gewichtungsfaktoren für die erste, zweite und dritte Kondensatordurchführung sind.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass jeder Gewichtungsfaktor vom Alter des jeweiligen Zeitpunkts antiton abhängt; und/oder für die Gewichtungsfaktoren gai1gai und/oder gbi1gbi und/oder gci1gci für i=2,,nembedded imagegilt.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass

  • - zwischen dem Ermitteln der ersten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger
    • • die Größen der ersten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
    • • das Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Größenvergleiche ergeben, dass diese Größen nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen;
und/oder
  • - zwischen dem Ermitteln der zweiten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger
    • • die Größen der zweiten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
    • • das Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Größenvergleiche ergeben, dass diese Größen nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.

Dieses Vergleichen der Größen der Referenzspannungszeiger ermöglicht, dass ein Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die eigentliche Überwachung, nämlich der Vergleich der Verlustfaktoränderungen der Kondensatordurchführungen und das Erzeugen des Überwachungssignals, besonders vorteilhaft oder günstig ist, da sie dann nicht durch über das vorbestimmte Maß hinaus voneinander abweichende Referenzspannungen erschwert, behindert oder gar unmöglich gemacht wird. Damit wird erreicht, dass unabhängig von Schwankungen der Spannungen im Wechselstromnetz sowie von Messtoleranzen beim Erfassen der Belagspannungen eine bessere Aussage über den Zustand der Kondensatordurchführungen getroffen werden kann.

Durch die Berücksichtigung der Referenzspannungen können beispielsweise zeitliche Änderungen der Spannungsverhältnisse, die auch als Asymmetrien bezeichnet werden, erfasst werden und somit die entsprechenden Abweichungen der an den Kondensatordurchführungen abgegriffenen Belagspannungen zumindest teilweise kompensiert werden. Damit wird eine zuverlässige Überwachung der Kondensatordurchführungen unter Berücksichtigung und Bewertung der Abweichungen und der Störungen der Spannungen im Wechselstromnetz gewährleistet.

Zum Vergleich der Größen der Referenzspannungszeiger können je nach Bedarf Beträge und/oder Effektivwerte und/oder Scheitelwerte und/oder Amplituden der Referenzspannungszeiger verwendet werden.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass

  • - jeder Größenvergleich derart erfolgt, dass
    • • Toleranzwerte RAB > 0, RBC > 0, RCA > 0 als das jeweilige Maß bestimmt werden;
    • • geprüft wird, ob |RaeRbe|RAB und |RbeRce|RBC und |RceRae|RCAembedded imagegilt;
  • - Rae der Betrag oder der Effektivwert des jeweiligen Referenzpannungszeigers der ersten Phase ist;
  • - Rbe der Betrag oder der Effektivwert des jeweiligen Referenzspannungszeigers der zweiten Phase ist;
  • - Rce der Betrag oder der Effektivwert des jeweiligen Referenzspannungszeigers der dritten Phase ist.

Jeder dieser Toleranzwerte RAB, RBC, RCA kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise bestimmt werden und beispielsweise auf einen Wert gesetzt werden, der 0,1% oder 0,2% oder 0,5% oder 1% oder 2% oder 3% oder 4% oder 5% oder 7% oder 10% oder 15% oder 20% oder 25% oder 30% oder 40% oder 50% des Nennwertes der jeweiligen Referenzspannung Rae, Rbe, Rce entspricht. Jeder dieser Toleranzwerte und wenigstens einer der anderen Toleranzwerte können gleich oder ungleich sein.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass

  • - zwischen dem Ermitteln der ersten Referenzpannungszeiger und dem Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger
    • • die Phasenwinkel der ersten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
    • • das Ermitteln der ersten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Winkelvergleiche ergeben, dass diese Phasenwinkel nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen;
  • - zwischen dem Ermitteln der zweiten Referenzspannungszeiger und dem Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger
    • • die Phasenwinkel der zweiten Referenzspannungszeiger untereinander verglichen werden,
    • • das Ermitteln der zweiten Belagspannungszeiger erfolgt, falls diese Winkelvergleiche ergeben, dass diese Phasenwinkel nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.

Dieses Vergleichen der Größen der Phasenwinkel der Referenzspannungszeiger ermöglicht, dass ein Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die eigentliche Überwachung, nämlich der Vergleich der Verlustfaktoränderungen der Kondensatordurchführungen und das Erzeugen des Überwachungssignals, besonders vorteilhaft oder günstig ist, da sie dann nicht durch über das vorbestimmte Maß hinaus voneinander abweichende Phasenlagen erschwert, behindert oder gar unmöglich gemacht wird. Damit wird erreicht, dass unabhängig von Schwankungen der Phasenlage der Spannungen des Wechselstromnetzes sowie von Messtoleranzen beim Erfassen der Belagspannungen eine bessere Aussage über den Zustand der Kondensatordurchführungen getroffen werden kann.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass

  • - jeder Winkelvergleich derart erfolgt, dass
    • • Toleranzwerte PAB > 0, PBC > 0, PCA > 0 als das jeweilige Maß bestimmt werden;
    • • geprüft wird, ob |φaφb|PAB und |φbφc|PBC und |φcφa|PCAembedded imagegilt;
  • - φa der Phasenwinkel des jeweiligen Referenzspannungszeigers der ersten Phase ist;
  • - φb der Phasenwinkel des jeweiligen Referenzspannungszeigers der zweiten Phase ist;
  • - φc der Phasenwinkel des jeweiligen Referenzspannungszeigers der dritten Phase ist.

Jeder dieser Toleranzwerte PAB, PBC, PCA kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise bestimmt werden und beispielsweise auf einen Wert gesetzt werden, der 0,1% oder 0,2% oder 0,5% oder 1% oder 2% oder 3% oder 4% oder 5% oder 7% oder 10% oder 15% oder 20% des Normwertes des jeweiligen Phasenversatzes entspricht. Jeder dieser Toleranzwerte und wenigstens einer der anderen Toleranzwerte können gleich oder ungleich sein.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass jeder Belagspannungszeiger dadurch ermittelt wird, dass die jeweilige Belagspannung wenigstens zweimal erfasst wird und diese erfassten Belagspannungen gemittelt und/oder gefiltert werden.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zum Mitteln ein gleitender Mittelwert gebildet wird; und/oder zum Mitteln ein gewichteter Mittelwert gebildet wird, wobei insbesondere für jeden Messwert ein Gewichtungsfaktor bestimmt wird, der vom Alter dieses Messwerts antiton abhängt.

Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zum Überwachen von Kondensatordurchführungen für ein Wechselstromnetz vor, wobei das Wechselstromnetz eine erste, zweite und dritte Phase hat und umfasst eine erste Netzleitung, der die erste Phase und eine erste Kondensatordurchführung zugeordnet sind und an der eine erste Netzspannung anliegt, eine zweite Netzleitung, der die zweite Phase und eine zweite Kondensatordurchführung zugeordnet sind und an der eine zweite Netzspannung anliegt, sowie eine dritte Netzleitung, der die dritte Phase und eine dritte Kondensatordurchführung zugeordnet sind und an der eine dritte Netzspannung anliegt. Jede dieser Kondensatordurchführungen umfasst einen Leiter, der mit der zugeordneten Netzleitung verbunden ist und einen elektrisch leitfähigen Belag, der diesen Leiter umgibt. Die Vorrichtung umfasst:

  • • einen ersten Spannungswandler, der mit der ersten Netzleitung verbunden werden kann;
  • • einen zweiten Spannungswandler, der mit der zweiten Netzleitung verbunden werden kann;
  • • einen dritten Spannungswandler, der mit der dritten Netzleitung verbunden werden kann;
  • • einen ersten Messadapter, der mit dem Belag der ersten Kondensatordurchführung verbunden werden kann;
  • • einen zweiten Messadapter, der mit dem Belag der zweiten Kondensatordurchführung verbunden werden kann;
  • • einen dritten Messadapter, der mit dem Belag der dritten Kondensatordurchführung verbunden werden kann;
  • • eine Messeinrichtung, die an die Messadapter gekoppelt ist;
  • • eine Auswerteeinrichtung, die an die Spannungswandler und die Messeinrichtung gekoppelt ist;

Jeder dieser Spannungswandler für die jeweilige Phase die Netzspannung erfassen kann;

  • - die Messeinrichtung für jede dieser Phasen mithilfe des jeweiligen Messadapters eine Belagspannung, die zwischen dem jeweiligen Belag und Massepotenzial anliegt, erfassen kann;
  • - die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt für jede dieser Phasen
    • • mithilfe des jeweiligen Spannungswandlers die Netzspannung erfassen und einen entsprechenden ersten Netzspannungszeiger ermitteln kann;
    • • mithilfe der Messeinrichtung die Belagspannung erfassen und einen entsprechenden ersten Belagspannungszeiger ermitteln kann;
  • - die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt, der nach dem ersten Zeitpunkt liegt, für jede dieser Phasen
    • • mithilfe des jeweiligen Spannungswandlers die Netzspannung erfassen und einen entsprechenden zweiten Netzspannungszeiger ermitteln kann;
    • • mithilfe der Messeinrichtung die Belagspannung erfassen und einen entsprechenden zweiten Belagspannungszeiger ermitteln kann;
  • - die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie für jede dieser Kondensatordurchführungen
    • • eine Verlustfaktoränderung in Abhängigkeit von den jeweiligen ersten und zweiten Netzspannungszeigern und Belagspannungszeigern sowie von den ersten und zweiten Netzspannungszeigern und Belagspannungszeigern der jeweils benachbarten Kondensatordurchführung berechnen kann;
    • • die Verlustfaktoränderung mit einem Toleranzwert vergleichen kann;
  • - die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Verlustfaktorvergleiche erzeugen kann.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, jeder dieser Spannungswandler als kapazitiver Spannungswandler oder induktiver Spannungswandler oder resistiver Spannungswandler ausgebildet ist.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung wenigstens einen Messkondensator oder Messshunt umfasst.

Die Ausführungen und Erläuterungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden und/oder kombiniert werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen. Die Zeichnungen zeigen in

  • 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung von Kondensatordurchführungen für ein dreiphasiges Wechselstromnetz;
  • 2 einen Teil der Vorrichtung der 1;
  • 3 eine Ersatzschaltung aus einem Unterspannungskondensator und einem Oberspannungskondensator;
  • 4 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Überwachung von Kondensatordurchführungen für ein dreiphasiges Wechselstromnetz;
  • 5 Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung von Kondensatordurchführungen für ein dreiphasiges Wechselstromnetz;

Die nachfolgend in den Ausführungen zu 1 bis 4 beschriebenen Ausführungen beziehen sich auf eine Ausführungsform, in der die jeweiligen Referenzspannungszeiger Ra(tj), Rb(tj), Rc(tj) anhand der jeweiligen Netzspannungen Ua(tj), Ub(tj), Uc(tj) ermittelt werden. In den Ausführungen zu 1 bis 4 werden somit die jeweiligen Netzspannungszeiger Ua(tj), Ub(tj), Uc(tj) als Referenzspannungszeiger verwendet.

Desweiteren wird davon ausgegangen, dass aufgrund hinreichend kleiner Winkel für die nachstehenden Ausführungen zur Berechnung der Verlustfaktoränderung die Kleinwinkelnäherung angenommen werden kann.

In der 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Überwachung von Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c für ein dreiphasiges Wechselstromnetz schematisch dargestellt. Die Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c gehören bei dieser Ausführungsform zu einem hier nicht dargestellten Transformator, der hier beispielhaft ein Hochspannungstransformator ist. Derartige Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c werden beispielsweise bei hohen Spannungen im Bereich von einigen wenigen kV bis zu einigen 1000 kV eingesetzt. Das Wechselstromnetz ist hier beispielhaft ein Hochspannungsnetz. Jede der drei Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c ist einer der drei Phasen A,B,C des Wechselstromnetzes zugeordnet und weist einen Leiter 4, der mit der jeweiligen Netzleitung 5a, 5b, 5c des Wechselstromnetzes verbunden ist, und mehrere elektrisch leitfähige Beläge auf, die den Leiter 4 in mehreren Lagen oder Schichten umgeben und von denen lediglich der äußerste Belag 3 dargestellt ist.

Die Vorrichtung 1 weist eine Auswerteeinrichtung 8 sowie für jede Phase A, B, C eine Messeinrichtung 7 und einen Messadapter 6 auf, der mit dem Belag 3 der zu der jeweiligen Phase gehörenden Kondensatordurchführung 2a, 2b, 2c verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 8 ist mit jeder Messeinrichtung 7 verbunden, um die Belagspannungszeiger Va, Vb, Vc für die Phasen A, B, C zu ermitteln, und bildet somit eine gemeinsame Auswerteeinrichtung 8 für alle Messeinrichtungen 7.

Die Belagspannungszeiger Va, Vb, Vc sind hier elektrische Spannungszeiger, die jeweils an einem weiter unten beschriebenen und in 3 gezeigten Unterspannungskondensator KU1, KU2, KU3 der jeweiligen Phase A, B, C ermittelt werden. Bei dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung 1 zudem für jede Phase A, B, C einen Spannungswandler 9a, 9b, 9c auf, der mit der jeweiligen Netzleitung 5a, 5b, 5c verbunden ist, um eine zweite elektrische Messgröße für die jeweilige Phase A, B, C zu erfassen. Diese zweiten Messgrößen sind hier elektrische Spannungszeiger, die jeweils zwischen der jeweiligen Netzleitung 5a, 5b, 5c und Massepotenzial 13 ermittelt werden und hier auch als Netzspannungszeiger Ua, Ub, Uc bezeichnet werden. Die Auswerteeinrichtung 8 ist mit jedem Spannungswandler 9a, 9b, 9c verbunden, um die Netzspannungszeiger Ua, Ub, Uc zu ermitteln, und bildet somit eine gemeinsame Auswerteeinrichtung 8 für alle Spannungswandler 9a, 9b, 9c.

Durch die Vorrichtung 1 wird die Möglichkeit geschaffen, dass die Auswerteeinrichtung 8 bei der Überwachung der Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c Asymmetrien und/oder Schwankungen der Netzspannungszeiger Ua, Ub, Uc auf den Netzleitungen 5a, 5b, 5c berücksichtigt.

In der 2 ist ein erster Teil der Vorrichtung 1 detaillierter dargestellt, der einer ersten Phase A zugeordnet ist. Diesem ersten Teil entsprechen ein einer zweiten Phase B zugeordneter zweiter und ein einer dritten Phase C zugeordneter dritter Teil der Vorrichtung 1 analog, sodass die Ausführungen und Erläuterungen zu dem ersten Teil entsprechend auch analog für diese beiden anderen Teile gelten.

Die der ersten Phase A zugeordnete erste Kondensatordurchführung 2a weist einen Isolationskörper 11 auf, durch dessen Inneres der Leiter 4 geführt ist. Dieser kontaktiert an seinem oberen Ende die seiner Kondensatordurchführung 2a zugeordnete Netzleitung 5a und an seinem unteren Ende eine hier nicht dargestellte Wicklung des Hochspannungstransformators. Im Isolierkörper 11 sind die elektrisch leitfähigen Beläge eingebettet, die hier nur durch den äußersten Belag 3 angedeutet sind und elektrisch gesehen eine Reihenschaltung von Kondensatoren bilden. Diese Reihenschaltung weist die Kondensatoren, die jeweils von zwei benachbarten Belägen gebildet werden, sowie einen Kondensator auf, der von dem hier nicht gezeigten innersten Belag und dem Leiter 4 gebildet wird. Diese Reihenschaltung von Kondensatoren zwischen dem äußersten Belag 3 und dem Leiter 4 bildet als Ersatzschaltung für jede Kondensatordurchführung 2a, 2b, 2c einen entsprechenden Oberspannungskondensator KO1, KO2, KO3.

An der Kondensatordurchführung 2a ist ein elektrisch leitfähiger Flansch 12 angeordnet, der am Erdpotenzial oder Massepotenzial 13 anliegt. Dieser Flansch 12 dient der Befestigung und/oder Sicherung der Kondensatordurchführung 2a. Der äußerste Belag 3 bildet mit dem Flansch 12 und Massepotenzial 13 als Ersatzschaltung für jede Kondensatordurchführung 2a, 2b, 2c einen entsprechenden Außenkondensator KA1, KA2, KA3.

Der Messadapter 6 dringt durch den Isolationskörper 11 und stellt eine elektrisch leitende Verbindung zum äußersten Belag 3 her. Bei dieser Ausführungsform weist jede Messeinrichtung 7 einen Messkondensator KM1, KM2, KM3 auf, der auf Massepotenzial 13 geschaltet ist. Sie kann bei Bedarf zusätzlich eine nicht dargestellte Funkenstrecke, die parallel zu dem jeweiligen Messkondensator KM1, KM2, KM3 geschaltet ist, und/oder einen Überspannungsschutz 7' aufweisen, der parallel zu dem jeweiligen Messkondensator KM1, KM2, KM3 geschaltet ist.

Die Auswerteeinrichtung 8 ist über den Spannungswandler 9a mit der Netzleitung 5a elektrisch leitend verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist der Spannungswandler 9a als kapazitiver Spannungswandler ausgebildet und weist einen kapazitiven Spannungsteiler, der zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren K1, K2 aufweist, und zwei Spulen oder Wicklungen W1, W2 auf, die als Transformator zur induktiven galvanischen Trennung geschaltet sind.

In der 3 ist für die erste Phase A eine Ersatzschaltung aus dem jeweiligen Unterspannungskondensator KU1 und dem jeweiligen Oberspannungskondensator KO1 schematisch dargestellt. Eine Parallelschaltung, die den jeweiligen Messkondensator KM1 und den Außenkondensator KA1 aufweist, bildet den Unterspannungskondensator KU1 mit der Unterkapazität C1. Diese Unterkapazität C1a kann daher mit der bekannten Formel für die Reihenschaltung von Kondensatoren leicht aus der Kapazität CM1 des Messkondensators KM1 und der Kapazität CA1 des Außenkondensators KA1 berechnet werden. Bei Bedarf kann die Parallelschaltung anstelle des Messkondensators KM1 die gesamte jeweilige Messeinrichtung 7 und/oder zusätzlich die Auswerteeinrichtung 8 aufweisen, sodass dann die Unterkapazität C1a aus der Impedanz der Messeinrichtung 7, die von der Kapazität CM1 abhängt, der Kapazität CA1 und der Impedanz der Auswerteeinrichtung 8 berechnet werden muss.

Die Belagspannung V1a liegt am Unterspannungskondensator KU1 an und wird an der Verbindungsleitung oder der Verbindungsstelle zwischen dem Unterspannungskondensator KU1 und dem Oberspannungskondensator KO1 abgegriffen und auf Massepotenzial 13 bezogen. Die Netzspannung Ua fällt über der Reihenschaltung aus dem Oberspannungskondensator KO1 und dem Unterspannungskondensator KU1 ab.

In 4 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Überwachung von Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c für ein dreiphasiges Wechselstromnetz schematisch dargestellt. Dieses Verfahren kann beispielsweise durch die und/oder mithilfe der Vorrichtung 1 der 1 ausgeführt werden.

Bei dieser Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf, die unter Bezugnahme auf die Vorrichtung 1 und 1-3 erläutert werden

Schritt 101: Start des Verfahrens.

Schritt 102: Erfassen von ersten Netzspannungen Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) sowie von ersten Belagspannungen Va(t1), Vb(t1), Vc(t1) für den Zeitpunkt t1 für jede der Phasen A, B, C.

Schritt 103: Ermitteln von ersten Netzspannungszeigern Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) anhand der erfassten Netzspannungen Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) und Vergleich der Netzspannungszeiger Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) zum Zeitpunkt t1 untereinander.

Für den Vergleich der Netzspannungszeiger Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) untereinander werden in dieser Ausführungsform die Effektivwerte der Netzspannungen Uae, Ube, Uce verwendet. Weiterhin können auch die Beträge und/oder Scheitelwerte und/oder Amplituden der Netzspannungszeiger zum Vergleich herangezogen werden.

Weiterhin ist vorgesehen, dass Toleranzwerte RAB > 0, RBC > 0, RCA > 0 für den Vergleich bestimmt werden und der Vergleich derart erfolgt, dass geprüft wird, ob |Uae - Ube| ≤ RAB und |Ube - Uce| ≤ RBC und |Uce - Uae| ≤ RCA gilt.

Falls ja, dann bedeutet dies, dass der Vergleich der Netzspannungszeiger Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) untereinander ergibt, dass die Netzspannungszeiger nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß RAB, RBC, RCA voneinander abweichen. In diesem Fall wird der Schritt 105 ausgeführt.

Falls nein, dann bedeutet dies, dass der Vergleich der ersten Netzspannungszeiger Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) untereinander ergibt, dass die ersten Netzspannungszeiger mehr als ein vorbestimmtes Maß RAB, RBC, RCA voneinander abweichen. In diesem Fall wird der Schritt 104 ausgeführt.

Schritt 104: Ein Warnsignal wird erzeugt, das einen Kurzschluss im Stromnetz und/oder eine zu starke oder übermäßige Asymmetrie der Netzspannungen Ua, Ub, Uc anzeigt. Anschließend erfolgt Sprung zu Schritt 102.

Schritt 105: Ermitteln der Phasenwinkel φa, φb, φc der ersten Netzspannungszeiger Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) zum Zeitpunkt t1 wobei gilt, dass φa der Phasenwinkel des Netzspannungszeigers Ua(t1), φb der Phasenwinkel des Netzspannungszeigers Ub(t1) und φc der Phasenwinkel des Netzspannungszeigers Uc(t1) ist.

Schritt 106: Vergleich der Phasenwinkel φa, φb, φc der ersten Netzspannungszeiger Ua(t1), Ub(t1), Uc(t1) untereinander. Für den Vergleich der Phasenwinkel der ersten Netzspannungszeiger untereinander ist vorgesehen, dass Toleranzwerte PAB > 0, PBC > 0, PCA > 0 als das Maß für den Winkelvergleich bestimmt werden. Der Größenvergleich erfolgt dann derart, dass geprüft wird, ob |φa - φb| ≤ PAB und |φb - φc| ≤ PBC und |φc - φa| ≤ PCA gilt.

Falls ja, dann bedeutet dies, dass der Phasenwinkelvergleich ergibt, dass die Phasenwinkel der ersten Netzspannungszeiger φa, φb, φc nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß PAB, PBC, PCA voneinander abweichen. In diesem Fall wird der Schritt 107 ausgeführt.

Falls nein, dann bedeutet dies, dass der Phasenwinkelvergleich ergibt, dass die Phasenwinkel der ersten Netzspannungen φa, φb, φc mehr als ein vorbestimmtes Maß PAB, PBC, PCA voneinander abweichen. In diesem Fall erfolgt der Sprung zu Schritt 104a.

Schritt 107: Ermitteln von ersten Belagspannungszeigern Va(t1), Vb(t1), Vc(t1) für den Zeitpunkt t1 anhand der in Schritt 102 gemessenen Belagspannungen Va(t1) Vb(t1), Vc(t1), die zwischen dem jeweiligen Belag 3 und Massepotential 13 zum Zeitpunkt t1 anliegt.

Schritt 108: Ermitteln und Archivieren des Phasenversatzes θab, θbc, θac zwischen den Belagspannungszeigern Va(t1), Vb(t1), Vc(t1) zum vorbestimmten Zeitpunkt t1 gemäß folgender Formeln θab(tj)=(arccosV_a(tj)V_b(tj)|V_a(tj)||V_b(tj)|arccosU_a(tj)U_b(tj)|U_a(tj)||U_b(tj)|) ,j=1embedded imageθbc(tj)=(arccosV_b(tj)V_c(tj)|V_b(tj)||V_c(tj)|arccosU_b(tj)U_c(tj)|U_b(tj)||U_c(tj)|) ,j=1embedded imageθca(tj)=(arccosV_c(tj)V_a(tj)|V_c(tj)||V_a(tj)|arccosU_c(tj)U_a(tj)|U_c(tj)||U_a(tj)|) ,j=1embedded imagewobei

  • - Ua(tj), Ub(tj), Uc(tj) die ersten Netzspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase zum Zeitpunkt j sind;
  • - Va(tj), Vb(tj), Vc(tj) die ersten Belagspannungszeiger der ersten, zweiten und dritten Phase zum Zeitpunkt j sind.

Schritt 109: Erfassen von zweiten Netzspannungen Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2) sowie von zweiten Belagspannungen Va(t2), Vb(t2), Vc(t2) und Ermitteln von zweiten Netzspannungszeigern Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2) für einen Zeitpunkt t2, der nach dem Zeitpunkt t1 liegt, anhand der zum Zeitpunkt t2 erfassten Netzspannungen Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2) für jede der Phasen A, B, C.

Schritt 110: Vergleich der Netzspannungszeiger Ua(t2), Ub(t2) Uc(t2) zum Zeitpunkt t2 untereinander.

Der Vergleich der Netzspannungszeiger zum Zeitpunkt t2 erfolgt analog zum Vergleich der ersten Netzspannungszeiger zum Zeitpunkt t1 aus Schritt 103. Falls die Netzspannungszeiger Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2) mehr als ein vorbestimmtes Maß RAB, RBC, RCA voneinander abweichen wird Schritt 104 ausgeführt, ansonsten wird mit Schritt 111 fortgefahren.

Schritt 111: Ermitteln der Phasenwinkel φa, φb, φc der zweiten Netzspannungszeiger Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2) zum Zeitpunkt t2 wobei gilt, dass φa der Phasenwinkel des Netzspannungszeigers Ua(t2), φb der Phasenwinkel des Netzspannungszeigers Ub(t2) und φc der Phasenwinkel des Netzspannungszeigers Uc(t2) ist.

Schritt 112: Vergleich der Phasenwinkel φa(t2), φb(t2), φc(t2) der zweiten Netzspannungszeiger Ua(t2), Ub(t2), Uc(t2) zum Zeitpunkt t2 analog zu Schritt 106.

Falls die Phasenwinkel der zweiten Netzspannungszeiger mehr als ein vorbestimmtes Maß PAB, PBC, PCA voneinander abweichen wird Schritt 104b ausgeführt, ansonsten wird mit Schritt 113 fortgefahren.

Schritt 104b: Ein Warnsignal wird erzeugt, das einen Kurzschluss im Stromnetz und/oder eine zu starke oder übermäßige Asymmetrie der Netzspannungen Ua, Ub, Uc anzeigt. Anschließend erfolgt nach Bedarf der Sprung zu Schritt 109.

Schritt 113: Es werden zweite Belagspannungszeiger Va(t2), Vb(t2), Vc(t2) für den Zeitpunkt t2 anhand einer gemessenen Belagspannung, die zwischen dem jeweiligen Belag 3 und Massepotential 13 zum Zeitpunkt t2 anliegt ermittelt. Weiterhin wird für den Zeitpunkt t2 der jeweilige Phasenversatz θab (t2), θbc (t2), θac(t2) zwischen den benachbarten Konsensatordurchführungen aus den Belagspannungszeigern Va(t2), Vb(t2), Vc(t2) gemäß folgender Formeln ermittelt und archiviert. θab(tj)=(arccosV_a(tj)V_b(tj)|V_a(tj)||V_b(tj)|arccosU_a(tj)U_b(tj)|U_a(tj)||U_b(tj)|) ,j=2embedded imageθbc(tj)=(arccosV_b(tj)V_c(tj)|V_b(tj)||V_c(tj)|arccosU_b(tj)U_c(tj)|U_b(tj)||U_c(tj)|) ,j=2embedded imageθca(tj)=(arccosV_c(tj)V_a(tj)|V_c(tj)||V_a(tj)|arccosU_c(tj)U_a(tj)|U_c(tj)||U_a(tj)|) ,j=2embedded image

Etwaige Messwerte aus möglichen vorherigen Verfahrensdurchläufen, die zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 aufgenommen wurden, werden in dieser Ausführungsform nicht berücksichtigt.

Schritt 114a: In dieser Ausführungsform werden für jede Kondensatordurchführung 2a, 2b, 2c eine Verlustfaktoränderung ΔDa, ΔDb, ΔDc in Abhängigkeit vom zuvor zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Phasenversatz θab(tj), θbc (tj), θac(tj) zwischen den benachbarten Kondensatordurchführungen gemäß folgender Formel berechnet. ΔDa(t2)=θab(t2)θab(t1)embedded imageΔDb(t2)=θbc(t2)θbc(t1)embedded imageΔDc(t2)=θca(t2)θca(t1)embedded image

ΔDa (t2) beschreibt somit die Verlustfaktoränderung der Kondensatordurchführung 2a zum Zeitpunkt t2 im Vergleich zum Zeitpunkt t1. ΔDb (t2) beschreibt die Verlustfaktoränderung der Kondensatordurchführung 2b zum Zeitpunkt t2 im Vergleich zum Zeitpunkt t1. ΔDc (t2) beschreibt die Verlustfaktoränderung der Kondensatordurchführung 2c zum Zeitpunkt t2 im Vergleich zum Zeitpunkt t1.

Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der Verlustfaktoränderung der Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c auch für spätere Zeitpunkte t3, t4,...tn, die nach dem Zeitpunkt t2 liegen, unter Bezugnahme auf den ersten Zeitpunkt t1.

Schritt 115: Für jede Kondensatordurchführung werden die in Schritt 114a identifizierten Verlustfaktoränderungen der Kondensatordurchfürungen 2a, 2b, 2c verglichen. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass Toleranzwerte DA > 0, DB > 0, DC > 0 für die Verlustfaktoränderung der jeweiligen Kondensatordurchführungen bestimmt werden und der Vergleich derart erfolgt, dass geprüft wird ob, |ΔDa(t2)|DA und |ΔDb(t2)|DB und |ΔDc(t2)|DCembedded imagegilt. Ist dies der Fall wird Schritt 116 ausgeführt. Falls dies nicht der Fall ist, wird Schritt 117 ausgeführt.

Schritt 116: Ein Überwachungssignal wird erzeugt, das anzeigt, dass die Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c in ordnungsgemäßem Zustand sind. Anschließend erfolgt der Sprung zu Schritt 109.

Schritt 117: Der Verlustfaktorvergleich erfolgt außerdem derart, dass geprüft wird, ob in einem ersten Fall gilt |ΔDa(t2)|>DA und |ΔDb(t2)|>DB und |ΔDc(t2)|DCembedded imageoder in einem zweiten Fall gilt |ΔDa(t2)|DA und |ΔDb(t2)|>DB und |ΔDc(t2)|>DCembedded imageoder in einem dritten Fall gilt |ΔDa(t2)|>DA und |ΔDb(t2)|DB und |ΔDc(t2)|>DCembedded image

Tritt einer der drei oben genannten Fälle ein, erfolgt ein Sprung zu Schritt 118. Falls dies nicht der Fall ist, wird Schritt 119 ausgeführt.

Schritt 118: Abhängig von dem Verlustvergleich aus Schritt 117 wird ein Überwachungssignal erzeugt.

Ist in Schritt 117 der erste Fall eingetreten, zeigt das Überwachungssignal an, dass entweder die zweite Kondensatordurchführung 2b nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen 2a, 2c nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben.

Ist in Schritt 117 der zweite Fall eingetreten, zeigt das Überwachungssignal an, dass entweder die dritte Kondensatordurchführung 2c nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen 2b, 2a nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben.

Ist in Schritt 117 der dritte Fall eingetreten, zeigt das Überwachungssignal an, dass entweder die erste Kondensatordurchführung 2a nicht in ordnungsgemäßem Zustand ist oder die beiden anderen Kondensatordurchführungen 2c, 2b nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und einen gleichartigen Fehler haben.

Schritt 119: Tritt keiner der drei oben erwähnten Fälle ein wird ein Überwachungssignal erzeugt, das anzeigt, dass entweder alle drei Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind oder zwei Kondensatordurchführungen nicht in ordnungsgemäßem Zustand sind und keinen gleichartigen Fehler haben. Anschließend wird das Verfahren beendet (Schritt 120) oder es erfolgt nach Bedarf ein Sprung zu Schritt 109.

Nachstehend werden alternative Ausführungsformen 114b, 114c des Schrittes 114a näher erläutert.

Im Gegensatz zum Vorgehen in Schritt 114a kann in einem Schritt 114b die Ermittlung der Verlustfaktoränderung der jeweiligen Kondensatordurchführung für Messwerte zu einem Zeitpunkt t3, t4,... tn die nach dem Zeitpunkt t2 liegen auch unter Bezugnahme auf den vorhergehenden Messwert erfolgen. Dies ist exemplarisch für einen Zeitpunkt t3, der nach dem Zeitpunkt t2 liegt durch nachstehende Formeln abgebildet: ΔDa(t3)=θab(t3)θab(t2)embedded imageΔDb(t3)=θbc(t3)θbc(t2)embedded imageΔDa(t3)=θca(t3)θca(t2)embedded image

In einer weiteren alternativen Ausführungsform können in einem Schritt 114c auch eine Vielzahl von Messwerten, die zwischen einem ersten Zeitpunkt t1 und einem späteren Zeitpunkt tn liegen zur Ermittlung der Verlustfaktoränderung der jeweiligen Kondensatordurchführung herangezogen werden. Vorteilhaft können die einzelnen Messwerte t1,..., tn auch mit einem Gewichtungsfaktor versehen werden. Diese Ausführungsform des Schrittes 114c ist beispielhaft anhand nachstehender Formeln abgebildet.

Für die Ermittlung der Verlustfaktoränderung einer ersten Kondensatordurchführung 2a gilt somit: ΔDa(tn)=i=2n{gai[θab(ti)θab(ti1)]}embedded imagemit i=2ngai=1embedded image

Für die Ermittlung der Verlustfaktoränderung einer zweiten Kondensatordurchführung 2b gilt: ΔDb(tn)=i=2n{gbi[θbc(ti)θbc(ti1)]}embedded imagemit i=2ngbi=1embedded image

Für die Ermittlung der Verlustfaktoränderung einer dritten Kondensatordurchführung 2c gilt: ΔDc(tn)=i=2n{gci[θca(ti)θca(ti1)]}embedded imagemit i=2ngci=1embedded image

Wobei

  • - n > 2 die Anzahl der Zeitpunkte ist;
  • - gai, gbi, gci i-te Gewichtungsfaktoren für die erste, zweite und dritte Kondensatordurchführung sind.

Die Gewichtungsfaktoren können dabei antiton vom Alter der jeweiligen Kondensatordurchführung oder dem Einbauort oder statistischen oder probabilistischen Methoden oder weiteren Erfahrungswerten abhängen.

Die Schritte 102, 109 können beispielsweise durch die Spannungswandler 9a, 9b, 9c, die Messadapter 6, die Messeinrichtungen 7 und die Auswerteeinrichtung 8 ausgeführt werden, die somit Mittel bilden, die derart ausgebildet sind, dass sie die Netzspannungen sowie Belagspannungen verschiedener Zeitpunkte Ua(tj), Ub(tj), Uc(tj), Va(tj), Vb(tj), Vc(tj) erfassen.

Die Schritte 103, 105, 106, 110, 111, 112 können beispielsweise durch die Spannungswandler 9a, 9b, 9c und die Auswerteeinrichtung 8 ausgeführt werden, die somit Mittel bilden, die derart ausgebildet sind, dass sie die Netzspannungszeiger verschiedener Zeitpunkte ermitteln und untereinander vergleichen.

Die Schritte 104a, 104b, 116, 118, 119 können beispielweise durch die Auswerteeinrichtung 8 ausgeführt werden, das somit Mittel bildet, die derart ausgebildet sind, dass sie ein Überwachungssignal erzeugen, das von den Ergebnissen des Vergleichs der Netzspannungen, Phasenlagen sowie Verlustfaktoränderungen abhängt.

Die Schritte 107, 108, 113, 114a, 114b, 114c können beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung 8 und den Messadapter 6 und die Messeinrichtung 7 ausgeführt werden, die somit Mittel bilden, die derart ausgebildet sind, dass sie die Belagsspannungszeiger zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermitteln und untereinander vergleichen können.

Schritte 115, 117 können beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung 8 ausgeführt werden, die somit Mittel bildet, die derart ausgebildet sind, dass sie die Änderung des Verlustfaktors der jeweiligen Kondensatordurchführung untereinander vergleicht.

Vorteilhaft werden die Schritte 103/105 und/oder die Schritte 110/112 parallel zueinander ausgeführt.

In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung von Kondensatordurchführungen für ein dreiphasiges Wechselstromnetz gezeigt. Anders als in den bisherigen Ausführungen wird hier der Referenzspannungszeiger Ra(tj), Rb(tj), Rc(tj) zum Vergleich der Verlustfaktoränderungen nicht durch einen Spannungsteiler 9a, 9b, 9c an der jeweiligen Netzleitung 5a, 5b, 5c ermittelt, sondern anhand einer Gruppe parallel geschalteter Kondensatordurchführungen 2a', 2b', 2c' an einem zweiten Hochspannungstransformator (nicht dargestellt) ermittelt. Die Parallel-Kondensatordurchführungen 2a', 2b', 2c' sind dabei an derselben Netzleitung 5a, 5b, 5c wie die Kondensatordurchführungen 2a, 2b, 2c angeschlossen.

Analog zu den Ausführungen zu 2 ist jeder Parallel-Kondensatordurchführung 2a', 2b' 2c' eine Messeinrichtung bestehend aus einem Messadapter 6, und einer Messeinrichtung 7, zugeordnet. Die Auswerteeinrichtung 8 ist über die jeweilige Messeinrichtung 7 und den jeweiligen Messadapter 6 elektrisch leitend mit den Parallel-Kondensatordurchführungen 2a', 2b', 2c' verbunden. Mittels diese Verbindung werden die Belagspannungszeiger Va', Vb', Vc' der Parallel-Kondensatordurchführungen ermittelt.

Für den Verfahrensablauf werden in dieser alternativen Ausführungsform die Belagspannungszeiger Va'(tj), Vb'(tj), Vc'(tj) als Referenzspannungszeiger Ra(tj), Rb(tj) Rc(tj) genutzt.

Die Phasenwinkel φa, φb, φc werden im in 5 vorgestellten Verfahrensablauf durch die Phasenwinkel φa', φb', φc' der Belagspannungszeiger Va', Vb' Vc' ersetzt.

Analog dazu werden auch die Toleranzwerte für die Phasenvergleiche PAB, PBC, PCA sowie die Toleranzwerte für die Spannungsvergleiche RAB, RBC, RCA bei Bedarf durch alternative Toleranzwerte für den Phasenvergleich PAB', PBC', PCA' der Belagspannungszeiger Va', Vb', Vc' sowie durch alternative Toleranzwerte RAB', RBC', RCA' für den Spannungsvergleich anhand der parallelen Belagspannungszeiger Va', Vb', Vc' ersetzt.

In einer weiteren Ausführungsform können als Referenzspannungen auch Konstantspannungen, für die entsprechende Konstantspannungszeiger vorbestimmt werden, genutzt werden.

Die Größe jedes Konstantspannungszeigers entspricht in diesem Fall vorzugsweise dem Nennspannungswert des Wechselstromnetzes.

Die Phasenwinkel φa, φb, φc gemäß des in den Ausführungen zu 5 beschriebenen Verfahrensablaufs werden in dieser Ausführungsform konstant auf 0°, 120°, 240° festgelegt.

Bezugszeichenliste

1
Vorrichtung
2a, 2b, 2c
Kondensatordurchführung
2a', 2b', 2c'
Parallel-Kondensatordurchführung
3
Belag
4
Leiter
5a, 5b, 5c
Netzleitung
6
Messadapter
7
Messeinrichtung
7'
Überspannungsschutz
8
Auswerteeinrichtung
9a, 9b, 9c
Spannungswandler
11
Isolationskörper
12
Flansch
13
Massepotential
K1, K2
Kondensatoren
W1, W2
Wicklungen
A, B, C
erste, zweite, dritte Phase
Ra, Rb, Rc
Referenzspannung
Ra(tj), Rb(tj), Rc(tj)
Referenzspannungszeiger zum Zeitpunkt tj
Ua, Ub, Uc
Netzspannung
Ua(tj), Ub(tj), Uc(tj)
Netzspannungszeiger zum Zeitpunkt tj
Va, Vb, Vc
Belagspannung
Va(tj), Vb(tj), Vc(tj)
Belagspannungszeiger zum Zeitpunkt tj
Va', Vb', Vc'
Belagspannung an Parallel-Kondensatordurchführungen
Va'(tj), Vb'(tj), Vc'(tj)
Belagspannungszeiger an Parallel-Kondensatordurchführungen
Uae, Ube, Uce
Effektivwerte der Netzspannung
KO1, KO2, KO3
erster, zweiter, dritter Oberspannungskondensator
KU1, KU2, KU3
erster, zweiter, dritter Unterspannungskondensator
KA1, KA2, KA3
erster, zweiter, dritter Außenkondensator
KM1, KM2, KM3
erster, zweiter, dritter Messkondensator
C0a, C0b, C0c
Oberkapazität von KO1, KO2, KO3
C1a, C1b, C1c
Unterkapazität von KU1, KU2, KU3
CA1, CA2, CA3
Kapazität von KA1, KA2, KA3
CM1, CM2, CM3
Kapazität von KM1, KM2, KM3
θab, θbc, θac
Phasenversatz zwischen Belagspannungszeigern Va, Vb, Vc
ΔDa, ΔDb, ΔDc
Verlustfaktoränderung der Kondensatordurchführung
DA, DB, DC
Toleranzwerte für Verlustfaktoränderung
PAB, PBC, PCA
Toleranzwerte für Phasenvergleiche
RAB, RBC, RCA
Toleranzwerte für Spannungsvergleiche
φa, φb, φc
Phasenwinkel der Referenzspannungszeiger
gai, gbi, gci
Gewichtungsfaktoren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102004027349 A1 [0003]
  • DE 10037432 A1 [0004]