Gewichtungsfunktion nach IEC 60270:2000

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1 Gewichtungsfunktion Projektbericht Fachhochschule Kiel Studiengang: Elektrotechnik Fachbereich: IuE 1 Betreuer: Prof. Kay Rethmeier Eingereicht von: Sascha Naumann Matrikel Nummer: Rik Sievers Matrikel Nummer: Jan Wedemeyer Matrikel Nummer: Stefan Becker Exmatrikuliert Abgabetermin: (DVAG, 2012)

2 1 Inhaltsverzeichnis Fachhochschule Kiel 2 Einleitung, Aufgabenstellung Einführung Teilentladungen Was sind Teilentladungen Wie entstehen Teilentladungen Was für Typen von Teilentladungen gibt es Äußere TE Innere TE Gleitentladungen Überblick über die Norm: IEC Zusammenfassung Ermittlung des Ladungswertes Messkreis nach Norm: IEC Gewichtungsfunktion des MPD 600 der Firma Omicron Was ist Gewichtung Grund für die Gewichtungsfunktion Die Funktion dynamic Weighting des MPD Ausmessen der Gewichtungsfunktion Erstellung des Prüfimpulses Messwerte: Grafiken und Auswertung: Verwendete Messgeräte Beschreibung der Fehlerstelle Äußere TE Innere TE Gleitentladungen Simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Messungen im LF-Bereich Spitze-Platte Anordnung Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung Seite 1

3 10.2 Innere TE Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung Gleitentladungen Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Grafiken Auswertung Test auf Reproduzierbarkeit ITE Leitschichtfehler Auswertung Messungen im VLF-Bereich Spitze Platte Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung Innere TE Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung Gleitentladungen Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Grafiken Vergleich der Frequenzen Auswertung Fazit Danksagung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Grafikverzeichnis Tabellenverzeichnis Seite 2

4 2 Einleitung, Aufgabenstellung Teilentladungen sind in der Regel unerwünscht, da sie zu einer Ermüdung des Isolierstoffes führen und damit die Isolierwirkung negativ beeinflussen, sowie die Lebensdauer von Isolierstoffen und Hochspannungsbauteilen verkürzen. Bei Betriebsspannung sollten daher in dem Hochspannungsbauteil keine Teilentladungen vorkommen. Es kann jedoch, durch Fehlzustände im Netz oder Schaltvorgänge bedingt, zu einer Überspannung kommen, die in Dauer und Höhe genügt, um TE zu zünden. Deshalb ist die Teilentladungsmessung in der Hochspannungstechnik ein wichtiges Kriterium, um den Zustand von Isolierstoffen und Hochspannungsbauteilen zu ermitteln. Nach Norm: IEC werden scheinbare Ladungen über eine, von der Wiederholrate abhängige, Gewichtungsfunktion (siehe Tabelle 1 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (zeitbasiert)) korrigiert. Daraus folgt, dass einzelne Störimpulse nur minimal (bis hinunter auf 35% der eigentlichen Ladung) in das Testergebnis eingehen, erst Impulse die mit einer Periodendauer von 20 ms oder weniger auftreten gehen zu 100% ein. Da die Norm auf eine Prüffrequenz von 50 Hz (passend zur Netzfrequenz) ausgelegt ist, kann es bei Messungen, wie z.b. Kabelmessungen im mhz-bereich oder auch Transformatormessungen im Bereich von einigen 100 Hz, dazu kommen, dass eigentlich identische TE-Effekte, aufgrund der gewählten Frequenz, verschieden gewichtet werden müssen. Im Folgenden soll nun mittels Probe-Messungen, unter Variation der Frequenz (VLF, sowie 16,7 Hz bis 400 Hz), untersucht werden, inwiefern diese Norm bei unterschiedlichen Frequenzen angepasst werden sollte. Da bei kleineren Frequenzen die Ausgangsspannung des verwendeten Hochspannungsgenerators beschränkt ist, konnte nicht für alle Frequenzen die Teilentladungs-Einsatzspannung erreicht und somit Teilentladungen erzeugt werden. Das verwendete Messgerät MPD 600 der Firma Omicron bietet die Möglichkeit, zwischen zeitbasierter und periodenbasierter Gewichtung umzuschalten. Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (zeitbasiert) N [1/s] >=100 Rmin [%] Rmax [%] Tabelle 1 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (zeitbasiert) 2 2 (IEC, ) Seite 3

5 3 Einführung Teilentladungen 3.1 Was sind Teilentladungen Teilentladungen (im Folgenden TE) sind lokal beschränkte Entladungen, die die Isolierung teilweise überbrücken und deren Dauer eine µs nicht übersteigt. Periodische und permanente TE sind das Hauptkriterium, um den Zustand und die Qualität von Betriebsmitteln, wie Transformatoren, Kabeln, Schaltanlagen und Generatoren, zu beurteilen. 3.2 Wie entstehen Teilentladungen TE entstehen durch lokale Feldstärkeüberhöhung (z.b. an leitfähigen Spitzen oder durch Feldverdrängung) oder aber auch durch lokale Feldstärkeverminderung (z.b. durch gasgefüllte Hohlräume). 3.3 Was für Typen von Teilentladungen gibt es Äußere TE Äußere TE treten im stark inhomogenen Feld einer gasisolierten Elektrodenanordnung auf, z.b. an Spitzen oder scharfen Kanten. Durch die inhomogenen Felder kommt es zu einer lokalen Feldstärkeüberhöhung, die beim Überschreiten der Zündspannung zu einer Entladung führt. Anzumerken ist, dass, aufgrund des Polaritätseffektes, die Einsetzspannung in der negativen Halbwelle geringer ist als in der positiven Halbwelle. Bild 1 Korona Entladung an einer Hochspannungsleitung 3 3 (Rethmeier, 2012) Seite 4

6 3.3.2 Innere TE Fachhochschule Kiel Innere TE treten in Fehlstellen innerhalb fester oder flüssiger Isolierstoffe auf. Diese sind meistens in Form von Gaseinschlüssen oder Blasen vorzufinden. Da Luft, bzw. Gas meist ein geringeres als der verwendete Isolierstoff aufweist, kommt es zu einer Feldverdrängung aus dem Isolator in die Fehlstelle und somit zu einer Feldüberhöhung in der Feldstärke, diese kann, bei genügend hoher anliegender Spannung, zur TE führen. Bild 2 Innere TE samt Ersatzschaltbild Gleitentladungen Gleitentladungen entstehen an Übergängen zwischen verschiedenen Isolierstoffen. Diese Punkte, an denen drei verschiedene Isolierstoffe aufeinandertreffen, nennt man Tripel-Punkte. Wie bei der inneren TE wird das elektrische Feld in den Isolator mit dem geringsten verdrängt (meist Luft). Dort kann es durch das erhöhte elektrische Feld zum Überschlag kommen. Wird die Spannung nun weiter erhöht, kommt es zur Gleitentladung entlang des Isolators. Bild 3 Tripel-Punkt 5 4 (Küchler, 2009) 5 (Küchler, 2009) Seite 5

7 4 Überblick über die Norm: IEC Zusammenfassung Die Norm: IEC ist von der International Electrotechnical Commission (IEC) erstellt worden und gibt die Test-Parameter für TE-Messungen von Vorrichtungen, Bauteilen oder Systemen vor. Die Norm: IEC definiert u.a. den zu verwendenden Test und die Messschaltung analoge und digitale Messmethoden für allgemeine Anwendungen Methoden zur Kalibrierung und die dazu benötigten Instrumente den Ablauf der Testprozedur Verfahrensvorschriften, betreffend Störungen bei TE, durch externe Interferenzen Hinweis: Normalerweise finden IEC konforme Messungen bei einer Mittenfrequenz von 250 khz und einer Bandbreite von 300 khz statt. 4.2 Ermittlung des Ladungswertes Die scheinbare Ladung für einen IEC-Ladungspegel wird aus einer Vielzahl von Einzelimpulsen zu einem nummerischen Wert zusammengefügt. Dies kann man mit einem alten Zeigerinstrument vergleichen, welches, im Gegensatz zu digitalen Messgeräten, eine Trägheit aufweist und die Daten nicht periodisch auswertet. Es werden die höchsten, in einer Prüfspannungsperiode wiederkehrenden, Einzelwerte aufgenommen. Diese Daten müssen mindestens mit einer Zeitkonstante von 440 ms aktualisiert werden. Der scheinbare Ladungswert unterliegt zudem einer, durch die Norm: IEC vorgegebenen, Gewichtungsfunktion (siehe Tabelle 1 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC 60270). Seite 6

8 5 Messkreis nach Norm: IEC Bild 4 Messkreis nach Norm: IEC Dabei sind: C a : Testobjekt C k : Koppelkondensator CD: Anschlussstelle U~:Versorgungsspannung Z mi : Eingangswiderstand des Messgerätes CC: Verbindungskabel MI: Messinstrument (hier: Omicron MPD 600) 6 (IEC, ) Seite 7

9 6 Gewichtungsfunktion des MPD 600 der Firma Omicron 6.1 Was ist Gewichtung Unter Gewichtung versteht man die Bewertung einzelner Faktoren eines Lösungsansatzes aufgrund ihrer Wichtigkeit. Wichtige Faktoren nehmen folglich einen größeren Einfluss auf das Ergebnis. In der Messtechnik kann man dieses anwenden, indem verschiedene Messwerte mit den Kehrwerten ihrer Unsicherheiten gewichtet werden. Dadurch wird erreicht, dass Werte mit kleinen Unsicherheiten entsprechend stärker gewichtet werden und Werte mit großen Unsicherheiten entsprechend weniger. Beispiel: Hat man einen Punkt A mit 100, der von der Gewichtung her wichtiger ist als Punkt B mit 60, wird Punkt A dann, von der Gewichtung her, mit zwei multipliziert und der Punkt B mit eins und die Werte dann addiert (100*2+60*1=260/3=86,6).Im Ergebnis kommt man demnach auf 86,6. Wäre hingegen bei A 60 und B 100, so kommt man lediglich auf 73,3, da Punkt B geringer gewichtet ist. Hätten beide die gleiche Gewichtung, so erhielte man dieselben Ergebnisse. 6.2 Grund für die Gewichtungsfunktion Bei der TE Messung muss die scheinbare Ladung nach Norm: IEC über eine wiederholratenabhängige Gewichtungsfunktion berechnet werden. Die so vom System aufgenommenen Daten der Impulse werden also korrigiert, bzw. reduziert. So aufgenommene Störimpulse, die durch andere Systeme induziert werden (z B. Leuchtstofflampen mit elektrischen Vorschaltgeräten), werden durch die Gewichtungsfunktion bis auf 35% der real gemessenen Ladungen reduziert und gehen abgeschwächt in das Messergebnis ein. Impulse, die einmal oder mehrfach in 20 ms (passend zur Periodenzeit bei 50 Hz) auftreten, gehen als real gemessene, aber scheinbare Ladungen, zu 100% in das Messergebnis ein. Nach Norm: IEC bezieht sich die Gewichtungsfunktion auf die Zeit. Der Grund für die Gewichtungsfunktion ist also eine normgerechte Fehlerkorrektur der Rohdaten, so dass Störimpulse nicht übermäßig bewertet werden. Seite 8

10 6.3 Die Funktion dynamic Weighting des MPD 600 Die Funktion dynamic Weighting bezieht die gemessenen TE auf eine Periode der Spannung und nicht mehr auf ein, von der Zeit her fixes, Intervall. Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (periodenbasiert) N [1/Periode] 0,02 0,04 0,1 0,2 1 2 Rmin [%] Rmax [%] Tabelle 2 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (periodenbasiert) 7 7 (IEC, ) Seite 9

11 7 Ausmessen der Gewichtungsfunktion 7.1 Erstellung des Prüfimpulses Es wurde eine RC-Kombination gewählt mit kleinem C, um eine hohe Flankensteilheit zu erreichen und damit eine TE nachzubilden, die in ihrer Höhe, Form und Frequenz reproduzierbar ist. Die exakte Größe der Kapazität ist in diesem Zusammenhang irrelevant, da die Ladung im Programm auf 100 pc (100%) kalibriert wurde. Rechteck-Impuls: Amplitude: 200mV Periodendauer (Frequenz): 20ms (50Hz) Bild 5 Rechteck Impuls 8 Spannungssteiheit des Generators 10-90% 16,9ns Bild 6 Spannungssteilheit des Generators 9 8 (2012A, 2012) 9 (2012A, 2012) Seite 10

12 simulierter TE Fachhochschule Kiel Bild 7 simulierte TE Messwerte: TE pro Periode TE pro s f QIEC(Impuls) QIEC [%] min (Norm) max (Norm) , , , , , , , ,5 0, ,7 0, , , , ,5 0, , ,7 0, ,032 1,6 1,6 53,5 0,024 1,2 1,2 43,4 0, ,016 0,8 0,8 28,3 0,012 0,6 0,6 18,9 0,008 0,4 0,4 8 0,004 0,2 0,2 0,7 10 (2012A, 2012) Seite 11

13 7.3 Grafiken und Auswertung: Grafik 1 Gewichtungsfunktion nach IEC (TE pro Periode) Grafik 2 Gewichtungsfunktion nach IEC (TE pro Sekunde) Auswertung: Die gemessenen Werte der simulierten TE liegen innerhalb der, von der Norm: IEC vorgegebenen, Toleranzen. Seite 12

14 8 Verwendete Messgeräte Zum Ausmessen der Gewichtungsfunktion wurde benutzt: Als Messgerät: Digital Storage Oszilloskop DSO-X 2012A der Firma Agilent Technologies InfiniiVision Als Generator: Digital Storage Oszilloskop DSO-X 2012A der Firma Agilent Technologies InfiniiVision (eingebauter FKT-Generator) Zum Messen der Fehlstellen im Frequenzbereich von 16,7Hz bis 400Hz wurde benutzt: Als Generator: CP TD1 der Firma Omicron Als Messwertumwandler : MCU 502 der Firma Omicron Als Messgerät: MPD 600 der Firma Omicron, samt zugehöriger Software Zum Messen der Fehlstellen im VLF-Bereich wurde benutzt: Als Generator: Frida der Firma Baur Es wurde der Generator Frida benutzt, da das Gerät der Firma Omicron nicht dazu geeignet ist, hohe Spannungen im VLF-Bereich zu erzeugen. Seite 13

15 Bilder der verwendeten Messgeräte: Bild 8 DSO-X 2012A 11 Bild 9 CPC 100 und CP TD 1 12 Bild 10 MPD Bild 11 Frida (Kamenar, 2011) 12 (D20, 2012) 13 (D20, 2012) 14 (D20, 2012) Seite 14

16 9 Beschreibung der Fehlerstelle 9.1 Äußere TE Um diese Fehlerstelle zu untersuchen, wurde eine Metallspitze über einer geerdeten Platte angebracht (Bild 12 Metallspitze 1cm über geerdeter Platte). Bild 12 Metallspitze 1cm über geerdeter Platte Innere TE Um eine Innere TE, in Form einer Luftblase, untersuchen zu können wurde ein Dichtring zwischen zwei Polyethylen-Platten gelegt und fixiert. Die beiden Platten samt Dichtring wurden daraufhin in Öl eingebracht. Schließlich wurden die Elektroden auf Höhe des Dichtringes an der Ober- und Unterseite angelegt. Bild 13 simulierte innere TE (D20, 2012) 16 (D20, 2012) Seite 15

17 9.3 Gleitentladungen Fachhochschule Kiel Die Äußeren TE wurden gemessen, indem Polyethylen- Platten verschiedener Dicke zwischen zwei Elektroden angebracht wurden. Dabei wurden die Dicken d=2mm, d=1mm und d=0,5mm untersucht. Bild 14 simulierte Gleitentladung Simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Um eine praxisbezogene Modellfehlstelle zu untersuchen, wurde in die Isolierung eines Erdkabels ein Fenster geschnitten und die darunterliegende Leitschicht beschädigt. Bild 15 simulierter Leitschichtfehler (D20, 2012) 18 (D20, 2012) Seite 16

18 10 Messungen im LF-Bereich 10.1 Spitze-Platte Anordnung Grafiken Grafik 3 16,7 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik 4 16,7 Hz Spitze-Platte kontinuierlich Seite 17

19 Grafik 5 30 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik 6 30 Hz Spitze-Platte kontinuierlich Seite 18

20 Grafik 7 50 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik 8 50 Hz Spitze-Platte kontinuierlich Seite 19

21 Grafik 9 60 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Seite 20

22 Grafik Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Seite 21

26 Vergleich der Frequenzen Grafik 19 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse ohne dynamic Weighting Grafik 20 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse ohne dynamic Weighting Seite 25

27 Grafik 21 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich ohne dynamic Weighting Grafik 22 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich ohne dynamic Weighting Seite 26

28 Grafik 23 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse mit dynamic Weighting Grafik 24 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse mit dynamic Weighting Seite 27

29 Grafik 25 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich mit dynamic Weighting Grafik 26 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich mit dynamic Weighting Seite 28

30 Grafik 27 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse bei simulierten Frequenzen Grafik 28 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse bei simulierten Frequenzen Seite 29

31 Grafik 29 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich bei simulierten Frequenzen Grafik 30 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich bei simulierten Frequenzen Seite 30

32 Auswertung Fachhochschule Kiel Die dcexp Messung ist eine Messung der ungewichteten Ladungswerte der einzelnen TE-Impulse. Die normal Messung ist eine IEC konforme, auf die Zeit bezogene, gewichtete Messung. Die dyn Messung ist eine, auf die Periode bezogene, gewichtete Messung der Ladung. Der simuliert Messung liegt die normale IEC konforme Messung zugrunde, mit der Ausnahme, dass die Prüffrequenz mit dem internen Trigger künstlich verändert wird, um eine andere TE-Anzahl pro Periode zu erhalten. Es konnten lediglich Unterschiede zwischen der Messung mit dynamic Weighting und der Messung ohne dynamic Weighting bei 16,7 Hz und 30 Hz festgestellt werden (Grafik 3, Grafik 4 und Grafik 5). Bei den anderen, von uns gemessenen Frequenzen konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen der Messung mit dynamic Weighting und der Messung ohne dynamic Weighting festgestellt werden. Die Unterschiede bei den Messungen unterhalb von 50Hz lassen sich auf die kürzere Periodendauer zurückführen, da der normal Messung ein Zeitintervall zugrunde liegt, welches der Periodendauer bei 50Hz entspricht. In Grafik 31 Spitze Platte Entladung ist zu sehen, dass die TE bei einem Phasenwinkel von ca. 270 auftreten, was dazu führt, dass bei der normal Messung die Periode der 16,7 Hz und 30 Hz Messung nur zu einem Teil betrachtet werden und so mehrere Perioden ohne TE in den Ladungspegel eingehen. Die dyn Messung betrachtet hingegen eine volle Periode, so dass keine Perioden ohne TE in die Wertung eingehen. Oberhalb von 50 Hz treten keine Unterschiede auf, da in jeder Periode TE vorhanden sind. Den simuliert Messungen lagen die Rohdaten der Messungen mit 16,7 Hz zugrunde. Man erkennt, dass eine Veränderung der internen Trigger-Frequenz zu einer Veränderung des TE- Pegels führt. Grafik 31 Spitze Platte Entladung Seite 31

33 10.2 Innere TE Grafiken Fachhochschule Kiel Grafik 32 16,7 Hz ITE Grafik Hz ITE Seite 32

34 Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Seite 33

37 Vergleich der Frequenzen Grafik 40 Vergleich ITE ohne dynamic Weighting Grafik 41 Vergleich ITE ohne dynamic Weighting Seite 36

38 Grafik 42 Vergleich ITE mit dynamic Weighting Grafik 43 Vergleich ITE mit dynamic Weighting Seite 37

39 Grafik 44 Vergleich ITE bei simulierten Frequenzen Grafik 45 Vergleich ITE bei simulierten Frequenzen Seite 38

40 Auswertung Fachhochschule Kiel Es konnten lediglich Unterschiede zwischen der Messung mit dynamic Weighting und der Messung ohne dynamic Weighting bei 16,7 Hz und 30 Hz festgestellt werden (Grafik 32 und Grafik 33). Bei den anderen, von uns gemessenen Frequenzen konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen der Messung mit dynamic Weighting und der Messung ohne dynamic Weighting festgestellt werden. Die Unterschiede bei den niedrigen Frequenzen lassen sich wiederum wie in der obigen Auswertung zur Spitze-Platte Fehlstelle begründen (siehe ). Grafik 46 Innere TE Seite 39

41 10.3 Gleitentladungen Grafiken Fachhochschule Kiel Grafik 47 16,7 Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Seite 40

42 Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Seite 41

45 Grafik 55 16,7 Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 56 30Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Seite 44

46 Grafik 57 50Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Seite 45

47 Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Seite 46

49 Grafik 63 16,7 Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Seite 48

53 Vergleich der Frequenzen Grafik 71 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 72 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte ohne dynamic Weighting Seite 52

54 Grafik 73 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 74 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte mit dynamic Weighting Seite 53

55 Grafik 75 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 76 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte ohne dynamic Weighting Seite 54

56 Grafik 77 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 78 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte mit dynamic Weighting Seite 55

57 Grafik 79 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 80 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte ohne dynamic Weighting Seite 56

58 Grafik 81 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 82 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte mit dynamic Weighting Seite 57

59 Auswertung Fachhochschule Kiel Bei den Messungen der Gleitentladung an sämtlichen der hier untersuchten Plattendicken von 0,5 mm, 1 mm und 2 mm aus Polyethylen bei 16,7 Hz und 30 Hz liegt der gemessene Ladungswert mit dynamic Weighting über dem Ladungswert der IEC konformen normal Messung. Bei den Messungen der Gleitentladung an sämtlichen der hier untersuchten Plattendicken von 0,5 mm, 1 mm und 2 mm aus Polyethylen bei 60 Hz, 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz und 400 Hz liegt der gemessene Ladungswert mit dynamic Weighting unter dem Ladungswert der IEC konformen normal Messung. Die Unterschiede bei den niedrigen Frequenzen lassen sich wiederum wie in der obigen Auswertung zur Spitze-Platte Fehlstelle begründen (siehe ). Bei den Frequenzen oberhalb von 50 Hz lässt sich die Differenz zwischen dyn und normal Messung damit erklären, dass nicht in jeder Periode TE auftreten. Somit werden bei der dyn Messung die auftretenden TE nicht voll mit hundert Prozent gewichtet (siehe Tabelle 2 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (periodenbasiert)). Die Messperioden bei der normal Messung berücksichtigen jedoch mehrere Perioden der Spannung, sodass in jeder Periode TE vorkommen und diese mit annähernd 100% gewichtet werden (siehe Tabelle 1 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (zeitbasiert)). Grafik 83 Gleitentladung Seite 58

60 10.4 simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Grafiken Grafik 84 16,7 Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik 85 16,7 Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Seite 59

61 Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Seite 60

68 Auswertung Fachhochschule Kiel Es konnten lediglich Unterschiede zwischen der Messung mit dynamic Weighting und der Messung ohne dynamic Weighting bei 16,7 Hz und 30 Hz festgestellt werden (Grafik 84, Grafik 85, Grafik 86 und Grafik 87). Bei den anderen gemessenen Frequenzen konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Die Unterschiede bei den niedrigen Frequenzen lassen sich wiederum wie in der obigen Auswertung zur Spitze-Platte Fehlstelle begründen (siehe ). Grafik 100 simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Seite 67

69 10.5 Test auf Reproduzierbarkeit ITE Grafik 101 Test auf Reproduzierbarkeit ITE ohne dynamic Weighting Grafik 102 Test auf Reproduzierbarkeit ITE mit dynamic Weighting Seite 68

70 Leitschichtfehler Fachhochschule Kiel Grafik 103 Test auf Reproduzierbarkeit Leitschichtfehler ohne dynamic Weighting Grafik 104 Test auf Reproduzierbarkeit Leitschichtfehler mit dynamic Weighting Auswertung Die Messungen haben gezeigt, dass eine eindeutige Reproduzierbarkeit nicht gegeben ist. Seite 69

71 11 Messungen im VLF-Bereich 11.1 Spitze Platte Grafiken Grafik 105 0,05 Hz Spitze-Platte Grafik 106 0,1 Hz Spitze-Platte Seite 70

72 Vergleich der Frequenzen Grafik 107 Vergleich Spitze-Platte bei VLF ohne dynamic Weighting Grafik 108 Vergleich Spitze-Platte bei VLF mit dynamic Weighting Seite 71

73 Auswertung Fachhochschule Kiel Es zeigt sich, dass die Messungen mit dynamic Weighting geringer gewichtet werden, als die Messungen ohne dynamic Weighting. Der Grund hierfür liegt in der Erfassung der Messwerte. Bei beiden Methoden wird der TE-Level (PD-Level [pc] in der Grafik) über mehrere Messperioden zu einem einzelnen Messwert zusammengefasst (Dies geschieht über die Bildung eines nummerischen Mittelwertes). Anhand der Grafik 106 0,1 Hz Spitze-Platte sieht man sehr gut, dass die Höhe des TE-Levels schwankt. Da bei der Messung ohne dynamic Weighting die Periodendauer lediglich 20 ms beträgt, hat diese Schwankung des TE-Levels hier keine relevante Auswirkung auf die Mittelwertbildung der Messwerte, da über genügend Messperioden mit annähernd gleichem TE-Level gemittelt werden kann. Bei der Messung mit dynamic Weighting führt dieses Schwanken zwischen den Perioden jedoch dazu, dass der Mittelwert kleiner wird. Seite 72

74 11.2 Innere TE Grafiken Fachhochschule Kiel Grafik 109 0,05 Hz ITE Grafik 110 0,1 Hz ITE Seite 73

75 Vergleich der Frequenzen Grafik 111 Vergleich ITE gemessen bei VLF mit dynamic Weighting Grafik 112 Vergleich ITE gemessen bei VLF ohne dynamic Weighting Auswertung Bei den hier gemessenen Frequenzen im VLF Bereich (0,05 Hz und 0,1 Hz) konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Messungen mit dynamic Weighting und ohne dynamic Weighting festgestellt werden. Seite 74

76 11.3 Gleitentladungen Grafiken Fachhochschule Kiel Grafik 113 0,05 Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 114 0,1 Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Seite 75

77 Grafik 115 0,05 Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik 116 0,1 Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Seite 76

78 Vergleich der Frequenzen Grafik 117 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 118 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte mit dynamic Weighting Seite 77

79 Grafik 119 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 120 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte mit dynamic Weighting Auswertung Bei den hier gemessenen Frequenzen im VLF Bereich (0,05 Hz und 0,1 Hz) konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Messungen mit dynamic Weighting und ohne dynamic Weighting festgestellt werden. Seite 78

80 11.4 simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Grafiken Grafik 121 0,05 Hz Leitschichtfehler Grafik 122 0,1 Hz Leitschichtfehler Seite 79

81 Vergleich der Frequenzen Grafik 123 Vergleich Leitschichtfehler ohne dynamic Weighting Grafik 124 Vergleich Leitschichtfehler mit dynamic Weightng Auswertung Bei den hier gemessenen Frequenzen im VLF Bereich (0,05 Hz und 0,1 Hz) konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Messungen mit dynamic Weighting und ohne dynamic Weighting festgestellt werden. Seite 80

82 12 Fazit Damit die Norm: IEC auf alle Frequenzen anwendbar ist, sollte überlegt werden, von einer zeitbasierten (siehe Tabelle 1 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (zeitbasiert)) zu einer periodenbasierten (siehe Tabelle 2 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (periodenbasiert)) Gewichtung zu wechseln. Jedoch zeigen die durchgeführten Experimente, dass die Gewichtung, ob zeit- oder periodenbasiert, dazu führt, dass der Ladungspegel deutlich unter dem Wert der tatsächlichen Ladung( dcexp Messungen) liegt. Dies kann dazu führen, dass für eine Alterung und letzten Endes Beschädigung der Geräte relevante TE, heruntergewichtet werden. Dies wäre zum Beispiel der Fall bei Messungen nahe PDIV (partial discharge inception voltage), da hier TE nicht regelmäßig in jeder Periode auftreten. 13 Danksagung Ein besonderer Dank geht an die FH-Kiel University of Applied Science für die Bereitstellung des Hochspannungsbaukastens aus dem Fachbereich Hochspannung/Energietechnik, sowie dem unterstützenden Professor Kay Rethmeier. Des Weiteren geht unsere Danksagung an die Firma Omicron und BAUR für die Bereitstellung professioneller, qualitativ hochwertiger Messmittel. Seite 81

83 14 Literaturverzeichnis Wikipedia.de. (26. September 2012). Abgerufen am 11. Dezember 2012 von A, D. S.-X. (Juli 2012). FH Kiel Hochspannungsbaukasten, Schleswig-Holstein, Deutschland: Firma Agilent. D20. (Juli 2012). FH Kiel Hochspannungsbaukasten, Schleswig-Holstein, Deutschland: Canon. DVAG. (2012). Abgerufen am 11. Dezember 2012 von IEC. ( ). High-voltage test techniques - Partial discharge measurements. Genf: IEC Central Office Kamenar, E. (23. September 2011). Precision Engineering Laboratory. Abgerufen am von Küchler, A. (2009). Hochspannungstechnik. Berlin: Springer Verlag Rethmeier, K. (2012). Skript zur Vorlesung: Hochspannungstechnik. Kiel. 15 Abbildungsverzeichnis Bild 1 Korona Entladung an einer Hochspannungsleitung... 4 Bild 2 Innere TE samt Ersatzschaltbild... 5 Bild 3 Tripel-Punkt... 5 Bild 4 Messkreis nach Norm: IEC Bild 5 Rechteck Impuls Bild 6 Spannungssteilheit des Generators Bild 7 simulierte TE Bild 8 DSO-X 2012A Bild 9 CPC 100 und CP TD Bild 10 MPD Bild 11 Frida Bild 12 Metallspitze 1cm über geerdeter Platte Bild 13 simulierte innere TE Bild 14 simulierte Gleitentladung Bild 15 simulierter Leitschichtfehler Grafikverzeichnis Grafik 1 Gewichtungsfunktion nach IEC (TE pro Periode) Grafik 2 Gewichtungsfunktion nach IEC (TE pro Sekunde) Grafik 3 16,7 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik 4 16,7 Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik 5 30 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik 6 30 Hz Spitze-Platte kontinuierlich Seite 82

84 Grafik 7 50 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik 8 50 Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik 9 60 Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik Hz Spitze-Platte Einzelimpulse Grafik Hz Spitze-Platte kontinuierlich Grafik 19 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse ohne dynamic Weighting Grafik 20 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse ohne dynamic Weighting Grafik 21 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich ohne dynamic Weighting Grafik 22 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich ohne dynamic Weighting Grafik 23 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse mit dynamic Weighting Grafik 24 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse mit dynamic Weighting Grafik 25 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich mit dynamic Weighting Grafik 26 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich mit dynamic Weighting Grafik 27 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse bei simulierten Frequenzen Grafik 28 Vergleich Spitze-Platte Einzelimpulse bei simulierten Frequenzen Grafik 29 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich bei simulierten Frequenzen Grafik 30 Vergleich Spitze-Platte kontinuierlich bei simulierten Frequenzen Grafik 31 Spitze Platte Entladung Grafik 32 16,7 Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik Hz ITE Grafik 40 Vergleich ITE ohne dynamic Weighting Grafik 41 Vergleich ITE ohne dynamic Weighting Grafik 42 Vergleich ITE mit dynamic Weighting Grafik 43 Vergleich ITE mit dynamic Weighting Grafik 44 Vergleich ITE bei simulierten Frequenzen Grafik 45 Vergleich ITE bei simulierten Frequenzen Grafik 46 Innere TE Grafik 47 16,7 Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Seite 83

85 Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 0,5 mm Platte Grafik 55 16,7 Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 56 30Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 57 50Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 63 16,7 Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik 71 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 72 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 73 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 74 Vergleich Gleitentladung bei 0,5 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 75 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 76 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 77 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 78 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 79 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 80 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 81 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 82 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 83 Gleitentladung Grafik 84 16,7 Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik 85 16,7 Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik Hz Leitschichtfehler (hochfahren der Spannung) Seite 84

86 Grafik Hz Leitschichtfehler (runterfahren der Spannung) Grafik 100 simulierter Leitschichtfehler am Erdkabel Grafik 101 Test auf Reproduzierbarkeit ITE ohne dynamic Weighting Grafik 102 Test auf Reproduzierbarkeit ITE mit dynamic Weighting Grafik 103 Test auf Reproduzierbarkeit Leitschichtfehler ohne dynamic Weighting Grafik 104 Test auf Reproduzierbarkeit Leitschichtfehler mit dynamic Weighting Grafik 105 0,05 Hz Spitze-Platte Grafik 106 0,1 Hz Spitze-Platte Grafik 107 Vergleich Spitze-Platte bei VLF ohne dynamic Weighting Grafik 108 Vergleich Spitze-Platte bei VLF mit dynamic Weighting Grafik 109 0,05 Hz ITE Grafik 110 0,1 Hz ITE Grafik 111 Vergleich ITE gemessen bei VLF mit dynamic Weighting Grafik 112 Vergleich ITE gemessen bei VLF ohne dynamic Weighting Grafik 113 0,05 Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 114 0,1 Hz Gleitentladung bei 1 mm Platte Grafik 115 0,05 Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik 116 0,1 Hz Gleitentladung bei 2 mm Platte Grafik 117 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 118 Vergleich Gleitentladung bei 1 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 119 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte ohne dynamic Weighting Grafik 120 Vergleich Gleitentladung bei 2 mm Platte mit dynamic Weighting Grafik 121 0,05 Hz Leitschichtfehler Grafik 122 0,1 Hz Leitschichtfehler Grafik 123 Vergleich Leitschichtfehler ohne dynamic Weighting Grafik 124 Vergleich Leitschichtfehler mit dynamic Weightng Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (zeitbasiert)... 3 Tabelle 2 Gewichtungsfunktion nach Norm: IEC (periodenbasiert)... 9 Seite 85