Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels und eine Prüfvorrichtung zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels.

Als Teilentladung, TE, wird eine örtlich beschränkte elektrische Entladung bezeichnet, welche eine Isolierung zwischen Leitern nur teilweise überbrückt und welche angrenzend an einem Leiter auftreten kann, aber nicht muss. Teilentladungen können auf Fehlerquellen, beispiels weise auf Fehlstellen oder Inhomogenitäten in der elektrischen Isolierung, zurückzuführen sein. Teilentladungen tragen zur Alterung der elektrischen Isolierung bei und wirken sich da her nachteilig auf deren dielektrische Qualität, insbesondere Durchschlagsfestigkeit, aus. Um die dielektrische Qualität von elektrischen Betriebsmitteln zu gewährleisten, werden Teilent ladungsmessungen durchgeführt, um das Vorliegen von Teilentladungen zu prüfen und gege benenfalls deren spezifische Eigenschaften zu bestimmen.

Naturgemäß muss ein Signal, das durch eine TE als Antwort auf eine Prüfspannung erzeugt wird einen gewissen Übertragungsweg zwischen Ort der TE und Messort passieren. Abhängig von der Verteilung der induktiven, kapazitiven und resistiven Elemente des Betriebsmittels (Kabel, Transformator etc.) wird der ursprüngliche TE-Impuls gedämpft und verformt. Am Messpunkt kann in der Regel nur ein Bruchteil der an der Fehlstelle umgesetzten Entladungs energie gemessen werden. Man spricht deshalb von der sogenannten scheinbaren Ladung. Daher werden mit bekannten Messverfahren nur geringe Empfindlichkeiten erreicht. Je grö ßer eine Entfernung zwischen Ort der TE und Messort ist, desto größer ist der Fehler bei der Bestimmung der scheinbaren Ladung. Bei der Qualitätssicherung und -Überwachung von Be triebsmitteln werden in der Regel TE-Werte definiert, die nicht überschritten werden dürfen. Diese Definition bezieht sich dabei auf die am Messpunkt messbare scheinbare Ladung, die wiederum nur ein Bruchteil der eigentlichen Entladungsenergie ist. Eine Qualitätssicherung des Betriebsmittels ist dadurch nur eingeschränkt möglich.

Um einen möglichen Fehler in dem Betriebsmittel zu orten kann das Verfahren der Zeitbe- reichsreflektometrie eingesetzt werden. Dabei entspricht der Zeitversatz zwischen einge speistem Prüfpuls und gemessener Reflektion dem doppelten Weg zum Fehlerort. Messtech nisch wird dies durch Signaldämpfung und -dispersion erheblich erschwert, da die Ortung nach diesem Verfahren nur bei ausreichender Signalamplitude möglich ist. Außerdem setzt das Verfahren eine Reflektion am Fehlerort voraus, was aufgrund der Wellenimpedanz am Fehlerort nicht immer der Fall ist. Im Netzbetrieb von bestimmten Betriebsmitteln, beispiels weise gasisolierten Schaltanlagen, GIS, oder gasisolierten Leitungen, GIL, ist die Fehlerortung in der oben beschriebenen Weise oft nicht möglich, da eine Vielzahl von Entladungen die eventuell vorhandene Reflektion überdeckt oder die Amplitude der zu ortenden Entladung zu klein ist um nach der Reflektion noch gemessen werden zu können.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur TE Mes sung eines elektrischen Betriebsmittels anzugeben, welches eine höhere Genauigkeit der TE Analyse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, aus einem Messsignal, welches insbesondere in Antwort auf eine angelegte Prüfspannung erfasst wird, den Einfluss des Übertragungsweges auf das Signal zu identifizieren. Dieser Einfluss wird durch Übertragungsparameter beschrie ben, welche für die Teilentladung beziehungsweise die Fehlerquelle oder Fehlerquellen cha rakteristisch sind. Daher lassen die Übertragungsparameter Rückschlüsse auf Kenngrößen der Teilentladung zu.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels angegeben. Gemäß dem Verfahren wird eine Prüfspannung an das Betriebs mittel angelegt, beispielsweise in das Betriebsmittel eingeprägt, insbesondere an einer Ein prägestelle des Betriebsmittels. Daraufhin wird ein Messsignal an einer Anschlussstelle des Betriebsmittels erfasst. Abhängig von dem Messsignal werden Übertragungsparameter ermit telt, welche eine Signalübertragung von einem Ort einer Teilentladung in dem Betriebsmittel zu der Anschlussstelle charakterisieren. In Abhängigkeit von den Übertragungsparametern wird wenigstens eine Kenngröße der Teilentladung bestimmt.

Das Messsignal kann als Antwort auf die Prüfspannung durch die Teilentladung verstanden werden. Als Antwort auf die Prüfspannung können auch mehrere Teilentladungen beispiels weise an verschiedenen Orten des Betriebsmittels gemeinsam zu dem Messsignal führen.

Dies ist von der Formulierung„Ort der Teilentladung" umfasst und gegebenenfalls als„Orte der Teilentladungen" oder entsprechend zu verstehen.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Ermitteln der Über tragungsparameter eine Diskretisierung und/oder Digitalisierung des Messsignals, wodurch ein diskretes Messsignal erzeugt wird.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform des Verfahrens stellen die Übertragungsparame ter Parameter einer Transferfunktion oder Übertragungsfunktion dar, welche die Signalüber tragung von dem Ort einer Teilentladung zu der Anschlussstelle charakterisieren. Das Mess signal oder das diskrete Messsignal kann dabei als Abbildung eines Eingangssignals am Ort der Teilentladung, oder im Falle mehrerer Teilentladungen an einem scheinbaren Teilentla dungsort, verstanden werden, wobei die Übertragungsfunktion als Abbildungsoperator fun giert. Die Übertragungsfunktion kann hier und im Folgenden immer auch eine Approximation einer exakten Übertragungsfunktion darstellen.

Die Prüfspannung ist insbesondere eine Wechselspannung, beispielsweise mit einer Frequenz im Bereich 0-500 Hz. Jedoch kann in verschiedenen Ausführungsformen alternativ Gleich spannung als Prüfspannung verwendet werden. Die Prüfspannung wird insbesondere durch eine Hochspannungsquelle bereitgestellt, welche direkt oder indirekt, insbesondere über we nigstens eine Sperrimpedanz und/oder über ein Eingangsfilter, mit der Einprägestelle verbun den wird. Die Sperrimpedanz und/oder das Eingangsfilter können dazu dienen, die Hochspan nungsquelle vom restlichen Prüfaufbau zu entkoppeln.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform werden die Übertragungsparameter mittels eines Verfahrens zur linearen prädiktiven Kodierung (englisch:„linear predictive coding"), LPC, oder Teilen eines Verfahrens zur LPC, ermittelt. LPC Verfahren werden derzeit in der Audiosignal- und Sprachverarbeitung verwendet. Dabei wird ein Signalwert zu einem bestimmten Zeit punkt aus einer Linearkombination von Signalwerten zu vorherigen diskreten Zeitpunkten be stimmt und somit gewissermaßen vorhergesagt.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Ermitteln der Übertragungspara meter, insbesondere das Verfahren zur LPC, das Ermitteln von Filterkoeffizienten eines virtu ellen Filters, wobei das Filter die Signalübertragung näherungsweise nachbildet.

Als virtuell wird das Filter hier bezeichnet, da es keine physische Entsprechung im Sinne eines dedizierten Filterbauteils hat, sondern effektiv durch das Betriebsmittel, den Messkreis und gegebenenfalls die Fehlerquelle oder Fehlerquellen gebildet wird.

Beispielsweise wird das Filter gemäß LPC durch eine Rekursionsgleichung beschrieben, bei spielsweise wie folgt

Dabei ist k eine diskrete Zeitvariable, also eine natürliche Zahl größer Null, y(k) ist der Wert des diskreten Messsignals zum diskreten Zeitpunkt k und N ist eine Ordnung der Approxima tion. Dabei wird y(k-i) = 0 definiert falls (k-i) kleiner oder gleich Null ist. Die a _k sind dabei die sogenannten linearen Prädiktoren der N-ten Ordnung und e(k) ist ein Vorhersagefehler.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform stellen die Prädiktoren a _k die Übertragungspara meter dar. Da die Werte des diskreten Messsignals bekannt sind, können die Übertragungsparameter bestimmt werden, indem der gesamte quadratische Fehler minimiert wird. Der gesamte quadratische Fehler ist gegeben durch qE gemäß der Gleichung

Dazu kann der gesamte quadratische Fehler der a, differenziert werden, das jeweilige Ergeb nis mit Null gleichgesetzt werden und das resultierende Gleichungssystem aus N linearen Gleichungen gelöst werden.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Betriebsmittel homogen aufgebaut, insbe sondere sind Widerstandselemente, induktive und/oder kapazitive Elemente des Betriebsmit tels homogen verteilt. Bei dem homogen aufgebauten Betriebsmittel kann es sich beispiels weise um ein Kabel, insbesondere ein geschirmtes Kabel, zum Beispiel ein geschirmtes Hoch spannungskabel, eine GIS oder eine GIL handeln.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Betriebsmittel inhomogen aufgebaut insbe sondere sind Widerstandselemente, induktive und/oder kapazitive Elemente des Betriebsmit tels inhomogen verteilt. Bei dem inhomogen aufgebauten Betriebsmittel kann es sich bei spielsweise um einen Leistungstransformator, einen Stufenschalter oder eine andere Kompo nente eines Leistungstransformators handeln. Es kann sich bei dem inhomogen aufgebauten Betriebsmittel auch um einen Leistungsschalter, einen Trenner, einen Trennschalter für den Einsatz in GIS oder luftisolierten Schaltanlagen, einen Messwandler, einen Überspannungsab leiter handeln.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die wenigstens eine Kenngröße einer oder mehrerer Fehlerquellen, aus denen die Teilentladung resultiert. Dies kann sowohl für homogen aufgebaute als auch für inhomogen aufgebaute Betriebsmittel vorteilhaft sein.

Insbesondere kann eine solche Ausführungsform bei DC Anwendungen oder Anwendungen zur kontinuierlichen Überwachung beziehungsweise Monitoring des Betriebsmittels von Vor teil sein.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die wenigstens eine Kenngröße der ei nen oder mehreren Fehlerquellen eine Anzahl der Fehlerquellen oder einen relativen Beitrag einer der Fehlerquellen zu der Teilentladung, insbesondere zu einem gesamten Ladungswert der Teilungsladung.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform wird die wenigstens eine Kenngröße der Fehler quellen zur Identifizierung eines Fehlerbildes verwendet. Mit bekannten Verfahren zur TE Messung ist eine derartige Identifizierung nicht möglich das verbesserte Konzept erlaubt es also eine Bewertung der Teilentladung. Abhängig von der Be wertung kann beispielsweise eine Entscheidung getroffen werden, ob eine Handlung wie zum Beispiel eine Wartung, eine Reparatur, ein Stilllegen oder ein Austausch des Betriebsmittels oder eines Teils davon erforderlich ist. Insbesondere können nicht notwendige Handlungen vermieden werden.

Die Identifizierung kann insbesondere durch die Verteilung der Übertragungsparameter erfol gen. Das Fehlerbild kann gewissermaßen als„Fingerabdruck" der Fehlerquellen angesehen werden.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform wird das Fehlerbild einem bekannten charakteris tischen Fehlerbild zugeordnet.

Das bekannte charakteristische Fehlerbild kann beispielsweise einem Fehlerkatalog entnom men oder durch maschinelles Lernen erzeugt werden.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren außerdem das Erzeugen eines Antwortsignals in Abhängigkeit von einem theoretischen Eingangssignal, welches insbe sondere zeitdiskret ist, und den Übertragungsparametern.

Das Antwortsignal entspricht dabei einem theoretischen Messsignal, wenn am Ort der Tei lentladung das theoretische Eingangssignal vorliegen würde.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das theoretische Eingangssignal ein Pulssignal, welches einen Teilentladungsimpuls approximiert. Beispielsweise kann das theoretische Ein gangssignal nur zu einem diskreten Zeitpunkt von Null verschieden sein. Dies entspricht der üblicherweise sehr kurzen Anstiegszeit eines Teilentladungsimpulses.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Erzeugen des Antwortsignals das Bestimmen einer Übertragungsfunktion aus den Übertragungsparametern und das Anwen den der Übertragungsfunktion auf das theoretische Eingangssignal.

Hierbei ist„Anwenden" im Sinne der Anwendung eines mathematischen Operators zu verste hen. Beispielsweise kann das Anwenden der Übertragungsfunktion auf das theoretische Ein gangssignal in einem z-Raum erfolgen. Das heißt, eine z-Transformation des theoretischen Eingangssignals kann erzeugt und mit der Übertragungsfunktion in entsprechender z-Raum Darstellung multipliziert werden. Optional kann das Resultat durch eine inverse z-Transforma- tion in den diskreten Zeitraum zurücktransformiert werden um das Antwortsignal im diskre- ten Zeitraum zu erhalten. Alternativ kann die Berechnung im diskreten Zeitraum oder im Fre quenzraum erfolgen.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die wenigstens eine Kenngröße der Tei lentladung einen Wert für eine scheinbare Ladung der Teilentladung. Insbesondere ist die scheinbare Ladung eine scheinbare Ladung am Ort der Teilentladung.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform wird der Wert für eine scheinbare Ladung der Tei- lentladung in Abhängigkeit von dem Antwortsignal bestimmt.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Bestimmen des Wertes für die scheinbare Ladung eine Integration des Antwortsignals oder eines von dem Antwortsignal ab hängigen Signals, insbesondere im diskreten Zeitraum. Das von dem Antwortsignal abhängige Signal kann beispielsweise durch Filtern des Antwortsignals erzeugt werden. Das Filtern kann dabei einem Bandpassfiltern entsprechen, insbesondere mit einem Frequenzband gemäß dem internationalen Standard IEC 60270:2000, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme hie rin aufgenommen wird. Das Frequenzband kann beispielsweise innerhalb des Bereichs 100- 900 kHz liegen oder beispielsweise 100-400 kHz entsprechen.

Dadurch, dass das Antwortsignal keinem wesentlichen Rauschen oder anderen Störeinflüssen unterliegt, kann trotz der Signaldämpfung ein zuverlässiger Wert für die scheinbare Ladung am Ort der TE bestimmt werden. Gemäß dem verbesserten Konzept kann die scheinbare La dung also mit erhöhter Genauigkeit und unabhängig von der Entfernung der Anschlussstelle zum Ort der Teilentladung ermittelt werden.

Der so ermittelte Ladungswert kann in Bezug zum theoretischen Eingangssignal gesetzt wer den. Daraus kann ermittelt werden welcher Anteil des Eingangssignals noch als Ausgangssig nal gemessen werden kann. Dies ermöglicht die Bestimmung der am Entladungsort umgesetz ten Energie unabhängig von der Entfernung des Messpunktes zum Fehlerort. Für die Zu standsbeurteilung an elektrischen Betriebsmitteln ist dies von erheblichem Vorteil, da somit die von der Fehlstelle ausgehende Gefährdung beurteilt werden kann.

Der Wert für die scheinbare Ladung am Ort der TE kann nach dem verbesserten Konzept so wohl für homogen aufgebaute als auch für inhomogen aufgebaute Betriebsmittel bestimmt werden.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die wenigstens eine Kenngröße der Tei lentladung einen Fehlerort der Teilentladung. Der Fehlerort der Teilentladung wird dabei in Abhängigkeit von dem Antwortsignal ermittelt. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Ermitteln des Fehlerortes der Tei- lentladung eine Anpassung einer Referenzfunktion an das Antwortsignal, wobei die Anpas sung durch eine Anpassung wenigstens eines Parameters der Referenzfunktion erfolgt.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform erfolgt die Anpassung unter Verwendung eines numerischen Optimierungsalgorithmus, beispielsweise eines Levenberg-Marquardt-Algorith- mus.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform handelt es sich bei der Referenzfunktion um eine Lösung einer Differenzialgleichung zur Beschreibung eines elektrischen Schwingkreises. Dies liegt darin begründet, dass die Teilentladung einen elektrischen Schwingkreis zwischen Fehlerort der Teilentladung und Anschlussstelle an regt.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung des Fehlerortes in Abhän gigkeit einer Kapazität und/oder einer Induktivität des Betriebsmittels, wobei die Kapazität und/oder die Induktivität insbesondere einen jeweiligen Näherungswert darstellen.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform werden die Kapazität und/oder die Induktivität durch die Anpassung der Referenzfunktion an das Antwortsignal ermittelt. Insbesondere han delt es sich bei der Kapazität und/oder die Induktivität um Parameter der Referenzfunktion, welche angepasst werden.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform wird aus dem wenigstens einen angepassten Para meter der Referenzfunktion und einer Geometrie des Betriebsmittels der Ort der Teilentla dung bestimmt.

Der Ort der Teilentladung lässt sich nach dem verbesserten Konzept insbesondere für homo gen aufgebaute Betriebsmittel bestimmen. Dadurch, dass das Antwortsignal keinem wesentli chen Rauschen oder anderen Störeinflüssen unterliegt, kann trotz der Signaldämpfung eine sehr genaue Ortung der Fehlerquelle erzielt werden, unabhängig von der Entfernung der An schlussstelle zum Fehlerort. Tests lassen eine Genauigkeit von mindestens 5% bezogen auf eine Länge des Betriebsmittels erwarten.

Für inhomogen aufgebaute Betriebsmittel lassen sich wenigstens die Parameter der Referenz funktion ermitteln, insbesondere die Kapazität und/oder die Induktivität, wodurch auch ohne detaillierte Einbeziehung der Geometrie des Betriebsmittels eine qualitative Bewertung erfol gen kann, beispielsweise eine relative Position verschiedener Fehlerquellen zueinander und bezogen auf die Anschlussstelle ermittelt werden kann.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch eine Prüfvorrichtung zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels angegeben. Die Prüfvorrichtung weist eine Auswerteeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, ein Messsignal an einer Anschlussstelle des Betriebsmittels zu erfassen. Die Auswerteeinheit ist ferner dazu eingerichtet abhängig von dem Messsignal Übertragungsparameter zu ermitteln, welche eine Signalübertragung von einem Ort einer Tei lentladung in dem Betriebsmittel zu der Anschlussstelle charakterisieren. Außerdem ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, wenigstens eine Kenngröße der Teilentladung abhängig von den Übertragungsparametern zu bestimmen.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform der Prüfvorrichtung beinhaltet diese auch eine Hochspannungsquelle zum Anlegen einer Prüfspannung an das Betriebsmittel.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Prüfvorrichtung eine Koppeleinheit, die mit der Anschlussstelle und mit der Auswerteeinheit koppelbar, insbesondere direkt oder indirekt elektrisch verbindbar, und dazu eingerichtet ist, der Auswerteeinheit das Messsignal bereitzustellen.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Koppeleinheit eine Messimpedanz, insbesondere ein induktives Element mit einstellbarer Induktivität.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Koppeleinheit ein dem induktiven Element nachgeschaltetes Filterelement oder Filternetzwerk. Das Filterelement weist dabei beispielsweise Hochpass- oder Bandpasscharakteristik auf.

Mögliche Grenzfrequenzen für den Hochpass können beispielsweise 30 kHz oder 100 kHz sein. Für den Bandpass wiederum sind beispielsweise 100 kHz als untere Grenzfrequenz und/oder 400 kHz oder 500 kHz als obere Grenzfrequenz möglich. Andere Grenzfrequenzen sind entsprechend den konkreten Anforderungen möglich oder erforderlich. Für Monitoring Anwendungen können beispielsweise Bandpasscharakteristika erforderlich sein, die eine obere Grenzfrequenz von mehreren MHz bis hin zu mehreren 10 MHz erfordern.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Koppeleinheit dazu eingerichtet ein Signal, insbesondere ein Stromsignal, an ihrem Eingang in das Messsignal, insbesondere ein Span nungssignal, an ihrem Signalausgang umzuwandeln.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Prüfvorrichtung einen Koppelkon densator, der zwischen die Koppeleinheit und die Anschlussstelle schaltbar, insbesondere mit der Anschlussstelle elektrisch direkt oder indirekt verbindbar und mit der Koppeleinheit elektrisch direkt oder indirekt verbindbar oder verbunden. Bei dem Koppelkondensator han delt es sich beispielsweise um einen Hochspannungskondensator. Der Koppelkondensator kann beispielsweise für das Nachladen einer Fehlerquelle beziehungsweise eine Aufrechter haltung eines elektrischen Feldes an der Fehlstelle sorgen.

Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen der Prüfvorrichtung ergeben sich un mittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesser ten Konzept und umgekehrt. Insbesondere können einzelne oder mehrere der bezüglich der Prüfvorrichtung beschriebenen Komponenten und/oder Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens entsprechend implementiert sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwen digerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Prüfvorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept und eines beispielhaften Betriebsmittels;

Figuren 2a, 2b Darstellungen einer beispielhaften Übertragungsfunktion gemäß ei ner beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem ver besserten Konzept;

Figuren 3a, 3b, 3c Darstellungen eines Messsignals, eines theoretischen Eingangssignals und eines Antwortsignals gemäß einer weiteren beispielhaften Aus führungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept; und

Figur 4 Darstellungen einer Referenzfunktion und eines Antwortsignals ge mäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfah rens nach dem verbesserten Konzept.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Prüf vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept und eines beispielhaften Betriebsmittels. Das Betriebsmittel ist beispielhaft als geschirmtes Kabel mit einem Schirm SC und einer Seele SE dargestellt. Das Betriebsmittel kann jedoch ein beliebiges, homogen oder inhomogen aufge- bautes elektrisches Betriebsmittel mit voneinander elektrisch isolierten Komponenten sein. Seele SE und Schirm SC sind entsprechend durch die voneinander elektrisch isolierten Kompo nenten des Betriebsmittels zu ersetzen. Bei GIS oder GIL wären das beispielsweise einer der isolierten Leiter und ein Druckgefäß der GIS/GIL. Bei Transformatoren wären das beispiels weise eine Transformatorwicklung und ein Kessel des Transformators. Prinzipiell ist eine Aus kopplung immer möglich, sofern eine entsprechende Kapazität vorliegt, um wenigstens einen Teil der TE nachladen und somit erfassen zu können.

Die Prüfvorrichtung kann eine Hochspannungsquelle HV, beispielsweise einen Hochspan nungsgenerator, aufweisen, der an einer Anschlussstelle AS des Betriebsmittels, beispiels weise der Seele SE, angeschlossen werden kann. Die Prüfvorrichtung kann außerdem einen Koppelkondensator KK und eine Koppeleinheit KE aufweisen, welche in Reihe zueinander ge schaltet sind. Der Koppelkondensator KK ist beispielsweise an die Anschlussstelle AS an schließbar. Alternativ können Hochspannungsquelle HV und Koppelkondensator KK an unter schiedlichen Stellen des Betriebsmittels anschließbar sein, insbesondere die Hochspannungs quelle HV an einer Einprägestelle des Betriebsmittels, insbesondere der Seele SE, und der Koppelkondensator KK an der Anschlussstelle AS.

Alternativ kann es sich bei der Hochspannungsquelle auch um eine zur Energieerzeugung o- der -Verteilung ohnehin benötigte Komponente wie etwa einen Generator oder einen Netztransformator handeln.

Gemäß dem verbesserten Konzept weist die Prüfvorrichtung eine Auswerteeinheit AE auf, welche beispielsweise mit der Koppeleinheit KE elektrisch verbunden ist.

Bei einer Prüfung kann eine durch die Hochspannungsquelle HV bereitgestellte Prüfspannung an der Anschlussstelle AS in das Betriebsmittel eingeprägt werden. Daraufhin kann ein Signal, dass beispielsweise durch eine Teilentladung in einer Isolierung des Betriebsmittels erzeugt wird, über den Koppelkondensator KK und die Koppeleinheit KE erfasst und als Messsignal an die Auswerteeinheit AE ausgegeben werden.

Die Auswerteeinheit AE kann beispielsweise das Messsignal digitalisieren und dadurch ein dis kretes Messsignal erzeugen. Ein beispielhaftes diskretes Messsignal ist in Figur 3a gezeigt.

Die Auswerteeinheit AE kann dann anhand des Messsignals, insbesondere des diskreten Messsignals, Übertragungsparameter, welche eine Signalübertragung von einem Ort der Tei lentladung in dem Betriebsmittel zu der Anschlussstelle AE charakterisieren, ermitteln und eine oder mehrere Kenngrößen der Teilentladung abhängig von den Übertragungsparame tern bestimmen.

Die Übertragungsparameter können dabei die Prädiktoren a, eines durch die Rekursionsglei chung (1) definierten virtuellen Filters sein. Die Auswerteeinheit AE kann die Übertragungspa rameter daher durch Minimierung des gesamten quadratischen Fehlers qE gemäß Gleichung (2) bestimmen.

Die Übertragungsparameter können als Parameter einer Übertragungsfunktion aufgefasst werden, welche ein theoretisches Eingangssignal durch die Teilentladung mit dem diskreten Messsignal verknüpft. Insbesondere können die Übertragungsparameter Polstellen der Über tragungsfunktion im komplexen z-Raum entsprechen.

Figur 2a zeigt ein Ergebnis einer beispielhaften Bestimmung der Übertragungsparameter. Je des Kreuz stellt dabei eine Polstelle der zugehörigen Übertragungsfunktion dar.

Figur 2b zeigt eine Amplitude (durchgezogene Linie) und einen Phasenwinkel (gestrichelte Li nie) der Übertragungsfunktion aus Fig. 2a im Frequenzraum. Dazu kann die Übertragungs funktion vom z-Raum durch inverse z-Transformation und Fourier-Transformation in den Fre quenzraum transformiert werden.

Anhand der Übertragungsparameter und deren Verteilung, insbesondere Anhand der Anord nung der Polstellen der Übertragungsfunktion kann bereits direkt eine Charakterisierung der Fehlerquelle oder Fehlerquellen vorgenommen werden, welche die Teilentladung oder meh rere Teilentladungen verursacht haben. Beispielsweise kann anhand der Übertragungspara meter gewissermaßen ein Fingerabdruck der Fehlerquellen erzeugt werden und dieser bei spielsweise mit bekannten charakteristischen Fehlerbildern verglichen werden. Insbesondere kann die Anzahl der Fehlerquellen und deren relativer Beitrag zur gesamten Teilentladung auf diese Weise bestimmt werden.

Figur 3b zeigt ein theoretisches, insbesondere digital erzeugtes Eingangssignal (durchgezo gene Linie). Da ein Teilentladungsimpuls eine sehr schnelle Anstiegszeit aufweist, beispiels weise im Bereich weniger Nanosekunden oder einer Nanosekunde, kann das theoretische Eingangssignal beispielsweise einem digitalen Puls minimaler Breite entsprechen. Eine Fläche des theoretischen Eingangssignals beispielsweise gleich 1.

Figur 3b zeigt außerdem ein Antwortsignal (gestrichelte Linie), welches der Abbildung des theoretischen Eingangssignals mittels der Übertragungsfunktion entspricht. Figur 3c zeigt ei nen reduzierten Ausschnitt aus Figur 3b.

Das Antwortsignal ähnelt dem diskreten Messsignal aus Figur 3a, ist jedoch nahezu rauschfrei. Die Auswerteeinheit AE kann das Antwortsignal beispielsweise in einem bestimmten, bei spielsweise in IEC 60270:2000 angegebenen, Bereich, zum Beispiel im Bereich 100 - 400 kHz, filtern und integrieren. Das Ergebnis der Integration ist ein Maß für die scheinbare Ladung der Teilentladung am Ort der TE. Im Beispiel der Figuren 3b und 3c hat das digitale Eingangssignal die Fläche 1 und die Integration des gefilterten Antwortsignals ergibt beispielsweise 0,55. Ver gleicht man diesen Wert mit einem Referenzwert, der beispielsweise durch Einspeisung einer definierten Ladung mit einem TE-Kalibrator bestimmt werden kann, lässt sich ein Wert für die scheinbare Ladung bestimmen.

Durch die Teilentladung kann ein Schwingkreis von Fehlerort zur Anschlussstelle AS angeregt werden. Die Schwingung kann allgemein beispielsweise durch die Differenzialgleichung

LC-U + RC-U + U = 0 , (3) beschrieben werden. Dabei ist U eine elektrische Spannung, R ein Widerstand, L eine Indukti vität und C eine Kapazität in dem Schwingkreis. Eine Differenzialgleichung für einen entspre chenden elektrischen Strom hat dieselbe Form und kann analog verwendet werden.

Lösungen der Gleichung (3) können dann als Referenzfunktion dienen und haben im Schwing fall die bekannte Form

U(t)=U ₀ exp(-tR/2L)· sin ( t/LC + f) falls (R/2L) ² < l/LC . (4)

Dabei sind Uo und f von den Anfangsbedingungen der Schwingung abhängige Parameter. Für den Kriechfall und den aperiodischen Grenzfall sind entsprechende Lösungen der Gleichung (3) bekannt. Aus einer Anpassung beziehungsweise einem Fit der Referenzfunktion an das Antwortsignal kann insbesondere die Kapazität C oder die Induktivität L bestimmt werden. Figur 4 zeigt beispielhaft das Antwortsignal (gestrichelt) und die Referenzfunktion (durchgezo gene Linie). Zur übersichtlicheren Darstellung sind die beiden Kurven zeitlich zueinander ver schoben dargestellt.

Im Falle eines homogen aufgebauten Betriebsmittels, beispielsweise eines Kabels, einer GIS oder GIL, kann anhand der Geometrie des Betriebsmittels, beispielsweise Länge, Querschnitt des Kabels, Querschnitt der Seele, und gegebenenfalls anhand der verwendeten Isoliermate rialien, ein Abstand des Fehlerorts von der Anschlussstelle AS ermittelt werden. Damit lässt sich also der Fehlerort bestimmen.

Bei einem inhomogen aufgebauten Betriebsmittel kann basierend auf Induktivität L und/oder Kapazität C eine qualitative Charakterisierung der Fehlerquelle oder mehrerer Fehlerquellen erfolgen. Beispielsweise können relative Abstände zwischen Fehlerorten verschiedener Feh lerquellen und Anschlussstelle AS bestimmt oder eingegrenzt werden.

Mit einem Verfahren oder einer Prüfvorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept wird eine genauere TE Analyse elektrischer Betriebsmittel ermöglicht. Die umgesetzte Ladung am Fehlerort kann bei allen Arten von elektrischen Betriebsmitteln, insbesondere bei Kabeln, er mittelt werden, was eine erhebliche Verbesserung der Zustandsbeurteilung erlaubt. Bei ei nem Verfahren nach dem verbesserten Konzept wird nur eine einzige Anregung benötigt, bei spielsweise ein TE-Impuls am Fehlerort. Dadurch wird ein Schwingkreis aus induktiven, kapa- zitiven und resistiven Elementen des Betriebsmittels und des Messkreises aufgebaut. Der

Strom beziehungsweise die Spannung in diesem Kreis ist vollständig beschrieben. Daher kann der Fehlerort, insbesondere bei Kabeln, auch bestimmt werden, ohne dass eine Signa I reflek- tion am Fehlerort stattfindet. Fehler können daher auch bei geringen Teilentladungspegeln, also geringen umgesetzten Ladungen, und damit besonders frühzeitig erkannt werden. Zu- dem erlaubt das verbesserte Konzept eine Separation verschiedener Teilentladungsquellen anhand der ermittelten Übertragungsparameter („Fingerabdruck").

Das verbesserte Konzept nutzt die Erkenntnis, dass das Betriebsmittel als Filter, beispiels weise als Tiefpass, angesehen werden kann. Ein Verfahren zum LPC kann daher eingesetzt werden um die Übertragungsparameter zu ermitteln. Die Genauigkeit der Übertragungspa ra- meter hängt dabei insbesondere von der Ordnung der involvierten Näherung ab, sowie von den zur Verfügung stehenden Daten, beispielsweise von einer Abtastrate oder einem Signa I- Rausch-Verhältnis des diskreten Messsignals.

Ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept kann auch zur Zustandsbeurteilung von Kom ponenten der elektrischen Energieübertragung verwendet werden, beispielsweise im Sinne einer dauerhaften oder kontinuierlichen Überwachung während des Normalbetriebs der Komponenten (Monitoring).

Bezugszeichen

HV Hochspannungsquelle

AE Auswerteeinheit KK Koppelkondensator

KE Koppeleinheit

AS Anschlussstelle

SC Schirm

SE Seele