Erfassen einer Teilentladung

Die Erfindung betrifft die Erfassung von Teilentladungen an einer Wicklung einer elektrischen Maschine.

Teilentladungen sind lokale elektrische Entladungen, welche beispielsweise in lokalen Inhomogenitäten des Isolationsmate rials, beispielsweise in kleinen Lufteinschlüssen innerhalb der Isolierung einer elektrischen Leitung infolge starker In homogenitäten eines elektrischen Feldes verursacht werden. Teilentladungen können eine Isolierung lokal beschädigen und langfristig zum Versagen der Isolierung führen. Deshalb wer den insbesondere elektrische Maschinen regelmäßig auf Tei lentladungen untersucht. Teilentladungen verursachen kurze elektromagnetische Pulse mit einer typischen Dauer von weni ger als 1 ps und Frequenzanteilen bis weit in den UHF-Fre- quenzbereich . Üblicherweise wird nach Teilentladungssignalen in Frequenzbereichen zwischen etwa 100 kHz und 10 MHz ge sucht, in denen Teilentladungspulse in der Regel am stärksten sind.

Für die Erfassung von Teilentladungen gibt es eine Vielzahl von teilweise, beispielsweise nach DIN EN 60270, genormten Messverfahren. An elektrischen Maschinen werden fast aus schließlich Offline-Messungen durchgeführt, bei denen der re guläre Betrieb der elektrischen Maschine unterbrochen wird und hohe Kosten entstehen, beispielsweise durch die Betriebs unterbrechungen und die Kosten für die Messgeräte. Solche Messungen können deshalb nur gelegentlich durchgeführt wer den.

Bei den Offline-Messungen kann der Messaufbau in einem defi nierten Umfeld durchgeführt werden und externe Störeinflüsse können oft (aber nicht immer) weitgehend ausgeschlossen wer den. Bei Online-Messungen während des regulären Betriebs ei ner elektrischen Maschine sind dagegen alle Betriebskomponen- ten aktiv und können diese Messungen durch Einkopplung von Störsignalen beeinflussen. Wenn eine rotierende elektrische Maschine beispielsweise an einem Stromrichter betrieben wird, werden Teilentladungspulse von einer Vielzahl von Störsigna len überlagert, die von den Schaltvorgängen des Stromrichters verursacht werden. Als weitere Störquellen kommen beispiels weise Funkdienste wie Rundfunk, Betriebsfunk oder Mobilfunk, unspezifische EMV-Störquellen, nicht zugelassene Funkgeräte, in ISM-Bändern arbeitende Geräte (z.B. Hochfrequenzschweißge räte, Lasergeräte), Funkschüsseln, Alarmanlagen und/oder Funkschalter in Frage. Welche Störsignale auftreten können und welche Frequenzen diese Störsignale haben, hängt von den spezifischen Eigenschaften der Komponenten des Objekts ab, in dem Teilentladungen erfasst werden sollen (beispielsweise von Komponenten eines Systems aus Stromrichter und elektrischer Maschine), sowie von in der Umgebung des Objekts vorhandenen Störquellen .

In industriellen Anlagen treten häufig Störungen durch be nachbarte Maschinen am Umrichter auf. Das kann ein dauerhaf tes Problem darstellen. Schweißarbeiten in der Umgebung kön nen auch eine Störquelle sein. Bei Reparaturarbeiten ist das jedoch nur eine temporäre Störung, im Falle von Schweißrobo tern jedoch auch eine dauerhafte. Bei Störsignalen handelt sich insbesondere um impulsartige Störungen mit einem breiten Spektrum bis in den MHz bzw. 100-MHz-Bereich. Der Frequenzbe reich hängt dabei von der Störquelle ab.

Für die zuverlässige Erfassung von Teilentladungen müssen derartige Störsignale von den Teilentladungssignalen getrennt beziehungsweise unterschieden werden, um Teilentladungssigna le nicht mit Störsignalen zu verwechseln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erfassung von Teilentladungen an einer Wicklung einer elektrischen Maschine insbesondere hinsichtlich der Unterscheidung zwischen Tei lentladungssignalen und Störsignalen zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen einer Tei lentladung an einer Wicklung einer elektrischen Maschine wer den in einem Teilentladungsfrequenzbereich elektromagnetische erste Messsignale und in einem Störfrequenzbereich elektro magnetische zweite Messsignale erfasst. Ferner wird ein Zeit fenster um ein erstes Messsignal vorgegeben und es werden ein Erkennungskriterium für ein Teilentladungssignal und ein Störsignalkriterium für ein zweites Messsignal definiert.

Teilentladungen können an verschiedenen Stellen wie Nut oder Wickelkopf auftreten. Die verschiedenen Typen weisen im pha senaufgelösten Teilentladungs-Plot unterschiedliche Muster auf. Das Zeitfenster kann insbesondere an das erwartete ange passt sein bzw. werden.

TE-Impulse besitzen in der Regel eine Dauer von ca. 100ns bis kürzer als 5us. Das Zeitfenster kann in einer Ausführungsform kürzer als 5us vor und nach dem Impuls gelegt sein.

Auf eine Teilentladung wird geschlossen, wenn ein erstes Messsignal erfasst wird, das das Erkennungskriterium erfüllt, und in dem Zeitfenster um das erste Messsignal kein zweites Messsignal erfasst wird, das das Störsignalkriterium erfüllt.

Erfindungsgemäß werden also neben elektromagnetischen Mess signalen zum Erfassen von Teilentladungen, die hier als erste Messsignale bezeichnet werden, weitere elektromagnetische Messsignale erfasst, die hier als zweite Messsignale bezeich net werden und mit denen Störsignale detektiert werden, die die ersten Messsignale beeinflussen oder sogar erzeugen könn ten. In einer Ausgestaltung kann das zweite Messignal auch ein Signal sein, welches kein elektromagnetisches Signal ist.

Dies kann beispielsweise bei einem benachbarten Motor am Um richter ausgeführt sein, indem man dort den Körperschall misst und über den Körperschall die Umrichtertakte detek- tiert. Allerdings ist dabei die Laufzeit im Maschinengehäuse zu beachten. Der Körperschallimpuls kommt viel später am Sen sor an als die elektrische Störung am Teilentladungssensor.

In einer weiteren Ausgestaltung wird z.B. ein Ansteuersignal der Leistungshalbleiter des Umrichters direkt zur Störaustas tung verwendet, also als zweites Messignal, wobei dieses wie der ein elektrisches oder ein optisches Signal sein kann.

Um erste Messsignale als Kandidaten für Teilentladungssignale zu identifizieren, wird deren Erfassung auf einen für Tei lentladungen typischen Teilentladungsfrequenzbereich be schränkt und es wird ein Erkennungskriterium definiert, das ein erstes Messsignal erfüllen muss, um als Kandidat für ein Teilentladungssignal eingestuft zu werden. Die zweiten Mess signale werden in einem Störfrequenzbereich erfasst, der für Störsignale relevant ist, die die ersten Messsignale beein flussen oder erzeugen könnten.

Ferner wird insbesondere ein Störsignalkriterium definiert, das ein zweites Messsignal als potentiell relevantes Störsig nal für die Teilentladungserfassung charakterisiert. Zur Aus wertung der zweiten Messsignale wird ein Zeitfenster um ein erfasstes erstes Messsignal vorgegeben, in dem nach für die Teilentladungserfassung relevanten Störsignalen gesucht wird, wenn das erste Messsignal mittels des Erkennungskriteriums als ein Kandidat für ein Teilentladungssignal eingestuft wird. Dadurch wird berücksichtigt, dass ein erstes Messsignal nur durch Störungen beeinflusst oder erzeugt werden kann, die kurz vor der Erfassung des ersten Messsignals auftreten (ins besondere wenige ps), so dass für die Teilentladungserfassung nur Störsignale relevant sind, die zeitlich mit dem ersten Messsignal wenigstens annähernd zusammenfallen. In einer Ausgestaltung kann die Größe des Zeitfensters fest gelegt werden, bzw. verändert werden. Dabei ist beispielswei se der Abstand der Antennen, also der Einfluss der Signal laufzeit im Ausbreitungsmedium und die zeitliche Toleranz der Impulserfassung (Jitter), zu beachten. Das Zeitfenster ist größer als diese Faktoren zu wählen.

In einer Ausgestaltung wird der Anfang und/oder das Ende des ersten erfassten Messsignals über eine Amplituden-Schwelle festgestellt, wobei die Erkennung mittels Komparators möglich ist.

Das Zeitfenster berücksichtigt beispielsweise Zeitdauern, die zwischen der Ursache und dem Erfassen eines ersten Messsig nals und/oder eines zweiten Messsignals und/oder für ein Be arbeiten eines ersten Messsignals und/oder eines zweiten Messsignals vergehen. Erfindungsgemäß wird daher auf eine Teilentladung geschlossen, wenn ein erstes Messsignal erfasst wird, das als ein Kandidat für ein Teilentladungssignal ein gestuft wird, und in dem Zeitfenster um dieses erste Messsig nal kein relevantes Störsignal erfasst wird. Die gleichzeiti ge Auswertung eines ersten Messsignals und von Störsignalen, die das erste Messsignal potentiell beeinflussen und erzeugen können, erhöht vorteilhaft die Zuverlässigkeit der Erkennung einer Teilentladung gegenüber einer Auswertung nur des ersten Messsignals. Die Beeinflussung betrifft insbesondere eine Überlagerung von Signalen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Erken nungskriterium wenigstens ein Merkmal eines Amplitudensignals für Amplituden von Spektralanteilen eines ersten Messsignals in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektralanteile um fasst. Beispielsweise ist das Amplitudensignal ein Hüllkur vensignal, das zum Verlauf logarithmierter Amplituden von Spektralkomponenten der Ausgangssignale des Frequenzfilters proportional ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung verein facht vorteilhaft die Auswertung eines ersten Messignals, da Teilentladungssignale hochfrequente Signale sind, deren di- rekte Auswertung aufwändig ist und viel Rechenperformance er fordert. Geeignete Merkmale zur Definition des Erkennungskri teriums sind beispielsweise Schranken für eine Pulsdauer und/oder eine Pegelhöhe des Amplitudensignals und/oder ein die Signalform des Amplitudensignals charakterisierendes Merkmal (beispielsweise eine Schranke für ein Verhältnis der Pegelhöhe zu der Pulsdauer). Störsignale (z.B. durch benach barten Umrichter) treten häufig periodisch und mit hoher Wie derholfrequenz auf.

Entsprechend sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Störsignalkriterium wenigstens ein Merkmal ei nes Amplitudensignals für Amplituden von Spektralanteilen ei nes zweiten Messsignals in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektralanteile umfasst.

Als Erkennungskriterium kann z.B. die Wiederholfrequenz ver wendet werden. Die Bandbreite der TE-Rate bei guter Isolation von <100 Impulse/s bis hin zu geschädigter Isolation >100K Impulse/s kann groß sein. Strenge Periodizität ist ein Merk mal, das auf einen Störer hinweist. Das kann durch statisti sche Merkmale erkannt werden. Als ein Kriterium kann auch ei ne Auswertung der Verteilung des Zeitabstands benachbarter Impulse dienen. Weiterhin können nicht nur direkte Impulse, sondern mehrere benachbarte Impulse und eine spektrale Aus wertung und/oder eine Autokorrelation, insbesondere mit einer vermuteten Störfrequenz beim Erkennungskriterium, berücksich tigt sein.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird geprüft, ob zweite Messsignale eine Signalfolge sich regelmäßig, bei spielsweise in gleichen Zeitabständen, wiederholender gleich artiger Signale bilden, und das Störsignalkriterium die Zuge hörigkeit eines zweiten Messsignals zu einer derartigen Sig nalfolge umfasst. Diese Ausgestaltung der Erfindung berück sichtigt, dass Störsignale häufig periodisch erzeugt werden, während Teilentladungssignale in der Regel zufallsverteilt auftreten. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen der Teilentladungsfrequenzbereich und der Störfrequenzbereich ei ne nichtleere Schnittmenge auf. Dadurch werden vorteilhaft insbesondere zweite Messsignale berücksichtigt, die Frequen zen in dem Teilentladungsfrequenzbereich aufweisen und des halb potentiell relevant für die Teilentladungserfassung sind.

Wenn Störsignale periodisch auftreten und/oder ein bestimmtes Muster aufweisen, kann in einer Ausgestaltung, zur Erkennung der Signale, eine KI eingesetzt werden. Aus der statistischen Auswertung der zeitlichen Folge lassen sich beispielsweise Merkmale ableiten, die eine Klassifizierung der Impulse in TE (Teilentladung) und Störung erlauben. Insbesondere kann eine Art PLL, die sich auf das Störsignal einloggt, verwendet wer den. Weisen bestimmte Störer charakteristische Impulsmuster auf, können diese durch eine Mustererkennung detektiert wer den.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird wenigs tens eine Teilmenge der ersten Messsignale in oder an einer Isolation der Wicklung der elektrischen Maschine erfasst. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine Erfassung erster Messsignale in der Nähe der Entstehung der zu erfassenden Teilentladungen und verbessert dadurch die Messempfindlichkeit der Teilentladungserfassung. Außerdem werden die Einflüsse von Störsignalen auf die ersten Messsig nale reduziert, da Störsignale in der Regel außerhalb der elektrischen Maschine erzeugt werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird wenigs tens eine Teilmenge der zweiten Messsignale außerhalb der elektrischen Maschine, insbesondere in der Nähe einer zweite Messsignale potentiell erzeugenden Störquelle, erfasst. Wie bereits erwähnt wurde, werden Störsignale in der Regel außer halb der elektrischen Maschine erzeugt. Daher ist eine Erfas sung zweiter Messsignale außerhalb der elektrischen Maschine, insbesondere in der Nähe potentieller Störquellen, vorteil- haft, um eine hohe Messempfindlichkeit der Erfassung von Störsignalen zu erreichen. Insbesondere kann vorgesehen sein, vorab potentielle Störquellen zu ermitteln, zu orten und so weit möglich zu eliminieren und zweite Messsignale gezielt in der Nähe von georteten Störquellen zu erfassen, die nicht eliminiert werden können.

Der Ort der Erfassung von Störsignalen bzw. Teilentladungs signalen kann eine Rolle spielen. Der Stromrichter ist eine potentielle Quelle. Deshalb ist insbesondere die Anordnung von Sensoren zur Messung der Signale nahe am Stromrichter und/oder an der vom Stromrichter versorgten Maschine günstig. Nahe bedeutet dabei insbesondere im Bereich der ersten 15% der Kabellänge des Kabels, an dem die Messung vorgenommen wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Un terscheidungskriterium zum Unterscheiden eines ersten Mess signals von einem zweiten Messsignal definiert. Ferner wird im Fall, dass in dem Zeitfenster um ein erstes Messsignal, das das Erkennungskriterium erfüllt, ein zweites Messsignal, das das Störsignalkriterium erfüllt, erfasst wird, das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal verglichen und es wird nur dann auf eine Teilentladung geschlossen, wenn das erste Messsignal das Unterscheidungskriterium erfüllt. Diese Ausge staltung der Erfindung zielt also auf die Situation, dass in dem Zeitfenster um ein erstes Messsignal, das als ein Kandi dat für ein Teilentladungssignal eingestuft wird, ein zweites Messsignal erfasst wird, das ein für die Teilentladungserfas sung potentiell relevantes Störsignal ist. Die Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, in einem solchen Fall das erste und das zweite Messsignal miteinander zu vergleichen, um zu ent scheiden, ob das erste Messsignal auf eine Teilentladung oder auf eine Störquelle zurückgeht. Um dies zu entscheiden, wird ein Unterscheidungskriterium zum Unterscheiden eines ersten Messsignals von einem zweiten Messsignal definiert und ver wendet. Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Er findung sieht vor, dass das Unterscheidungskriterium wenigs tens ein Merkmal umfasst, das Amplitudensignale für Amplitu den von Spektralanteilen eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektralanteile voneinander unterscheidet. Eine weitere Wei tergestaltung sieht vor, dass das Unterscheidungskriterium das Fehlen einer periodischen Wiederholung des ersten Mess signals umfasst, die für das zweite Messsignal charakteris tisch ist. Die erste Weitergestaltung sieht den Vergleich ei nes ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals anhand des Vergleichs von aus ihnen gebildeten Amplitudensignalen vor. Dies hat den oben bereits erwähnten Vorteil der gegen über einer direkten Auswertung der Messsignale vereinfachten Auswertbarkeit der Amplitudensignale. Die zweite Weiterge staltung nutzt wiederum aus, dass Störsignale häufig perio disch erzeugt werden, während Teilentladungssignale in der Regel zufallsverteilt auftreten. Daher ist es unwahrschein lich, dass das erste Messsignal auf ein Störsignal zurück geht, wenn sich das zweite Messsignal periodisch wiederholt, während das erste Messsignal sich nicht periodisch wieder holt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Störsignalkriterium einen Schwellenwert für eine Signalstärke eines zweiten Messsignals und die Auswertung von ersten Mess signalen wird unterbrochen, wenn die Signalstärke eines zwei ten Messsignals den Schwellenwert überschreitet. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Auswertung von ersten Messsignalen also bei dem Auftreten sehr starker Störsignale unterbrochen, da sehr starke Störsignale eine Beeinflussung von Teilentladungssignalen wahrscheinlich machen und somit die Aussagekraft einer Auswertung erster Messsignale in Frage stellen. Der Schwellenwert ist dabei vorzugsweise veränderbar und somit insbesondere sich ändernden Umständen und Anforde rungen der Teilentladungserfassung anpassbar. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgese hen sein, dass die erfassten zweiten Messsignale ausgewertet werden, um gezielt nach die Teilentladungsmessungen beein flussenden Störquellen zu suchen, um diese soweit wie möglich zu eliminieren. Ferner kann vorgesehen sein, anhand der Häu figkeit und/oder wenigstens eines weiteren Kennwerts zweiter Messsignale (beispielsweise der Zeitpunkte des Auftretens, der Signalstärken und/oder Signaldauern zweiter Messsignale) die Teilentladungserfassung hinsichtlich ihrer Güte bezie hungsweise Zuverlässigkeit zu bewerten. So wird beispielswei se die Güte der Teilentladungserfassung umso schlechter ein gestuft, je größer die Häufigkeit und/oder Stärke mit den ersten Messsignalen zeitlich korrelierter zweiter Messignale ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer Teilent ladung an einer Wicklung einer elektrischen Maschine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst zwei Messanordnungen und wenigstens eine Auswerteeinheit. Eine erste Messanordnung ist eingerichtet, die ersten elektromagnetischen Messsignale zu erfassen. Die zweite Messanordnung ist eingerichtet, die zweiten elektromagnetischen Messsignale zu erfassen. Die we nigstens eine Auswerteeinheit ist eingerichtet, zu prüfen, ob ein erstes Messsignal das Erkennungskriterium für ein Tei lentladungssignal erfüllt, und ob in dem vorgegebenen Zeit fenster um ein erstes Messsignal ein zweites Messsignal er fasst wird, das das Störsignalkriterium erfüllt.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die erste Messanordnung wenigstens eine in oder an ei ner Isolation der Wicklung der elektrischen Maschine angeord nete erste Antenne und für jede erste Antenne eine Auskoppe leinheit zum Auskoppeln von der ersten Antenne erfasster Sig nale auf.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung weist die zweite Messanordnung wenigstens eine au ßerhalb der elektrischen Maschine, insbesondere in der Nähe einer zweite Messsignale potentiell erzeugenden Störquelle, angeordnete zweite Antenne und für jede zweite Antenne eine Auskoppeleinheit zum Auskoppeln von der zweiten Antenne er fasster Signale auf.

Insbesondere können erste und/oder zweite Messsignale an ver schiedenen Orten, beispielsweise mit mehreren Antennen, er fasst werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist die wenigstens eine Auswerteeinheit eingerich tet, im Fall, dass in dem Zeitfenster um ein erstes Messsig nal, das das Erkennungskriterium erfüllt, ein zweites Mess signal, das das Störsignalkriterium erfüllt, erfasst wird, das erste Messsignal mit dem zweiten Messsignal auf der Basis eines Unterscheidungskriteriums zu vergleichen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist die wenigstens eine Auswerteeinheit eingerich tet, die Auswertung von ersten Messsignalen zu unterbrechen, wenn die Signalstärke eines zweiten Messsignals einen Schwel lenwert überschreitet.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den oben bereits genann ten Vorteilen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Erfassen einer Teilentladung,

FIG 2 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Erfassen einer Teilentladung, FIG 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erfassen einer Teilentladung.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung 1 zum Erfassen einer Teilentladung an einer Wicklung einer elektrischen Maschine. Die Vorrich tung 1 umfasst zwei Messanordnungen 3, 5 und eine Auswer teeinheit 7.

Eine erste Messanordnung 3 ist eingerichtet, in einem Tei lentladungsfrequenzbereich erste elektromagnetische Messsig nale zu erfassen. Dazu weist die erste Messanordnung 3 eine erste Sensoreinheit 9 und ein erstes Frequenzfilter 11 auf. Die erste Sensoreinheit 9 weist eine in oder an einer Isola tion der Wicklung der elektrischen Maschine angeordnete erste Antenne 13 und eine erste Auskoppeleinheit 15 zum Auskoppeln von der ersten Antenne 13 erfasster Signale auf. Die erste Antenne 13 wird beispielsweise von Zuleitungen eines ersten Temperatursensors gebildet, welcher zum Erfassen einer Tempe ratur in der elektrischen Maschine eingerichtet ist und dazu einen temperaturabhängigen Messwiderstand aufweist, der bei spielsweise aus Platin hergestellt ist, beispielsweise einen Platin-Messwiderstand PtlOO. Derartige Temperatursensoren werden häufig ohnehin in elektrischen Maschinen verwendet und können so vorteilhaft auch zur Teilentladungserfassung ge nutzt werden. Vorzugsweise sind Anschlussleiter der ersten Antenne 13 geschirmt ausgeführt, um Einkopplungen von Stör signalen zu reduzieren. Die erste Auskoppeleinheit 15 ist beispielsweise eine Frequenzweiche zum Auskoppeln von der ersten Antenne 13 erfasster hochfrequenter Signale, um diese Signale von niederfrequenten Temperatursignalen zu trennen, die von dem ersten Temperatursensor erfasst werden. Das erste Frequenzfilter 11 ist eingerichtet, die von der ersten Aus koppeleinheit 15 ausgekoppelten elektrischen Signale zu fil- tern, und weist einen den Teilentladungsfrequenzbereich defi nierenden Durchlassbereich auf.

Die zweite Messanordnung 5 ist eingerichtet, in einem Stör frequenzbereich zweite elektromagnetische Messsignale zu er fassen. Dazu weist die zweite Messanordnung 5 eine zweite Sensoreinheit 17 und ein zweites Frequenzfilter 19 auf. Die zweite Sensoreinheit 17 weist eine außerhalb der elektrischen Maschine angeordnete zweite Antenne 21 und eine zweite Aus koppeleinheit 23 zum Auskoppeln von der zweiten Antenne 21 erfasster Signale auf. Die zweite Antenne 21 wird beispiels weise von Zuleitungen eines zweiten Temperatursensors gebil det, welcher zum Erfassen einer Umgebungstemperatur in einer Umgebung der elektrischen Maschine eingerichtet ist und dazu einen temperaturabhängigen Messwiderstand aufweist, der bei spielsweise aus Platin hergestellt ist, beispielsweise einen Platin-Messwiderstand PtlOO. Vorzugsweise sind Anschlusslei ter der zweiten Antenne 21 ungeschirmt ausgeführt, um mög lichst viele Störsignalen zu empfangen. Die zweite Auskoppe leinheit 23 ist beispielsweise eine Frequenzweiche zum Aus koppeln von der zweiten Antenne 21 erfasster hochfrequenter Signale, um diese Signale von niederfrequenten Temperatursig nalen zu trennen, die von dem zweiten Temperatursensor er fasst werden. Das zweite Frequenzfilter 19 ist eingerichtet, die von der zweiten Auskoppeleinheit 23 ausgekoppelten elektrischen Signale zu filtern, und weist einen den Störfre quenzbereich definierenden Durchlassbereich auf. Der Störfre quenzbereich und der Teilentladungsfrequenzbereich weisen beispielsweise eine nichtleere Schnittmenge auf. Insbesondere kann der Störfrequenzbereich den Teilentladungsfrequenzbe reich vollständig umfassen. Alternativ kann der Störfrequenz bereich aber auch außerhalb (aber vorzugsweise in der Nähe) des Teilentladungsfrequenzbereichs liegen, denn auch wenn zweite Messsignale nur außerhalb des Teilentladungsfrequenz bereichs erfasst werden, können Störungen, von denen die zweiten Messsignale verursacht werden, auch Störsignale mit Frequenzen innerhalb des Teilentladungsfrequenzbereichs ver ursachen. Vorzugsweise ist der Störfrequenzbereich in jedem Fall breitbandiger als der Teilentladungsfrequenzbereich. Der Teilentladungsfrequenzbereich und/oder der Störfrequenzbe- reich können ferner nicht zusammenhängende Teilfrequenzberei che aufweisen, um Teilentladungen und/oder Störsignale in un terschiedlichen Frequenzbereichen zu erfassen.

In alternativen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 1 wei sen die erste Sensoreinheit 9 und/oder die zweite Sensorein heit 17 statt einer Antenne 13, 21 einen anderen Sensor zum Erfassen elektromagnetischer Signale auf, beispielsweise eine kapazitive Kopplungsvorrichtung, welche mindestens einen Kop pelkondensator aufweist, eine induktive Kopplungsvorrichtung, welche mindestens eine Koppelspule aufweist, oder einen Richtkoppler .

Die Auswerteeinheit 7 weist zwei Hochfrequenz-Detektorschal tungen 25, 27 und eine Recheneinheit 29 auf. Eine erste De tektorschaltung 25 ist eingerichtet, aus den von dem ersten Frequenzfilter 11 ausgegebenen ersten Messsignalen erste Amplitudensignale für Amplituden von Spektralanteilen der ersten Messsignale in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektralanteile zu ermitteln. Die zweite Detektorschaltung 27 ist eingerichtet, aus den von dem zweiten Frequenzfilter 19 ausgegebenen zweiten Messsignalen zweite Amplitudensignale für Amplituden von Spektralanteilen der zweiten Messsignale in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektralanteile zu er mitteln. Beispielsweise sind die von den Detektorschaltun gen 25, 27 ermittelten Amplitudensignale jeweils Hüllkurven signale, die zu logarithmierten Amplituden von Spektralkompo nenten der Ausgangssignale des jeweiligen Frequenzfilters 11, 19 proportional sind.

Die Recheneinheit 29 umfasst zwei Analog-Digital-Umsetzer 31, 33, zwei Timer 35, 37, zwei Ereignisspeichereinheiten 39, 41 und einen Mikrocontroller 43.

Ein erster Analog-Digital-Umsetzer 31 digitalisiert die von der ersten Detektorschaltung 25 ausgegebenen ersten Amplitu- densignale. Der zweite Analog-Digital-Umsetzer 33 digitali siert die von der zweiten Detektorschaltung 27 ausgegebenen zweiten Amplitudensignale.

Ein erster Timer 35 ermittelt die Zeitpunkte der Erfassung erster Messsignale und die jeweilige Signaldauer eines ersten Messsignals. Der zweite Timer 37 ermittelt die Zeitpunkte der Erfassung zweiter Messsignale und die jeweilige Signaldauer eines zweiten Messsignals. Statt zwei Timern 35, 37 kann al ternativ auch ein mehrkanaliger Timer verwendet werden, wobei die ersten und zweiten Messsignale verschiedenen Kanälen des Timers zugeordnet werden.

Eine erste Ereignisspeichereinheit 39 speichert die von dem ersten Analog-Digital-Umsetzer 31 digitalisierten ersten Amplitudensignale und die zugehörigen von dem ersten Timer 35 erfassten Zeitpunkte und Signaldauern. Die zweite Ereignis speichereinheit 41 speichert die von dem zweiten Analog- Digital-Umsetzer 33 digitalisierten zweiten Amplitudensignale und die zugehörigen von dem zweiten Timer 37 erfassten Zeit punkte und Signaldauern.

Von dem Mikrocontroller 43 werden die von den Detektorschal tungen 25, 27 digitalisierten Amplitudensignale ausgewertet. Insbesondere wird von dem Mikrocontroller 43 geprüft, ob das digitalisierte erste Amplitudensignal eines ersten Messsig nals ein vorgegebenes Erkennungskriterium für ein Teilentla dungssignal erfüllt, und ob in einem vorgegebenen Zeitfenster um ein erstes Messsignal ein zweites Messsignal erfasst wird, dessen digitalisiertes zweites Amplitudensignal ein vorgege benes Störsignalkriterium erfüllt. Ferner ist der Mikrocon troller 43 eingerichtet, die digitalisierten Amplitudensigna le eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals miteinander zu vergleichen, wenn das zweite Messsignal in dem vorgegebenen Zeitfenster um das erste Messsignal erfasst wird, das digitalisierte erste Amplitudensignal des ersten Messsignals das Erkennungskriterium erfüllt und das digitali sierte zweite Amplitudensignal des zweiten Messsignals das Störsignalkriterium erfüllt. Weitere Aspekte der Auswertung der ersten und zweiten Messsignale werden unten anhand eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens be schrieben. Statt eines Mikrocontrollers 43 kann die Rechen einheit 29 beispielsweise ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder eine andere zum Auswerten der digitalisierten Amplitudensignale geeignete Verarbeitungseinheit aufweisen.

FIG 2 zeigt ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung 1 zum Erfassen einer Teilentladung an einer Wicklung einer elektrischen Maschine. Dieses Ausfüh rungsbeispiel unterscheidet sich von dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Auswerteeinheit 7 zu sätzlich ein Verzögerungsglied 45, einen Schwellenwertdetek tor 47 und eine Schalteinheit 49 aufweist, und dass die Re cheneinheit 29 statt des zweiten Analog-Digital-Umsetzers 33 und der zweiten Ereignisspeichereinheit 41 einen Digital- Analog-Umsetzer 51 aufweist.

Das Verzögerungsglied 45 ist zwischen die erste Detektor schaltung 25 und den Analog-Digital-Umsetzer 31 geschaltet und verzögert die Weiterleitung der von der ersten Detektor schaltung 25 ausgegebenen ersten Amplitudensignale an den Analog-Digital-Umsetzer 31 um eine Verzögerungszeit i.

Der Digital-Analog-Umsetzer 51 wandelt einen als ein digita les Signal vorgegebenen Schwellenwert für eine Signalstärke eines zweiten Messsignals in ein analoges Schwellenwertsignal um und gibt dieses Schwellenwertsignal an den Schwellenwert detektor 47 aus. Der Schwellenwertdetektor 47 vergleicht das von der zweiten Detektorschaltung 27 ausgegebene zweite Amplitudensignal eines zweiten Messsignals mit dem Schwellen wertsignal. Wenn das zweite Amplitudensignal das Schwellen wertsignal überschreitet, aktiviert der Schwellenwertdetek tor 47 die Schalteinheit 49, die daraufhin die Ausgabe erster Amplitudensignale durch das Verzögerungsglied 45 an die Re cheneinheit 29 unterbricht, indem sie den Ausgang des Verzö gerungsglieds 45 mit einem Erdpotential verbindet. Die Verzögerungszeit t berücksichtigt dabei unterschiedliche Signallauf- und Verarbeitungszeiten der ersten und zweiten Messsignale, insbesondere auch die von dem Schwellenwertde tektor 47 benötigte Zeit zum Vergleich des zweiten Amplitu densignals mit dem Schwellenwertsignal und die für die Akti vierung der Schalteinheit 49 benötigte Schaltzeit.

Der Schwellenwert kann, beispielsweise über den Mikrocontrol ler 43, verändert und dadurch sich ändernden Umständen und Anforderungen angepasst werden. Dadurch kann die Empfindlich keit der Vorrichtung 1 für Störsignalstärken flexibel vari iert werden. Über den Schwellenwert kann insbesondere auch eine Unterdrückung von Störsignalen abgeschaltet werden, in dem beispielsweise ein sehr hoher Schwellenwert eingestellt wird.

Für die Unterbrechung der Auswertung der ersten Messsignale durch die Aktivierung der Schalteinheit 49 wird beispielswei se eine Unterbrechungszeit vorgegeben, nach deren Ablauf die Schalteinheit 49 wieder deaktiviert wird, oder die Auswertung der ersten Messsignale wird durch Deaktivierung der Schalt einheit 49 fortgesetzt, sobald das zweite Amplitudensignal wieder unter das Schwellenwertsignal fällt oder nachdem eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Unterschreiten des Schwellen wertsignals durch das zweite Amplitudensignal verstrichen ist.

Bei dem in FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden von dem Mikrocontroller 43 nur die ersten Amplitudensignale der ers ten Messsignale ausgewertet, indem jeweils geprüft wird, ob das erste Amplitudensignal eines ersten Messsignals das vor gegebene Erkennungskriterium erfüllt.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele können auch kombiniert werden, beispielsweise indem das in FIG 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel durch ein Verzöge rungsglied 45, einen Schwellenwertdetektor 47, eine Schalt einheit 49 und einen Digital-Analog-Umsetzer 51 analog zu dem in FIG 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel erweitert wird. Wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Auswer tung der ersten Amplitudensignale durch Aktivierung der Schalteinheit 49 unterbrochen, wenn das zweite Amplitudensig nal das Schwellenwertsignal überschreitet, aber die ersten und zweiten Amplitudensignale werden wie in dem ersten Aus führungsbeispiel durch die Analog-Digital-Umsetzer 31, 33 verarbeitet und von dem Mikrocontroller 43 ausgewertet, wenn die Schalteinheit 49 deaktiviert ist, d.h. wenn das zweite Amplitudensignal unter dem Schwellenwertsignal liegt.

FIG 3 zeigt ein Ablaufdiagramm 100 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen einer Teilent ladung mit Verfahrensschritten 101 bis 108.

In einem ersten Verfahrensschritt 101 werden ein Erkennungs kriterium für ein Teilentladungssignal, ein Störsignalkrite rium für ein zweites Messsignal und ein Unterscheidungskrite rium zum Unterscheiden eines ersten Messsignals von einem zweiten Messsignal definiert.

Das Erkennungskriterium umfasst beispielsweise wenigstens ein Merkmal eines ersten Amplitudensignals für Amplituden von Spektralanteilen eines ersten Messsignals in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektralanteile. Derartige Merkmale sind beispielsweise Schranken für eine Pulsdauer und/oder eine Pe gelhöhe des ersten Amplitudensignals und/oder ein die Signal form charakterisierendes Merkmal (beispielsweise eine Schran ke für ein Verhältnis einer Pegelhöhe zu einer Pulsdauer).

Das Störsignalkriterium umfasst einen Schwellenwert für eine Signalstärke eines zweiten Messsignals. Ferner kann das Stör signalkriterium wenigstens ein Merkmal eines zweiten Amplitu densignals für Amplituden von Spektralanteilen eines zweiten Messsignals in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektral anteile umfassen. Derartige Merkmale sind beispielsweise ana log zu dem Erkennungskriterium ein die Signalform charakteri sierendes Merkmal, und/oder Schranken für eine Pulsdauer und/oder eine Pegelhöhe des zweiten Amplitudensignals. Des Weiteren kann geprüft werden, ob zweite Messsignale eine Sig nalfolge sich regelmäßig wiederholender, insbesondere in gleichen Zeitabständen aufeinander folgender gleichartiger Signale bilden, und das Störsignalkriterium kann die Zugehö rigkeit eines zweiten Messsignals zu einer derartigen Signal folge umfassen.

Das Unterscheidungskriterium umfasst beispielsweise wenigs tens ein Merkmal, das Amplitudensignale für Amplituden von Spektralanteilen eines ersten Messsignals und eines zweiten Messsignals in Abhängigkeit von einer Frequenz der Spektral anteile voneinander unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich kann das Unterscheidungskriterium das Fehlen einer für das zweite Messsignal charakteristischen periodischen Wiederho lung des ersten Messsignals umfassen. Nach dem ersten Verfah rensschritt 101 wird ein zweiter Verfahrensschritt 102 ausge führt.

In dem zweiten Verfahrensschritt 102 werden in einem Teilent ladungsfrequenzbereich ein elektromagnetisches erstes Mess signal und in einem vorgegebenen Zeitfenster um das erste Messsignal in einem Störfrequenzbereich ein elektromagneti sches zweites Messsignal erfasst. Nach dem zweiten Verfah rensschritt 102 wird ein dritter Verfahrensschritt 103 ausge führt.

In dem dritten Verfahrensschritt 103 wird geprüft, ob die Signalstärke des in dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfass ten zweiten Messsignals den Schwellenwert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wird nach dem dritten Verfahrensschritt 103 ein vierter Verfahrensschritt 104 ausgeführt. Andernfalls wird nach dem dritten Verfahrensschritt 103 ein fünfter Ver fahrensschritt 105 ausgeführt.

In dem vierten Verfahrensschritt 104 wird die Auswertung ers ter Messsignale unterbrochen, beispielsweise für eine vorge gebene Unterbrechungszeit oder bis die Signalstärke des zwei- ten Messsignals unter den Schwellenwert fällt. Nach dem vier ten Verfahrensschritt 104 wird wieder der zweite Verfahrens schritt 102 ausgeführt.

In dem fünften Verfahrensschritt 105 wird geprüft, ob das in dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfasste erste Messsignal das Erkennungskriterium für ein Teilentladungssignal erfüllt. Wenn dies der Fall ist, wird nach dem fünften Verfahrens schritt 105 ein sechster Verfahrensschritt 106 ausgeführt. Andernfalls wird nach dem fünften Verfahrensschritt 105 wie der der zweite Verfahrensschritt 102 ausgeführt.

In dem sechsten Verfahrensschritt 106 wird geprüft, ob das in dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfasste zweite Messsignal das Störsignalkriterium erfüllt, sofern das Störsignalkrite rium wenigstens ein zu dem Schwellenwert alternatives Merkmal für ein zweites Messsignal aufweist. Wenn das Störsignalkri terium kein zu dem Schwellenwert alternatives Merkmal auf weist oder das zweite Messsignal ein zu dem Schwellenwert al ternatives Merkmal erfüllt, wird nach dem sechsten Verfah rensschritt 106 ein siebter Verfahrensschritt 107 ausgeführt. Andernfalls wird nach dem sechsten Verfahrensschritt 106 ein achter Verfahrensschritt 108 ausgeführt.

In dem siebten Verfahrensschritt 107 wird geprüft, ob das Un terscheidungskriterium zwischen dem in dem in dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfassten ersten Messsignal und dem in dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfassten zweiten Messsig nal erfüllt ist. Wenn dies der Fall ist, wird nach dem sieb ten Verfahrensschritt 107 der achte Verfahrensschritt 108 ausgeführt. Andernfalls wird nach dem siebten Verfahrens schritt 107 wieder der zweite Verfahrensschritt 102 ausge führt.

In dem achten Verfahrensschritt 108 wird auf eine Teilentla dung geschlossen. Ferner wird vorzugsweise der Wert einer Zählvariablen für erkannte Teilentladungen, die beispielswei se in der Recheneinheit 29 angelegt ist, um Eins inkremen- tiert und ein Zeitpunkt der Teilentladung gespeichert. Nach dem achten Verfahrensschritt 108 wird wieder der zweite Ver fahrensschritt 102 ausgeführt. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.