STAND DER TECHNIK Funkenaktivität an elektrischen Maschinen, die z. B. in Form von Bürstenfeuer bei Generatoren mit Schleifringen, über die der Erregungsstrom geführt wird, oder in Form von Funkenüberschlägen zwischen Teilen der Wellenlager auftritt, ist übli- cherweise äusserst kritisch, da die Gefahr von Funkenerosion besteht. Derartige Funkenaktivität führt zu einer schnellen Abnützung von Schleifringen und damit zu einem möglichen frühzeitigen Ausfall der Kontakte und damit des Erregerfeldes und so der gesamten elektrischen Maschine. Funkenerosion an den Wellenlagern führt zu einer Schädigung der Lager und den damit verbundenen Problemen der Laufruhe respektive von Abnützung. Entsprechend besteht ein grosses Bedürfnis, Funkenaktivität an elektrischen Maschinen zu überwachen respektive rechtzeitig zu erkennen, um im Falle von schädlicher derartiger Aktivität schnell eingreifen zu können, respektive um gegebenenfalls mit Hilfe von Langzeitüberwachung vor Auftreten von schädlicher Funkenaktivität bereits entsprechende Schritte unter- nehmen zu können.

So beschreiben z. B. die US 3,653, 019, die US 4,058, 804, die US 4,163, 227 sowie die US 4,451, 786 Verfahren respektive Messgeräte zur Überwachung von Bür- stenfeuer. Bei diesen Geräten werden die Signale zur Überwachung direkt an den Bürsten abgegriffen. Das Hauptanliegen dieser Schriften ist es, die von Bürsten- feuer verursachten (Nutz)-Signale von (Stör)-Signalen zu unterscheiden. Zur Be- obachtung der Signale müssen diesen Schriften entsprechend spezifische Abgreif- stellen an den Bürsten vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang sei z. B. besonders auf die US 4,058, 804 hingewiesen, in welcher in Fig. 2A typische, in diesem Zusammenhang relevante Signale und deren Zusammensetzung aus Nutzsignal und Störsignal im Detail angegeben sind. Die Störsignale sind dabei Störsignale, welche von der statischen Erregungseinrichtung stammen, und wel- che in einem ähnlichen Frequenzbereich auftreten, wie die Nutzsignale. Zur Unter- drückung der Störsignale wird dabei im wesentlichen eine so genannte"Gating"- Methode verwendet, d. h. eine Methode, bei welcher die spezifisch erkennbaren und periodisch auftretenden Ausschläge des Störsignals (Spikes) genutzt werden, um das Störsignal von der Detektion fernzuhalten (blanking) respektive um das eigentliche Beobachtungsfenster erst nach einer bestimmten Zeit nach dem Auf- treten des Störsignals (zur Verhinderung eines Erfassens des mit den Störsigna- len verbundenen Nachschwingens, auch mit"ringing"bezeichnet) zu öffnen.

Weiterhin sei die US 4,577, 151 genannt, in welcher Bürstenfeuer über die Anord- nung einer spezifisch dazu vorzusehenden Antenne erfasst werden. Die Antenne wird dabei in der Nähe der Schleifringe angeordnet. Die von der Antenne empfan- genen hochfrequenten Signale werden einem Hochfrequenzverstärker zugeführt, demoduliert und anschliessend einem Detektor zugeführt, wo sie auf für Bürsten- feuer charakteristische Komponenten analysiert werden. In dieser Schrift wird auch auf ein älteres System verwiesen, bei dem eine Kamera verwendet wird, um die Lichtblitze von Funken aufzunehmen.

Die Vorrichtungen zur Detektion von Funkenaktivität gem. Stand der Technik wei- sen den Nachteil auf, dass infolge der Auskoppelung direkt an den Bürsten spezi- elle Koppeleinrichtungen (z. B. hochzuverlässige Kondensatoren) eingebaut wer- den müssen, zusammen mit entsprechenden Ableitungen. Auch die Verwendung einer Antenne erfordert die zur Verfügungsstellung eines speziellen Bauteils, wel- ches ausserdem in geeigneter Weise eingebaut werden muss. Problematisch im Zusammenhang mit dem für die Unterdrückung der Störsignale verwendeten "Gating"ist die Tatsache, dass im Zeitbereich der Störaustastung nicht gemessen werden kann. Dieser Bereich kann einen erheblichen Teil der verfügbaren Ge- samtzeit ausmachen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren respektive eine Vorrichtung zur Erfassung der Funkenaktivität einer elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, welche über eine hohe Empfindlichkeit verfügt und dabei konstruktiv einfach und billig zu realisieren ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass zur Erfassung der Funken- aktivität die Wellenspannung und/oder der Wellenstrom gemessen und analysiert wird.

Wie zum Beispiel in der Druckschrift EP-A1-0 271 678 und der späteren Druck- schrift DE-A1-197 42 622 beschrieben, können an der Generatorwelle eines Ge- nerators, der üblicherweise Teil einer Turbogruppe ist, aus verschiedenen Grün- den Wellenspannungen und Wellenströme auftreten, deren Frequenzspektrum vom Gleichstrom bis zu Frequenzen reicht, die mit der Rotationsfrequenz des Ge- nerators, aber auch mit den Frequenzen eines statischen Erregungssystems des Generators zusammenhängen.

Die Wellenspannungen respektive Wellenströme können auf Grund magnetischer Asymmetrien der Umgebung der Generatorwelle, auf Grund von elektrostatischen Aufladungen der Generatorwelle, auf Grund von äusseren elektrischen Feldern, die Wellenspannungen kapazitiv in die Generatorwelle einkoppeln, oder auf Grund von magnetischen Remaneszenzen in der rotierenden Welle sowie auf Grund von Restmagnetisierung (herstellungsbedingt) der Welle zu Stande kommen.

Die Wellenspannungen und Wellenströme stellen grundsätzlich eine Gefahr für verschiedene Komponenten des Generators dar und können zu Schäden am Ge- nerator führen, wenn sie nicht auf ein tolerierbares Mass reduziert werden. Hierzu wurden in der Vergangenheit an der Generatorwelle spezielle Vorkehrungen ge- troffen, indem beispielsweise auf der Nichtantriebsseite des Generators Isolier- strecken eingebaut und die Generatorwelle auf der Antriebsseite über Bürsten mit dem Erdpotential verbunden wurde. Um diese Bürsten zu entlasten, wurde auch vorgeschlagen, die Generatorwelle an der Nichtantriebsseite mittels eines Gleit- kontaktes über eine Kapazität wechselspannungsmässig an das Erdpotential an- zukoppeln.

Die Wellenspannungen und Wellenströme können aber auch zur Überwachung der Funktionssicherheit und Funktionstüchtigkeit der Wellenerdung herangezogen werden. Die eingangs genannte Druckschrift EP-A1-0 271 678 gibt dazu eine Überwachungs-und Auswerteschaltung an, die auf der Nichtantriebsseite des Ge- nerators durch Parallelschaltung eines Widerstandes zur Ableitungskapazität einen Gleichstrompfad schafft und maschinentypische Frequenzkomponenten in den durch diesen Pfad fliessenden Strömen auswertet. Die RC-Kombination ergibt eine zuverlässige Verbindung zwischen Welle und Erdpotential, welche sowohl statische Aufladungen als auch niederfrequente und höherfrequente Spannungen auf für die Wellenlager ungefährliche Beträge reduziert und eventuelle Ströme in den Lagern auf ungefährliche Werte begrenzt. Durch das Einfügen des Parallel- widerstandes erhält man dann sogar eine Redundanz zur ohmschen Erdung auf der Antriebsseite.

Ein anderer Vorschlag (DE-A1-197 42 622) geht dahin, auf der Antriebsseite den durch eine Erdungsstrecke der Generatorwelle fliessenden Wellenstrom zu mes- sen und eine Frequenz des Wellenstromes zu bestimmen, aus der dann die Ur- sache des Wellenstromes abgeleitet wird.

Der Kern der Erfindung besteht nun aber in der Erkenntnis, dass der Wellenstrom respektive die Wellenspannung nicht nur die obengenannte Information gemäss der EP-A1-0 271 678 über die Funktionstüchtigkeit und die Funktionssicherheit der Wellenerdung oder auch die Information gemäss der ausserdem zu nennenden EP-A2-0 391 181 über Rotorwindungsschlüsse enthält, sondern dass in diesen Si- gnalen ausserdem eine Information über die Funkenaktivität der elektrischen Ma- schine enthalten ist. Entsprechend ist es möglich, auf die üblicherweise für die Messung derartiger Funkenaktivität speziell vorzusehende Vorrichtungen zu ver- zichten, und Wellenspannung respektive Wellenstrom mit den gegebenenfalls be- reits vorhandenen Geräten zur Erdung, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit oder der Rotorwindungsschlüsse zu messen und aus den dabei erhaltenen Daten Rückschlüsse über Funkenaktivitäten der Maschine zu machen. Die Messung von Wellenstrom und/oder Wellenspannung ist dabei eine empfindliche und für Lang- zeitbeobachtungen sehr geeignete Methode zur Ermittlung von derartigen Funken- aktivitäten.

Grundsätzlich ergibt sich daraus der Vorteil, dass die Messung aller Funkenaktivi- täten an der Welle (Wellenfunken) möglich wird, z. B. Entladungen über der Lager- schale, und somit nicht nur ein spezifischer Typ von Funkenaktivität gemessen werden kann.

Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ver- fahrens handelt es sich bei der Funkenaktivität um Bürstenfeuer, d. h. um Funken an den Schleifringen, und/oder um Funkenüberschläge zwischen Teilen der Wel- lenlager, insbesondere um Wellenerosionsfunken. Dabei kann nicht nur die Anwe- senheit eines spezifischen Typs von Funkenaktivitäten festgestellt werden, son- dern auch deren zeitliche Abfolge und Stärke. Insbesondere bevorzugt wird dabei zur Analyse von Wellenspannung und/oder Wellenstrom das Signal als Funktion der Zeit gemessen und aufgezeichnet, und als Funktion der Zeit analysiert.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Messung von Wellenspannung und/oder Wellenstrom derart, dass an einer ersten Stelle der Welle eine niederohmige Erdung vorgesehen ist, und dass an einer zweiten Stelle der Welle ein hochohmiges RC-Modul vorgesehen ist, über welchem RC-Modul Wellenspannung und/oder Wellenstrom abgegriffen und in einer Analyseeinheit analysiert werden.

Um ausserdem eine Lokalisierung der Aktivität entlang der Welle zu ermöglichen, ist es weiterhin bevorzugt möglich, dass zusätzlich zur Messung der Wellenspan- nung und/oder des Wellenstroms über das RC-Modul die Wellenspannung und/oder der Wellenstrom über der niederohmigen Erdung abgegriffen und in der Analyseeinheit analysiert werden.

Da es sich bei den durch Funkenaktivität bedingten Signalen mehrheitlich um Si- gnale im Frequenzbereich oberhalb von wenigstens 500 kHz, üblicherweise sogar oberhalb von 700 kHz oder sogar oberhalb von 1 MHz handelt, können nicht mit Funkenaktivität zusammenhängende weitere Signale dadurch eliminiert werden, dass das oder gegebenenfalls die mehreren, der Analyseeinheit zugeführten Si- gnale vor der Analyse durch einen Signalfilter (Hochpass-Filter) geleitet werden.

Es handelt es sich bei diesem Filter bevorzugtermassen um einen einstellbaren, steilflankigen Bandpass-Filter, der insbesondere bevorzugt einen Durchlass- bereich von ca. 500 kHz Breite aufweist und dessen Mittenfrequenz auf etwas 500kHz bis 50 MHz abgestimmt werden kann.

Dabei wird bevorzugt das resultierende Signal (Spannung oder Strom) in Bezug auf darin enthaltene Frequenzmodulationen und/oder Amplitudenmodulationen un- tersucht. Bevorzugtermassen wird das Signal dabei nach Demodulation respektive Heruntermischen des Signals mit einer Trägerfrequenz, in Relation zur Netz- periode oder drehsynchron mit der Welle betrachtet (phasenaufgelöste Messung).

Auf diese Weise können drehsynchrone Rattermarken der Erregerbürstenbrücke oder Streifstellen detektiert werden.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Messung von Wel- lenspannung respektive Wellenstrom mit einer Messung von Teilentladungen an den Phasenklemmen koordiniert. Dies erlaubt eine ganzheitliche Analyse der Situ- ation in Bezug auf Funkenaktivität, wobei insbesondere die Lokalisierung der Fun- kenaktivität vereinfacht wird. Der kausale Zusammenhang zwischen der Aktivität an den Phasenklemmen und der Funkenaktivität kann so einfach hergestellt wer- den, und es ist möglich, Impulse von Teilentladungen in der Statorwicklung von Funkenaktivitäten an der Welle zu unterscheiden, oder die Teilentladungsmes- sung zu ergänzen.

Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Signal nach Pas- sieren eines Hochpass-Filters, wie er oben genannt ist, abgetastet und digitalisiert.

Anschliessend wird entweder das Zeitsignal, gegebenenfalls nach angepasstem Gating zur Unterdrückung von Störsignalen, auf für Funkenaktivität charakteri- stische Spitzen analysiert, oder vom Signal werden jeweils Abschnitte fouriertrans- formiert und entsprechende charakteristische Merkmale im Frequenzspektrum analysiert. Üblicherweise handelt es sich bei den Störsignalen um Thyristorpulse infolge der Gleichrichtung der Erregungsspannung des Generators, welche eben- falls im hochfrequenten Bereich auftreten können, und welche insbesondere aus- serdem zu einem ebenfalls störenden Nachschwingen (ringing) führen können.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die vorliegende Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde. Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Wellenspannung über einen Schleifkontakt, vorzugsweise über die vorhandene (n) Erdungseinrichtung (en) abgegriffen wird.

Der Hochfrequenz-Anteil des Signals wird mittels Koppelimpedanzen ausgekop- pelt und weiterverarbeitet.

In einer weiteren Ausführungsform ist an einer ersten Stelle der Welle eine nieder- ohmige Erdung der Welle, und an einer zweiten Stelle der Welle ein hochohmiges RC-Modul vorgesehen. Über das RC-Modul werden Wellenspannung und/oder Wellenstrom abgegriffen und in einer Analyseeinheit auf Komponenten analysiert, welche für Funkenaktivität der Welle charakteristisch sind. Um eine genauere Lo- kalisierung der Funkenaktivität zu ermöglichen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die niederohmige Erdung über einen niederohmigen Widerstand zur Kontakt- vorrichtung an die Welle und über einem hochohmigen Widerstand zur Erde ver- fügt, wobei parallel zum hochohmigen Widerstand eine Sicherung angeordnet ist.

Zusätzlich zur Messung der Wellenspannung und/oder des Wellenstroms über dem RC-Modul werden die Wellenspannung und/oder der Wellenstrom über der niederohmigen Erdung abgegriffen und in der Analyseeinheit analysiert.

Da es sich bei Signalen aufgrund der Funkenaktivität üblicherweise um hochfre- quente Signale handelt, kann ausserdem bevorzugtermassen die Analyseeinheit über einen Hochpass-Filter verfügen, durch welchen das oder gegebenenfalls die mehreren, der Analyseeinheit zugeführten Signale vor der Analyse hindurch- geschickt werden. Die Charakteristik des Hochpass-Filters sollte dabei einstellbar und steilflankig sein, wobei insbesondere bevorzugt ein Durchlassbereich mit einer einstellbaren unteren Grenze von 20 kHz bis 1 MHz respektive bis 5 MHz, sowie eine obere Grenze im Bereich von 40 MHz vorliegen sollte (z. B. Bandpass mit ca.

300 kHz Bandbreite, durchstimmbar).

An der Stelle der eigentlichen Messung am RC-Modul erweist es sich als vorteil- haft, wenn das RC-Modul über eine Sicherung zur Kontaktvorrichtung an die Welle und zur Erde über eine oder mehrere parallel angeordnete Kapazitäten sowie pa- rallel dazu über einen Widerstand verfügt, wobei gegebenenfalls zwischen Erde und Kapazität respektive Widerstand ein Messwiderstand (shunt-resistance) ange- ordnet ist, und wobei die Wellenspannung über der einen oder mehreren Kapazität und der Wellenstrom über dem Messwiderstand abgegriffen werden.

Dabei wird bevorzugtermassen die gemessene Wellenspannung respektive der gemessene Wellenstrom als Funktion der Zeit detektiert und einer Analysevorrich- tung zugeführt, wobei die Analysevorrichtung Mittel zur Digitalisierung des Signals (Spannung, Strom), Mittel zur Fouriertransformation dieses digitalisierten Signals, sowie Mittel zur spektralen Darstellung der transformierten Daten aufweist, wobei insbesondere bevorzugt zusätzlich numerisch nach bestimmten Kriterien die An- wesenheit, Art und Intensität von Funkenaktivität automatisch bestimmt und ver- einfacht dargestellt wird. Bei den Kriterien handelt es sich dabei um charakteristi- sche Signale im Zeitbereich oder um charakteristische spektrale Eigenschaften der einzelnen Aktivitäten.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammen- hang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt eine sche- matische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung von Wellenspannung Us (t) respektive Wellenstrom IS (t) als Funktion der Zeit (t).

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage, bei wel- cher zwei Turbinen 1 auf den beiden Seiten eines Generators 4 angeordnet sind, wobei die beiden Turbinen 1 wie auch der Generator 4 auf einer einzigen gemein- samen Welle 2 angeordnet sind. Die zwei Turbinen sind dabei nur beispielhaft zu verstehen, es ist auch möglich, dass nur eine Turbine angeordnet ist. Um den Ge- nerator 4 z. B. beim Hochfahren von den Turbinen 1 trennen zu können, sind übli- cherweise Kupplungen vorgesehen, welche eine mechanische Entkopplung der Turbinen 1 vom Generator 4 erlauben.

Die Welle 2 ist auf wenigstens zwei Wellenlagern 3 gelagert. Die in den Lagern 3 vorliegenden Ölfilme isolieren die Welle 2 von den mit der Erde in Verbindung ste- henden Lagern 3. Diese Isolation bricht aber häufig bei Spannungsspitzen auf der Welle 2 zusammen, was zu Problemen mit Elektroerosion führen kann. Ebenfalls an der Welle 2 befinden sich die Schleifringe 20, über welche die Speisung für die Erregerspulen eingekoppelt wird.

Wie bereits eingangs erwähnt, treten an einer derartigen Welle eines Generators 4 aus verschiedenen Gründen Wellenspannungen und Wellenströme auf, deren Frequenzspektrum vom Gleichstrom bis zu Frequenzen reicht, die mit der Rota- tionsfrequenz des Generators, aber auch mit den Frequenzen eines statischen Er- regungssystems des Generators zusammenhängen.

Die Wellenspannungen respektive Wellenströme kommen unter anderem auf- grund magnetischer Asymmetrien der Umgebung der Welle 2, aufgrund von elek- trostatischen Aufladungen der Welle 2, auf Grund von äusseren elektrischen Fel- dern, die Wellenspannungen kapazitiv in die Welle 2 einkoppeln, oder aufgrund von magnetischen Remanenzen in der rotierenden Welle 2, sowie aufgrund von Restmagnetisierung (herstellungsbedingt) der Welle 2 zu Stande.

Die Wellenspannungen, üblicherweise und im folgenden als Us bezeichnet, und Wellenströme, üblicherweise und im folgenden als Is bezeichnet, stellen grund- sätzlich eine Gefahr für verschiedene Komponenten des Generators dar und kön- nen zu Schäden am Generator führen, wenn sie nicht auf ein tolerierbares Mass reduziert werden. Erfindungsgemäss wird nun aber die Wellenspannung respek- tive der Wellenstrom zur gezielten Analyse und Erfassung von Funkenaktivitäten der elektrischen Maschine verwendet.

Dazu wird auf der einen Seite des Generators 4 eine niederohmige Erdung 5, z. B. ein so genanntes DE-Modul (Driving End Module) an der Welle 2 angeschlossen, welches im wesentlichen eine gesicherte Erdung der Welle 2 zur Erde 8 gewähr- leistet. Auf der anderen Seite des Generators 4 wird ein so genanntes RC-Modul 6 (R für Widerstand, C für Kapazität), welches mit einer Analyseeinheit 7 verbunden ist, einerseits mit der Welle 2 verbunden und andererseits auf Erde 9 gelegt.

Das DE-Modul 5 ist über eine Kontaktvorrichtung 10 mit der Welle 2 verbunden.

Bei der Kontaktvorrichtung 10 handelt es sich vorzugsweise um ein Cu-Geflecht, welches schleifend mit der Welle 2 in elektrischem Kontakt steht. Das DE-Modul 5 ist niederohmig zur Erde 8 ausgebildet, indem zwischen Kontaktvorrichtung 10 und Erde 8 zunächst ein niederohmiger Widerstand 12 geschaltet ist. Typischer- weise weist der Widerstand 12 einen Wert R im Bereich von 1 bis 50 Ohm auf.

Damit gewährleistet das DE-Modul 5 zunächst eine niederohmige Erdung der Wel- le 2. Um nun zu verhindern, dass gegebenenfalls unerwünschte, an der Welle 2 anliegende hohe Ströme direkt niederohmig zur Erde 8 abfliessen können, ist in Serie zum Widerstand 12 eine Sicherung 14 parallel zu einem zweiten, hochohmi- gen Widerstand 13 angeordnet. So wird sichergestellt, dass für den Fall einer un- gewollten Stromspitze an der Welle 2 keine niederohmige Verbindung zur Erde 8 vorliegt, da der Strom dann durch den Widerstand 13 begrenzt ist. Typischerweise handelt es sich bei der Sicherung 14 z. B. um eine Sicherung des Typs 2A/250V träge, welche von aussen leicht ersetzt werden kann, und der Widerstand 13 weist einen Wert R im Bereich von 100 bis 1000 Ohm auf. Bei Auftreten von derartigen Spitzen wird die Sicherung 14 entsprechend trennen, wodurch nun der hochohmi- ge Widerstand 13 den Gesamtwiderstand zwischen Welle 2 und Erde 8 entschei- dend bestimmt. Ausserdem ist eine als Kondensator ausgebildet Kapazität 19 par- allel zum Widerstand 13 angeordnet.

Auf der anderen Seite des Generators 4 ist das RC-Modul 6 angeordnet. Dieses verfügt ebenfalls zur Welle 2 über eine Kontaktvorrichtung 11, welche wiederum bevorzugt in Form eines Cu-Geflechts, welches in elektrischem Kontakt mit der Welle 2 steht, ausgebildet ist. Das RC-Modul 6 weist zunächst zur Welle eine Si- cherung 15 auf, üblicherweise eine Sicherung des Typs 2A träge (auch hier dient die Sicherung zum Schutz vor hohen Strömen), und in Serie dazu einen Wider- stand 16, zu welchem parallel eine ebenfalls als Kondensator ausgebildete Kapa- zität 17 angeordnet ist. Ganz allgemein weist der parallel zur Kapazität 17 ange- ordnete Widerstand 16 einen Wert R von im Bereich von 100 bis 10000 Ohm auf.

Die Kapazität 17 weist einen Wert C typischerweise im Bereich von 1 bis 30 uF auf.

Über der Kapazität 17 respektive über dem Widerstand 16 wird nun die Wellen- spannung URCS (t) als Funktion der Zeit abgegriffen, und über Koaxialkabel der Analyseeinheit 7 übergeben. Zwischen der Erdung 9 und der parallelen Anord- nung von Widerstand 16 und Kapazität 17 befindet sich ausserdem ein Mess- widerstand 18 (shunt resistance), bei welchem über den darüber auftretenden Spannungsabfall der Wellenstrom IRCs (t) berechnet und mitgeschrieben werden kann. Auch diese Information wird über ein Koaxialkabel an die Analyseeinheit 7 übergeben.

Auch über dem DE-Modul 5 können Wellenspannung UDEs (t) sowie IDE5 (t) abge- griffen werden. Die Wellenspannung wird dabei über dem Widerstand 12 abge- griffen, und für das Abgreifen des Wellenstroms ist ausserdem wiederum vor der Erde 8 ein Messwiderstand 18 vorgesehen, bei welchem über den darüber auftre- tenden Spannungsabfall der Wellenstrom IDEs (t) berechnet und mitgeschrieben werden kann. Auch diese Information wird über ein Koaxialkabel an die Analyse- einheit 7 übergeben.

Die Messung von Wellenspannungen respektive Wellenstrom an den zwei Modu- len 5 und 6 erlaubt durch den Vergleich der Werte die grobe Lokalisierung von Funkenaktivität.

Die gemessene Wellenspannung als Funktion der Zeit, Us (t), respektive der ge- messene Wellenstrom als Funktion der Zeit, is (t) enthält nun Informationen über verschiedene, üblicherweise unerwünschte Funkenaktivitäten der elektrischen Ma- schine. So misst man an diesen Messgrössen ähnliche Signale, wie sie über eine direkte an Kopplung an die Bürsten oder über die Verwendung einer Antenne, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Die Auswertung von Wellenstrom respektive Wellenspannung erlaubt die frühzeiti- ge Diagnose sowohl von Bürstenfeuer (und damit verbundener Funkenerosion) an den Schleifringen 20, welches sich in Signalen äussert, wie sie beispielsweise in der US 4,163, 227 beschrieben und dargestellt sind. Zusätzlich ist aber auch weite- re Funkenaktivität an der Welle 2 diagnostizierbar, so z. B. Funkenerosion an den Lagern 3. In beiden Fällen handelt es sich um charakteristische Ausschläge (Spikes) in der Wellenspannung respektive im Wellenstrom. Da es sich bei diesen für Funkenaktivität typischen Signalen um hochfrequente Signale, d. h. um Signale im Frequenzbereich von typischerweise oberhalb 500 kHz handelt, erweist es sich als vorteilhaft, Wellenspannungen respektive Wellenstrom vor der eigentlichen Analyse in der Auswertungseinheit 22 durch einen als Bandpass ausgebildeten Si- gnalfilter 21 zu führen. Die Kommutierungssignale (Thyristorpulsen), welche als Störsignale das Nutzsignal überdecken könnten, sind üblicherweise eher nieder- frequent. Ausserdem können so weitere Störsignale unterdrückt werden. Durch die Filterung wird insbesondere auch ermöglicht, im Zeitraum der Thyristorpulse Funkenaktivitäten zu beobachten.

Bei diesem Bandpass-Filter 21 handelt es sich um einen bandselektiven Empfän- ger, Demodulator und Verstärker, welcher steilflankig und einstellbar ist. Einstell- bar heisst, dass er einen Frequenzbereich von 20 kHz bis 40 MHz überstreichen kann, wobei die Mittenfrequenz verschiebbar ist, mit einer Bandbreite von z. B.

300kHz. Als untere Grenze im hier genannten Zusammenhang erweisen sich min- destens 20 kHz als möglich, wobei Störsignale auf den hier relevanten Nutzsigna- len typischerweise erst oberhalb von 500 kHz wesentlich ausgeschlossen werden können.

Das durch den Bandpass-Filter 21 geschickte Signal wird anschliessend in der Einheit 22 üblicherweise mit wenigstens 200 kHz Abtastfrequenz abgetastet und digitalisiert. Das Signal kann dann auf die charakteristischen Spikes direkt im Zeit- bereich, wie dies in der Figur mit dem Bezugszeichen 24 angegeben ist, unter- sucht werden. Ausserdem ist es möglich, das Signal in Relation zur Netzfrequenz sUNet, darzustellen um Periodizitäten im Zusammenhang mit der Rotation der Welle zu erkennen (Phasenauflösung).

Als geeignet für die Analyse erweist sich ausserdem die Analyse mit Hilfe einer Fouriertransformation des Zeitsignals Us (t) oder Is (t). Zur Erhöhung der Mess- genauigkeit respektive zur Vereinfachung der Filterung der Eingangsdaten kann das entsprechende Zeitsignal auch hier mit einem Trägersignal (Carrier) gemischt werden und fouriertransformiert (FFT) werden. Als Trägersignal eignet sich auch hier z. B. die Netzfrequenz, welche dazu gegebenenfalls direkt vom Netz oder an einem geeigneten anderen Ort abgegriffen werden muss. Die im Frequenzbereich dargestellten Daten sind in der Figur mit dem Bezugszeichen 23 angegeben.

Das Eingangssignal Us (t) (typischerweise im Bereich von weniger als 3V) respek- tive Is (t) wird zunächst in einem Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Abtast- frequenz (Samplingrate) von typischerweise 200 kHz digitalisiert und anschlies- send dieses digitalisierte Zeitsignal Us (t) respektive Is (t) abschnittsweise fourier- transformiert.

Zu beachten ist in diesem Zusammenhang ausserdem, dass sich die vorliegende Methode ganz besonders zur Langzeitbeobachtung des Verhaltens von elektri- schen Anlagen eignet. So kann aus der graduellen langsamen Veränderung des Verhaltens der Funkenaktivitäten auf gegebenenfalls vorhandenen Revisions- bedarf geschlossen werden, und es können gezielt entsprechende Revisionen ge- plant und durchgeführt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Turbine 2 Welle 3 Wellenlager 4 Generator 5 niederohmige Erdung (Driving End Module, DE-Modul) 6 RC-Modul (hochohmig) 7 Analyseeinheit 8 Erdung von 5 9 Erdung von 6 10 Kontaktvorrichtung von 5 11 Kontaktvorrichtung von 6 12 niederohmiger Widerstand 13 hochohmiger Widerstand 14 Sicherung 15 Sicherung 16 Widerstand 17 Kapazität 18 Messwiderstand (Shunt resistance) 19 Kapazität 20 Schleifringe 21 Signalfilter, Bandpass-Filter 22 Auswertungseinheit 23 Frequenzspektrum 24 Signal als Funktion der Zeit URCs (t) Wellenspannung an der RC-Einheit iRcs (t) Wellenstrom an der RC-Einheit uDEs (t) Wellenspannung an der DE-Einheit (t) Wellenstrom an der DE-Einheit PNetz Netzfrequenz