Spannungswandlers

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers, insbesondere zum Bestimmen von Defekten in ei nem kapazitiven Spannungsteiler in dem kapazitiven Spannungswandler. Die vorlie gende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers, welche das Verfahren implementiert.

HINTERGRUND

Spannungswandler werden im Bereich der elektrischen Energietechnik als Messwand ler zum Messen von Wechselspannungen verwendet. Die Funktion eines Spannungs wandlers besteht darin, die zu messende hohe Spannung auf geringe Spannungs werte proportional zu übertragen. Diese geringere Spannung, beispielsweise Werte um 100 V, wird an Spannungsmessgeräte, Energiezähler und ähnliche Geräte über mittelt, beispielsweise für Messzwecke oder Schutzzwecke. Spannungswandler kön nen als induktive und als kapazitive Spannungswandler realisiert werden, wobei kapa zitive Spannungswandler beispielsweise für primäre Bemessungsspannungen (Nenn werte) bis über 1 MV ausgelegt sein können.

Kapazitive Spannungswandler umfassen auf der Hochspannungsseite einen kapaziti ven Spannungsteiler, welcher üblicherweise aus mindestens zwei in Reihe geschalte ten Kondensatoren besteht. Üblicherweise ist ein Ende der Reihenschaltung der Kon densatoren mit der zu messenden Hochspannung verbunden und das andere Ende der Reihenschaltung mit Masse. An einem Abgriff zwischen den Kondensatoren liegt eine der zu messenden Hochspannung proportionale niedrigere Spannung an, welche über beispielsweise einen Transformator einem Spannungsmessgerät zugeführt wer den kann.

Fehler im kapazitiven Spannungswandler können durch Defekte im kapazitiven Span nungsteiler verursacht werden. Es gibt verschiedene Gründe für Defekte in den Kon densatoren des kapazitiven Spannungsteilers, beispielsweise das Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolierung. Eine Überwachung der Entwicklung der Kapazitätsän derung über der Zeit, ein sogenanntes „Trending“, kann dazu beitragen, einen Total ausfall des kapazitiven Spannungswandlers zu verhindern. Ein Totalausfall könnte an dere Geräte beschädigen, beispielsweise an den kapazitiven Spannungswandler an geschlossene Messgeräte, und Menschen gefährden. Um die zeitliche Entwicklung der Kapazitätsänderung zu verfolgen und Fehler der einzelnen Kondensatoren zu be stimmen, werden die Kapazitäten der Kondensatoren gemessen, beispielsweise mit tels einer Analyse der Übertragungsfunktion (Sweep Frequency Response Analysis, SFRA). Diese Messungen basieren beispielsweise auf dem Prinzip der frequenzab hängigen Kurzschlussimpedanzmessung von der Sekundärseite des Transformators. Dazu wird die Reihenschaltung der Kondensatoren üblicherweise von der Hochspan- nung und von Masse getrennt. Insbesondere zum Trennen der Reihenschaltung der Kondensatoren von Masse ist eine Zugänglichkeit zu dem entsprechenden Anschluss punkt erforderlich, was in der Realität häufig nicht oder nur unter erheblichem Monta geaufwand gegeben ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Überprüfung und Überwa chung von Kondensatoren eines kapazitiven Spannungsteilers in einem kapazitiven Spannungswandler.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Zu stands eines kapazitiven Spannungswandlers und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers bereitgestellt, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche definieren Aus führungsformen der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers bereit. Der kapazitive Spannungswandler umfasst an seiner Primärseite einen kapazitiven Spannungsteiler mit einem ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator. Unter der Primärseite des kapazitiven Spannungs wandlers wird in diesem Zusammenhang die Seite des kapazitiven Spannungswand lers bezeichnet, welche mit der zu messenden Flochspannung gekoppelt wird. Die Hochspannung kann beispielsweise eine Spannung von einigen 1000V bis hin zu ei nigen 100.000V oder sogar 1 MV oder darüber hinaus aufweisen. Unter der Sekundär seite des kapazitiven Spannungswandlers wird daher die Seite des kapazitiven Span nungswandlers bezeichnet, welche mit dem Messgerät oder einer anderen Vorrich tung, beispielsweise einem Energiezähler, gekoppelt wird. Der erste Kondensator weist einen Hochspannungsanschluss zum Verbinden des ersten Kondensators mit der Hochspannung auf. Der zweite Kondensator weist einen Masseanschluss zum Verbinden des zweiten Kondensators mit Masse auf. Masse kann in diesem Zusam menhang beispielsweise ein Referenzpotential für die Hochspannung sein. Sowohl der erste Kondensator als auch der zweite Kondensator können jeweils mehrere in reihen geschaltete Kondensatoren umfassen, um die Spannungsfestigkeit des resultierenden Kondensators zu erhöhen. Der erste Kondensator und der zweite Kondensator können zur Bildung des kapazitiven Spannungsteilers beispielsweise in Reihe geschaltet wer den, sodass eine Teilspannung der Hochspannung an dem Verbindungspunkt zwi schen dem ersten und zweiten Kondensator abgegriffen werden kann. Der kapazitive Spannungswandler kann ferner einen Transformator umfassen, welchem an der Pri märseite des Transformators die Spannung zwischen dem Verbindungspunkt und Masse zugeführt wird und welcher an der Sekundärseite des Transformators somit eine galvanisch getrennte Spannung bereitstellt, welche proportional zu der zwischen dem Verbindungspunkt und Masse abgegriffenen Spannung ist. Der Übertragungsfak tor des Transformators kann beispielsweise 1 betragen. Der Transformator kann einen beliebigen anderen Übertragungsfaktor aufweisen, insbesondere einen Übertragungs faktor größer 1 , sodass die von dem Spannungsteiler abgegriffene Spannung durch den Transformator heruntertransformiert wird.

Bei dem Verfahren wird eine erste Resonanzfrequenz mittels mehrerer erster Kurz schlussimpedanzmessungen bei verschiedenen Frequenzen an der Sekundärseite des kapazitiven Spannungswandlers bestimmt, während der Hochspannungsan schluss mit Masse verbunden ist. Weiterhin wird eine zweite Resonanzfrequenz mittels mehrerer zweiter Kurzschlussimpedanzmessungen bei verschiedenen Frequenzen an der Sekundärseite des kapazitiven Spannungswandlers bestimmt, während der Hoch spannungsanschluss offen ist. Ein Kapazitätsverhältnis des kapazitiven Spannungs teilers wird in Abhängigkeit von der ersten Resonanzfrequenz und der zweite Reso nanzfrequenz bestimmt. Das Kapazitätsverhältnis kann beispielsweise ein Verhältnis der Kapazität des zweiten Kondensators zu der Kapazität des ersten Kondensators oder ein Verhältnis des zweiten Kondensators zu der Summenkapazität des ersten und zweiten Kondensators sein. Bei sowohl der Bestimmung der ersten Resonanzfre quenz als auch bei der Bestimmung der zweiten Resonanzfrequenz kann der zweite Kondensator mit seinem Masseanschluss mit Masse verbunden bleiben.

Wenn sich die Kapazitäten der Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers auf grund von beispielsweise einem Verschleiß ändern, ändert sich im Allgemeinen auch das Kapazitätsverhältnis. Daher kann das Kapazitätsverhältnis als Indikator für einen Zustand des kapazitiven Spannungswandlers angesehen werden. Da das Kapazitäts verhältnis bestimmt werden kann, ohne den Masseanschluss des zweiten Kondensa tors von Masse zu trennen, kann der Zustand des kapazitiven Spannungsteilers schnell und kostengünstig bestimmt werden.

Bei dem Verfahren kann ferner ein Messstrom in Abhängigkeit einer Bürde des kapa zitiven Spannungswandlers und einem Spannungsabfall an der Bürde des kapazitiven Spannungswandlers bestimmt werden. Die mehreren ersten Kurzschlussimpedanz messungen und die mehreren zweiten Kurzschlussimpedanzmessungen werden unter Verwendung des Messstroms durchgeführt. Die Bürde des kapazitiven Spannungs wandlers betrifft die Impedanz des Sekundärkreises des kapazitiven Spannungswand lers und wird üblicherweise durch die Scheinleistung ausgedrückt, die bei festgelegten Bedingungen aufgenommen wird. Die Kurzschlussimpedanzmessungen können somit gezielt bei einem Messstrom durchgeführt werden, dessen Amplitude nahe bei dem Nominalstrom ist, sodass die Resonanzfrequenzen schnell und zuverlässig ermittelt werden können.

Bei einer Ausführungsform umfassen die mehreren ersten Kurzschlussimpedanzmes sungen mehrere Kurzschlussimpedanzmessungen in einem ersten Frequenzraster gefolgt von mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in einem zweiten Frequenz raster. Das erste Frequenzraster weist einen größeren Frequenzabstand als das zweite Frequenzraster auf. Alternativ oder zusätzlich können die mehreren zweiten Kurzschlussimpedanzmessungen mehrere Kurzschlussimpedanzmessungen in ei nem ersten Frequenzraster gefolgt von mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in einem zweiten Frequenzraster umfassen. Auch hier gilt, dass das erste Frequenzras ter einen größeren Frequenzabstand als das zweite Frequenzraster hat. Anders aus gedrückt kann eine Resonanzfrequenz in einem ersten Durchlauf grob bestimmt wer den. In dem ersten Durchlauf können Frequenzen in einem weiten Frequenzbereich in groben Schritten ausgewählt werden, um die Resonanzfrequenz mittels Kurzschlus simpedanzmessungen näherungsweise zu bestimmen. In einem zweiten Durchlauf kann die Resonanzfrequenz genauer bestimmt werden, indem der zweite Durchlauf in einem Frequenzbereich durchgeführt wird, welcher anhand des ersten Durchlaufs als der Frequenzbereich bestimmt wurde, welcher die Resonanzfrequenz umfasst. Dieser in dem ersten Durchlauf bestimmte Frequenzbereich kann in dem zweiten Durchlauf in kleinen Schritten abgetastet werden, um die Resonanzfrequenz genau zu bestim men. Es können weitere Durchläufe durchgeführt werden, um die Resonanzfrequenz noch genauer zu bestimmen. Durch dieses iterative Verfahren können die erste und zweite Resonanzfrequenz schnell und zuverlässig bestimmt werden.

Bei dem Verfahren kann ferner eine Resonanzinduktivität des kapazitiven Spannungs wandlers in Abhängigkeit von Nennwerten des ersten und zweiten Kondensators und einer Nennfrequenz des kapazitiven Spannungswandlers bestimmt werden. Die Nenn werte des ersten und zweiten Kondensators sowie die Nennfrequenz des kapazitiven Spannungswandlers können beispielsweise dem Typenschild des kapazitiven Span nungswandlers entnommen werden. Ein Istwert der Kapazität des zweiten Kondensa tors kann in Abhängigkeit von der zweiten Resonanzfrequenz und der Resonanzin duktivität bestimmt werden. Da bei der Bestimmung der zweiten Resonanzfrequenz der Flochspannungsanschluss offen ist, resultiert die zweite Resonanzfrequenz im We sentlichen lediglich aus der Kapazität des zweiten Kondensators. In Verbindung mit der Resonanzinduktivität kann daher beispielsweise unter Verwendung der Thomson- schen Schwingungsgleichung der Istwert der Kapazität des zweiten Kondensators aus der zweiten Resonanzfrequenz bestimmt werden.

Bei weiteren Ausführungsformen können wie zuvor beschrieben mehrere Istwerte der Kapazität des zweiten Kondensators zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt wer den und ein zeitlicher Trendverlauf der Kapazität des zweiten Kondensators aufge- zeichnet und/oder auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Anhand des zeitli chen Trendverlaufs kann extrapoliert oder geschätzt werden, ob der Zustand des ka pazitiven Spannungswandlers für einen weiteren zuverlässigen Betrieb ausreicht.

In Abhängigkeit von dem Istwert der Kapazität des zweiten Kondensators und dem Kapazitätsverhältnis kann ein Istwert der Kapazität des ersten Kondensators bestimmt werden. Zu unterschiedlichen Zeitpunkten können mehrere Istwert der Kapazität des ersten Kondensators bestimmt werden und ein zeitlicher Trendverlauf der Kapazität des ersten Kondensators aufgezeichnet und/oder auf einer Anzeigevorrichtung darge stellt werden. Somit kann auch anhand des zeitlichen Trendverlaufs des ersten Kon densators extrapoliert oder geschätzt werden, ob der Zustand des kapazitiven Span nungswandlers für einen weiteren zuverlässigen Betrieb ausreichend ist.

Alternativ oder zusätzlich können mehrere Kapazitätsverhältnisse des kapazitiven Spannungsteilers zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt werden und ein zeitlicher Trendverlauf des Kapazitätsverhältnisses auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Bei einer Zustandsänderung der Kondensatoren des kapazitiven Spannungs teilers ändert sich üblicherweise auch das Kapazitätsverhältnis der Kondensatoren zu einander. Anhand eines zeitlichen Verlaufs des Kapazitätsverhältnisses kann eine Ver schlechterung des Zustands des kapazitiven Spannungsteilers auf einfache Art und Weise rechtzeitig erkannt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine erste Abhängigkeit des Kapazitätsver hältnisses von der ersten Resonanzfrequenz bestimmt. Die erste Abhängigkeit kann beispielsweise eine partielle Ableitung des Kapazitätsverhältnisses nach der ersten Resonanzfrequenz umfassen. Eine derartige Abhängigkeit wird auch als Sensitivität (englisch: sensitivity) des Kapazitätsverhältnisses in Bezug auf die erste Resonanzfre quenz bezeichnet. Mehrere der ersten Abhängigkeiten des Kapazitätsverhältnisses von der ersten Resonanzfrequenz können zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt werden und ein zeitlicher Trendverlauf der ersten Abhängigkeit auf einer An zeigevorrichtung dargestellt werden.

Ferner kann eine zweite Abhängigkeit des Kapazitätsverhältnisses von der zweiten Resonanzfrequenz bestimmt werden. Die zweite Abhängigkeit kann beispielsweise eine partielle Ableitung des Kapazitätsverhältnisses nach der zweiten Resonanzfre quenz umfassen. Mehrere der zweiten Abhängigkeiten des Kapazitätsverhältnisses von der zweiten Resonanzfrequenz können zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunk ten bestimmt werden und ein zeitlicher Trendverlauf der zweiten Abhängigkeit auf eine Anzeigevorrichtung dargestellt werden.

Der zeitliche Trendverlauf der ersten Abhängigkeit spiegelt eine Sensitivität der Ge samtkapazität des ersten und zweiten Kondensators wider und der zeitliche Trendver lauf der zweiten Abhängigkeit spiegelt eine Sensitivität der Kapazität des zweiten Kon densators wider. Bei einer Änderung der ersten und/oder zweiten Sensitivität über der Zeit, das heißt, durch Analyse des jeweiligen zeitlichen Trendverlaufs der ersten bzw. zweiten Sensitivität über der Zeit, kann auf Zustandsänderungen des ersten und/oder zweiten Kondensators geschlossen werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Zu stands eines kapazitiven Spannungswandlers bereit. Der kapazitive Spannungswand ler umfasst an seiner Primärseite einen kapazitiven Spannungsteiler mit einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensators. Der erste Kondensator weist einen Hochspannungsanschluss zum Verbinden mit einer Hochspannung auf. Der zweite Kondensator weist einen Masseanschluss auf. Der erste Kondensator und der zweite Kondensator können beispielsweise eine Reihenschaltung bilden, um den kapazitiven Spannungsteiler auszubilden. Die Vorrichtung umfasst eine Messvorrichtung, welche zur Durchführung einer Kurzschlussimpedanzmessung mit einstellbarer Frequenz ausgestaltet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuervorrichtung, beispielsweise eine elektronische Steuerung mit einem Mikroprozessor, welche ausgestaltet ist, eine erste Resonanzfrequenz mittels mehrerer erster Kurzschlussimpedanzmessungen bei verschiedenen Frequenzen an einer Sekundärseite des kapazitiven Spannungswand lers zu bestimmen, während der Hochspannungsanschluss mit Masse verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist ferner ausgestaltet, eine zweite Resonanzfrequenz mittels mehrerer zweiter Kurzschlussimpedanzmessungen bei verschiedenen Frequenzen an der Sekundärseite des kapazitiven Spannungswandlers zu bestimmen, während der Hochspannungsanschluss offen ist. In Abhängigkeit von der erste Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz bestimmt die Steuervorrichtung ein Kapazitätsver hältnis des kapazitiven Spannungsteilers. Die Vorrichtung ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens und den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens geeignet und umfasst daher auch die zuvor beschriebenen Vorteile.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand be vorzugter Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen identi sche Bezugszeichen identische Elemente.

Fig. 1 zeigt schematisch einen kapazitiven Spannungswandler in Verbindung mit einer Hochspannungsleitung.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Verschaltung des kapazitiven Spannungswandlers der Fig. 1 zum Bestimmen einer ersten Resonanzfrequenz.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Verschaltung des kapazitiven Spannungswandlers der Fig. 1 zum Bestimmen einer zweiten Resonanzfrequenz.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Verschaltung des kapazitiven Spannungswandlers der Fig. 1 zum Bestimmen einer weiteren Resonanzfrequenz.

Fig. 5 zeigt schematisch Kurzschlussimpedanzmessungen bei verschiedenen Fre quenzen zur Bestimmung der ersten bzw. zweiten Resonanzfrequenz gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt schematisch Phasenwinkel bei Kurzschlussimpedanzmessungen bei ver schiedenen Frequenzen zur Bestimmung der ersten Resonanzfrequenz bzw. zweiten Resonanzfrequenz gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 7 zeigt schematisch Kurzschlussimpedanzmessungen bei verschiedenen Fre quenzen zur Bestimmung der weiteren Resonanzfrequenz gemäß einer Ausführungs form.

Fig. 8 zeigt schematisch Phasenwinkel bei Kurzschlussimpedanzmessungen bei ver schiedenen Frequenzen zur Bestimmung der weiteren Resonanzfrequenz gemäß ei ner Ausführungsform. Fig. 9 zeigt schematisch eine Abhängigkeit eines Kapazitätsverhältnisses von der zweiten Resonanzfrequenz gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Abhängigkeit eines Kapazitätsverhältnisses von der ersten Resonanzfrequenz gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 11 zeigt schematisch eine Abhängigkeit eines Kapazitätsverhältnisses von einer Kapazität eines zweiten Kondensators eines kapazitiven Spannungsteilers gemäß ei ner Ausführungsform.

Fig. 12 zeigt schematisch eine Abhängigkeit eines Kapazitätsverhältnisses von einer Kapazität eines ersten Kondensators eines kapazitiven Spannungsteilers gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 13 zeigt Verfahrensschritte zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 14 zeigt Verfahrensschritte zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 15 zeigt Verfahrensschritte zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schemati sche Darstellungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Viel mehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiederge geben, dass ihre Funktion und ihr Zweck dem Fachmann verständlich werden.

In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Ein heiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung imple mentiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Nachfolgend werden Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen eines Zustands eines kapazitiven Spannungswandlers detailliert beschrieben. Der Zustand eines ka pazitiven Spannungswandlers kann durch Defekte an den Kondensatoren des kapazi tiven Spannungsteilers beeinträchtigt werden. Es gibt verschiedene Gründe für De fekte an den Kondensatoren, beispielsweise ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolierung. Eine Überwachung der Kapazitätsänderung über der Zeit kann dazu bei tragen, einen Totalausfall des kapazitiven Spannungsteilers zu verhindern. Ein Total ausfall kann andere Einrichtungsteile oder Menschen gefährden. Für eine Beurteilung der Kapazitätsänderung über der Zeit und für eine Lokalisierung der Defekte in den Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers kann es erforderlich sein, die Kapa zitäten der Kondensatoren getrennt voneinander zu ermitteln.

Fig. 1 zeigt schematisch einen kapazitiven Spannungswandler 50, welcher über einen Hochspannungsanschluss HV des Spannungswandlers 50 mit einer Hochspannungs leitung 60 gekoppelt ist. Der kapazitive Spannungswandler 50 umfasst zwei in reihen geschaltete Kondensatoren Ci und C2, welche einen Spannungsteiler bilden. Der erste Kondensator Ci ist mit dem Hochspannungsanschluss HV verbunden und der zweite Kondensator C2 ist über einen Anschluss NHF mit Masse 70 verbunden. An der Ver bindung zwischen dem ersten Kondensator Ci und dem zweiten Kondensator C2 ist ein Abgriff 52 vorgesehen, an welchem im Betrieb des Spannungswandlers 50 eine Teilspannung der Hochspannung 60 abgegriffen werden kann. Die abgegriffene Span nung wird über eine Kompensationsinduktivität L _CO mp an eine Primärwicklung eines Transformators T geleitet. An der Sekundärwicklung des Transformators T steht eine potenzialfreie Messspannung, welche erheblich kleiner als und proportional zu der Hochspannung auf der Hochspannungsleitung 60 ist, bereit und kann beispielsweise mit einem Messgerät 80 an einem Anschluss 51 an der Sekundärseite des Transfor mators T gemessen werden. In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist der Trans formator T als ein idealer Transformator dargestellt. Die nicht idealen Eigenschaften eines entsprechenden realen Transformators werden in Fig. 1 durch einen Wicklungs widerstand Ri und eine Streuinduktivität Li an der Primärseite, einen Wicklungswider stand R2 und eine Streuinduktivität L2 an der Sekundärseite, eine Hauptinduktivität L _h und Eisenverluste R _fe modelliert.

Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben werden wird, können die Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 mit unterschiedlichen Messun gen zur Analyse der Übertragungsfunktion (englisch: Sweep Frequency Response Analysis, SFRA) unterschieden werden. Diese Messungen basieren auf dem Prinzip von frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen an der Sekundärseite des Transformators T. Es ist zu beachten, dass für die Messung gemäß Fig. 4 der An schluss NHF von Masse getrennt werden muss. Dies ist jedoch nur möglich, wenn der Anschluss NFIF zugänglich und von Masse trennbar ist. Daher kann es vorteilhaft sein, den Zustand des kapazitiven Spannungswandlers ohne die Messung gemäß Fig. 4 zu bestimmen. Bei allen Messungen gemäß der Figuren 2 bis 4 ist der Hochspannungs- anschluss FIV des Spannungswandlers von der Flochspannungsleitung 60 zu trennen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Messaufbau ist der Flochspannungsanschluss FIV über eine zusätzliche Leitung 91 mit Masse 70 verbunden. Der Anschluss NHF ist ebenfalls mit Masse 70 verbunden, sodass die Kondensatoren Ci und C2 zwischen dem Abgriff 52 und Masse 70 parallel geschaltet sind. Mit einem Messgerät 90, welches an dem Anschluss 51 an der Sekundärseite des Transformators T angeschlossen ist, wird eine Kurzschlussimpedanzmessung an der Sekundärseite des Transformators T, also an der Niederspannungsseite des kapazitiven Spannungswandlers 50 durchgeführt. Die Kurzschlussimpedanzmessung wird weiter unten im Detail beschrieben werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Messaufbau ist der Hochspannungsanschluss HV offen und der Anschluss NHF ist mit Masse 70 verbunden. Zwischen dem Abgriff 52 und Masse ist nun im Wesentlichen lediglich der zweite Kondensator C2 geschaltet. Mit dem Messgerät 90 wird eine Kurzschlussimpedanzmessung an der Sekundärseite des Transformators T durchgeführt.

Fig. 4 zeigt einen Messaufbau, bei welchem der Hochspannungsanschluss HV über eine zusätzliche Leitung 91 mit Masse verbunden ist und der Anschluss NHF offen ist, sodass zwischen dem Abgriff 52 und Masse 70 im Wesentlichen lediglich der erste Kondensator Ci geschaltet ist. Mit dem Messgerät 90 wird eine Kurzschlussimpedanz messung an der Sekundärseite des Transformators T durchgeführt.

Die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Messaufbauten unterscheiden sich dadurch, dass unterschiedliche kapazitive Lasten auf der Primärseite des kapazitiven Spannungs wandlers während der frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessung wirken. In Fig. 2 sind die Kondensatoren Ci und C2 beide mit Masse verbunden, sodass die Pa rallelschaltung von Ci und C2 als kapazitive Last wirkt. In Fig. 3 wirkt lediglich der Kon densator C2 als kapazitive Last und in Fig. 4 wirkt lediglich der Kondensator Ci als kapazitive Last. Wie nachfolgend beschrieben werden wird, kann mittels zweier unterschiedlicher fre quenzabhängiger Kurzschlussimpedanzmessungen an der Sekundärseite des kapa zitiven Spannungswandlers ein Kapazitätsverhältnis Kc zwischen der Kapazität des Kondensators Ci und der Kapazität des Kondensators C ₂ bestimmt werden, auch ohne Kenntnis des induktiven Übersetzungsverhältnisses des kapazitiven Spannungswand lers, welches über das Verhältnis der sekundären und primären Windungszahlen de finiert ist. Die frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen werden mittels eines Stromsignals ausgeführt, welches eine Amplitude aufweist, die im Wesentlichen einem Nennstrom des kapazitiven Spannungswandlers entspricht oder nahe bei die sem Nennstrom liegt. Während der frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmes sung wird die Frequenz allmählich geändert, beispielsweise in Schritten von einer nied rigen Startfrequenz zu einer höheren Endfrequenz erhöht. Die Stromstärke des Strom signals, also eines Messstroms, kann unter Verwendung von Informationen des Ty penschilds des kapazitiven Spannungswandlers bestimmt und eingestellt werden. Bei spielsweise kann der Messstrom basierend auf der auf dem Typenschild angegebenen Bürde S _r und dem Spannungsabfall an der Bürde Usr bestimmt und eingestellt werden. Die Bürde kann als Scheinleistung in der Einheit Voltampere (VA) angegeben sein, welche als Produkt des am Stromwandler sekundärseitig auftretenden Nennstromes und des zugehörigen Spannungsabfalls an der Bürde gebildet wird.

Beispielsweise kann eine Resonanzfrequenz durch mehrere Kurzschlussimpedanz messungen bei unterschiedlichen Frequenzen bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Frequenz, bei welcher eine jeweilige Kurzschlussimpedanzmessung durchgeführt wird, in einem ersten Durchlauf in groben Schritten erhöht werden, sodass der Bereich der Resonanzfrequenz grob eingegrenzt werden kann. In einem zweiten Durchlauf kann die Frequenz, bei welcher eine jeweilige Kurzschlussimpedanzmessung durch geführt wird, in feineren Schritten in dem Bereich, der in dem ersten Durchlauf be stimmt worden ist, erhöht werden und somit die Resonanzfrequenz genauer bestimmt werden. Anders ausgedrückt können in dem ersten Durchlauf mehrere Kurzschlussim pedanzmessungen in einem ersten Frequenzraster durchgeführt werden und in dem zweiten Durchlauf mehrere Kurzschlussimpedanzmessungen in einem zweiten Fre quenzraster durchgeführt werden, welches einen kleineren Frequenzabstand als das erste Frequenzraster aufweist. Die Basis der nachfolgenden Betrachtungen ist die Thomsonsche Schwingungsglei chung (Gleichung 1 ), mit welcher sich die Resonanzfrequenz w (=2tt†) eines Schwing kreises mit einer Kapazität C und einer Induktivität L berechnen lässt. In den nachfol genden Gleichungen werden Kreisfrequenzen mit w und Schwingungszahlen mit f be zeichnet. Im Text werden diese Größen w und f vereinfacht als Frequenzen bezeich net.

Gleichung 1 :

Resonanzfrequenzen können für die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Schwingkreise bestimmt werden. Die Resonanzfrequenzen können verwendet werden, um das Ka pazitätsverhältnis zu bestimmen. Mit den in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Schwing kreisen können aus entsprechenden frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmes sungen drei Resonanzfrequenzen bestimmt werden.

Für die Schaltung nach Fig. 2 kann eine erste Resonanzfrequenz w _b bestimmt werden, welche von der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 gemäß Glei chung 2 abhängt.

Gleichung 2:

Für die Schaltung nach Fig. 3 kann eine zweite Resonanzfrequenz 002 bestimmt wer den, welche von der Kapazität des Kondensators C2 gemäß Gleichung 3 abhängt.

Gleichung 3:

Für die Schaltung nach Fig. 4 kann eine weitere Resonanzfrequenz wi bestimmt wer den, welche von der Kapazität des Kondensators Ci gemäß Gleichung 4 abhängt.

Gleichung 4: Das Kapazitätsverhältnis Kc des kapazitiven Spannungswandlers 50 hängt von den einzelnen Kapazitäten des Spannungsteilers ab und kann als der Quotient aus der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 und der Kapazität des Konden sators Ci definiert werden (Gleichung 5), vgl. auch International Standard IEC 61869- 5, Sec. 3.1.528, Note 501.

Gleichung 5:

Die aus den frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen abgeleiteten Glei chungen 2 bis 4 können in Gleichung 5 eingesetzt werden. Auf diese Art und Weise können vier weitere Gleichungen (Gleichung 6 bis Gleichung 9) abgeleitet werden. In Gleichung 6 gehen die Resonanzfrequenzen wi und w _b ein, in Gleichung 7 gehen die Resonanzfrequenzen wi und 002 ein, in Gleichung 8 gehen die Resonanzfrequenzen 002 und ooe ein und in Gleichung 9 gehen die Resonanzfrequenzen w-i, 002 und w _b ein. Wie zuvor beschrieben wurde, kann die Bestimmung der Resonanzfrequenz wi prob lematisch sein, da dazu der Anschluss NHF von Masse zu trennen ist, was nicht immer (einfach) möglich ist. Daher wird nachfolgend hauptsächlich Gleichung 8 betrachtet werden, welche unabhängig von der Messung der Resonanzfrequenz wi ist. w

Gleichung 6: K _c w e

Gleichung 7:

Gleichung 8:

Gleichung 9:

Um mit dem kapazitiven Spannungsteiler bestehend aus den Kondensatoren Ci und C2 eine möglichst niedrige Messspannung proportional zu der Hochspannung bereit zustellen, kann für den Kondensator C2 eine erheblich größere Kapazität gewählt wer den als für die Kapazität des Kondensators Ci, d. h., C2»Ci. Die Gesamtkapazität C1+C2 in der Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich daher nur wenig von der Kapa zität des Kondensators C2. Daraus folgt, dass sich die Resonanzfrequenzen w _b und 002 der Schaltungen nach Fig. 2 und nach Fig. 3 nur wenig voneinander unterscheiden. Eine Induktivität, welche einen entsprechenden Resonanzschaltkreis zusammen mit den Kapazitäten Ci und /oder C2 bildet, kann eine frequenzabhängige Nichtlinearität aufweisen. Die Induktivität, welche einen entsprechenden Resonanzschaltkreis zu sammen mit der Kapazität C2 bzw. C1+C2 bildet, ist daher jedoch in den Schaltungen nach Fig. 2 und Fig. 3 im Wesentlichen gleich. Dies gilt insbesondere bei Gleichung 8. Die Arbeitspunkte der Schaltungen nach Fig. 2 und Fig. 3 sind nahezu identisch, da die Resonanzinduktivität in beiden Messungen im Wesentlichen die gleiche ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Arbeitspunkte der nichtlinearen Induktivität nahezu gleich sind, da die Impedanzwerte bei der Resonanzfrequenz der Messungen (mit C2 bzw. C1+C2) dicht beieinander sind. Gleichung 8 ist aufgrund desselben Arbeitspunkts die für die Bestimmung des Kapazitätsverhältnisses Kc gültige Gleichung.

Die Resonanzinduktivität L, welche zur getrennten Betrachtung der Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 berücksichtigt werden kann, kann aus dem Typenschild ab geleitet werden. Die Resonanzinduktivität L kann die Kompensationsinduktivität Uomp, die Streuinduktivitäten Li und L2 sowie die Hauptinduktivität darstellen. Beispiels weise kann die Resonanzinduktivität L mit der Thomsonschen Schwingungsgleichung nach Gleichung 10 bestimmt werden.

Gleichung 10:

Beispielsweise kann die Resonanzinduktivität L des kapazitiven Spannungswandlers in Abhängigkeit von Nennwerten des ersten und zweiten Kondensators Ci und C2 und einer Nennfrequenz w des kapazitiven Spannungswandlers bestimmt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die absoluten Werte der Induktivität, beispielsweise der Re sonanzinduktivität L oder der Kompensationsinduktivität Uomp, sowie die absoluten Werte der Kondensatoren Ci und C2 nicht notwendigerweise bekannt sein müssen oder von großem Interesse sein müssen, da sie im allgemeinen eine gewisse Toleranz bezogen auf die Spezifikation auf dem Typenschild aufweisen. Interessanter ist der prozentuale Unterschied der beiden Kapazitäten (Ci und C2) bei verschiedenen Mes- sungen über der Zeit, also ein Trendverlauf des Verhältnisses der Kapazitäten zuei nander. Daher ist es lediglich erforderlich, dass die gleiche Induktivität in den Glei chungen, welche den gleichen Arbeitspunkt aufweisen, verwendet wird. Eine Kenntnis des induktiven Übersetzungsverhältnisses des kapazitiven Spannungswandlers ist hierbei nicht erforderlich, d.h. sowohl das Kapazitätsverhältnis Kc als auch die Reso nanzinduktivität L des kapazitiven Spannungswandlers können unter Verwendung der oben angegebenen Nennwerte von beispielsweise dem Typenschild unabhängig von dem induktiven Übersetzungsverhältnis bestimmt werden.

Resonanz wird in einem Schwingkreis erreicht, wenn der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung einen Phasenwinkel von 0° erreicht. Bei einem Phasenwinkel von 0° löschen sich induktive und kapazitive imaginäre Anteile gegenseitig aus und nur der Realteil bleibt übrig. Die Frequenz, bei welcher dies erreicht wird, wird als Re sonanzfrequenz bezeichnet.

Alternativ oder zusätzlich kann die Resonanzinduktivität L des kapazitiven Span nungswandlers, welche für die Trennung von Ci und C2 von Bedeutung ist, aus fre quenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen abgeleitet werden. Beispiels weise können mehrere Messungen der Kurzschlussimpedanz bei verschiedenen Frequenzen f über einen vorgegebenen Frequenzbereich durchgeführt werden. Die frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen können an der Sekundärseite des kapazitiven Spannungswandlers durchgeführt werden, während der Flochspan- nungsanschluss FIV des ersten Kondensators Ci mit Masse verbunden ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich können die frequenzabhängigen Kurz schlussimpedanzmessungen an der Sekundärseite des kapazitiven Spannungs wandlers durchgeführt werden, während der Flochspannungsanschluss FIV des ers ten Kondensators Ci offen ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Messungen können als Messungen an einem Serienresonanzkreis aufgefasst werden. Aus den gemes senen Kurzschlussimpedanzen Z _sc können eine minimale Impedanz Z _sc-f o, eine Bandbreite B und eine Resonanzfrequenz fo bestimmt werden. Wie in Gleichung 11 gezeigt, wird die minimale Impedanz Z _sc _ra mittels der ersten Ableitung der Kurz schlussimpedanzen Zsc nach der Frequenz f bestimmt. Die minimale Impedanz Z _sc-f o liegt dort vor, wo die erste Ableitung der Kurzschlussimpedanz den Wert Null ergibt bzw. der Phasengang den Nulldurchgang hat. Dieser Punkt wird auch als Impedanz Zsc o bei der Resonanzfrequenz fo bezeichnet. Diese Impedanz Z _sc _fo entspricht dem ohmschen Widerstand R, da sich die Imaginärteile gegenseitig aufheben. Die Band breite B ergibt sich ebenfalls aus den frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanz messungen. Die Bandbreite B ist über die -3dB-Punkte der Stromkurve definiert. Die Differenz zwischen der resultierenden oberen Grenzfrequenz f _H und unteren Grenz frequenz f _L bei -3dB ist als Bandbreite B definiert, d.h. die Bandbreite B erstreckt sich über den Frequenzbereich von f _L bis f _H , in dem der gemessene Kurzschlussstrom um maximal 3dB unter dem maximalen Kurzschlussstrom liegt. Die Impedanz bei den beiden Grenzfrequenzen f _L und f _H ist um den Faktor Wurzel 2 größer als die Impe danz Zsc _j o. Die Werte für die Resonanzinduktivität L" und Resonanzkapazität C" in Gleichung 12 beziehen sich auf die Sekundärseite des Transformators T und werden mit Hilfe des induktiven Übersetzungsverhältnisses KIVT des Transformators T auf die Primärseite übertragen, woraus sich die Resonanzinduktivität L' und die Resonanz kapazität C auf der Primärseite des Spannungswandlers ergeben.

Gleichung 11 :

Gleichung 12:

Die so bestimmte Resonanzinduktivität L' auf der Primärseite entspricht der Resonan zinduktivität L, welche zur getrennten Betrachtung der Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 berücksichtigt werden kann und welche die Kompensationsinduktivität Uomp, die Streuinduktivitäten Li und L2 sowie die Hauptinduktivität in der jeweiligen Ver schaltung gemäß Fig. 2 bzw. gemäß Fig. 3 darstellt.

Bei Durchführung der frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen bei Ver schaltung des Hochspannungsanschlusses HV des ersten Kondensators Ci mit Masse gemäß Fig. 2 entspricht die Resonanzkapazität C der Summenkapazität des ersten und zweiten Kondensators Ci und C2. Die Resonanzfrequenz fo bzw. Reso nanzkreisfrequenz wo entspricht der Resonanzfrequenz w _b gemäß Gleichung 2 unter Berücksichtigung der entsprechenden Resonanzinduktivität L.

Bei Durchführung der frequenzabhängigen Kurzschlussimpedanzmessungen bei offe nem Hochspannungsanschlusses HV des ersten Kondensators Ci gemäß Fig. 3 ent spricht die Resonanzkapazität C der Kapazität des zweiten Kondensators C2. Die Re sonanzfrequenz fo bzw. Resonanzkreisfrequenz wo entspricht der Resonanzfrequenz 002 gemäß Gleichung 3 unter Berücksichtigung der entsprechenden Resonanzindukti vität L.

Fig. 5 zeigt Messergebnisse von Kurzschlussimpedanzmessungen bei unterschiedli chen Frequenzen. Im Detail zeigt Fig. 5 Impedanzen 501 von Kurzschlussimpedanz messungen an dem kapazitiven Spannungswandler gemäß Fig. 2 bei unterschiedli chen Frequenzen und Impedanzen 502 von Kurzschlussimpedanzmessungen an dem kapazitiven Spannungswandler gemäß Fig. 3 bei unterschiedlichen Frequenzen. Fig. 6 zeigt entsprechende Phasenwinkel, welche bei den Kurzschlussimpedanzmessun gen bei unterschiedlichen Frequenzen gemessen wurden. Phasenwinkel 601 wurden bei den Kurzschlussimpedanzmessungen an dem kapazitiven Spannungswandler ge mäß Fig. 2 gemessen und Phasenwinkel 602 wurden bei den Kurzschlussimpedanz messungen an dem kapazitiven Spannungswandler gemäß Fig. 3 gemessen. Die bei den Messungen zeigen einen sehr ähnlichen Verlauf von Impedanz und Phase als eine Funktion der Frequenz. Da sich die Kapazität C2 nur wenig von der Gesamtkapa zität Ci plus C2 unterscheidet und die Resonanzfrequenz ähnlich ist, kann angenom men werden, dass die gleiche Induktivität für das Resonanzphänomen in den Schal tungen des Spannungswandlers gemäß Fig. 2 und Fig. 3 verantwortlich ist. Die Reso nanzfrequenz des kapazitiven Spannungswandlers in der Beschaltung gemäß Fig. 2 liegt in diesem Beispiel zwischen 49 und 50 Hz und die Resonanzfrequenz des kapa zitiven Spannungswandlers in der Beschaltung gemäß Fig. 3 liegt in diesem Beispiel zwischen 52 und 53 Hz.

Wie weiter oben beschrieben wurde, ist insbesondere Gleichung 8 für die Betrachtung des Kapazitätsverhältnisses des kapazitiven Spannungsteilers geeignet, da die Ar beitspunkte der Schaltungen nach Fig. 2 und Fig. 3 nahezu identisch sind, sodass auch die Arbeitspunkte der nichtlinearen Anteile der Induktivitäten nahezu gleich sind. Im Gegensatz dazu liegt die Resonanzfrequenz der Beschaltung des kapazitiven Spannungswandlers gemäß Fig. 4 in einem deutlich anderen Bereich, wie die Mess ergebnisse der Figuren 7 und 8 zeigen. Fig. 7 zeigt die Impedanz 701 von Kurzschlus simpedanzmessungen an dem kapazitiven Spannungswandler gemäß Fig. 4 bei un terschiedlichen Frequenzen und Fig. 8 zeigt entsprechende Phasenwinkel 801 , welche bei den Kurzschlussimpedanzmessungen bei unterschiedlichen Frequenzen gemes sen wurden. Aus den Figuren 7 und 8 ist ersichtlich, dass die Resonanzfrequenz des kapazitiven Spannungswandlers in der Beschaltung gemäß Fig. 4 im Bereich von 155 bis 156 Hz liegt.

Die Kurzschlussimpedanzmessungen an dem kapazitiven Spannungswandler gemäß der Beschaltungen, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind, sind daher zum einen möglich, ohne die Masseverbindung an dem Anschluss NHF zu trennen, und können ferner sicherstellen, dass der kapazitiven Spannungswandler in beiden Fällen in einem näherungsweise gleichen Arbeitspunkt betrieben wird, sodass ein nichtlineares Ver halten von Komponenten des kapazitiven Spannungswandlers, beispielsweise Induk tivitäten in dem kapazitiven Spannungswandler, vernachlässigt werden kann.

Die nachfolgenden Betrachtungen beruhen auf mindestens zwei Resonanzfrequenzen von unterschiedlichen Messungen, beispielsweise Kurzschlussimpedanzmessungen gemäß der Beschaltungen, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind. Die Resonanz frequenzen können aus Messergebnissen der Kurzschlussimpedanzmessungen ab geleitet werden, beispielsweise durch Interpolation. Die Interpolation kann eine ge wisse Ungenauigkeit aufweisen. Um dieser Ungenauigkeit entgegenzuwirken, können mehrere Messungen um den Phasennulldurchgang durchgeführt werden. Beispiels weise kann in einem ersten Messdurchlauf ein verhältnismäßig breiter Frequenzbe reich in weiten Frequenzschritten abgetastet werden, beispielsweise ein Frequenzbe reich von 20 Hz bis 200 Hz in Schritten von wenigen Hertz, beispielsweise in Schritten von 0,5 Hz bis 5 Hz. Dadurch kann ein ungefährer Bereich, in dem sich die Resonanz frequenz befindet, festgestellt werden. Der ungefähre Bereich umfasst nur noch we nige Hertz. In einem zweiten Messdurchlauf kann dieser Bereich in kleineren Fre quenzschritten abgetastet werden, beispielsweise in Schritten von 0,1 Hz oder 0,01 Hz, um die Resonanzfrequenz genauer zu bestimmen. Unter Verwendung der Gleichung 8 kann das Kapazitätsverhältnis basierend auf den mittels der Kurzschlussimpedanzmessungen bestimmten Resonanzfrequenzen be stimmt werden, beispielsweise auf der Grundlage der für die Schaltungen nach Fig. 2 und Fig. 3 bestimmten Resonanzfrequenzen w _b und 002:

Gleichung 13:

Das Kapazitätsverhältnis Kc kann beispielsweise in einem Bereich von 10 liegen.

Basierend auf dem Kapazitätsverhältnis Kc können beispielsweise die absoluten Werte der Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 bestimmt werden. Zunächst ist dazu die gesamte Induktivität des kapazitiven Spannungswandlers zu bestimmen. Dazu können die Kapazitätswerte von dem Typenschild des Spannungswandlers ver wendet werden. Auf dem Typenschild des kapazitiven Spannungswandlers können beispielsweise Kapazitätswerte für Ci und C2 angegeben sein. Typische Werte sind beispielsweise Ci = 5140 pF (+10%, -5%) und C2 = 50700 pF (+10%, - 5%). Ferner kann die Nennfrequenz des kapazitiven Spannungswandlers angegeben sein, bei spielsweise 50 Flz. Diese Werte können in die nachfolgende Gleichung 14 eingesetzt werden, woraus die Induktivität des kapazitiven Spannungswandlers zumindest nähe rungsweise bestimmt werden kann. Für das zuvor genannte Beispiel beträgt die In duktivität beispielsweise 180,1586 H.

Gleichung 14:

Die tatsächliche Kapazität des Kondensators C2 kann dann unter Verwendung der Gleichung 15 unter Verwendung der Resonanzfrequenz 002 bestimmt werden.

Gleichung 15: Die Kapazität des Kondensators Ci kann unter Verwendung der Kapazität des Kon densators C2 und des Kapazitätsverhältnisses Kc gemäß der Gleichung 16 bestimmt werden.

Gleichung 16:

Die Abweichungen der so bestimmten Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 von den auf dem Typenschild angegebenen Werten können absolut oder relativ bestimmt werden und zur Beurteilung des Zustands des kapazitiven Spannungsteilers auf einer Anzeigevorrichtung des Messgeräts 90 angezeigt werden. Ein zuverlässiger Betrieb des kapazitiven Spannungswandlers kann beispielsweise angenommen werden, wenn die tatsächlich bestimmten Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 innerhalb der auf dem Typenschild angegebenen Toleranzbereiche liegen.

Weiterhin kann eine Abhängigkeit des Kapazitätsverhältnisses von der Resonanzfre quenz ooe oder von der Resonanzfrequenz 002 bestimmt und für eine Beurteilung des Zustands der Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers angezeigt werden. Durch partielles Differenzieren der Gleichung 8 nach der Resonanzfrequenz 002 kann die Abhängigkeit des Kapazitätsverhältnisses Kc von der Resonanzfrequenz 002 ge mäß Gleichung 17 bestimmt werden.

Gleichung 17:

Ebenso kann durch partielles differenzieren der Gleichung 8 nach der Resonanzfre quenz ooe die Abhängigkeit des Kapazitätsverhältnisses Kc von der Resonanzfrequenz ooe gemäß Gleichung 18 bestimmt werden.

Gleichung 18:

Die Abhängigkeit des Kapazitätsverhältnisses von der Resonanzfrequenz w _b bzw. 002 betrifft somit eine Abhängigkeit der Änderung des Kapazitätsverhältnisses bezogen auf eine Änderung der Resonanzfrequenz w _b bzw. 002. Diese Abhängigkeit wird auch als Empfindlichkeit oder Sensitivität bezeichnet. Eine hohe Empfindlichkeit kann dazu beitragen, dass auch kleine Änderungen deutlich erkannt werden können und somit eine Zustandsverschlechterung des kapazitiven Spannungsteilers frühzeitig und zu verlässig erkannt werden kann. Fig. 9 zeigt die Empfindlichkeit des Kapazitätsverhält nisses Kc bezogen auf eine Änderung der Resonanzfrequenz 002, wobei die Darstel lung auf die gemessene Resonanzfrequenz normiert wurde, das heißt, die gemessene Resonanzfrequenz wird durch die Linie 901 dargestellt und die Empfindlichkeit des Kapazitätsverhältnisses durch den Graph 902 in Prozent in Abhängigkeit der Reso nanzfrequenzänderung in Prozent. Fig. 10 zeigt die Empfindlichkeit des Kapazitätsver hältnisses Kc bezogen auf eine Änderung der Resonanzfrequenz w _b . Auch diese Dar stellung wurde auf die gemessene Resonanzfrequenz normiert, das heißt, die gemes sene Resonanzfrequenz wird durch die Linie 1001 dargestellt und die Empfindlichkeit des Kapazitätsverhältnisses durch den Graph 1002 in Prozent in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenzänderung in Prozent.

Basierend auf Gleichung 5 kann die Abhängigkeit bzw. Empfindlichkeit des Kapazi tätsverhältnisses Kc von der Kapazität des Kondensators C2 gemäß Gleichung 19 dar gestellt werden. Aus Gleichung 19 ist ersichtlich, dass die Empfindlichkeit des Kapazi tätsverhältnisses Kc auch bei einer Änderung der Kapazität des Kondensators C2 kon stant ist.

Gleichung 19:

Ebenso kann basierend auf Gleichung 5 die Abhängigkeit beziehungsweise Empfind lichkeit des Kapazitätsverhältnisses Kc von der Kapazität des Kondensators Ci gemäß Gleichung 20 dargestellt werden.

Gleichung 20: SKc _ _ C2 sei cl

Fig. 11 zeigt die Empfindlichkeit des Kapazitätsverhältnisses Kc bezogen auf eine Än derung der Kapazität des Kondensators C2. Die Darstellung wurde auf die gemessene Resonanzfrequenz normiert, das heißt, die gemessene Resonanzfrequenz wird durch die Linie 1101 dargestellt und die Empfindlichkeit des Kapazitätsverhältnisses durch den Graph 1102 in Prozent in Abhängigkeit der Änderung der Kapazität des Konden- sators C2 in Prozent. Fig. 12 zeigt entsprechend die Empfindlichkeit des Kapazitäts verhältnisses Kc bezogen auf eine Änderung der Kapazität des Kondensators C2, wo bei die Darstellung auf die gemessene Resonanzfrequenz normiert wurde. Die gemes sene Resonanzfrequenz wird durch die Linie 1201 dargestellt und die Empfindlichkeit des Kapazitätsverhältnisses durch den Graph 1202 in Prozent in Abhängigkeit der Än derung der Kapazität des Kondensators Ci in Prozent.

Das zuvor bestimmte Verfahren kann von dem Messgerät 90 automatisch durchge führt werden. Die Arbeitsweise des Messgeräts 90 wird nachfolgend zusammenfas send unter Bezugnahme auf die Figuren 13 bis 15 beschrieben.

Das in Fig. 13 gezeigte Verfahren umfasst Verfahrensschritte 1301 bis 1312. Im Schritt

1301 werden Daten des Typenschilds des kapazitiven Spannungswandlers eingege ben, beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle von einer Bedienperson des Mess geräts 90 oder mit einem entsprechenden Scanner, welcher das Typenschild des zu prüfenden kapazitiven Spannungswandlers abtastet. Die Daten des Typenschilds kön nen beispielsweise die Bürde und den Spannungsabfall an der Bürde bei Nennfre quenz sowie Nennwerte des ersten und zweiten Kondensators umfassen. Obwohl die nachfolgend beschriebenen Kurzschlussimpedanzmessungen an einer Sekundärseite eines Transformators des kapazitiven Spannungswandlers durchgeführt werden, ist eine Kenntnis eines induktiven Übersetzungsverhältnisses des Transformators bei die sem Verfahren nicht erforderlich. Anhand der Daten des Typenschilds wird im Schritt

1302 ein Messstrom berechnet, beispielsweise wie zuvor beschrieben unter Verwen dung der Bürde und des Spannungsabfalls an der Bürde bei Nennfrequenz. Im Schritt

1303 wird der Hochspannungsanschluss HV von der Hochspannungsleitung 60 ent koppelt und mit Masse 70 gekoppelt, sodass die Beschaltung gemäß Fig. 2 vorliegt. Im Schritt 1304 wird die Resonanzfrequenz w _b bestimmt, beispielsweise mittels meh rerer Kurzschlussimpedanzmessungen in einem ersten Frequenzraster gefolgt von mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in einem zweiten Frequenzraster, wobei das erste Frequenzraster einen größeren Frequenzabstand als das zweite Frequenz raster aufweist. Im Schritt 1305 wird der Hochspannungsanschluss HV freigeschaltet, sodass die Beschaltung gemäß Fig. 3 vorliegt. Im Schritt 1306 wird die Resonanzfre quenz 002 mittels Kurzschlussimpedanzmessungen bestimmt. Wiederum können dazu mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in einem ersten Frequenzraster gefolgt von mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in einem zweiten Frequenzraster durchgeführt werden, wobei das erste Frequenzraster einen größeren Frequenzab stand als das zweite Frequenzraster aufweist. Im Schritt 1307 wird ein Kapazitätsver hältnis Kc beispielsweise gemäß Gleichung 8 bestimmt. Im Schritt 1308 wird aus den Daten des Typenschilds die Resonanzinduktivität L bestimmt, wie es zuvor unter Be zugnahme auf Gleichungen 10 und 14 beschrieben wurde. Im Schritt 1309 kann unter Berücksichtigung der Resonanzinduktivität L die Kapazität des Kondensators C2 ge mäß Gleichung 15 bestimmt werden und im Schritt 1310 die Kapazität des Kondensa tors Ci gemäß Gleichung 16. Im Schritt 1311 werden die Kapazitätswerte der Konden satoren Ci und C2 auf beispielsweise einer Anzeigevorrichtung des Messgeräts 90 angezeigt. Darüber hinaus kann im Schritt 1312 ein zeitlicher Trendverlauf der Kapa zitäten der Kondensatoren Ci und C2 auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden oder beispielsweise in einer Verarbeitungsvorrichtung über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet und ausgewertet werden. Für eine Trendanalyse können die Kapazitä ten der Kondensatoren Ci und C2 über einen längeren Zeitraum erfasst und beispiels weise in einen Cloud-Speicher übertragen werden.

Das in Fig. 14 gezeigte Verfahren umfasst Verfahrensschritte 1401 bis 1411. Im Schritt 1401 werden Daten des Typenschilds des kapazitiven Spannungswandlers eingege ben. Diese Daten können beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle von einer Be dienperson des Messgeräts 90 eingegeben werden. Alternativ können diese Daten elektronisch von dem Typenschild des zu prüfenden kapazitiven Spannungswandlers erfasst werden, beispielsweise mittels eines Scanners oder einer Kamera. Die Daten des Typenschilds können beispielsweise die Bürde und den Spannungsabfall an der Bürde bei Nennfrequenz umfassen. Obwohl die nachfolgend beschriebenen Kurz schlussimpedanzmessungen an einer Sekundärseite eines Transformators des kapa zitiven Spannungswandlers durchgeführt werden, ist eine Kenntnis eines induktiven Übersetzungsverhältnisses des Transformators bei diesem Verfahren nicht erforder lich. Anhand der Daten des Typenschilds kann im Schritt 1402 ein geeigneter Mess strom berechnet werden (vergleiche Schritt 1302). Im Schritt 1403 wird der Flochspan- nungsanschluss FIV von der Flochspannungsleitung 60 entkoppelt und mit Masse 70 gekoppelt. Es liegt somit die Beschaltung des kapazitiven Spannungswandlers gemäß Fig. 2 vor. Als nächstes wird im Schritt 1404 die Resonanzfrequenz w _b bestimmt, bei spielsweise wie zuvor beschrieben unter Verwendung zweier Durchläufe von jeweils mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in unterschiedlichen Frequenzrastern. Im Schritt 1405 wird der Hochspannungsanschluss HV freigeschaltet, sodass die Be schaltung des kapazitiven Spannungswandlers nach Fig. 3 vorliegt. Im Schritt 1406 wird die Resonanzfrequenz 002 bestimmt, beispielsweise ebenfalls wie zuvor beschrie ben unter Verwendung zweier Durchläufe von jeweils mehreren Kurzschlussimpe danzmessungen mit unterschiedlichen Frequenzrastern. Im Schritt 1407 wird ein Ka pazitätsverhältnis Kc beispielsweise gemäß Gleichung 8 bestimmt. Im Schritt 1408 wird eine Abhängigkeit oder Sensitivität des Kapazitätsverhältnisses bezogen auf die Resonanzfrequenz 002 bestimmt (siehe auch Gleichung 17). Im Schritt 1409 wird eine Abhängigkeit oder Sensitivität des Kapazitätsverhältnisses bezogen auf die Reso nanzfrequenz ooe bestimmt (siehe auch Gleichung 18). Die Sensitivitäten des Kapazi tätsverhältnisses bezogen auf die Resonanzfrequenz 002 bzw. w _b werden im Schritt 1410 auf einer Anzeigevorrichtung des Messgeräts 90 angezeigt. Zusätzlich können im Schritt 1411 zeitliche Trendverläufe der Sensitivitäten des Kapazitätsverhältnisses bezogen auf die Resonanzfrequenz 002 bzw. w die über der Zeit angezeigt werden oder gespeichert werden, um von einer Verarbeitungsvorrichtung ausgewertet zu wer den. Für eine Trendanalyse können die Sensitivitäten über einen längeren Zeitraum erfasst werden und beispielsweise in einen Cloud-Speicher übertragen werden.

Das in Fig. 15 gezeigte Verfahren umfasst Verfahrensschritte 1501 bis 1511. Im Schritt 1501 werden Daten des Typenschilds des kapazitiven Spannungswandlers eingegeben. Diese Daten können beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle von einer Bedienperson des Messgeräts 90 eingegeben werden. Alternativ können diese Daten elektronisch von dem Typenschild des zu prüfenden kapazitiven Spannungs wandlers erfasst werden, beispielsweise mittels eines Scanners oder einer Kamera. Die Daten des Typenschilds können beispielsweise die Bürde und den Spannungs abfall an der Bürde bei Nennfrequenz sowie ein induktives Übersetzungsverhältnis eines Transformators des kapazitiven Spannungswandlers umfassen. Anhand der Daten des Typenschilds kann im Schritt 1502 ein geeigneter Messstrom berechnet werden (vergleiche Schritt 1302). Im Schritt 1503 wird der Hochspannungsanschluss HV von der Hochspannungsleitung 60 entkoppelt und mit Masse 70 gekoppelt. Es liegt somit die Beschaltung des kapazitiven Spannungswandlers gemäß Fig. 2 vor.

Als nächstes wird im Schritt 1504 die Resonanzfrequenz w _b und Bandbreite B _e be- stimmt (siehe auch Gleichung 11 ), beispielsweise wie zuvor beschrieben unter Ver wendung zweier Durchläufe von jeweils mehreren Kurzschlussimpedanzmessungen in unterschiedlichen Frequenzrastern. Im Schritt 1505 wird der Hochspannungsan schluss HV freigeschaltet, sodass die Beschaltung des kapazitiven Spannungswand lers nach Fig. 3 vorliegt. Im Schritt 1506 wird die Resonanzfrequenz 002 und Band breite B2 bestimmt (siehe auch Gleichung 11 ), beispielsweise ebenfalls wie zuvor be schrieben unter Verwendung zweier Durchläufe von jeweils mehreren Kurzschlus simpedanzmessungen mit unterschiedlichen Frequenzrastern. Im Schritt 1507 wird ein Kapazitätsverhältnis Kc beispielsweise gemäß Gleichung 8 aus den Resonanz frequenzen ooe und 002 bestimmt. Im Schritt 1508 wird eine jeweilige Resonanzinduk tivität L aus der Resonanzfrequenz w _b bzw. 002 bestimmt (siehe auch Gleichung 12). Ferner können im Schritt 1508 unter Verwendung der jeweiligen Resonanzinduktivi tät L, der jeweiligen Resonanzfrequenz w _b bzw. 002 und dem induktiven Überset zungsverhältnis die Summenkapazität der Kondensatoren Ci und C2 bzw. die Kapa zität des Kondensators C2 gemäß Gleichung 12 bestimmt werden. Daraus kann wie derum die Kapazität des Kondensators Ci bestimmt werden. Im Schritt 1509 kann überprüft werden, ob die Messung gültig ist, indem das im Schritt 1507 bestimmte Kapazitätsverhältnis Kc mit dem Kapazitätsverhältnis der im Schritt 1508 bestimmten Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 übereinstimmt. Sofern die Messung gültig ist, können im Schritt 1510 die Kapazitätswerte der Kondensatoren Ci und C2 auf beispielsweise einer Anzeigevorrichtung des Messgeräts 90 angezeigt. Darüber hin aus kann im Schritt 1511 ein zeitlicher Trendverlauf der Kapazitäten der Kondensato ren Ci und C2 auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden oder beispielsweise in einer Verarbeitungsvorrichtung über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet und aus gewertet werden. Für eine Trendanalyse können die Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 über einen längeren Zeitraum erfasst und beispielsweise in einen Cloud- Speicher übertragen werden.

Zusammenfassend stellen die zuvor beschriebenen Verfahren eine Möglichkeit bereit, einen Trendverlauf der beiden Kapazitäten eines kapazitiven Spannungsteilers in ei nem kapazitiven Spannungswandler zu bestimmen und zu beobachten, um einen Zu stand des kapazitiven Spannungswandlers zu beurteilen. Der Trendverlauf stellt eine Information über den zeitlichen Trend der Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C2 in dem kapazitiven Spannungsteiler bereit. Für eine Trendanalyse der Kapazitäten ist eine zeitliche Änderung über der Zeit aussagekräftiger als der absolute Wert der Ka pazitäten. Daher ist es gerechtfertigt, die Kapazitätswerte von dem Typenschild zu verwenden, um die Induktivität L des kapazitiven Spannungswandlers zu bestimmen, da die absolute Genauigkeit der Kapazitätswerte der Kondensatoren Ci und C ₂ nicht entscheidend für den Trendverlauf der beiden Kapazitäten ist. Basierend auf der so erhaltenen Induktivität L und den mittels Kurzschlussimpedanzmessungen bestimm ten Resonanzfrequenzen w _b und 00 ₂ können die Kapazitäten der Kondensatoren Ci und C ₂ berechnet und als Referenzwerte verwendet werden. Diese Werte stellen eine zuverlässige Basis für eine Zustandsüberwachung mittels eines Trendverlaufs bereit.