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Verfahren und Einrichtung zur Ortung von Isolationsfehlern und zur
Messung des Isolationswiderstandes unter Hochspannung Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Ortung von Isolationsfehlern und zur Messung des Isolationswiderstandes
von elektrischen Anlagen, Maschinen oder Geräten mit Gleichstrom-Hochspannung, die
durch Gleichrichtung und Kondensatorglättung aus hochtransformierter regelbarer
Wechselspannung erzeugt wird, bei dem die abfließende Leckstrommenge und damit der
Isolationswiderstand gemessen wird und bei dem ein Prellschalter nach Überschreiten
eines vorgegebenen Leckstromes zur direkten Anschaltung der Gleichstrom-Hochspannung
an den Prüfling dient.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bei Isolationsmängeln
nach diesem aus der deutschen Patentschrift 912 972 bekannten Verfahren durch den
Prellschalter ausgelöste Impulsentladung wesentlich zu verstärken und damit den
Isolationswert zuverlässiger und genauer messen zu können.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Beaufschlagung
des Prüflings mit Hochspannung über einen durch den Prellschalter mindestens allein
überbrückbaren hochohmigen Leckstrom-Begrenzungswiderstand vorgenommen wird und
daß durch eine über den Prellschalter einleitbare Entladung eines dem Glättungskondensator
parallel schaltbaren größeren Kondensators, vorzugsweise zehnfacher Größe, eine
Sicht- oder höhere Impulsentladung am Prüfling erzeugt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Gesamt zusammenstellung
des Erfindungsgegenstandes; Fig. 2 zeigt eine neuartige Schaltungsanordnung für
einen »Coulomb«-Zähler zur Messung der Leckstrommenge; Fig. 3 zeigt eine Anordnung
für die Messung der Leckstrommenge mit einem Kriechgalvanometer G, und Fig. 4 zeigt
eine Schaltungsanordnung, mittels der der mit Hochspannung aufgeladene Kondensator
automatisch auf bequem kontrollierbare Art entladen wird, sobald das Gerät abgeschaltet
wird.
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In der Darstellung nach Fig. 1 ist H-Tr der Hochspannungs-Transformator;
derselbe liegt primärseitig über dem Widerstand R1, der die Leistungsaufnahme begrenzt,
an den Klemmen P, und P2, an welche eine fein- oder grobstufig veränderliche Wechselspannung
gegeben wird. GR ist ein Hochspannungs-Gleichrichter und C, ein Glättungskondensator.
Das Leckstromrelais RL überbrückt auch hier die Meßeinrichtung ME für die abfließende
Leckstrommenge. P-S ist der Prellschalter, dessen Betätigung in bekannter Weise
wie ein Schaltschütz erfolgt und für dessen Spule die Netzspannung über einen hier
nicht gezeigten Kontakt des Stromrelais RL freigegeben wird.
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Neu gegenüber dieser bekannten Einrichtung ist zunächst der hochohmige
Leckstrombegrenzungswider-
stand R2 sowie der (Zusatz-)Kondensator C2 und der handbetätigte
Schalter V.
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Bei hohem Leckstromabfluß, also Isolationsdefekt im Objekt, das an
die Anschlußklemmen 6 = und 0 gelegt wird, bricht die Hochspannung zusammen. An
dem Begrenzungswiderstand R2 entsteht jedoch ein hoher Spannungsabfall, so daß die
Kondensatoren C1 bzw.
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C, + C2 mit Hochspannung aufgeladen bleiben. In diesen Kondensatoren
ist eine Energie E = 1/2 C b2 aufgespeichert. Wenn jetzt durch Betätigung des Prellschalters
P-S der mit Hochspannung geladene Kondensator unmittelbar auf das an den Anschlüssen
6 = und 0 liegende Objekt geschaltet wird, erfolgt über die Defektstelle, z. B.
einen Kriechweg, eine plötzliche impulsartige Kondensatorentladung.
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Der Zusatz-Hochspannungskondensator C2 hat eine vielfache - etwa
zehnmal so große - Kapazität wie der Glättungskondensator C,; durch dessen Hinzuschaltung
mittels des Schalters V wird die durch den Prellschalter P-S auslösbare Impulsentladung
erheblich verstärkt, so daß dann ein deutlich sicht- und hörbarer sogenannter »Knalleffekt«-Funke
entsteht.
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Durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird die Leckstrom-Meßeinrichtung
nennenswert verbessert, deren Arbeitsweise nach dem Festmengenprinzip bekannt ist.
Die Leckstrommenge f i dt kann einmal mit der als »Coulomb«-Zähler bekanntgewordenen
Einrichtung gemessen werden. Dessen Prinzip beruht auf einem (Klein-) Kondensator
C3 mit einer parallel dazu liegenden GlimmlampeGI (Fig. 2). Diese leuchtet erst
auf, wenn
infolge einer bestimmten Leckstrommenge f i dt der Kondensator
C3 auf die Zündspannung Uz der Glimmlampe Gl aufgeladen wird.
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In Reihenschaltung mit der Glimmlampe Gl liegt die Spule Sp, eines
Zweiwicklungsrelais T-RI; dieses schaltet bei Stromdurchgang durch die Spule Sp,
auf Kontaktstellung A-Z um, wodurch der Kondensator C3 entladen wird und die Glimmlampe
erlischt. Infolge Vormagnetisierung des Relais T-RI bleibt auch nach Unterbrechung
des Spulenstromes in Sp1 zunächst die Kontaktstellung A-Z bestehen.
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An Stelle der bereits bekannten »totalen« Entladung wird hier der
Kondensator C3 über einen Widerstand R3 auf einen anderen Kondensator C4 mit vielfach
größerer Kapazität geschaltet; hierfür genügt ein Elektrolytkondensator, der nur
einen Bruchteil der Spannung von C3 aufzunehmen braucht.
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Parallel mit diesem Kondensator C4 liegt die Relaisspule Sp2, durch
welche das Relais T-RI wieder auf die Kontakte A-Z zurückgeschaltet werden kann.
Dies erfolgt, sobald die Ladespannung von C4 hinreichend hoch wird, also die Ansprechspannung
Us erreicht ist.
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Denn infolge des Widerstandes R3 wird über die KontakteA-Z der Kondensator
C4 mit gleichmäßiger Zunahme und nicht plötzlich aufgeladen. Sodann ist, wie Fig.
2 weiter zeigt, noch ein regelbarer Widerstand R5 vor die Spule Sp geschaltet. Bei
höherem (Vor-) Widerstand R5 wird das Relais T-RI erst bei höherer Spannung Us auf
die Kontaktstellung A-T zurückschalten.
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Dann wird der Kondensator C4 über den Widerstand Rg sehr schnell entladen.
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Im Kondensator C3 verbleibt eine kleine Restspannung Us, die etwa
die vom Kondensator C erreichte Spannung ist. Bei weiterem konstantem Leckstromabfluß
- z. B. 1 mA wird dann der Kondensator C3 in der Zeitspanne zJ T wieder auf die
Glimmlampen-Zündspannung Uz aufgeladen.
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Bei bestimmter Kapazität von C3 ist die Höhe der Aufladespannung,
also die Spannungsdifferenz Uz U5, für die Zeit X T maßgebend, innerhalb welcher
durch die Einheit der Leckstrommenge, z. B. 1 Millicoulomb, der Kondensator C3 wieder
auf die Zündspannung Uz aufgeladen wird. Durch Widerstandsänderung von R5 kann nun
die (Rest-) Spannung Us und damit der Differenzwert Uz-Us in gewissen Grenzen verändert
werden. Auf diese Weise kann durch Kontrollmessungen der Leckstromstärke, z. B.
mit einem Milliamperemeter, die Blinkfolgezeit d T auf günstige Werte eingestellt
werden, was zeitraubende Umrechnung erspart. Außerdem kann bequem durch Widerstandsänderung
die Verschiedenheit der Zündspannung Uz abgeglichen werden, wenn die Glimmlampe
Gl gegen ein anderes Exemplar mit anderer Zündspannung Uz ausgetauscht werden muß.
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Es ist bekannt, durch ein Zählwerk die Anzahl des Aufblinkens, also
die Häufigkeit des Ansprechens des »Coulomb«-Zählers, festzuhalten, um damit die
Leckstrommenge zu messen.
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Es sind auch Meßinstrumente bekannt, die als sogenannte Kriechgalvanometer
für andere Zwecke gebraucht werden und bei denen es auf Messung eines Strom- bzw.
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Spannungsimpulses fi. dt bzw. Je. dt ankommt. Solche Instrumente besitzen
keine mechanische Rückstellkraft, so daß ihr Zeiger bei plötzlichem Aufhören des
Stromflusses auf dem erreichten Ausschlag a stehenbleibt.
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Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die in bestimmter Zeitspanne
d T abfließende Leckstrommenge dem Ausschlagwert a des Instrumentes proportional
ist.
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Sofern die den Leckstrom treibende Spannung Un praktisch konstant
bleibt, ist der Isolationswert dem Anzeigewert a umgekehrt proportional. Bei Ausführung
der
Erfindung ist es zweckmäßig, daß dem Kriechgalvanometer außer einer Skala für
die Elektrizitätsmenge in Coulomb (fi. dt) eine Ohmskala beigegeben wird, die allerdings
nur für bestimmte Treibspannung Un und bestimmte Zeitspannen d T gilt.
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Fig. 3 zeigt das Schaltbild für die Anordnung einer derartigen Meßeinrichtung
ME. Darin ist G das Kriechgalvanometer, K ein (Ruhestrom-) Unterbrechungskontakt,
S ein Umschalter, B eine Spannungsquelle, Vw ein Vorwiderstand und RL das Leckstromrelais
(wie in Fig. 1).
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Im Gesamtgei ät ist diese Einrichtung entsprechend der Meßeinrichtung
ME in Fig. 1 angeschlossen. Bei Ansprechen des Relais RL durch hohen Leckstromabfluß
wird durch dessen Kontakte die ganze Einrichtung überbrückt. Normalerweise ist das
Instrument G außerdem durch den RuhestromkontaktK kurzgeschlossen und wird meßbereit
für die Leckstrommenge, sobald dieser Kontakt K geöffnet wird.
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Die gestrichelt gezeichneten Pfeile in Fig. 3 zeigen den Leckstromverlauf.
Bei Öffnung des (Ruhestrom-) Kontaktes K fließt der Leckstrom durch das Instrument
G, dessen Zeiger sich dann langsamer oder schneller bewegt, bis der Kontakt K wieder
geschlossen wird. Der Instrumentenzeiger bleibt dann auf dem erreichten a-Wert stehen.
Die Öffnungsdauer des Kontaktes K kann durch eine hier nicht dargestellte Einrichtung
auf eine bestimmte konstante Zeitspanne dT eingestellt werden.
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Dann kann am erreichten a-Wert des InstrumentesG auch der für bestimmte
Hochspannung gültige Widerstand des Objektes unmittelbar abgelesen werden. Gerade
die Messung geringer Widerstände bei hoher Spannung, wenn dieselbe also nennenswerten
Leckstrom durch das Objekt treibt, ist auf diese Weise zuverlässig möglich; Messung
hoher Widerstände wird dagegen infolge der hierbei sehr langsamen Zeigerbewegung
und daher geringer Ausschlagwerte nicht befriedigen, sondern zuverlässig mit einem
vorstehend beschriebenen »Coulomb«-Zähler an Hand der Anzahl von Blinkzeichen erfolgen.
Die Rückstellung des Zeigers nach Messung in die Null- (Ausgangs-) Stellung erfolgt,
wie bei Flußmessern bekannt, durch eine Kleinbatterie B über den Vorwiderstand Vze.
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Zu diesem Zweck wird das Instrument durch den Schalter S hierauf umgeschaltet.
Bei Ansprechen des Leckstromrelais RL wird auch bei Öffnung des Kontaktes K der
Leckstrom direkt (über die obere Leitung) zum Widerstand RL und d= vorbeigeleitet;
hierdurch wird eine Messung mit zu hoher Strombelastung des Instrumentes verhindert.
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Schließlich muß berücksichtigt werden, daß auch nach Ausschaltung
des Gerätes, also Unterbrechung des Primärstromes des Hochspannungs-Transformators,
der Kondensator C, längere Zeit mit Hochspannung aufgeladen bleibt. Diese Ladespannung
wird durch die in Fig. 4 gezeigte Anordnung beim Ausschalten des Gerätes gelöscht.
Zu diesem Zweck wird die spannungsführende Meßeinrichtung ME durch ein Ruhestromrelais
R-RI auf den am Ende liegenden Widerstand R6 geschaltet.
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Bei Verwendung eines »Coulomb«-Zählers mit Glimmlampe als Meßeinrichtung
wird dieselbe dann den Abfluß der Hochspannung des Kondensators C, durch das Weiterblinken
anzeigen. Bei Betätigung des Gerätes schaltet dann der Ruhestromkontakt diesen Ableitungswiderstand
R6 ab. In Fig. 4 ist die Kontakt-stellung gezeigt, wenn an der Spule des Relais
R-RI Netzspannung liegt.