DE1616365C - Schaltungsanordnung zur elektrischen Isolationsprufung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur zer- nung an der genannten Parallelschaltung ansteigen

störungsfreien Isolationspriifung mit Wechselspan- möchte, so daß in diesem Fall eine Signalauslösung

nung, bestehend aus einem Generator für hohe erfolgen kann.

Prüfwechselspannung, dessen Ausgangsklemmen mit Da bei dieser bekannten Schaltung das Kriterium dem zu prüfenden Material verbunden sind, einem 5 für die Signalgebung weniger in der Amplitude eines Detektor zur Erfassung der durch die Hochspannung Fehlerstroms als in dessen Anstiegsgeschwindigkeit erzeugten etwaigen Fehlerstromimpulse sowie einer liegt, entfällt zwar die Notwendigkeit einer Nachvon dem Detektor gesteuerten Einrichtung zum Ab- regelung der Ansprechschwelle bei Prüflingen unterschalten der Hochspannung, wenn die Fehlerstrom- schiedlicher Impedanz, jedoch ist bei keiner bekannimpulse eine vorgegebene Höhe erreichen. Mit Hilfe xo ten Prüfanordnung ein weiteres Problem zufriedendieser Anordnung soll die Isolationsfestigkeit eines stellend gelöst worden: Eine besondere Schwierigkeit Apparates und/oder deren Bestandteile geprüft oder ergibt sich nämlich bei den beschriebenen Prüfgemessen werden, ohne daß dabei das zu prüfende methoden daraus, daß der Hochspannungskreis eine Material beschädigt wird. beträchtliche Kapazität und eine hohe Eigeninduk-

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wird die 15 tivität besitzt, deren Ursprung einmal in dem Prüfin einer Spannungsquelle erzeugte veränderbare ling und zum arideren in der Hochspannungswicklung Wechselspannung einem spannungserhöhenden Trans- des Transformators liegt. Soll das Prüfgerät nicht nur formator zugeführt, an dessen Sekundäfklemmen das . Fehler anzeigen, sondern zusätzlich im Falle eines zu prüfende Material liegt. Der im Sekundärkreis Fehlers die Prüfspannung abschalten, was vorteilfließende Strom besteht aus einer Grundwelle, deren 20 hafterweise niederspannungsseitig, geschehen soll, Frequenz von der Spannungsquelle bestimmt wird dann hat neben der Einschaltung auch die Abschal- und deren Amplitude von der Impedanz des Sekun- tung auf der Speiseseite des Transformators auf der { därkreises abhängt. Wenn die Isolation fehlerhaft ist Hochspannungsseite Überspannungen zur Folge, die (innere Durchbrüche oder Verdrehungen des Mate- ohne Rücksicht auf die Güte der Isolierung das zu rials), wird die Grundwelle von einzelnen Spitzen 25 prüfende Material zerstören können,
unterschiedlicher Amplitude und höherer Frequenz Der Zweck der Erfindung ist es, das, Auftreten überlagert. Durch Auswertung der Wellenform, solcher Überspannungen beim Ein- bzw. Ausschalten beispielsweise in einem Oszillogramm, kann die des Speisekreises zu verhindern. Bei der eingangs Hone?- der Prüfspannung festgestellt werden, bei erwähnten Anordnung geschieht dies durch einen welcher die ersten Fehler auftreten, und der Versuch 30-mit dem Generator gekoppelten Steuerkreis, der die kann vor einer Beschädigung des Materials abge- Auslösung einer jeden Halbwelle der Prüfwechselbrochen werden. Die Verwendung eines hierzu spannung jeweils bei Beginn der Halbwelle freigibt, erforderlichen Oszilloskops hat jedoch gewisse Nach- und einen von dem Fehlerstrom gesteuerten Abteile, da hierbei die Kontrolle der Messung eine schaltekreis, der diese Freigabe unterdrückt, wenn große Aufmerksamkeit erfordert und niemals völlig 35 der Fehlerstrom eine vorgegebene Amplitude über-.sicher durchgeführt werden kann. Die ersten Fehler schritten hat. ' .

sind nämlich nicht immer sofort zu erkennen, In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ent-

so daß die Schnelligkeit der Abschaltung von den hält der Steuerkreis zwei gegensinnig geschaltete

Fähigkeiten des Bedienungspersonals abhängt. Zenerdioden, die ein Wechselspannungs-Eingangs-

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Fehler- 40 signal in eine Rechteckwelle umformen, ferner ein strom zur Betätigung eines Relais heranzuziehen, /?C-Differenzierglied zur Umwandlung der Rechteckweiches den Speisestromkreis unterbricht und ein welle in Nadelimpulse wechselnder Polarität und optisches oder akustisches Signal auslöst. Bei diesem zwei gegensinnig geschaltete Thyristoren, die ab- ; [, Verfahren, das zwar empfindlich genug ist, muß wechselnd jede Halbwelle der Eingangswechselspan- ^L * jedoch das Relais ständig nachgeregelt werden, da 45 nung durchlassen, wenn sie' abwechselnd durch die die Impedanzen der Prüflinge nicht immer, gleich Nadelimpulse gezündet werden. Der Steuerkreis ist sind. Außerdem kann der Fall eintreten, daß die dem an die Primärwicklung eines Hochspannungstransfor-Rclais zugeführte Leistung zum Umschalten nicht mators geschaltet, dessen Sekundärwicklung die hohe ausreicht, wenn die Isolalionsfehler in der Nähe des Prüfspannung liefert. Außerdem stellt es sich als Spitzenwertes der Prüfspannung auftreten. 50 günstig heraus, wenn der Abschaltekreis aus einem

Es ist auch eine Schaltungsanordnung bekannt- Relaisschalter besteht, dessen Ansprechzeit klein und

geworden, mit der sich einige der genannten Schwie- vorzugsweise geringer ist als die Dauer einer Viertel-

rigkeiten vermeiden lassen. Um einerseits Durch- periode.der Prüfwechselspannung,

schlage mit Sicherheit als solche zu erkennen und Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel

anzuzeigen, andererseits aber Fehlanzeigen, die auf 55 an Hand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

einer hohen Leitfähigkeit des Prüfobjektes oder auf Fig. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung zur

Vorentiadung beruhen, zu verhindern, wurde im Isolationsprüfung,

Hochspannungskreis ein spannungsabhängiger Wider- Fig. 2 den Aufbau der einzelnen Bausteine nach

stand oder ein Halbleiter parallel mit einem Konden- Fig. 1,

salor vorgesehen, wobei die Kondensatorspannung 60 F i g. 3 eine graphische Darstellung, der an einzel-

als .Steuerspannung für eine elektrisch ausgelöste nen Punkten der Anordnung nach F i g. 1 auftreten-

Signalgabe verwendet wurde. Die spannungsbegren- den Spannungen,

zendc Wirkung des Halbleiterelemcnts, für welches Fig. 4 einen Teil der Anordnung nach Fig. 1 in

vorzugsweise eine Zenerdiodo vorgeschlagen wurde, abgeänderter Form.

verhindert ein Auslösen des Signals bei Vorentladim- 65 Nachfolgend wird im einzelnen eine Anordnung

gen. Bei echten Durchschlügen hingegen kann diese beschrieben, mit deren Hilfe der Speisekreis eines

Begrenzerwirkung jedoch nicht so schnell einsetzen, Hochspannungstransformators für Isolationsprüfun-

wic die durch den Fchlcrstrom hervorgerufene Span- gen von Hand oder automatisch ein- oder abgc-

schaltet werden kann, ohne daß Überspannungen auftreten.

Elektrische Isoliermaterialien, die im Betrieb einer Wechselspannung U (in Volt) der Frequenz/ unterworfen werden, müssen normalerweise bei einer Isolationsprüfung einer Wechselspannung der Größe 2 · U + 1000 (in Volt) bei der Frequenz / standhalten. So muß ein.Schalter, der der üblichen Netzspannung von 220.VoIt und 50 Hz ausgesetzt ist, in seinem offenen "Zustand auch dann noch eine gute elektrische Isolierung · darstellen, wenn an seine Klemmen eine Wechselspannung von 1500 Volt und 50 Hz gelegt wird.

Eine hierzu nützliche Prüfanordnung ist in F i g. 1 dargestellt und enthält in an sich bekannter Weise eine mit dem Wechselspannungsnetz verbundene Speisequelle 1, einen Hochspannungstransformator 2, dessen Primärspannung von Hand oder automatisch geregelt werden kann, einen Meßfühler 3 zum Abgreifen des durch die Hochspannungswicklung des Transformators 2 fließenden Stromes, und den Prüfstand 4; in welchem sich der Prüfling befindet. Das Ausgangssignal des Meßfühlers 3 wird einem Detektor 5 zugeführt. Dieser Detektor kann mit einem Relais ausgestattet sein, welches ein optisches oder akustisches Signal einschaltet, wenn der Fehlerstrom ejnf gewisse Schwelle überschritten hat, und welches den Speisestrom des Transformators 2 in diesem Falle automatisch abschaltet. Außerdem ist noch ein Anzeigegerät 6 vorgesehen, an welchem die Spannung am Prüfling und eventuell auch der im Hochspannungskreis fließende Strom direkt abgelesen werden kann.

In Fig. 2 ist der Schaltungsaufbau der gesamten Anordnung im einzelnen dargestellt, wobei die Bausteine 1 bis 6 der Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet sind. Die Speisequelle 1 enthält einen Trenn-Transformator7, der aus Gründen der Sicherheit die möglicherweise unter Hochspannung stehende Versuchsanordnung vom Netz isoliert. Die Primärwicklung dieses Transformators ist unter Zwischenschaltung eines Hauptschutzschalters 8, der beispielsweise ein Trennschalter sein kann, mit der Netzspannung verbunden. Der Transformator 7 zeigt zwei Sekundärwicklungen, deren erste die Versuchsanordnung mit Niederspannung versorgt und deren zweite über einen Gleichrichter 9 den Detektor 5 speist.

Der niederspannungsseitige Speisekreis des Hochspannungstransformators 2 enthält einen Steuerkreis, der die Weiterleitung der verschiedenen Halbwellen der Speisespannung zu der Primärwicklung des Transformators 2 steuert. Im angeführten Beispiel wird in diesem Steuerkreis ein Zweiweg-Thyristor 10 (d. h. ein gesteuerter Gleichrichter für zwei Richtungen) verwendet, der mit zwei Zenerdioden 11a und 1 Ib, einem ÄC-Diilcrenzierglied 32, 12 und einem Widerstand 13 zusammengeschaltet ist.

Die Wirkungsweise des Steuerkreises ist folgendermaßen: Jede der beiden Zenerdioden Il α, 11 ö, die gegensinnig parallel an der ersten Sekundärwicklung des Transformators 7 liegen, flacht jeweils eine Halbwelle der Netzspannung A (Fig. 3) ab, wodurch eine Rechteckwelle D entsteht. Durch das RC-GUea 32, 12 wird die Rechteckwelle differenziert und in Nadelimpulse C umgeformt. Diese Nadelinipulse werden dem Gitter bzw. der Steuerelektrode des Zweiwcg-Thyristors 10 zugeführt. Letzterer wird infolgedessen nur dann für die Dauer einer Halbwelle der Netzspannung in seinen durchlässigen Zustand geschaltet (d. h. »gezündet«), wenn eine der Dioden 11a, lift zu Beginn dieser Halbwelle gespannt wird. Umgekehrt kann durch alleinige Steuerung der Diodenspannung die Thyristor-Anordnung 10 nur am Beginn bzw. am Ende jeder Halbwelle der Netzspannung gesperrt werden. Es wird daher auf einfache Weise sichergestellt, daß eine Einschaltung oder Abschaltung der Speisespannung des - Hoch-

Spannungstransformators nur beim "Nulldurchgang der Netzspannung erfolgen kann!

An Stelle des Zweiweg-Thyristors und der Zenerdioden können selbstverständlich auch andcic Elemente verwendet werden. Um den Speisekreis des

Hochspannungstransformators nur beim Nulldurchgang der Netzspannung in den leitenden Zustand umzuschalten, kann auch eine Schaltung nach F i g. 4 benutzt werden, die aus, zwei einzelnen gesteuerten Gleichrichtern 33 und 34 besteht, die zueinander gegensinnig gestaltet sind und unterschiedliche Polarität besitzen. Ebenso können in einer Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels die verwendeten Gleichrichterelemente über polarisierte Dioden oder irgendeine andere elektrische Schaltung,

wie beispielsweise einen Schmitt-Trigger, angesteuert werden. : ; '

In Reihe zu dem Thyristorelement 10 ist ein Widerstand 13 parallel mit einem Kondensator 35 geschaltet, und diese Anordnung ist mit den Klemmen der ersten Sekundärwicklung des Transformators? verbunden. Der Widerstand 13 hat die sehr wichtige Aufgabe, die Phasen der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 2 und des Stromkreises zur Steuerung der ^.Gitterelektrode ■ des

Thyristorelementes 10 aufeinander abzustimmen, so daß die Zündzeitpunkte der Thyristoren jeweils den Nulldurchgängen der Netzspannung entsprechen.

Der Transformator 2 enthält eine Primärwicklung 14, die parallel an einem Teil des Widerstandes 13 liegt. Dieser Teil kann durch den Schleifer 36 geregelt werden, um die Höhe der Prüfspannung einzustellen. Die sekundäre Hochspannungswicklung 15 des Transformators 2 ist mit dem Prüfstand 4 unter Zwischenschaltung des Meßfühlers 3 verbunden:

Der Meßfühler 3 besteht aus einem Koppeltransformator 16, dessen Primärwicklung von einem Strom durchflossen wird, dem die Fehlerstromimpulse überlagert sind. Die Sekundärwicklung des Transformators 16 liegt an dem "Detektor 5. Der Prüfstand 4 enthält im wesentlichen einen Widerstand 17 zur Strombegrenzung · und zwei Prüfklemmen 18 und 19, zwischen welche der Prüfling 20 gebracht wird. Die Klemme 18 ist mit der Primärwicklung des Koppcltransformators 16 verbunden, während die Klemme 19 Erdpotential hat. Gleichfalls ist der Anschluß der Sekundärwicklung 15, der nicht zu dem Meßfühler führt, mit Erde verbunden. ^v

Im Prüfstand 4 liegt zwischen den Prüfklemmen ein Mikro-Amperemeter 30 in Reihe mit einem Gleichrichter 21 und einem Widerstand 31. Dieses Meßinstrument zeigt somit in jedem Augenblick die Spannung zwischen den Prüfklemmen an. Selbstverständlich kann -an seiner Stelle auch jede andere Meß- oder Registriereinrichtung verwendet werdc-n.

Im DetektorS wird die an den Sekiindärklenimcn des Koppeltransformators 16 abgegriffene Spannung zunächst gefiltert, d. h. die Grundwelle dieser Spannung wird eliminiert und nur die Fehlerstroniimpulse

werden durchgelassen. Dies erreicht man durch ein Hochpaßfilter 22, das für alle Frequenzen, die kleiner oder gleich der Netzfrequenz sind, eine Sperre darstellt. Der Ausgangsstrom des Filters 22 wird einem gleichrichtenden Verstärker 23 zugeführt, dessen Ausgang mit der Steuerelektrode eines steuerbaren Gleichrichters 24 verbunden ist, der nur dann leitend wird, wenn sein Steuerstrom einen gewissen Wert übersteigt. Dieser Gleichrichter liegt im Erregerkreis eines Relais 25, welches von den Ausgängen der ι ο Gleichrichterbrücke 9 gespeist wird. :^

Die Ansprechzeit dieses Relais soll sehr klein sein und vorzugsweise die Dauer einer Viertelperiode der Netzspannung nicht übersteigen. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz soll die Ansprechzeit in der Größenordnung von 3 Millisekunden liegen. Das Relais betätigt einen Schalter 26, der in der Versorgungsleitung der Zenerdioden 11 α und 11 b Hegt." Wenn also infolge eines Durchbruchs oder einer Verdrehung des Isoliermaterials ein Fehlerstromimpuls erzeugt wird, dessen Wert das für die Isolierung zulässige Maß übersteigt, wird automatisch die Stromzuführung zu den Zenerdioden 11a und 116 unterbrochen, wodurch das Thyristorelement 10 gesperrt wird. Der Hauptvorteil der beschriebenen Anordnung besteht nun darin, daß diese Sperrung bis zum Ende der gerade durchlaufenden Halbwelle automatisch verzögert wird.

' *Au{ gleiche Weise kann eine willkürliche Ein- oder Abschaltung der Prüfanordnung mit Hilfe des Schalters 27 geschehen, der ähnlich wie der Schalter, 26 in der Versorgungsleitung der Zenerdioden 11a und 11 b liegt. Auch hierbei ist sichergestellt, daß die Prüfspannung nur beim Nulldurchgang eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.

Um einen Isolationsfehler optisch anzuzeigen, empfiehlt es sich, am Detektor 5 noch zusätzlich eine Signallampe 28 an die Klemmen des Relais 25 anzuschalten. Ein Druckschalter 29 dient zum Wiedereinschalten der Prüfanordnung, denn wenn der Erregerkreis des Relais 25 aufgetrennt wird, fällt der Schalter 26 in seine Ruhestellung zurück, und den Dioden 11« und lift wird wieder eine Eingangswechselspannung zugeführt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur zerstörungsfreien Isolationsprüfung mit Wechselspannung, bestehend aus einem Generator für. hohe Prüfwechselspannung, dessen Ausgangsklemmen mit dem zu prüfenden Material verbunden sind, einem Detektor zur Erfassung der durch die Hochspannung erzeugten etwaigen Fehlerstromimpulse sowie einer von dem Detektor gesteuerten Einrichtung zum Abschalten der Hochspannung, wenn die Fehlerstromimpulse eine vorgegebene Höhe erreichen, gekennzeichnet durch einen mit dem Generator (1, 2) gekop-,.' pelten Steuerkreis (10, 11, 12, 13), der die Auslösung einer jeden Halbwelle der Prüfwechselspannung jeweils bei Beginn der Halbwelle freigibt, und einen von dem Fehlerstrom gesteuerten Abschaltekreis (25, 26), der diese Freigabe unterdrückt, wenn der Fehlerstrom eine vorgegebene Amplitude überschritten hat.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (10, 11, 12, 13) zwei gegensinnig geschaltete Zenerdioden (11 α, 116) enthält, die ein Wechselspannungseingangssignal in eine Rechteckwelle umformen, ferner ein i?G-DifferenziergIied (32, 12) zur Umwandlung der Rechteckwelle in Nadel- ζ impulse wechselnder Polarität und zwei gegensihnig geschaltete Thyristoren (33, 34), die abwechselnd jede Halbwelle der Eingangswechselspannung durchlassen, wenn sie abwechselnd durch die Nadelimpulse gezündet werden, und daß der Steuerkreis an die Primärwicklung (14) eines Hochspannungstransformators (2) geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung (15) die hohe Prüfspannung liefert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (10, 11, 12,13) an Stelle zweier Thyristoren einen ein-

■ zigen Zweiweg-Thyristor (10) enthält..

4. Schaltungsanordnung nach mindestens Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (14) des Transformators (2) mit dem Thyristoraufbau (10 bzw. 33, 34) in Reihe geschaltet ist und parallel an einem Widerstand (13) liegt, um ihre Phase auf die Phase des Steuerkreises abzustimmen.

5. Schaltungsanordnung nach mindestens An- ( Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab- ^- schaltekreis aus einem Relaisschalter (25, 26) mit kleiner Ansprechzeit besteht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechzeit des Relaisschalters (25, 26) geringer ist als die Dauer einer Viertelperiöde der Prüf wechselspannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen