DE19513441A1 - Verfahren zur Prüfung der Isolation elektrischer Betriebsmittel sowie Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Prüfung der Isolation elektrischer Betriebsmittel sowie Schaltungsanordnung zur Ausführung des VerfahrensInfo
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Description
Die gegenständliche Erfindung befaßt sich mit der Erzeugung
einer Prüfspannung, vorzugsweise mit sehr niederer Frequenz
zur Prüfung der Isolation elektrischer Betriebsmittel
allgemein, insbesondere aber von verlegten Energiekabeln.
Dabei werden sowohl für das Verfahren als auch für die
Prüfeinrichtung Patentansprüche erhoben.
Vergleichbare Verfahren nach dem Stand der Technik, mit denen
es prinzipiell möglich wäre, Prüfspannungen mit
vorprogrammierbarer Kurvenform und vorzugsweise sehr niederer
Frequenz zu erzeugen, besitzen entweder den Nachteil eines
wesentlich schlechteren Wirkungsgrades, da sowohl bei der
Aufladung des meist kapazitiven Prüflings wie auch bei der
Entladung Leistung in VDR-Elementen oder Widerständen
umgesetzt wird oder den Nachteil, daß störintensive Bauteile,
wie Funkenstrecken oder Nadelgleichrichter verwendet werden,
die eine gleichzeitige Diagnose des Isolationszustandes durch
Messung des Verlustfaktors oder durch Teilentladungsmessung
erschweren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß
mit wesentlich verbessertem Wirkungsgrad und geringerem
Geräteaufwand eine niederfrequente Prüfspannung erzeugt
werden kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die
Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gekennzeichnet.
Die gegenständliche Erfindung vereinigt durch die neuartigen
Verfahren zur Erzeugung einer sehr niederfrequenten
Prüfspannung die Vorteile der verschiedenen
Erzeugungsverfahren nach dem Stand der Technik und eliminiert
gleichzeitig die wesentlichen Nachteile.
Durch die Erfindung wird die Erzeugung von Prüfspannungen
verschiedener und vorprogrammierbarer Frequenzen und
Kurvenformen ermöglicht.
Unter anderem wird in der Erfindung ein elektronischer
Hochspannungsschalter mit extrem kurzer Schaltzeit verwendet,
der im durchgeschalteten Zustand niederimpedant ist und im
nicht durchgeschalteten Zustand galvanisch hochisolierend
wirkt. Dieser elektronische Hochspannungsschalter kann
schnell und definiert trennen und schließen. Durch Verwendung
dieses elektronischen Hochspannungsschalters wird
Kontaktverschleiß durch Abbrand, die Emission wesentlicher
Störungen und damit die Beeinflussung der Diagnose des
Isolationszustandes vermieden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine niederfrequente
Prüfspannung im Bereich 0 Hz bis 10 Hz erzeugt.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß mit einer
Regelung zwei Schaltnetzteile angesteuert werden, die mit
dieser Regelung pulsbreitenmoduliert werden.
Statt der Pulsbreitenmodulation kann auch eine
Pulsfrequenzmodulation in Verbindung mit einer
Pulsamplitudenmodulation durchgeführt werden.
Wichtig ist nur, daß mit diesen modulierten Schaltnetzteilen
entsprechende Primärwicklungen von
Hochspannungstransformatoren angesteuert werden, deren
Sekundärwicklungen auf Gleichrichterschaltungen wirken.
Durch die erfindungsgemäße Modulation auf der Primärseite des
jeweiligen Hochspannungstransformators kann mit relativ klein
bauenden Hochspannungstransformatoren sekundärseitig durch
Gleichrichtung eine Gleich-Hochspannung mit geringer
Welligkeit erzeugt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Erzeugung der Prüfspannung wird
erreicht, daß der Prüfling zunächst über eine der beiden
Gleichrichterschaltungen definiert aufgeladen wird und in
weiterer Folge eine definierte Entladung des Prüflings über
einen elektronischen Hochspannungsschalter erfolgt.
Wichtig ist hierbei, daß die Gleichrichterschaltung
entgegengesetzter Polarität im Bedarfsfall zur aktiven
Unterstützung des Entladevorgangs verwendet wird. Damit wird
die Entladezeit definiert abgekürzt und damit ist es nun
erstmals möglich, eine sehr niederfrequente Prüfspannung mit
beliebig wählbarer Kurvenform zu verwenden. Wichtig hierbei
ist, daß man nun entsprechend der Kurvenform der Aufladung
auch eine gleiche Kurvenform der Entladung wählen kann, weil
zwei gegeneinander geschaltete Netzteile vorhanden sind, die
von der gleichen Regelung angesteuert werden.
Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise eine
Rechteckform, eine Sinusform, eine Dreiecksform oder andere
Kurvenformen der niederfrequenten Prüfspannung zu erzeugen.
Alternativ ist es möglich, die Kurvenform bei der Aufladung
unterschiedlich zu der Kurvenform von der Entladung zu
gestalten, weil dies über die entsprechende, unterschiedliche
Ansteuerung des Hochspannungsschalters verwirklicht werden
kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist es vorgesehen, als Hochspannungsschalter einen
Halbleiterschalter zu verwenden, der mit einem mechanischen
oder auch elektronischen Umschalter zusammenwirkt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, den Hochspannungsschalter als Serie von einzelnen
Halbleiterschaltern auszubilden, wobei jeder einzelne
Halbleiterschalter für sich ansteuerbar ist. Bei dieser
Ausgestaltung wird eine schrittweise Entladung vorgesehen,
wobei zunächst die Entladung über Schutzelemente erfolgt, die
durch die Ansteuerung der einzelnen Schalter zur Wirkung
gebracht werden. Schließt beispielsweise einer der Schalter,
welche in Serie geschaltet sind, dann ist die
Spannungsfestigkeit innerhalb der in Serie geschalteten Reihe
vermindert, so daß die Schutzelemente der Schalter, die noch
nicht geschlossen sind, ansprechen und durchbrechen.
Zu jedem Schalter ist dementsprechend ein Schutzelement
parallel geschaltet und alle Schutzelemente können sozusagen
durch die Schalter schrittweise kurzgeschlossen werden.
Bei dieser Ausführungsform kann auf einen mechanischen oder
elektronischen Umschalter verzichtet werden, weil die in
Serie geschalteten, einzeln ansteuerbaren Schalter die
doppelte Spannungsfestigkeit haben, wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel der einzelne Hochspannungsschalter, der
parallel mit einem Umschalter kombiniert war. Beide
Ausführungsformen sind durch die Möglichkeit der aktiven
Entladung der Prüflingskapazität gekennzeichnet.
Der Regelung ist eine Steuerung vorgeschaltet, mit der die
entsprechende, gewünschte Kurvenform der Aufladung und
Entladung gewählt werden kann.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt
sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen
Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der
einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung,
offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als
erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen
Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisiert eine erste Ausführungsform einer
Schaltung nach der Erfindung;
Fig. 2 schematisiert eine zweite Ausführungsform einer
Schaltung nach der Erfindung;
Fig. 3 Kurvenform einer Prüfspannung als Beispiel.
Die Erzeugung der Prüfwechselspannung erfolgt in mehreren
Schritten aus einer Netzspannung.
Mit Hilfe eines Powerfactor Controllers 1 wird aus der
Netzspannung eine Gleichspannung erzeugt. Diese wird mit
Hilfe von H-Brücken 2, 3 in Wechselspannungen mit
Netzfrequenz oder einem Vielfachen der Netzfrequenz
umgewandelt. Bei der Erzeugung der Wechselspannung wird dabei
durch zeitliche Variierung der Steuersignale an den
Schaltelementen der H-Brücken 2, 3 durch die Regelung 12 auch
eine Modulation der Amplitude erreicht. Durch Transformieren
der so erzeugten Niederspannung wird mit Hilfe von
Hochspannungstransformatoren 4, 5 eine mit sehr niedriger
Frequenz amplitudenmodulierte Hochspannung erzeugt.
Weiterführend werden drei alternative Verfahren angewandt, um
aus dieser Spannung bzw. diesen Spannungen die gewünschte
Prüfspannung zu generieren.
- 1) Wie in Fig. 1 dargestellt werden aus zwei unabhängigen Spannungen mit Hilfe von Gleichrichterschaltungen (zum Beispiel Greinacher Vervielfachungsschaltungen) 6, 7 zwei Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität gegen Erdpotential und unabhängig voneinander variierbarer Amplitude erzeugt. Die beiden Hochspannungsausgänge werden, über einen elektronischen Halbleiterschalter 8 mit Serienwiderstand 9 verbunden. Durch ein Umschaltrelais 10 wird der zumeist kapazitive Prüfling 11 wahlweise an den Ausgang der einen oder anderen Gleichrichterschaltung 6 oder 7 geschaltet.
Die Erzeugung der Prüfspannung erfolgt derart, daß der
Prüfling zunächst über eine der beiden
Gleichrichterschaltungen 6 beziehungsweise 7 definiert
aufgeladen wird, und in weiterer Folge eine definierte
Entladung des Prüflings über den im Pulsbetrieb arbeitenden
elektronischen Hochspannungsschalter 8, den dazu in Serie
liegenden Entladewiderstand 9 und die zweite
Gleichrichterschaltung 7 beziehungsweise 6 erfolgt. Hierbei
wird die zweite Gleichrichterschaltung 7 beziehungsweise 6 im
Bedarfsfall zur aktiven Unterstützung des Entladevorganges
verwendet. Im Spannungsnulldurchgang wird das Umschaltrelais
10 umgeschaltet, so daß der Prüfling mit der zweiten
Gleichrichterschaltung 7 beziehungsweise 6 direkt verbunden
ist und der Vorgang von Ladung und Entladung des Prüflings 11
wie oben beschrieben für die zweite Polarität fortgesetzt
wird. Durch kontinuierliche Wiederholung der Vorgänge wird
der Prüfling 11 mit einer Wechselspannung beaufschlagt deren
Kurvenform und vorzugsweise sehr niedrige Frequenz innerhalb
der Grenzen durch Lade- und Entladezeitkonstanten, die von
der Geräteausgangsleistung und der Last durch den Prüfling
bestimmt werden, über die menügeführte Oberfläche der
Steuerung 13 vorprogrammierbar ist und durch eine Spannungs-
und Stromregelung garantiert wird.
Der dabei verwendete schnelle elektronische
Hochspannungsschalter 8 ist derart aufgebaut, daß durch
Serienschaltung von Halbleiterschaltelementen eine hohe
Spannungsfestigkeit im geöffneten Zustand erreicht wird. Die
Steuersignale werden, von der Regelung 12 kommend
transformatorisch übertragen, so daß über mehrere
Isolierstrecken jedes Halbleiterschaltelement
potentialgetrennt und nahezu gleichzeitig angesteuert wird.
Der elektronische Hochspannungsschalter 8 kann mit Hilfe
einer jedem Halbleiterschaltelement zugeordnete
Steuerschaltung definiert und schnell durchgeschaltet und
geöffnet werden. Die einzelnen Halbleiterschaltelemente sind
durch parallelgeschaltete Schutzelemente gegen Beanspruchung
durch Überspannung geschützt. Sie übernehmen gleichzeitig den
Schutz der Gleichrichterschaltungen gegen transiente
Spannungsüberhöhungen durch Wanderwellen in Folge von
möglichen Durchschlägen im Prüfling.
Durch die Regelung 12 wird der Verlauf der über den
Spannungsteiler 14 gemessenen Hochspannung zeitkritisch mit
der gewünschten vorprogrammierten Kurvenform und Amplitude
verglichen und durch Eingriff auf die Schaltzeitpunkte an den
Schaltelementen der H-Brücken 2 und 3, die Ansteuerung des
elektronischen Hochspannungsschalters 8 und Bestimmung des
Schaltzeitpunktes am Umschaltrelais 10 die Einhaltung
garantiert. Während des Umschaltvorganges am Relais 10 wird
der elektronische Hochspannungsschalter 8 durch die Regelung
geschlossen, um Kontakterosion am Umschaltrelais 10 durch
Stromfluß und Funkenbildung während des Kontaktwechsels zu
vermeiden.
- 2) Alternativ zu 1) wird wie in Fig. 2 dargestellt auf die Verwendung des Umschaltrelais 10 verzichtet und ausschließlich mit passiven und elektronischen Bauelementen, die wahlweise transformatorisch oder optisch angesteuert werden, gearbeitet. Der in Fig. 2 dargestellte elektronische Hochspannungsschalter 15 unterscheidet sich von der Ausführung gegenüber dem elektronischen Hochspannungsschalter 8 darin, daß die Halbleiterschaltelemente einzeln und unabhängig voneinander optisch oder transformatorisch angesteuert werden.
Die definierte Aufladung des Prüflings 11 erfolgt derart, daß
in der positiven Halbwelle die im Verbindungszweig zwischen
dem Prüfling 11 und der Gleichrichterschaltung 6 liegenden
während der Ladephase geschlossen sind und die Prüfspannung
von der Regelung entsprechend der vorprogrammierten
Kurvenform durch Veränderung der Schaltzeitpunkte an der H-
Brücke 2 über den Transformator 4 und die
Gleichrichterschaltung 6 verändert wird. Die Entladung der
Prüflingskapazität erfolgt durch schrittweises Schalten der
zwischen dem Prüfling 11 und Gleichrichterschaltung 7
liegenden Halbleiterschaltelemente. Der Entladestrom wird
durch die zugehörigen Schutzelemente der nicht durch
Ansteuerung geschlossenen Schaltelemente begrenzt, so daß die
Spannung am Prüfling entsprechend der vorprogrammierten
Kurvenform absinkt. Auch bei diesem Verfahren wird im
Bedarfsfall eine aktive Entladung durch Vorspannen der
Gleichrichterschaltung 7 angewandt. Adäquat werden für die
Ladephase in der negativen Halbwelle alle
Halbleiterschaltelemente im Verbindungszweig zwischen dem
Prüfling 11 und der Gleichrichterschaltung 7 geschlossen und
in der Entladephase wird durch schrittweises Schalten der
Halbleiterschaltelemente im Verbindungszweig zwischen
Prüfling 11 und Gleichrichterschaltung 6 das Absenken der
Spannung am Prüfling bewerkstelligt.
- 3) In einer dritten Verfahrensvariante werden die einzelnen Halbleiterschaltelemente im Gegensatz zum Verfahren unter 2) nicht einzeln angesteuert sondern analog betrieben. Sonst entspricht das Verfahren der Variante unter 2). Im Analogbetrieb von Halbleiterschaltern wird die Energie im Halbleiterschalter selbst vernichtet, es kann daher auf einen Stromfluß durch die Schutzelemente verzichtet werden. Der Halbleiterschalter selbst ist damit das begrenzende Element.
In den oben bezeichneten Ausführungsbeispielen war angegeben
worden, daß die Gleichrichterschaltungen 6, 7 als Greinacher
Vervielfachungsschaltungen ausgeführt sind. In einer anderen
Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, diese
Gleichrichterschaltungen als reine Gleichrichterschaltung
oder als andere Vervielfacherschaltung auszubilden. Hierzu
gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, Einweggleichrichter,
Mehrweggleichrichter, Spannungsverdoppler und dergleichen
Vervielfacherschaltungen mehr.
Die Bauteile mit den Bezugszeichen 2, 3 sind sogenannte H-
Brücken, bei denen in der Regel vier Halbleiterschalter
vorhanden sind, die so angesteuert werden, daß jeweils sich
nur zwei im Durchgang befinden und hierdurch eine
Ausgangswechselspannung erzeugt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß
jeweils im Primärkreis der Hochspannungstransformatoren 4, 5
eine Seriendrossel angeordnet ist, die bevorzugt nicht-linear
ausgebildet ist.
Grund für diese Maßnahme ist, daß der Prüfling 11 kapazitiv
ist und eine entsprechende Rückwirkung mit Stromspitzen auf
die H-Brücken 2, 3 zu befürchten ist. Um diese Rückwirkungen
zu vermeiden wird bevorzugt eine nicht-lineare Drossel im
Primärkreis der jeweiligen Hochspannungstransformatoren 4, 5
verwendet.
Ein typischer Prüfspannungsverlauf wird anhand der Fig. 3 in
Verbindung mit der Fig. 1 näher erläutert.
Im Zeitpunkt t₀ beginnt der Aufladevorgang, wobei über das
getaktete Schaltnetzteil 1 die H-Brücke 2 mit Gleichspannung
versorgt und von der Regelung 12 angesteuert wird, welche
über den Hochspannungstransformator 4 die
Gleichrichterschaltung 6 beaufschlagt, die demzufolge vom
Zeitpunkt to angefangen bis zum Zeitpunkt t₁ einen Anstieg
der Prüfspannung U(6, 7) erzeugt.
In diesem Zeitraum wirkt die Regelung 12 auf die H-Brücke 3,
in dem Sinne, daß sie stillgelegt ist und keinerlei Spannung
am Ausgang der Gleichrichterspannung 7 anliegt. Gleichzeitig
ist der Halbleiterschalter 8 geöffnet und der Umschalter 10
befindet sich in der in Fig. 1 dargestellten Position. Der
Prüfling 11 wird somit mit der Spannung U(11) nach Fig. 3
aufgeladen.
Nach Erreichen der Zeit t₁ wird von der Regelung 12 die H-
Brücke 2 so angesteuert, daß ein weiterer Anstieg der
Prüfspannung vermieden wird, wodurch jetzt der Anstieg der
Prüfspannung im Kurvenzweig 16 in die gleich gerichtete
Prüfspannung 17 übergeht.
Die Dauer zwischen den Zeiten t₁ und t₂ ist hierbei beliebig
wählbar.
Im Zeitpunkt t₂ wird die Regelung 12 entsprechend wiederum
angesteuert, wodurch ein Entladevorgang stattfindet. Es wird
hierbei der Kurvenzweig 18 durchlaufen. Hierbei wird die H-
Brücke 2 von der Regelung 12 inaktiv geschaltet, daß am
Ausgang der Gleichrichterschaltung 6 kein Strom mehr fließen
kann. Von der Gleichrichterschaltung 6 wird der Prüfling 11
dementsprechend nicht mehr nachgeladen.
Durch Pulsansteuerung des Halbleiterschalters 8 von der
Regelung 12 her wird dieser taktweise geöffnet und
geschlossen, wobei wahlweise die Pulsbreite und/oder die
Frequenz des Öffnens und Schließens dieses
Halbleiterschalters 8 eingestellt werden kann.
Damit erfolgt eine gesteuerte Entladung über den
Halbleiterschalter 8 und den Widerstand 9.
Würde nun keine gesteuerte Entladung stattfinden, dann würde
die Entladung des Prüflings 11 über den getakteten
Halbleiterschalter 8 und den Widerstand 9 entsprechend eine
RC-Entladekurve 22 mit exponentiellem Verlauf (Fig. 3)
erfolgen.
Durch das taktweise Schalten des Halbleiterschalters 8 würde
zunächst einmal - ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen - ein
Kurvenzweig zwischen den Punkten t₂ - t₃ durchlaufen, d. h. es
erfolgt eine relativ schnelle Entladung bis zum Zeitpunkt t₃.
Ab diesem Zeitpunkt würde dann entsprechend der RC-
Zeitkonstante eine sehr langsame Entladung weiter im Verlauf
des Kurvenzweiges 22 stattfinden. Hier setzen nun die
erfindungsgemäßen Maßnahmen ein, weil im Zeitpunkt t₃ nun
über die Regelung 12 die H-Brücke 3 angesteuert wird und über
die Gleichrichterschaltung 7 eine definierte Gegenspannung an
den Prüfling angelegt wird.
Der Umschalter 10 ist hierbei noch in seiner oberen
Schaltposition, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Es erfolgt also ein kontrolliertes Absaugen der Ladung vom
Prüfling über die entgegengesetzt angelegte Spannung von der
Gleichrichterschaltung 7.
Zwischen den Kurvenästen t₃ und tu wird also das
Saugen mit der Gleichrichterschaltung 7 verwirklicht.
Im Zeitpunkt tu wird der Umschalter 10 umgeschaltet und
derselbe Vorgang beginnt, wie oben beschrieben in analoger
Weise.
D.h. also der untere Aufladezweig mit der H-Brücke 3 und der
Gleichrichterschaltung 7 führt eine gesteuerte Aufladung
durch, wie dies anhand des Kurvenzweiges 16 bereits schon
erläutert wurde. Es wird hierbei also der Kurvenzweig 19
durchlaufen.
Der Kurvenzweig 20 entspricht dem oben beschriebenen
Kurvenzweig 17.
Im Zeitpunkt t₄ findet dann die gesteuerte Entladung im
Bereich der Kurve 21 statt, so wie dies anhand der Kurve 18
erläutert wurde.
Es wird also nochmals wiederholt, daß eine Kurvenform
entsprechend der gestrichelten Kurve zwischen den Zeitpunkten
t₂ und t₃ erreicht wird, wenn kein gesteuertes, pulsweises
Entladen mit dem Hochspannungsschalter 8 stattfindet. Wird
hingegen der Hochspannungsschalter 8 pulsweise betrieben, so
wie diese vorhin dargestellt wurde, dann wird der in
durchgezogenen Linien erläuterte Kurvenzweig 18 zwischen den
Punkten t₂ und t₃ durchlaufen.
Wenn jetzt im Zeitpunkt t₃ die gesteuerte Entladung
(Absaugung) stattfindet, dann wird weiterhin der Kurvenzweig
zwischen den Zeiten t₃ und tu entsprechend der durchgezogenen
Linie durchlaufen.
Wird eine andere Kurvenform für die Kurven 16, 18 bzw. 19, 21
gewünscht, dann werden die Ansteuersignale der Regelung 12
entsprechend geändert.
Ebenso kann die Kurvenform der Kurven 17 und 20 geändert
werden, z. B. kann eine durchgehende Sinuskurve erzeugt
werden, wobei dann die Kurvenzweige 17 und 20 vollständig
entfallen.
Für die Darstellung in Fig. 2 gelten im wesentlichen die
gleichen Erläuterungen, d. h. das Umschalten des Umschalters
10 in den Zeitpunkten t₀ und tu wird bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 durch gesteuertes Schalten der einzelnen in
Serie geschalteten Schalter 23-28 verwirklicht.
Beim Aufladen im Bereich des Kurvenzweiges 16 sind die
Schalter 23-25 geschlossen. Über die H-Brücke 2, den
Transformator 4 und die Gleichrichterschaltung 6 wird der
Prüfling 11 entsprechend dem Kurvenzweig 16 bis zum Zeitpunkt
t₁ aufgeladen, es wird dann die Spannung gehalten im Bereich
des Kurvenzweiges 17, wobei die Stellung der Schalter 23-25
nicht verändert wird. Es wird noch hinzugefügt, daß während
dieses Zustandes die Schalter 26-28 geöffnet sind.
In dem Zeitpunkt t₂ geschieht folgendes:
Öffnen die Schalter 23-25 alle gleichzeitig.
Öffnen die Schalter 23-25 alle gleichzeitig.
Gleichzeitig mit dieser Schaltung schließen nacheinander
folgend die Schalter 26, 27, 28 entsprechend den von der
Regelung 12 angegebenen Zeitpunkten.
Über die parallel zu den noch offenen Schaltern 26-28
geschalteten Schutzelementen erfolgt eine gesteuerte
Entladung, weil diese Schutzelemente entsprechend in den
Durchgangszustand gelangen.
Als Beispiel wird angegeben, daß im Zeitpunkt t₂ alle
Halbleiterschalter 23-25 gleichzeitig geöffnet werden. In
diesem Zustand sind alle Halbleiterschalter 26-28 ebenfalls
noch geöffnet.
Im Zeitpunkt t₂ schließt nun der erste Halbleiterschalter 26
und über die parallel geschalteten Schutzelemente 27a, 28a
fließt nun ein Entladestrom über die Gleichrichterschaltung 7
gegen Erde.
Etwa auf einem Drittel der Kurvenstrecke der Kurve 18 wird
dann der zweite Halbleiterschalter 27 geschlossen und der
Entladestrom fließt dann nur noch über das Schutzelement 28a.
Im unteren Bereich der Kurve 18, kurz vor Erreichen des
Nulldurchgangs, wird auch der letzte Halbleiterschalter 28
geschlossen und es liegt dann ein vollständiger Kurzschluß
über die geschlossenen Halbleiterschalter 26, 27, 28 über die
Gleichrichterschaltung 7 zur Masse vor.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel waren nur drei
Halbleiterschalter 26, 27, 28 und entsprechend auch drei
Halbleiterschalter 23, 24, 25 für jede Halbwelle der
Prüfspannung vorgesehen. In Wirklichkeit sind jedoch ein
Vielfaches dieser Halbleiterschalter vorhanden. So sind z. B.
anstatt der Halbleiterschalter 26-28 in Wirklichkeit bis zu
50 Halbleiterschalter vorhanden.
Man kann jedoch auch wesentlich mehr nehmen; die angewählte
Anzahl hängt davon ab, wie stark treppenförmig die
Entladekurve 18, 21 sein darf.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen werden,
daß die sich einstellende treppenförmige Entladekurve dadurch
geglättet wird, daß über den an sich inaktiven, anderen
Zweig, nämlich die Schaltung aus den Teilen 2, 4, 6 Ladung
nachgeschoben wird, um so gesteuert die treppenförmige Kurve
"aufzufüllen", um dementsprechend einen stark geglätteten
Verlauf zu erreichen.
Dazu müssen die Schalter 23-25 geschlossen sein und
entsprechend wird über die Regelung 12 der an und für sich
inaktive Zweig 2, 4, 6 gesteuert angesprochen.
In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, in
der Entladephase - wie oben beschrieben - nicht alle Schalter
26-28 nacheinanderfolgend zu schließen, sondern einen oder
mehrere Schalter (z. B. Schalter 27, 28) geöffnet zu lassen und
statt dessen eine gesteuerte Absaugspannung zu erzeugen,
welches durch Ansteuerung mittels der Regelung 12 auf die H-
Brücke 3 erfolgt.
In Fig. 3 ist im unteren Teil der Spannungsverlauf an den
Ausgängen der Gleichrichterschaltungen 6 und 7 schematisiert
dargestellt.
Bezüglich der Ausgestaltung nach Fig. 1 ist in Fig. 3 vom
Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ im übrigen noch
dargestellt, daß der Halbleiterschalter 8 mit hoher
Taktfrequenz von z. B. 30 kHz getaktet wird, um so eine erste,
gesteuerte Entladung vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ zu
verwirklichen.
Ab dem Zeitpunkt t₃ erfolgt dann die Entladung entsprechend
der Kurve am Ausgang der Gleichrichterschaltung 7, wobei
zunächst von t₃ beginnend bis zum Zeitpunkt tu die
Entladespannung stark ansteigt, um so eine schnelle und
gesteuerte Entladung im Kurvenbereich 18 im Bereich von t₃
bis tu zu erreichen.
Im Umschaltzeitpunkt tu schaltet das Relais 10 um, d. h. der
Schalter kommt in seine untere Position und am Ausgang der
Gleichrichterschaltung 7 liegt dann direkt die Prüfspannung
an, wie sie im Kurvenzweig 19 besteht.
Dies geht bis zum Zeitpunkt t₄ wo dann der gesamte Vorgang
umgekehrt wird und jetzt der Zweig 3, 5, 7 inaktiv wird. Der
Halbleiterschalter wird wieder impulsmäßig angesteuert, und
danach wird gesteuert der Zweig 2, 4, 6 in Betrieb genommen und
legt eine entsprechend gesteuerte Entladespannung an, so wie
dies anhand der vorherigen Beschreibung anhand der Elemente
3, 5, 7 erläutert wurde.
So folgt also das analoge Schalten der Elemente 2, 4, 6 ab dem
Zeitpunkt t₄.
Bezugszeichenliste
1 Gleichrichterschaltung
2 H-Brücke
3 H-Brücke
4 Hochspannungstransformator
5 Hochspannungstransformator
6 Gleichrichterschaltung
7 Gleichrichterschaltung
8 Hochspannungsschalter
9 Widerstand
10 Umschalter
11 Prüfling
12 Regelung
13 Steuerung
14 Spannungsteiler
15 Hochspannungsschalter
16 Kurvenzweig der Prüfspannung
17 Kurvenzweig der Prüfspannung
18 Kurvenzweig der Prüfspannung
19 Kurvenzweig der Prüfspannung
20 Kurvenzweig der Prüfspannung
21 Kurvenzweig der Prüfspannung
22 Kurvenzweig
23 Schalter
24 Schalter
25 Schalter
26 Schalter
27 Schalter
28 Schalter
26a Schutzelement
27a Schutzelement
28a Schutzelement
2 H-Brücke
3 H-Brücke
4 Hochspannungstransformator
5 Hochspannungstransformator
6 Gleichrichterschaltung
7 Gleichrichterschaltung
8 Hochspannungsschalter
9 Widerstand
10 Umschalter
11 Prüfling
12 Regelung
13 Steuerung
14 Spannungsteiler
15 Hochspannungsschalter
16 Kurvenzweig der Prüfspannung
17 Kurvenzweig der Prüfspannung
18 Kurvenzweig der Prüfspannung
19 Kurvenzweig der Prüfspannung
20 Kurvenzweig der Prüfspannung
21 Kurvenzweig der Prüfspannung
22 Kurvenzweig
23 Schalter
24 Schalter
25 Schalter
26 Schalter
27 Schalter
28 Schalter
26a Schutzelement
27a Schutzelement
28a Schutzelement
Claims (10)
1. Verfahren zur Prüfung elektrischer Betriebsmittel,
insbesondere von Kabeln und Kabelgarnituren für die
Übertragung elektrischer Energie, mit Hilfe einer
niederfrequenten Wechselspannung hoher Amplitude, die durch
niederfrequente Modulation einer Wechselspannung von
Netzfrequenz oder einem Vielfachen der Netzfrequenz aus der
gleichgerichteten Netzspannung eines Zwischenkreises
generiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines
Schaltnetzteiles ein oder mehrere
Hochspannungstransformatoren mit der niederfrequent
modulierten Wechselspannung gespeist werden und die an den
Hochspannungstransformatoren sekundärseitig anliegende
Hochspannung mit Hilfe einer oder mehrerer
Gleichrichterschaltungen gleichgerichtet wird, und der
Prüfling mit der Hochspannung über eine der
Gleichrichterschaltungen definiert aufgeladen wird und nach
erfolgter Aufladung eine definierte Entladung des Prüflings
über einen Hochspannungsschalter erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleichrichterschaltungen Spannungen unterschiedlicher
Polarität gegenüber Erdpotential erzeugen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Prüfling über einen Umschalter mit
dem Ausgang jeweils einer Gleichrichterschaltung verbunden
werden kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannung einer nicht zur Aufladung
des Prüflings verwendeten Gleichrichterschaltung zur
Unterstützung des Entladevorgangs verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß über eine Steuer- und Regeleinheit
unterschiedliche Kurvenformen der Lade- und Entladespannung
des Prüflings verwirklicht werden können.
6. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine
Gleichrichterschaltung (1) vorgesehen ist, der aus der
Netzspannung eine Gleichspannung erzeugt, die mittels einer
oder mehrerer Schaltkreise (2, 3) in jeweils eine
niederfrequent modulierte Wechselspannung mit Netzfrequenz
oder einem Vielfachen der Netzfrequenz umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die niederfrequent modulierten
Wechselspannungen mittels jeweils eines
Hochspannungstransformators (4, 5) in eine niederfrequent
modulierte Hochspannung transformiert werden, die
Hochspannungen über Gleichrichterschaltungen (6, 7) in jeweils
eine Gleichspannung veränderbarer Amplitude umgewandelt
werden, und ein Prüfling (11) mittels einer dieser Spannungen
definiert aufgeladen wird und über einen Hochspannungsschalter
(8) definiert entladen wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die sekundärseitigen
Gleichrichterschaltungen (6, 7) als
Spannungsvervielfacherschaltungen ausgebildet sind.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsschalter (8) aus
einem oder mehreren elektronischen Halbleiterschaltern
besteht.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Gleichrichterschaltungen (6, 7) und dem Prüfling (11) ein
Umschalter (10) vorgesehen ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung (12) vorgesehen
ist, welche die Spannung am Prüfling (11) mittels eines
Spannungsteilers (14) mißt und abhängig von der gemessenen
Spannung auf die Schaltkreise (2, 3), den
Hochspannungsschalter (8) und den Umschalter (10) einwirkt.
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R071 | Expiry of right |