DE2733784C2 - Verfahren zum Feststellen von Isolationsfehlern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen von Isolationsfehlern an isolierten, elektrisch leitenden Adern, bei dem die Ader eine oder zwei rohrförmige Meßelektroden durchläuft, die über Transformatoren mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt werden. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung isolierter elektrisch leitender Adern oder Kabel ist es bekannt, diese zwecks Prüfung der Isolation impulsförmig mit Hochspannung zu beaufschlagen. Man verwendet dazu Transformatoren, mit denen die Hochspannung erzeugt und an eine rohrförmige Mleßelektrode gelegt wird, die von dem Prüfling durchlaufen wird. Als Kriterium für einen Fehler dient dabei der im Sekundärkreis fließende Strom, der in Form einer über einem Widerstand abfallenden Spannung beobachtet und gemessen wird. Die im Sekundärkreis fließenden Ströme sind jedoch weitgehend abhängig von Störeinflüssen der Umgebung wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, aber auch vom Feuchtigkeitsgehalt des Prüflings und elektrisch von der Art der Erzeugung der Hochspannungsimpulse, da Aufbau und Zusammenbruch der Felder im Transformator stets einen gewissen Strom sekundärseitig fließen lassen. So ist es; aus der DE-OS 22 19 136 bekannt, den Prüfling zwei Meßelektroden durchlaufen zu lassen, die gleichzeitig mit Hochspannungsimpulsen entgegengesetzter Polarität alternierend beaufschlagt werden und die Sekundärströme gegensinnig über den Meßwiderstand laufen zu. lassen, so daß wenigstens eine gewisse Kompensation der nicht durch Isolationsfehler bedingten Sekundärströme erreicht wird.

Es ist weiterhin aus der DE-OS 25 00 438 bekannt, mit relativ kurzen in einem gewissen Abstand liegenden Meßelektroden zu arbeiten und unter Berücksichtigung der Laufzeit des Prüflings von der ersten Meßelektrode zur zweiten die auftretenden Sekundärströme zu vergleichen, wobei ein tatsächlich vorliegender Fehler, der in der ersten Meßelektrode erkannt wurde, in der zweiten bestätigt wird. Die bisher bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß mit ihnen die Unterscheidung zwischen den Sekundärströmen, die durch Störeinflüsse und solchen, die durch tatsächliche Isolationsfehler entstehen, schwierig ist. Die bekannten, impulsmäßig arbeitenden Hochspannungsprüfer haben zudem den Nachteil, daß bei zufälliger Beri-hrung der Elektrode oder beim Anschneiden der Leiter, die sich noch in der Prüfeinrichtung befinden, die gesamte Prüfenergie über die berührende Person abgeleitet wird. Zwar tritt hierbei bedingt durch die Teslaströme keine Lebensge fahr ein, doch können Spitzenströme zu Schreck- und Schmerzempfindungen und damit zu Sekundärunfällen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete

so Vorrichtung anzugeben, die eine bessere Differenzierung der Sekundärströme nach deren Ursache durch Isolationsfehler oder Störeinflüsse erlauben.

Das eingangs beschriebene Verfahren unterscheidet sich von den bisher bekannten dadurch, daß als Kriterium zum Unterscheiden eines durch einen Isolationsfehler im Prüfling verursachten Stromes von einem durch eine anderweitige Störung verursachten Strom der zeitliche Verlauf des Stromanstieges in der Primärwicklung oder des Stromabfalles in der Sekun därwicklung des Transformators dient. Als Kriterium kann aber auch der zeitliche Verlauf sowohl des Stromanstieges in der Primärwicklung als auch des Stromabfalles in der Sekundärwicklung des Transformators dienen.

Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zunutze, daß bedingt durch die gegenseitige Abhängigkeit der primär- und sekundärseitigen Induktivität von den im Sekundärkreis fließenden Strom die Anstiegsdauer bzw.

die Abfalldauer des die Wicklung durchfließenden Stromes ein Maß für dessen Stärke ist. So verkürzt sich in einem Falle die Stromanstiegsdauer in der Primärwicklung, die normal 2 bis 4 Millisekunden beträgt, bei Auftreten eines Isolationsfehlers auf etwa 200 Mikrosekünden. Entsprechendes gilt für den Stromabfall in der Sekundärwicklung. Da ein Isolationsfehler einem Kurzschluß gleichkommt, dauert das Abklingen des Stromes erheblich länger als bei den gewöhnlichen Störungen.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es auch bei Messungen mit nur einer Meßelektrode eine Unterscheidung der Ursachen der Ströme erlaubt

Die erfindungsgemääe Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahren sieht vor, daß in dem Stromkreis der beobachteten Wicklung zwei antiparallele Photokoppler geschaltet sind, die dem in der beobachteten Wicklung fließenden Strom proportionale Signale erzeugen und diese galvanisch getrennt in eine Auswerteschaltung übertragen, in der die Stromhöhe gemessen und der zeitliche Verlauf des Stromanstieges bzw. -abfalles mit einem vorgegebenen Zeitnormal verglichen wird.

Ergibt sich durch Messung oder Vergleich, daß zum Beispiel der Stromanstieg in der Primärwicklung schneller verläuft als gewöhnlich bzw. der Stromabfall in der Sekundärwicklung wesentlich langsamer, so ist dies ein Zeichen für das Vorliegen eines Isolationsfehlers. Da die Photokoppler schon bei relativ kleinen Strömen ansprechen, wird somit ihre Leuchtintensität zum Maß für den fließenden Strom. Weil außerdem je nach der Flußrichtung des Stromes immer nur einer der beiden antiparallelen Photokoppler anspricht, ist eine Zuordnung der in beiden Kreisen auftretenden Stromanomalien möglich. Schließlich erlaubt die Verwendung von Photokopplern eine galvanische Trennung der Auswerteschaltung von der Hochspannungsseite der Vorrichtung.

Auch bei Einrichtung mit zwei vom Prüfling nacheinander zu durchlaufenden Meßelektroden wie sie in der DE-OS 25 00 438 beschrieben sind, kann mit Vorteil von der erfindungsgemäßen Vorrichtung Gebrauch gemacht werden. Die an beiden Elektroden ermittelten Zeitverläufe werden, soweit sie beide einen vorgegebenen Zeitwert überschreiten bzw. unterschreiten und damit das Vorliegen eines Isolationsfehlers anzeigen, in der Auswerteschaltung unter Einrechnung der Laufzeit des Prüflings von einer Elektrode zur anderen miteinander verglichen und bieten so die Möglichkeit, die in den Meßelektroden erfaßten Fehler als identisch zu bestimmen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Stromanstieges oder -abfalles über der Zeit der Impulsgeber abgeschaltet und die im Transformator gespeicherte magnetische Energie durch Kurzschluß der Primärwicklung abgeleitet.

Die Induktivität der Sekundärwicklung und die Kapazität des Prüflings gegen die Meßelektrode bilden einen Schwingkreis vorgegebener Frequenz. Damit tritt auch bei nicht durch Kurzschlüssen bedingten Entladungen ein Entladestrom auf, der als Wechselstrom mit der Frequenz des Schwingkreises abklingt. Je nach der Empfindlichkeit des Photokopplers und der nachfolgenden Schaltung führt dies zu einem Ansprechen eines Photokopplers für einen Teil der ihm zugeordneten Halbweile. Löst jedoch ein Kurzschluß bzw. Durchschlag den Entladestrom aus, so überschreitet die Ansprechzeit des betreffenden Photokopplers die Dauer einer Halbwelle und das Ansprechen des Photokopplers in der Umgebung des Nulldurchganges am Ende der Halbwelle ist ein Zeichen für das Vorliegen des zu erfassenden Fehlers und kann vorteilhaft und ohne Justierung den Zeitvergleich ersetzen. Als Zeitraum für die Beobachtung genügen je 10 Mikrosekunden beiderseits des Nulldurchganges.

Anhand der F i g. 1 sei das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei der Stromanstieg in der Primärwicklung des Transformators über der Zeit aufgetragen ist. Kurve 1 zeigt den normalen Stromverlauf, wenn kein Fehler in der Isolation oder Kurzschluß vorliegt Kurve 2 zeigt den Stromanstieg bei Vorliegen eines Isolationsfehlers und Kurve 3 bei Vorliegen eines Kurzschlusses, zum Beispiel be^:'-:; Anschneiden der Ader oder zufälliger Berührung der Meßelektrode. Bereits nach 200 Mikrosekunden kann also der Stromanstieg als Kennzeichen dafür dienen, ob ein Isolationsfehler vorliegt oder ein Kurzschluß, wobei im letzteren Fall der Impulsgeber abgeschaltet und der Transformator von der in ihm enthaltenen Energie durch Kurzschließen der Primärwicklung entladen werden muß.

Die Fig.2 zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung.

Der über die Seele geerdete Prüflung 4 durchläuft die Meßelektrode 5, die aus der Sekundärwicklung des Transformators 6 mit Impulsen aus dem Impusgeber 7 beaufschlagt wird. Der Stromanstieg wird als Spannungsabfall über dem Widerstand 8 gemessen, und zwar nur in einem Spannungsbereich, in dem die Kennlinien der antiparallel geschalteten Dioden 9 n'cht linear sind. In einer Auswerteschaltung 10 wird der Stromverlauf mit einem vorgegebenen Wert entsprechend 1 in F i g. 1 verglichen und bei Vorliegen eines Isolationsfehlers entsprechend 2 in Fi g. 1 Alarm gegeben. Kommt es zu einem Isolationsfehler oder einem Kurzschluß, so spricht je nach der Richtung des Kurzschlußstromes einer der antiparallel geschalteten Photokoppler 11 an. Dies bewirkt, daß die Auswerteschaltung 10 sowohl den Impulsgeber 7 ausschaltet als auch bei 12 die Primärwicklung des Transformators 6 kurzschließt.

An die Stelle der antiparallelen Photokoppler 11 kann auch, wie in F i g. 3 dargestellt, eine Brückenschaltung 12 mit nur einem Photokoppler 13 verwendet werden. Die Brücke 12 wird bei 14 (Fig.2) an den Transformator und der Kollektor 15 ihres Photokopplers an die Auswerteschaltung 10 (F i g. 2) angeschlossen.

Fig.4 zeigt, ein Ausführungsbeispiel mit zwei Meßelektroden 17 und 18, die von dem Prüfling 16 nacheinander durchlaufen werden. Die den Meßelektroden 17 und 18 zugeordneten Transformatoren 22 bzw. 23 liegen mit ih in Primärwicklungen in Reihe über 19 und 20 an einem Impulsgeber entsprechend 7 (Fig.2). Die Photokoppler entsprechend 11 (Fig.2} oder die Brücke nach Fig.3 werden an. d.e Leitung 21 angeschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche;

   J.Verfahren zum Feststellen von Isolationsfehlern an isolierten elektrisch leitenden Adern, bei dem die Ader eine oder zwei rohrförmige Meßelektroden durchläuft, die über Transformatoren mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daB als Kriterium zum Unterscheiden eines durch einen Isolationsfehler im Prüfling verursachten Stromes von einem nicht durch den Prüfling verursachten Strom der zeitliche Verlauf des Stromanstiegs in der Primärwicklung oder des Stromabfalles in der Sekundärwicklung des Transformators (6) dient
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium der zeitliche Verlauf sowohl des Stromanstiegs in der Primärwicklung als auch des Stromabfalles in der Sekundärwicklung des Transformators (6) dient.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anijjuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis der beobachteten Wicklung zwei antiparallele Photokoppler(ll) geschaltet sind, die dem in der beobachteten Wicklung fließenden Strom proportionale Signale erzeugen und diese galvanisch getrennt in eine Auswertschaltung übertragen, in der die Stromhöhe gemessen und der zeitliche Verlauf des Stromanstieges bzw. -abfalles mit einem vorgebenen Zeitnormal verglichen wird.
4. 4. VorrichJung nach Anspruch 3, mit zwei nacheinander vom Prüfling zu durchlaufenden Meßelektroden, von denen jede aus einem gesonderten Transformator gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß dk; an be.Jen Elektroden (17,18) ermittelten Zeiiverläuie, soweit sie beide einen vorgegebenen Zeitwert üben.jhreiten bzw. unterschreiten, in der Auswertschaltung unter Einrechnung der Laufzeit des Prüflings von einer Elektrode zur anderen miteinander verglichen werden.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Stromanstieges oder -abfalles über der Zeit der Impulsgeber 17) abgeschaltet und die im Transformator (6) gespeicherte magnetische Energie durch Kurzschluß der Primärwicklung abgeleitet wird.
6. 6. Vorrichtung nach 'Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (10) mit dem Einsetzen eines Entladestromes ein Zeitglied angeworfen wird, das in einem Zeitraum von wenigen Mikrosekunden um den ersten Nulldurchgang der Schwingung des aus der Induktivität der Sekundärwicklung und der Kapazität des Prüflings (4) gegen die Meßelektrode (5) gebildeten Schwingkreises die Beobachtung der Photokoppler (11) auslöst und bei Ansprechen eines Photokoppjers in diesem Zeitraum einen Fehler meldet.