DE708300C - Einrichtung zur betriebsmaessigen UEberwachung des Isolationszustandes von elektrischen Maschinen und Apparaten - Google Patents

Description

• Einrichtung zur betriebsmäßigen Überwachung des Isolationszustandes von elektrischen Maschinen und Apparaten Man hatte sich früher bei der Beurteilung des Isolationszustandes von Maschinen und Apparaten mit der Messung des Isolationswiderstandes bzw. dem Anlegen derPrüfspannung begnügt. Beide Verfahren geben jedoch kein einwandfreies Bild über den - wirklichen Isolationszustand. Das wiederholte Anlegen der vollen Prüfspannung kann im Gegenteil die Isolation so stark verschlechtern, daß bei der normalen Betriebsspannung ein Durchschlag nach gewisser Zeit erfolgt. Nach neueren Untersuchungen kann man sich ein einwandfreies Bild über die Isolation dadurch machen, daß man die dielektrischen Verlustwinkel des betreffenden Isoliermaterials mißt.
• Die hierzu bisher bekannten Einrichtungen, insbesondere die Scheringsche Hochspannungsbrücke, weisen jedoch hinsichtlich der Erdungsmöglichkeiten verschiedene Nachteile auf, so daß diese Messungen in ihrer Anwendung auf die Laboratorien und Prüffelder beschränkt blieben.
• Es ist auch eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der eine Fehlwinkelnressung an verlegten Hochspannungskabeln mit Hilfe einer Brückenschaltung vorgenommen wird, deren einer Zweig über einen Spannungswandler an die Hochspannung angeschlossen ist. Diese bekannte Anordnung benötigt indessen einstellbare Blindwiderstände, insbesondere einstellbare Drosselspulen, die die Anordnung verhältnismäßig teuer und unübersichtlich gestalten und nur bei Verwendung von Blindwiderständen einer Sonderbauart eine genaue Messung ergeben.
• Ferner ist eine nach dem Prinzip der Schering-Brücke arbeitende Schaltung für die Fehlwinkelmessung bei Spannungswandlern bekannt. Es wird auch hier eine einstellbare Induktivität zur Abgleichung der Brücke verwendet. Für die betriebsmäßige Überwachung isolierter Leiter in Apparaten und Maschinen ist aber gerade die Verwendung von einstellbaren Wechselstromwiderständen nachteilig, da ihre Beschaffung mit erheblichen Kosten verbunden ist.
• Die Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser bekannten Einrichtungen. Sie besteht darin, daß in die Isolationsschicht des zu überwachenden Leiters in an sich bekannter Weise in der Nähe des Erdpotentials ein Meßbelag eingebettet wird, dessen Potential mittels einer herausgeführten Leitung mit eine* an einem Ohmschen Spannungsteiler abge-: griffenen Potential verglichen wird, wobei der Spannungsteiler über einen Spannungswandler von der an der zu überwachenden Isolation liegenden Hochspannung gespeist wird.
• Für die Anwendung auf die Nutisolation einer elektrischen Maschine ergibt sich beispielsweise das in Abb. I dargestellte Querschnittsbild. Nilit a ist die Wicklung, mit c das Eisen bezeichnet. Dazwischen liegt die Isolation, beispielsweise ein Mikanitrohr. Bei der Herstellung dieses Rohres wird kurz vor der Fertigstellung ein leitender Belag b eingewickelt und eine Anschlußleitung herausgeführt, zweckmäßig am Rohrende. Die vom Leiter a und dein Eisen c gebildete Kapazität Cat wird dadurch in die beiden in Reihe geschalteten Kapazitäten Cab und Cc unterteilt, und an der Kapazität CbÜ tritt ein Teil der Spannung Uae des Leiters a gegen Erde von der Größe Utc Ua Cab Cab + Cbc auf. Diese Spannung wird in der in Abb. 2 dargestellten Schaltung mit der von einem Spannungsteiler R abgegriffenen verglichen, wobei der Spannungsteiler von der Sekundärwicklung eines Spannungswandlers W gespeist wird, dessen Hochspannungswicklung einerseits an den zu überwachenden Leiter, andererseits an Erde angeschlossen ist. Wird das Übersetzungsverhältnis des Wandlers mit ü, der an Erde liegende Teil des Spannungsteilers mit Rl, sein Gesamtw derstand mit R bezeichnet, so ist die Teilspannung zwischen Erde und dem Abgriff des Spannungsteilers U1 = Uac . 1 . R1 . ü R Die Gleichgewichtsbedingung ist dann Utc UgoC oder Cab I R1 Uac Cab + Cbc = Uae u R Cab ~ R1 Cab + Cbc ü R Da der Meßbelag in der Nähe des Erdpotentionals angeordnet werden soll, damit seine Spannung gegen Erde klein bleibt, wird die Kapazität Ca klein gegen CZ,e, so daß in Annäherung gilt Cab ~ R1 Cbc - üR R Die abgeleiteten Bedingungen gelten unter der Voraussetzung, daß die Kapazitäten Ca und Cbc gleiche Verlustwinkel haben. Da beide den gleichen Isolierstoff enthalten und gleichartig aufgebaut sind, ist diese Bedingung im allgemeinen erfüllt. Kleine Unterschiede können durch einen sehr kleinen Kondensator, zu zu dem Teil R1 des Spannungsteilers R parallel geschaltet wird, ausgeglichen werden.
• Wenn der Verlustwinkel der Teilkapazität Cab größer ist als der von Cbr, kann auch zu Cbc ein Ohmscher Widerstand parallel geschaltet werden. Wenn aber an irgendeiner schwachen Stelle im Laufe der Zeit eine Zerstörung des Isolierstoffes einsetzt,sowird die Abgleichung der Schaltung gestört, und das im Nullzweig eingeschaltete Instrument zeigt einen Ausschlag.
• Wird als Nullinstrument ein Relais eingeschaltet, so erhält man auf diese Weise einen äußerst empfindlichen und selektiv wirkenden Erdschlußschutz. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß er nicht erst bei bereits zerstörter Isolation, also bei Erdschluß anspricht, sondern schon dann, wenn die Isolation angefressen ist, also der tatsächliche Durchschlag in einiger Zeit zu erwarten ist.
• Aus mechanischen Gründen muß der Zwischenbelag b (Abb.I) einen gewissen Abstand von der äußeren Oberfläche haben. Da die Gesamtstärke der Isolation bei hochwertigen Materialien nicht sehr groß zu sein braucht, ergibt sich unter Umständen, daß die Spannun des eingebetteten Meßbelages gegen Erde verhältnismäßig hoch ist. In diesem Falle kann man durch Parallelschaltung eines weiteren Kondensators zu Cbr die Spannung be liebig herabsetzen. Die Abgleichmöglichkeit bleibt gewahrt, wenn dieser Kondensator den gleichen Verlustwinkel hat wie Cab und Cbc.
• Ist dies nicht der Fall, so muß man einen Kondensator mit kleinerem Verlustwinkel als die zu überwachende Isolation wählen und diesem einen kleinen Widerstand vorschalten.
• Unter Umständen kann auch ein großer Widerstand parallel geschaltet werden. Man erzielt mit dieser Anordnung den weiteren Vorteil, daß auch etwaige gleichmäßige Veränderungen der zu überwachenden Isolation in beiden Teilkapazitäten sich in einer Störung des Nullabgleiches bemerkbar machen.
• Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebene Anordnung zur Überwachung der Nutenisolation von Maschinen beschränkt, sie kann sinngemäß auch für den Schutz von Transformatoren und anderen Hochspannungsapparaten angewendet werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur betriebsmäßigen Überwachung des Isolationszustandes elektrischer Maschinen und Apparate durch Überwachung des dielektrischen Verlustwinkels der aus dem zu überwachenden Leiter und dem Gehäuse gebildeten Kapazität in einer Brückenschaltung, deren einer Zweig über einen Spannungswandler an die Hochspannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt an der Hochspannung liegende Brückenzweig aus der Reihenschaltung der Kapazität eines in die Isolation des zu prüfenden bzw. zu überwachenden Leiters eingebetteten Meßbelages gegen Erde mit der Kapazität dieses Meßbelages gegen den Leiter gebildet wird, während der an der Unterspannungsseite des Spannungswandlers liegende Zweig lediglich aus einem Spannungsteiler mit einstellbarem Ohmschen Widerstand besteht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Kapazität des Meßbelages gegen Erde weitere getrennte Kondensatoren, gegebenenfalls in Reihe mit regelbaren Ohmschen Widerständen, geschaltet sind.