DE963633C

DE963633C - Procedure for determining the currents caused by glow discharges in insulating materials

Info

Publication number: DE963633C
Application number: DEA9691D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Kirch
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-04-17
Filing date: 1941-04-17
Publication date: 1957-05-09

Description

Verfahren zur Feststellung der von Glimmentladungen in Isolierstoffen herrührenden Ströme Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Untersuchung und Feststellung der von Glimmentladungen in Isolierstoffen oder Isolierstoffanordnungen herrührenden zusätzlichen Ströme.Process for the determination of glow discharges in insulating materials originating currents The invention relates to a method of examination and determination of glow discharges in insulating materials or arrangements of insulating materials resulting additional currents.

Es ist bekannt, eine Brückenanordnung, wie sie beisNpiels.weise bei Wechsel spannungen für die Ausmessung elektrischer Felder Anwendung findet, für Stoß spannungen zu verwenden, wobei die Spannungsverteilung in einem zu untersuchenden, vom elektrischen Feld erfüllten Raum, mit der Spannungsverteilung an einem diesem Feld parallel liegenden Widerstand verglichen wird. Es handelt sich dabei also lediglich um die Untersuchung von elektrischen Feldern in Isolierstoffen mit einer Wanderwellenbrücke, wobei bei diesen Messungen streng darauf zu achten ist, daß keine Entladungen innerhalb des Feldraumes auftreten, da hierdurch das Meßergebnis stark beeinträchtigt wird. It is known to use a bridge arrangement, as is shown, for example, in AC voltages for the measurement of electrical fields is used for To use impulse voltages, whereby the stress distribution in a to be examined, The space filled by the electric field, with the voltage distribution on one of these Field parallel resistance is compared. So it's just a matter of to investigate electrical fields in insulating materials with a traveling wave bridge, with these measurements it is important to ensure that there are no discharges within of the field area, as this severely affects the measurement result.

Bei den weiterhin bekannten Verfahren mit Brückenanordnungen handelt es sich um Wechselstrommessungen, bei denen die mittels Stoßspannung erzielbaren Effekte nicht auftreten und daher für die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht verwendet werden können. In the still known method with bridge arrangements acts These are alternating current measurements in which the impulse voltage can be used Effects do not occur and therefore for the object on which the invention is based cannot be used.

Die Prüfung von Isolierstoffen oder Isolieranordnungen mit Stoß spannungen, abklingenden Wanderwellenzügen oder ähnlichen einmaligen Vorgängen erfolgt bislang so, daß die Spannung in Stufen gesteigert wird, bis der Prüfling durchschlagen wird. The testing of insulation materials or insulation arrangements with surge voltages, decaying Traveling wave trains or similar one-off processes has so far been carried out in such a way that the voltage is increased in stages until the test item is reached will penetrate.

Die Messung der Spannung erfolgt hierbei entweder mit einer Kugelfunkenstrecke oder mit einem Kathodenstrahl-Oszillographen. Die Messung der Spannung mit dem Kathodenstrahl-Oszillographen ist aufschlußreicher, weil sie zeigt, in welchem Zeitpunkt der Durchschlag erfolgt, d. h., ob der Prüfling bereits in der Stirn oder im Scheitel oder erst im Rücken der Stoßwelle durchschlagen wird. The voltage is measured either with a spherical spark gap or with a cathode ray oscilloscope. The measurement of the voltage with the cathode ray oscilloscope is more informative because it shows when the breakdown occurs, d. That is, whether the examinee is already in the forehead or in the top of the head or only in the back the shock wave penetrates.

Da die Prüflinge indessen stets eine kleine Rapazität, verglichen mit der des Prüfgenerators, aufweisen müssen, ist es verständlich, daß kleine Änderungen der elelktrischenEi.genschaften des Prüflings, insbesondere der Kapazität oder der Verluste, wie sie beispielsweise durch Vorentladungen hervorgerufen werden, in dem Oszillogramm nicht zum Ausdruck kommen können. Since the test specimens, however, always have a small rapacity compared with that of the test generator, it is understandable that small changes the electrical properties of the test object, in particular the capacity or the Losses, such as those caused by previous discharges, in the Oscillogram cannot be expressed.

Will man Einzelheiten erkennen, so ist es deshalb notwendig, andere Wege zu beschreiten. Ein solcher Weg ist beispielsweise die Messung des Objektstromes während des Stoßyorgangs mit Hilfe des Kathodenstrahloszillographen. If one wants to know details, it is therefore necessary to recognize others To tread paths. One such way is, for example, the measurement of the object current during the shock process with the aid of the cathode ray oscilloscope.

Dieses Verfahren läßt größere Entladungen, die dem Durchschlag vorangehen, insofern erkennen, als sich hierbei der Ladestromkurve, die bekanntlich die Differentialkurve der Spannungskurve ist, Stromkomponenten überlagern, welche den groben Vorentladungen entsprechen. This process allows larger discharges that precede the breakdown to the extent that this is the charging current curve, which is known to be the differential curve of the voltage curve, current components are superimposed on the rough pre-discharges correspond.

Es ist jedoch begreiflich, daß diese den Über-oder Durchschlag einleitenden Vorgänge in dem Oszillogramm nur dann erkennbar sind, wenn die Ströme, die durch diese Vorentladungen gegeben sind, eine Amplitude aufweisen, die angenähert vergleichbar mit der Amplitude der Ladeströme des ungestörten Prüflings ist. However, it is understandable that these initiate the breakdown or breakdown Processes in the oscillogram can only be recognized when the currents flowing through these pre-discharges are given, have an amplitude that is approximately comparable with the amplitude of the charging currents of the undisturbed DUT.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Störungen bereits in ihrem Beginn zu erkennen, d. h. schon dann, wenn ihre Amplitude klein ist im Vergleich zur Amplitude des Ladestromes, z. B. nur ein Hundertstel oder Tausendstel oder noch weniger davon beträgt. In contrast, the invention is based on the problem of the disturbances recognizable from the very beginning, d. H. even if their amplitude is small is compared to the amplitude of the charging current, e.g. B. only a hundredth or a thousandth or even less of it.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Prüflinge in einer an sich bekannten, bezüglich der Wechselstromwiderstände und möglichst auch der Phasenwinkel der einzelnen Widerstände abgeglichenen Brücken- oder brückenähnlichen Anordnung der Einwirkung von Stoßspannungen, abklingenden Wanderwellen, Schwingungszügen oder ähnlichen einmaligen Vorgängen unterworfen werden. This object is achieved in that, according to the invention, the test objects in a known per se, with regard to the alternating current resistances and if possible also the phase angle of the individual resistors balanced bridge or bridge-like Arrangement of the effects of impulse voltages, decaying traveling waves, vibrational trains or similar one-off processes.

Im Prinzip ist es gleichgültig, welche Art von Brücke gewählt wird. Beispielsweise können alle Brückenelemente Kapazitäten sein. Auch können in zwei Zweigen der Brücke, so wie es beispielsweise in der Schenngbrücke der Fall ist, Widerstände verwendet werden. Die Brücke kann bezüglich des Fehlwinkels abgeglichen sein. Man kann jedoch auch auf einen Fehlwinkelabgleich verzichten. In principle, it does not matter which type of bridge is chosen. For example, all bridge elements can be capacitors. Also can in two Branches of the bridge, as is the case, for example, in the Schenngbrücke, Resistors are used. The bridge can be adjusted with regard to the incorrect angle be. However, it is also possible to dispense with a misalignment adjustment.

Wenn man lediglich Unterschiede im Verhalten zweier äußerlich gleichartiger Objekte, beispielsweise zweier Kabeladern feststellen will, so kann man diese selbst in einer Brückenanordnung unmittelbar miteinander vergleichen. If one only sees differences in the behavior of two outwardly similar If you want to determine objects, for example two cable cores, you can do this yourself directly compare with each other in a bridge arrangement.

An Hand des letztgenannten Beispiels sei die Wirkungsweise erläutert. Die Figur zeigt die entsprechende Schaltung. Es sei angenommen, daß die beiden Adern die gleiche Kapazität, den gleichen Isolationswiderstand, die gleichen Verluste bis zu einer bestimmten Spannung aufweisen und daß von einer bestimmten Spannung ab in der einen Ader ein Glimmen auftritt, während die andere Ader noch glimmfrei bleibt. Werden zwei solche Kabeladern A1 L und A2 beispielsweise mit Hilfe der Widerstände R und R4 zu einer Brückenanordnung vereinigt, so ist die Spannung an den Brückenpunkten a und b so lange Null, bis die an die Brücke angelegte Spannung Glimmen an der einen der beiden Adern hervorruft, da gemäß obigen Angaben die Ladeströme bis zu dieser Spannung einander gleich sind und deshalb der Amplitude und dem zeitlichen Verlauf nach gleiche Spannungsabfälle in den Widerständen R5 und R4 hervorrufen. Erst wenn in der einen der beiden Kabeladern Entladungen einsetzen, d. h. also der Strom eine Verzerrung erleidet, stellt sich zwischen den Brückenpunkten a und b eine Spannung ein, die nach Amplitude und zeitlichem Verlauf ein genaues Charakteristikum der Störung allein darstellt. The mode of operation will be explained using the last-mentioned example. The figure shows the corresponding circuit. It is assumed that the two wires the same capacitance, the same insulation resistance, the same losses up to a certain voltage and that of a certain voltage from a glow in one vein while the other vein is still non-glowing remain. Are two such cable cores A1 L and A2, for example with the help of the resistors R and R4 combined in a bridge arrangement, so is the voltage at the bridge points a and b zero until the voltage applied to the bridge glows at one of them of the two cores, since according to the information above, the charging currents up to this Voltage are equal to each other and therefore the amplitude and the time course cause equal voltage drops in resistors R5 and R4. Only when discharges start in one of the two cable cores, d. H. so the current one Suffers distortion, a tension arises between the bridge points a and b one that is an exact characteristic of the Alone represents disorder.

Wenn man nur einen Anhaltspunkt für die Störungen ermitteln will, so kann man sich mit einem ballistischen Instrument als Nullinstrument begnügen. Wenn man jedoch einen tieferen Einblick in das Wesen der Störungen gewinnen will, so ist es angezeigt, einen Kathodenstrahloszillograpilen K als Nullinstrument zu benutzen. Um auch relativ schwache Störungen, d. h. den ersten Beginn der Entladungen, die letzten Endes zum Durchschlag führen, zu ermitteln, ist es angezeigt, vor den Oszillographen einen Verstärker V zu schalten. If you only want to determine a clue for the disturbances, so one can be content with a ballistic instrument as a null instrument. However, if you want to gain a deeper insight into the nature of the disturbances, so it is indicated to use a cathode ray oscilloscope K as a null instrument use. To avoid even relatively weak disturbances, i. H. the first onset of discharges, which ultimately lead to the breakdown, to determine it is indicated before the Oscillograph to switch an amplifier V.

Der Verstärkungsgrad muß je nach den Umständen so gewählt werden und kann etwa 102 bis Io4 betragen. Vorteilhaft ist es, einen möglichst verzerrungsfrei arbeitenden Verstärker zu verwenden, da nur dann eine genaue Deutung der Oszillogramme möglich ist.The degree of reinforcement must be selected depending on the circumstances and can be about 102 to Io4. It is advantageous to have one that is as distortion-free as possible to use a working amplifier, as only then an exact interpretation of the oscillograms is possible.

In der Zeichnung sind im übrigen der Stoßgenerator mit G, die Zündfunkenstrecke mit Z, die Meßfunkenstrecke mit AI bezeichnet. T ist ein Vorschaltwiderstand, der die Stirnsteilheit der Stoßspannungswelle bestimmt. W ist ein sehr hochohmiger Entladungswiderstand, dessen Größe bekenntlich maßgebend für den Rücken der Stoßwelle ist. Mit E ist die Erde bezeichnet. Der Kondensator C dient dazu, um die Brücke gegebenenfalls in bekannter Weise nicht nur bezüglich der Kapazität, sondern auch bezüglich des Verlustwinkels abzustimmen bzw. zu korrigieren. The drawing also shows the surge generator with G, the spark gap with Z, the measuring spark gap with AI. T is a series resistor that determines the face steepness of the surge voltage wave. W is a very high-ohmic discharge resistor, whose size is admittedly decisive for the back of the shock wave. With E is the Called earth. The capacitor C serves to make the bridge possibly in known Way not only in terms of capacity, but also in terms of loss angle to be coordinated or corrected.

Es empfiehlt sich, die Brücke, bevor man sie mit Stoß spannung betreibt, mit gewöhnlicher Wechselspannung abzustimmen. Die Brücke bedarf einer einwandfreien Abschirmung der einzelnen Brückenelemente. Dies erklärt sich daraus, daß bei der Stoßspannungsprüfung viel höhere Frequenzen wirksam werden als bei der gewöhnlichen Wechselspannungsprüfung. Symmetrie, d. h. A1 = A2 und R3 = R4, erleichtert die Erzielung eindeutiger Meßergebnisse. It is recommended that the bridge, before it is operated with surge voltage, to be tuned with ordinary alternating voltage. The bridge needs one impeccable Shielding of the individual bridge elements. This is explained by the fact that the Surge voltage test much higher frequencies are effective than with the ordinary AC voltage test. Symmetry, d. H. A1 = A2 and R3 = R4, makes it easier to achieve clear measurement results.

Sofern auf genaue Symmetrie und Vermeidung von kapazitiven Nebenanschlüssen geachtet wird, bietet das Arbeiten mit der Brücke erhebliche Vorteile. Der Hauptvorteil besteht darin, daß der Prüfling bei seiner Untersuchung nicht zerstört wird. Dies beruht darauf, daß das Verfahren gemäß der Erfindung bereits Vorläufer der eigentlichen Störung erkennen läßt, so daß die Prüfung abgebrochen werden kann, bevor die kritische Spannung erreicht wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist somit geeignet, auch fertige Anlagen zu prüfen. Es kann nicht nur bei neuen, sondern auch bei alten Anlagen und Einrichtungen angewendet werden, um einen Einblick in die Sicherheit der Anlage gegen Stoß spannungen zu gewinnen. Provided that there is exact symmetry and avoidance of capacitive auxiliary connections working with the bridge offers considerable advantages. The main advantage consists in that the test item is not destroyed during its examination. this is based on the fact that the method according to the invention already precursors of the actual Fault can be recognized so that the test can be aborted before the critical one Tension is achieved. The method according to the invention is thus suitable, too to check finished systems. It can not only work with new, but also with old systems and facilities are applied to provide insight into the safety of the facility to win against surges.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es die häufig gestellte Frage zu beantworten gestattet, bei welcher Stoßspannungsbeanspruchung eine Beschädigung der Anlage auch dann nicht zu erwarten ist, wenn die Stoßzahl unendlich groß wird. Another advantage of the procedure is that it is frequent to answer the question asked, at which surge voltage stress Damage to the system is not to be expected even if the number of impacts becomes infinitely large.

Das Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, genau die Auswirkung von Kanten, Abrundungen, dielektrischen Abdeckungen solcher Kanten und Abrundungen zu studieren, und gibt damit dem Konstrukteur Anregungen für die Gestaltung von Isolieranordnungen, wie z. B. Muffen, Endverschlüsse, Transformatoren usw. The procedure also offers the possibility of exactly the effect of edges, fillets, dielectric coverings of such edges and fillets to study, and thus gives the designer suggestions for the design of Isolation arrangements such. B. sleeves, terminations, transformers, etc.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for examining and determining the from glow discharges in insulating materials or arrangements of insulating materials additional currents, characterized in that the test items in a per se known, with regard to the alternating current resistances and, if possible, the phase angle the individual resistors balanced bridge or bridge-like arrangement the effect of surge voltages, decaying traveling waves, vibrational trains or similar one-off processes.

2. The method according to claim I, characterized in that as a zero instrument the bridge a cathode ray oscillograph with or without an upstream amplifier is used. ~~~~~~~ Publications taken into consideration: Archives f. Electrical engineering, Vol. 23, 1929/30, p.683ff; Vol. 28, 1934, pp. 783 to 789.