DE4437355C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Polarisationseigenschaften von Isolierungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Polarisationseigenschaften von Isolierungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Polarisationseigenschaften von Isolierungen, insbesondere zur Charakterisierung des Alterungszustandes von Kabelisolierungen. Dazu wird das bekannte physikalische Phänomen der Nachladung und Relaxation dielektrischer Materialien meßtechnisch erfaßt und im Hinblick auf die Zustandsbeurteilung quantifiziert.
Zur besseren Bewertung der dielektrischen Eigenschaften von Isolierungen wird unter anderem die Rückkehrspannung (return voltage, recovery voltage) gemessen. Der Prüfling wird aufgeladen, kurzgeschlossen und die danach erfolgende Spannungserhöhung über der Zeit gemessen und ausgewertet. Nach dem Kurzschluß steigt die Spannung im Prüfling wieder an und nähert sich im Verlauf der sogenannten Relaxationszeit asymptotisch einem Grenzwert. Auf den Verlauf und die Höhe der Rückkehrspannung haben sowohl die Stoffeigenschaften als auch das Volumen des Prüflings Einfluß. Gute Isoliereigenschaften sind an kurzen Relaxationszeiten erkennbar. Bei gleichen Isoliereigenschaften vergrößert sich die Rückkehrspannung mit dem Volumen.
Um die Volumenbezogenheit zu berücksichtigen wird nach Nemeth (Nemeth, E. Proposed fundamental characteristics describing dielectric processes in dielectries. Periodica Polytechnica, Budapest 15 (1971), Nr. 4, S. 305-322) die Steilheit des Anstiegs der Rückkehrspannung zu Beginn der Relaxationszeit und die maximale Rückkehrspannung gemessen und ausgewertet. Diese Methode führt zu sicheren und vergleichbaren Aussagen über die dielektrischen Eigenschaften der Isolierungen, sie ist aber relativ aufwendig und insofern in der Genauigkeit begrenzt, als der Anstieg nur bei hoher Auflösung des Kurvenverlaufs ausreichend genau gemessen werden kann und im übrigen die Rückkehrspannung nicht streng nach einer e-Funktion ansteigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gut reproduzierbares Meßverfahren zur Charakterisierung der dielektrischen Eigenschaften von Isolierungen anzugeben, das mit geringem Schaltungsaufwand realisierbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen genannten und in den Ausführungsbeispielen näher erläuterten Mitteln gelöst.
Es wurde gefunden, daß das Verhältnis der maximalen Polarisationsladung, die sich vom Prüfobjekt nach dem Kurzschließen auf einem Polarisationskondensator ansammelt, zu der beim Kurzschluß des Prüfobjekts auf einen Meßkondensator und den Polarisationskondensator abfließenden Hauptladung die dielektrischen Eigenschaften der Isolierungen ebenso gut charakterisiert, wie die nach Nemeth gemessenen Parameter der Rückkehrspannung, wobei nur noch eine Kennzahl angegeben werden muß. Diese Kennzahl kann in Analogie zum Verlustfaktor mit Polarisationsfaktor bezeichnet werden. Sie ist, wie im nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher gezeigt wird, in einfacher Weise meßbar. Beim Einsatz von Elektrometerverstärkern zum Messen der Spannungen und einer relativ hohen Kapazität des Meßkondensators gegenüber der des Prüfobjekts kann der Meßfehler sehr klein gehalten werden.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und
Fig. 2 den Spannungsverlauf über der Zeit.
Das Prüfobjekt 1 ist über einen Umschalter 2 zum einen mit einem Prüfspannungsgenerator 3 und zum anderen mit einer Meßeinrichtung verbindbar. Die Meßeinrichtung besteht aus zwei parallel zum Prüfobjekt 1 geschalteten Kondensatoren, einem Meßkondensator 4 mit der Kapazität CM und einem Polarisationskondensator 6 mit der Kapazität CP. Der Meßkondensator 4 kann mit einem Betriebsartenschalter zu- bzw. abgeschaltet und mit einem Resetschalter 10 kurzgeschlossen werden. Die Spannung UM des Meßkondensators 4 liegt über einem Elektrometerverstärker 7 und die Differenz zwischen der Spannung UP des Polarisationskondensators 6 und der Spannung UM des Meßkondensators 4 liegt über einem Differenzelektrometerverstärker 9 an. Die Ausgangssignale des Elektrometerverstärkers 7 und des Differenzelektrometerverstärkers 9 sind mit den Eingängen einer Rechenschaltung 8 verbunden, in der die Spannungen in Ladungen umgerechnet werden.
Das Ersatzschaltbild des Prüfobjekts 1 zeigt in einfacher Form die Parallelschaltung einer Kapazität C′O mit einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand R′P und einer weiteren Kapazität C′P mit der Zeitkonstante τP.
Zum Zeitpunkt t₀ wird das Meßobjekt über eine Zeit T₁ auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen (Spannungsverlauf u₁(t). In dieser Zeit liegt der Umschalter 2 am Pol P₁ an. Das Meßobjekt ist mit dem Generator 3 verbunden. Nach Erreichen der vorgewählten Prüfspannung wird die Entladephase (Zeitintervalle T₂ und T₃) eingeleitet. Während T₂ liegt der Umschalter 2 an P₂ und der Betriebsartenschalter 5 an P₁, d. h., das Prüfobjekt 1 ist sowohl mit dem Meßkondensator 4 als auch mit dem Polarisationskondensator 6 verbunden. Mit dem Elektrometerverstärker 7 wird die Spannung UM gemessen. Sie ist der bis zum Zeitpunkt t₂ aus dem Prüfobjekt 1 abgefließenden Hauptladung QM proportional. Die wird in der Rechenschaltung 8 ermittelt gemäß:
QM = (CM + CP) * UM (1)
Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₂ erfolgt die Freischaltung des Meßkondensators 4, indem der Betriebsartenschalter 5 in die Position P₂ gebracht wird, so daß nunmehr nur noch der Polarisationskondensator 6 mit dem Prüfobjekt 1 verbunden ist. Der Differenzelektrometerverstärker 9 erfaßt während der Zeit T₃ den Verlauf der Rückkehrspannung UP. Zum Zeitpunkt t₃ ist der Ladungsausgleich zwischen Prüfobjekt 1 und Polarisationskondensator 6 nahezu abgeschlossen. Die maximale Polarisationsladung QP wird in der Rechenschaltung ermittelt:
QP = CP * UP (2)
Das die Isolierstoffalterung charakterisierende Verhältnis von Polarisationsladung QP zur Hauptladung QM wird in der Rechenschaltung 8 unter Berücksichtigung der Gleichungen (1) und (2) wie folgt berechnet:
Vor der nächsten Messung müssen die sowohl auf dem Meßkondensator 4 als auch auf dem Polarisationskondensator 6 gespeicherten Ladungen abgeleitet werden. Dazu wird der Resetschalter 10 geschlossen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Messung der Polarisationseigenschaften von Isolierungen durch Aufladen des Prüfobjekts, Kurzschließen der Klemmen und anschließendes Messen der Rückkehrspannung, gekennzeichnet dadurch, daß die vom geladenen Prüfobjekt (1) während des Kurzschließens über einen Meßkondensator (4) und einem zu diesem parallelgeschalteten Polarisations­ kondensator (6) abfließende Hauptladung QM und die nach Abtrennen des Meßkondensators (4) sich vom Prüfobjekt (1) auf dem Polarisationskondensator (6) ansammelnde maximale Polarisationsladung QP gemessen bzw. ermittelt werden und das Verhältnis der maximalen Polarisationsladung QP zur Hauptladung QM als Maß für die dielektrische Charakterisierung des Prüflings verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kapazität des Meßkondensators (4) wenigstens 100-fach größer als die Kapazität des Prüfobjekts (1) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kapazität des Polarisationskondensators (6) höchstens gleich der des Meßkondensators (4) ist.
4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 mit einem Generator zum Aufladen des Prüfobjekts und Mitteln zum Kurzschließen, gekennzeichnet dadurch, daß parallel und einzeln zum Prüfobjekt (1) ein Meßkondensator (4) und ein Polarisationskondensator (6) zuschaltbar und Mittel zur Messung der Ladungen bzw. Ladungsänderungen über den beiden Kondensatoren vorgesehen sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zum Meßkondensator (4) und über dem Polarisationskondensator (6) in Differenz zum Meßkondensator (4) Voltmeter (7 und 9) geschaltet sind, deren Ausgänge an einer Rechenschaltung (8) zur Ermittlung der Ladungen (QP bzw. QM) anliegen.
DE19944437355 1994-10-19 1994-10-19 Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Polarisationseigenschaften von Isolierungen Expired - Lifetime DE4437355C2 (de)

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EP2806279A1 (de) 2013-05-22 2014-11-26 Hagenuk KMT Kabelmesstechnik GmbH Messverfahren mit einer Messvorrichtung zur Kabeldiagnose und/oder zur Kabelprüfung
WO2020088716A1 (de) 2018-11-02 2020-05-07 Klaus Faber AG VERFAHREN ZUR ELEKTRISCHEN MESSUNG UND VERWENDUNG EINER MESSTECHNIK ZUR BESTIMMUNG DES VERSCHLEIßZUSTANDES VON ELEKTRISCHEN LEITUNGEN, SOWIE KABELVERSCHLEIßZUSTANDSMESSVORRICHTUNG
DE102018127444A1 (de) 2018-11-02 2020-05-07 Klaus Faber AG Verfahren zur elektrischen Messung des mechanischen Verschleißzustandes von elektrischen Leitungen, insbesondere von isolierten elektrischen Leitern, sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens

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