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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.