DE3909020A1 - Elektrisches pruefgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Prüfgerät und ins­ besondere ein Prüfgerät zur Isolationsprüfung.

Es ist regelmäßig notwendig, das Isolationsvermögen von Komponenten zu prüfen, die in gefährlicher Umgebung, wie unter Tage im Bergbau, eingesetzt werden. Zum Beispiel muß das Isolationsvermögen von Schleppkabeln geprüft werden, die bewegliche Maschinen mit Energie versorgen, um sicher­ zugehen, daß sie keine Beschädigungen aufweisen.

Ein Gerät wurde während vieler Jahre zum Prüfen von Isolie­ rung im Bergbau eingesetzt. Dieses Gerät weist einen Span­ nungsgenerator auf, der 500 Volt an zwei Anschlüssen er­ zeugt, die über bewegliche Leitungen mit der zu prüfenden Isolation verbunden werden. Von der Bedienungsperson wird ein Tastschalter betätigt, mittels dessen die Spannung erzeugt wird, und ein Zeigermeßgerät erzeugt einen Ablese­ wert, der langsam abfällt, bis ein vorbestimmter Wert er­ reicht oder überschritten wird, wenn die Isolierung aus­ reichend gut ist. Wenn der Zeiger nicht absinkt oder nicht genügend absinkt, wird eine fehlerhafte Isolation angezeigt. Wenn der Tastschalter losgelassen wird, wird die Kapazität der zu prüfenden Isolation automatisch entladen. Um den Prüfvorgang bei mehreren zu prüfenden Gegenständen zu be­ schleunigen, ist es üblich, dieses Gerät in einer äußerst gefährlichen Weise zu benutzen, die nicht mit den Erforder­ nissen der Eigensicherheit im Einklang steht. (Die Eigen­ sicherheit betrifft ein Bündel von technischen Maßnahmen und Auslegungskriterien, das die Minimierung oder Verhinde­ rung der Gefahren durch Hochspannung in gefährlicher Um­ begung zum Ziel hat.) Der Tastschalter wird in seiner Aus­ löseposition gehalten oder festgeklemmt, um die Prüfspannung permanent zu erzeugen. Die beweglichen Leitungen werden dann nacheinander mit jeder Isolierung verbunden und dort belassen, bis ein befriedigender Ablesewert vorliegt, bevor sie zur nächsten Isolation weiterbewegt werden. Dies führt zu zwei Gefahrenquellen. Zunächst führt das Herumbewegen der mit einer Hochspannung beaufschlagten beweglichen Lei­ tungen zu Gefährdungen durch elektrischen Schock, obgleich die Spannungsquelle normalerweiswe "eigensicher" ist. Zum zweiten werden die Komponenten, die geprüft worden sind, nach dem Prüfvorgang nicht entladen und bleiben daher mit einer Restladung von 500 Volt beaufschlagt. Ihre große Kapazität und die Hochspannung bedeuten, daß die geladenen Komponenten nicht eigensicher sind, sondern tatsächlich extrem gefährlich.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nach­ teile des Standes der Technik zu beseitigen oder zu ver­ ringern.

Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Prüfgerät zur Isola­ tionsprüfung vorgesehen, mit einer Spannungsquelle zur Beaufschlagung einer zu prüfenden Isolation mit einer Prüfspannung, mit Meßmitteln, die während des Betriebs der Spannungsquelle Parameter erfassen, die die Bestimmung des Widerstandswerts der Isolation ermöglichen, mit Ent­ ladungsmitteln zur Entladung einer durch die Isolation gebildeten Kapazität, wobei die Entladungsmittel nach Be­ endigung der Zuführung der Testspannung von seiten der Spannungsquelle betätigt werden, und mit Wiedergabemitteln zum Anzeigen des aus den Parametern ermittelten Widerstands­ werts, wobei diese Wiedergabemittel den Widerstandswert erst dann anzeigen, nachdem die Entladungsmittel die Kapa­ zität im wesentlichen ganz entladen haben.

Vorzugsweise ist die Spannungsquelle in Abhängigkeit einer ersten manuellen Betätigungsvorrichtung einschaltbar und stellt die Testspannung während einer Verlängerungsperiode nach dem Loslassen der manuellen Betätigungsvorrichtung weiterhin zur Verfügung, wobei die Meßmittel während der Verlängerungsperiode eingeschaltet sind. Die Meßmittel sind vorzugsweise nur während der Verlängerungsperiode eingeschaltet. Die Meßmittel sind vorzugsweise nur einmal bei jeder Betätigung der ersten manuellen Betätigungsvor­ richtung einschaltbar. Die Verlängerungsperiode kann aus­ reichend kurz sein, um im wesentlichen ein Abtrennen der Spannungsquelle von der zu prüfenden Isolierung während der Verlängerungsperiode zu verhindern. Die Dauer der Ver­ längerungsperiode beträgt im wesentlichen 150 ms.

Das Gerät weist vorzugsweise eine zweite manuelle Betätigungs­ vorrichtung auf, durch die der Beginn einer Steuerperiode auslösbar ist, während der die Spannungsquelle manuell zur Erzeugung der Prüfspannung einschaltbar ist, wobei die Einschaltung der Spannungsquelle außerhalb der Steuer­ periode gesperrt ist. Die Dauer der Steuerperiode beträgt im wesentlichen 10 Sekunden.

Das Gerät kann weiterhin Mittel zur Messung von Spannungen und/oder Strömen an Prüfanschlüssen zur Wiedergabe auf den Wiedergabemitteln aufweisen. Die Prüfanschlüsse können zusätzlich zu den Anschlüssen vorgesehen sein, über die die Prüfspannung an die Isolation gelegt wird.

Die Prüfspannung ist vorzugsweise die Arbeitsspannung der zu prüfenden Isolation. Die Prüfspannung kann 1 kV über­ steigen und im wesentlichen 1,1 kV betragen.

Das Gerät kann Steuermittel aufweisen zum Ein- und Aus­ schalten der Spannungsquelle, der Meßmittel, der Entladungs­ mittel und der Wiedergabemittel in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Ablauffolge.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geräts wird nachfolgend genauer anhand nur eines Ausführungsbei­ spiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Schaltung des Geräts und

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs­ weise des Geräts zeigt.

Das elektrische Prüfgerät 10 dient zur Isolationsprüfung. Dieses Gerät 10 enthält eine Spannungsquelle 12 zur Beauf­ schlagung der zu prüfenden Isolation mit einer Prüfspannung. Die Spannung wird über Isolations-Prüfanschlüsse 14 zuge­ führt. Meßmittel 16 enthalten einen Meßkreis 18 sowie Anbau­ vorrichtungen, die ein Display 20 und eine Signal-Abtast­ schaltung 32 aufweisen. Die Meßmittel 16 sind bei einge­ schalteter Spannungsquelle 12 zur Messung von Parametern in Betrieb, die die Bestimmung des Widerstands der zu messen­ den Isolation ermöglichen. Entladungsmittel 22 dienen zur Entladung einer durch die Isolation gebildeten Kapazität nach Beendigung der Einwirkung der Prüfspannung durch die Spannungsquelle 12. Das Display 20 dient zum Anzeigen des Widerstandswerts, der aus den Parametern gewonnen wird. Das Display zeigt den Widerstandwert erst dann an, wenn die Kapazität der zu prüfenden Isolation im wesentlichen vollständig durch die Entladungsmittel 22 entladen worden ist.

Die verschiedenen Komponenten des Prüfgeräts 10 werden von einer Mikroprozessor-Steuervorrichtung 24 gesteuert. Die Steuervorrichtung 24 ist mit zwei manuellen Steuer­ schaltern 26, 28 verbunden. Der erste Schalter 26 ist ein Bereichsschalter zur Steuerung der Funktion des Prüfgeräts 10 und des Meßkreises 18 und wird im folgenden beschrieben. Der zweite Schalter 28 ist der Isolationsprüfschalter, der den Isolationsprüfvorgang steuert, und wird ebenfalls im folgenden beschrieben.

Die Steuervorrichtung 24 ist mit der als Hochspannungs­ generator ausgebildeten Spannungsquelle 12 verbunden, um diese zur Erzeugung der als Prüfspannung verwendeten Hoch­ spannung zu veranlassen. Die Testspannung wird an die Iso­ lations-Prüfanschlüsse 14 angelegt. Die Spannungsquelle 12 teilt der Steuervorrichtung 24 ständig die den Anschlüssen 14 zugeführte Ausgangsspannung mit. Der Entladungsstromkreis 22 ist parallel zur Spannungsquelle 12 und zu den Isolations- Prüfanschlüssen 14 geschaltet und wird von der Steuervor­ richtung 24 gesteuert, um die Anschlüsse 14 bei Erfordernis kurzzuschließen. Die Signal-Abtastschaltung 32 ist mit den Prüfanschlüssen 14 verbunden und wird von der Steuer­ vorrichtung 24 gesteuert und veranlaßt, Ablesungen vorzu­ nehmen, die die Berechnung des Widerstandes der zu prüfen­ den Isolation gestatten. Diese Ablesungen werden durch eine Bereichsschaltung 34 zum Meßkreis 18 bei Erfordernis zurückgeführt. Der Meßkreis 18 steuert das Display 20 über eine Verbindungsleitung 36, so daß eine Wiedergabe der Prüfergebnisse erfolgen kann.

Ein Signalsteuerkreis 38 erhält seine Anweisungen von der Steuervorrichtung 24 über eine Verbindungsleitung 40 und steuert das Display 20 nacheinander in der Weise, daß dieses die Meßeinheiten und die durchgeführte Funktion anzeigt.

Die Bereichsschaltung 34 ist zusätzlich mit zwei Meßanschlüs­ sen 44 verbunden, die für andere Prüffunktionen verwendet werden. Die Steuervorrichtung benutzt Verbindungsleitungen 46 und 48 zur Steuerung des Betriebs des Meßkreises 18 und der Bereichsschaltung 34 entsprechend dem Prüf- oder Meßvorgang, der auszuführen ist.

Eine Stromversorgungseinheit 50, wie z.B. eine Batterie, liefert die Betriebsspannung für die Komponenten des Geräts, allerdings ist nicht der komplette Satz der von der Strom­ versorgungseinheit 50 ausgehenden Versorgungsleitungen im Interesse der Klarheit in Fig. 2 dargestellt.

Die Wirkungsweise des Geräts bei der Verwendung zur Isola­ tionsprüfung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden, die ein Zeitdiagramm mit horizontaler Zeitachse darstellt. Jede horizontale Linie stellt eine unterschiedliche Funktion des Geräts oder eines Teils des Geräts dar, und die kreuzschraffierten horizontalen Balken repräsentieren diejenige Periode, während der diese Funktion abläuft.

Der Prüfvorgang beginnt mit der manuellen Betätigung des Bereichsschalters 26. Dieser wird betätigt, um die Steuer­ vorrichtung 24 zu informieren, daß eine Isolationsprüfung erforderlich ist. Das Gerät arbeitet zusätzlich als Vielfach­ meßgerät (Multimeter), wie dies noch beschrieben wird, und es ist daher erforderlich, den Bereichsschalter 26 mehrere Male zu betätigen, um die Isolations-Prüffunktion unter anderen Wahlmöglichkeiten auszuwählen. Der Signal­ steuerkreis 38 zeigt die augenblicklich ausgewählte Wahl­ möglichkeit an, indem ein geeignetes Symbol auf dem Dis­ play 20 wiedergegeben wird. Sobald die Isolations-Prüf­ funktion ausgewählt worden ist, beginnt die Steuervorrich­ tung mit der Festlegung einer Steuerperiode. Wenn der Isola­ tions-Prüfschalter 28 nicht bis zum Ende dieser Steuerperiode betätigt worden ist (die ungefähr 10 Sekunden dauern kann), wird die Isolations-Prüffunktion so behandelt, als wenn sie nicht mehr ausgewählt wäre, und die Vorrichtung schaltet ab. Die Steuerperiode wird durch den oberen horizontalen Balken in Fig. 2 wiedergegeben.

Wenn jedoch der Isolations-Prüfschalter 28 vor dem Ablauf der Steuerperiode betätigt wird (wie dies durch den zweiten horizontalen Balken in Fig. 2 dargestellt ist), wird eine Folge von Vorgängen zur Prüfung der Isolation ausgelöst. Die Steuervorrichtung 24 schaltet die Spannungsquelle 12 ein, um eine Prüfspannung an den Anschlüssen 14 für eine Zeitperiode zu erzeugen, die durch den dritten Balken in Fig. 2 dargestellt ist. Die Prüfspannung ist vorzugsweise die Arbeitsspannung des zu prüfenden Bauteils. Für den Gebrauch im Bergbau kann diese wenigstens 1 kV betragen, z.B. 1,1 kV. Die Verwendung der Arbeitsspannung erlaubt die Ausführung einer schärferen und genaueren Prüfung der Isolation, als dies bisher möglich war. Das Risiko, daß die Isolation mit befriedigenden Resultaten geprüft wird und dann bei einer höheren Arbeitsspannung durchbricht, wird dadurch beseitigt.

Die Spannungsquelle 12 enthält einen Serienwiderstand, um die Ausgangsspannung bei Strombelastung abfallen zu lassen, wodurch die Spannungsquelle eigensicher gemacht wird. Zunächst wird die an den Anschlüssen 14 angelegte Spannung niedrig sein und steigt dann zu ihrem vollen Wert an, während die Kapazität der Isolation aufgeladen wird. Das die Isolationsprüfung darstellende Symbol wird auf dem Display 20 angezeigt, bis die Spannungsquelle 12 der Steuervorrichtung meldet, daß die volle Spannung erreicht und die Kapazität aufgeladen ist. Das Symbol erlischt dann, und der Steuerschalter 28 wird von der Bedienungsperson betätigt. Dieser Zeitpunkt stellt den Beginn einer Ver­ längerungsperiode dar, die durch die beiden vertikalen Linien 52 in Fig. 2 wiedergegeben ist. Die Erzeugung der Testspannung wird durch die Betätigung des Steuerschalters 28 nicht beendet, sondern setzt sich während der gesamten oder teilweisen Verlängerungsperiode fort, die ungefährt 150 ms betragen kann. Während der Verlängerungsperiode wird die Signal-Abtastschaltung 32 (dargestellt durch den vierten Balken) zur Erfassung der Spannungs- und Stromwerte eingesetzt, um die Berechnung des Widerstands der Isolation zu ermöglichen. Die erfaßten Werte werden zum Meßkreis 18 zurückgegeben, der die erforderlichen Berechnungen durch­ führt. Zu diesem Zeitpunkt zeigt das Display 20 die berech­ neten Ergebnisse nicht an. Am Ende der Verlängerungsperiode betätigt die Steuervorrichtung 24 den Entladungsstromkreis 22 für das Kabel (der fünfte Balken in Fig. 2), um die Prüfanschlüsse kurzzuschließen und die Isolation zu ent­ laden. Alternativ hierzu kann eine gesteuerte Entladung anstelle eines Kurzschließens durchgeführt werden. Hat die Steuervorrichtung 24 einmal den Entladungsstromkreis 22 betätigt, so weist er den Meßkreis an, die Ergebnisse der Isolationsprüfung wiederzugeben (der sechste Balken in Fig. 2). Diese können durch Wiedergabe eines Widerstands­ werts in einer geeigneten Einheit angezeigt werden oder durch ein einfacheres Display, das anzeigt, ob die Isolation ausreichend ist oder nicht. Das Ergebnis wird für eine angemessen lange Wiedergabeperiode angezeigt, kann jedoch durch eine weitere Betätigung des Bereichsschalters 26 unterbrochen werden, um den Beginn anderer Funktionen auszu­ lösen, oder durch weitere Betätigung des Isolations-Prüf­ schalters 28. Dies gestattet die Aufnahme verschiedener Prüfwerte von derselben Isolation, ohne die Prüfanschlüsse 14 zu lösen.

Die weiteren verfügbaren Funktionen können übliche Multi­ meterfunktionen einschließen, wie die Spannungs- und Strom­ erfassung, die mittels der Bereichsschaltung 34 über die Meßanschlüsse 44 vorgenommen und vom Meßkreis 18 durchge­ führt werden, um auf dem Display 20 wiedergegeben zu werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß das Ergebnis der Isolationsprüfung nicht vor Betätigung des Entladungsstromkreises 22 dem Benutzer verfügbar wird, um die Isalation sicher zu machen. Erst dann kann der Be­ nutzer das Ergebnis der Prüfung feststellen. Jedesmal, wenn der Isolations-Prüfschalter 28 betätigt wird, kann nur ein Meßwert erhalten werden, und das Gerät kann daher nicht dadurch mißbraucht werden, daß der Steuerschalter 28 gedrückt gehalten wird, während die Prüfanschlüsse 14 zwischen verschiedenen Vorrichtungen umgesetzt werden. Es besteht daher kein Anreiz, die Prüfanschlüsse während der Verlängerungsperiode zu lösen, während sie stromführend an der Prüfspannung anliegen. Darüber hinaus ist die Ver­ längerungsperiode ausreichend kurz, so daß dies nicht möglich ist, oder wenn es möglich ist, daß dies nicht eine unakzeptable Gefahr darstellt.

Variationen und Modifikationen des beschriebenen Geräts können ohne Abweichung vom Geist und Schutzumfang der vor­ liegenden Erfindung durchgeführt werden. Insbesondere könnten andere Komponenten und andere Zusammenstellungen von Kompo­ nenten verwendet werden, um ein Gerät zu schaffen, das im wesentlichen in derselben Weise arbeitet, wie dies be­ schrieben wurde. Das Zeitdiagramm, gemäß dem das Gerät arbeitet, könnte verändert werden insbesondere könnten die Längen der anfänglichen Steuerperiode und der Verlängerungsperiode verändert werden.

Das vorstehend beschriebene Gerät ist in erster Linie für den Gebrauch als Handprüfgerät vorgesehen, das zur Prüfung einer Vielzahl von verschiedenen Dingen verwendet werden kann. Ein erfindungsgemäßes Gerät könnte jedoch auch per­ manent in einem Teil einer Vorrichtung eingebaut sein, deren Isolation eine periodische Prüfung erfordert,und kann sogar so ausgebildet sein, daß es automatisch in regel­ mäßigen Intervallen arbeitet. Für das Prüfgerät können Maßnahmen vorgesehen sein, um einen geeigneten Teil einer Anlage außer Betrieb zu setzen, wenn eine Isolationsprüfung eine unzureichende Isolation erkennen läßt, und ein Alarm kann ebenfalls ausgelöst werden. Es ist vorgesehen, daß ein erfindungsgemäßes Prüfgerät in einem Anschlußkasten eingebaut wird, von dem aus sich Kabel zu verschiedenen Teilen einer Anlage erstrecken, und es könnte dazu verwendet werden, die Isolation jedes Kabels automatisch und sequentiell zu prüfen und dann jedes fehlerhafte Kabel abzutrennen.

Während in der vorstehenden Beschreibung versucht wurde, die Aufmerksamkeit auf solche Merkmale der Erfindung zu richten, die als besonders wichtig angesehen werden, so ist es doch selbstverständlich, daß der Anmelder Schutz begehrt im Hinblick auf jedes patentfähige Merkmal oder eine Kombination von Merkmalen, auf die vorstehend Bezug genommen und/oder die in den Zeichnungen dargestellt sind, ob sie nun besonders hervorgehoben worden sind oder nicht.

Claims (14)

1. Elektrisches Prüfgerät (10) zur Isolationsprüfung, mit einer Spannungsquelle (12) zur Beaufschlagung einer zu prüfenden Isolation mit der Prüfspannung, gekennzeichnet durch Meßmittel (16, 18, 34), die während des Betriebs der Spannungsquelle (12) Parameter erfassen, die die Bestimmung des Widerstandswerts der Isolation ermöglichen, Entladungs­ mittel (22) zur Entladung einer durch die Isolation gebilde­ ten Kapazität, wobei die Entladungsmittel (22) nach Beendi­ gung der Zuführung der Testspannung von seiten der Spannungs­ quelle (12) betätigt werden, und Wiedergabemittel (20) zum Anzeigen des aus den Parametern ermittelten Widerstands­ werts, wobei diese Wiedergabemittel den Widerstandswert erst dann anzeigen, wenn die Entladungsmittel (22) die Kapazität im wesentlichen ganz entladen haben.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (12) in Abhängigkeit einer ersten manuellen Betätigungsvorrichtung (28) einschaltbar ist und die Testspannung während einer Verlängerugnsperiode (52) nach dem Loslassen der manuellen Betätigungsvorrichtung (28) weiterhin zur Verfügung stellt, wobei die Meßmittel (16, 18, 34) während der Verlängerungsperiode eingeschaltet sind.

3. Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel (16, 18, 34) nur während der Verlängerungs­ periode eingeschaltet sind.

4. Prüfgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßmittel (16, 18, 34) jeweils nur einmal bei jeder Betätigung der ersten manuellen Betätigungsvorrichtung (28) einschaltbar sind.

5. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsperiode ausreichend kurz ist, um im wesentlichen ein Abtrennen der Spannungs­ quelle (12) von der zu prüfenden Isolierung während der Verlängerungsperiode zu verhindern.

6. Prüfgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Verlängerungsperiode im wesentlichen 150 ms beträgt.

7. Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zweite manuelle Betätigungsvorrichtung (26) der Beginn einer Steuerperiode auslösbar ist, während der die Spannungsquelle (12) manuell zur Erzeugung der Prüfspannung einschaltbar ist, wobei die Einschaltung der Spannungsquelle (12) außerhalb der Steuerperiode gesperrt ist.

8. Prüfgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Steuerperiode im wesentlichen 10 Sekunden beträgt.

9. Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (34) zur Spannungs­ und/oder Strommessung an Meßanschlüssen (44) und zur Wieder­ gabe auf den Wiedergabemitteln (20) vorgesehen sind.

10. Prüfgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanschlüsse (44) zusätzlich zu Anschlüssen (14) vorgesehen sind, über die die Prüfspannung an die Isolierung gelegt wird.

11. Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspannung die Arbeits­ spannung der zu prüfenden Isolation ist.

12. Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspannung 1 kV übersteigt.

13. Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspannung im wesentlichen 1,1 kV beträgt.

14. Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Steuermittel (24) zum Ein- und Aus­ schalten der Spannungsquelle (12), der Meßmittel (16, 18, 34), der Entladungsmittel (22) und der Wiedergabemittel (20) in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Ablauffolge.