DE68911474T2 - Gerät und Verfahren für die Prüfung von Hochspannungsdetektoren. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren für die Prüfung von Hochspannungsdetektoren kapazitiven Typs.
• Das Arbeitsprinzip von Hochspannungsdetektoren kapazitiven Typs bedient sich der Kapazität einer Abschirmung gegen Erde in Verbindung mit einer elektronischen Auswerteschaltung in dem Detektor. Die Abschirmung ist mit einem Kontaktmeßkopf verbunden, und, wenn die Abschirmung auf dem Spannungspotential eines Hochspannungsleiters liegt, an den der Meßkopf angelegt wurde, fließt ein kapazitiver Strom, der proportional zu dem Spannungspotential ist. Dieser Strom wird durch die elektronische Schaltung ermittelt, die dann aus ihm die Spannung an dem Leiter mißt und sicht- und hörbare Anzeigevorrichtungen in Verbindung mit der Schaltung betreiben kann. Ein anderer Hochspannungsdetektor kapazitiven Typs ist aus der US-A-3 701 944 bekannt.
• Detektoren kapazitiven Typs werden von Wartungspersonal in der elektrischen Zulieferindustrie verwendet, um nachzuprüfen, daß Hochspannungsschaltkreise spannungslos sind, bevor an diesen Schaltkreisen gearbeitet wird. Die Detektoren sind folglich Sicherheitsvorrichtungen, und infolge des todbringenden Charakters von Hochspannungsschaltkreisen ist es von höchster Wichtigkeit, das einwandfreie Funktionieren dieser Geräte prüfen oder nachweisen zu können, bevor sie verwendet werden.
• Die meisten handelsüblichen Hochspannungsdetektoren kapazitiven Typs besitzen eine darin eingebaute Prüfungsmöglichkeit, um die Unversehrtheit ihrer Funktion zu überprüfen. Diese Prüfanordnung sieht jedoch nur eine Erprobung vor, üblicherweise eine Ja/Nein-Funktionsprüfung, die nicht bestätigt, daß das Gerät bei der richtigen Schwellenspannung schaltet und niemals den ganzen Schaltkreis überprüft. Selbstverständlich kann ein umfassenderer Test unter Verwendung einer externen Quelle durchgeführt werden, jedoch würde dies eine Quelle erfordern, die beispielsweise eine Spannung von 1.65 kV bis 4.4 kV für einen 11 kV Hochspannungsdetektor oder 19.8 kV bis 52.8 kV für einen 132 kV Detektor abgeben kann. Außerhalb befindliche Prüfquellen, die solch hoche Spannungen erzeugen könnten, vorzusehen, würde Probleme mit sich bringen, die deren Anwendung völlig unpraktikabel machen würden.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät für die Überprüfung der Betriebsweise von Hochspannungsdetektoren kapazitiven Typs vorzusehen, die nicht die Verwendung einer Quelle mit einer übermäßig hohen Spannung erfordern.
• Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Prüfgerät in Verbindung mit einem zu prüfenden Hochspannungsdetektor kapazitiven Typs geschaffen, wobei der Detektor einen Körper mit einem Kontaktmeßkopf aufweist, der durch einen Kondensator mit einem Abschirmungselement in dem Körper verbunden ist, wobei das Abschirmungselement so angeordnet ist, daß es bei Verwendung des Detektors eine kapazitive Wirkung bezüglich Erde hervorruft, und wobei das Prüfgerät eine Aufnahmevorrichtung aufweist, in der oder gegen die der Detektor placiert wird, wobei die Aufnahmevorrichtung ein leitendes Element besitzt, das mit dem Abschirmungselement in dem Detektor eine Kapazität bildet, wobei das Prüfgerät weiterhin ein Kontaktelement, das mit dem Kontaktmeßkopf des Detektors in Eingriff steht, und Mittel zum Anlegen einer sich verändernden Spannung über das leitende Element und das Kontaktelement aufweist, wobei das leitende Element so angeordnet ist, daß es bei der Anwendung des Detektors im Betriebszustand eine wesentlich größere kapazitive Wirkung mit dem Abschirmungselement des Detektors hervorruft als das Abschirmungselement gegen Erde.
• Die Aufnahmevorrichtung kann die Form eines hohlen Behälters annehmen, der ein Aufnahmebehältnis für den Detektor bildet und vorzugsweise im allgemeinen an die äußere Form des Detektors angepaßt ist. Für Detektoren beispielsweise, die durch einen Rundkörper mit einem kegelstumpfförmigen vorderen Ende gebildet sind, kann dem Behälter eine innere, im wesentlichen kegelstumpfförmige Innenfläche und vorzugsweise eine im wesentlichen zylindrische Innenfläche gegeben werden, die sich von dem größeren Ende der kegelstumpfförmigen Oberfläche ausdehnt. Das Element ist vorzugsweise an oder nahe bei der Innenfläche oder den Innenflächen des hohlen Behälters angeordnet und erstreckt sich über einen größeren Teil von deren Fläche.
• Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Prüfen eines Hochspannungsdetektors kapazitiven Typs geschaffen, wobei der Detektor einen Körper mit einem Kontaktmeßkopf aufweist, der durch einen Kondensator mit einem Abschirmungselement in dem Körper verbunden ist, wobei das Abschirmungselement so angeordnet ist, daß es bei Benutzung des Detektors eine kapazitive Wirkung bezüglich Erde hervorruft, wobei das Verfahren die Schritte des Ineingriffbringens des Detektorkörpers mit einem leitenden Element, um eine Kapazität mit dem Abschirmungselement in dem Detektor zu bilden, wobei diese Kapazität bei der operativen Anwendung des Detektors wesentlich größer ist als die Kapazität zwischen dem Abschirmungselement und Erde, des Ineingriffbringens eines Kontaktelementes und des Kontaktmeßkopfes des Detektors, und des Anlegens einer sich verändernden Spannung über das leitende Element und das Kontaktelement zum Betreiben des Detektors umfaßt.
• Die sich verändernde Spannung für das Prüfverfahren kann als eine Wechselspannung erzeugt werden. Alternativ dazu ist es möglich, ein zerhacktes Gleichspannungssignal zu verwenden.
• Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise näher unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen typischen Hochspannungsdetektor kapazitiven Typs, und
• Fig. 2 bis 4 Blockschaltbilder alternativer Ausführungsformen eines Prüfgerätes gemäß der Erfindung für den Detektor der Fig. 1
• Gemäß Fig. 1 wird gezeigt, daß ein typischer Hochspannungsdetektor kapazitiven Typs, wie er beispielsweise dort dargestellt ist, normalerweise einen Körper 1 mit einem kegelstumpfförmigen Kopfteil 2 besitzt, der aus einem Kunststoffmaterial mit guten Isolierungseigenschaften hergestellt ist. An der Spitze des Kopfes ist ein Meßkopf 3 aus Metall angeordnet, der gegen den zu prüfenden Hochspannungsleiter angelegt wird. Innerhalb des Konuskörpers befindet sich eine Metallabschirmung 4, die mit dem Meßkopf 3 über einen innen befindlichen Kondensator 6 verbunden ist. Die Abschirmung 4 bildet einen kapazitiven Weg zu Erde 5 mit einem Kapazitätswert, der beim Betrieb als verhältnismäßig konstant angenommen werden kann. Wenn der Meßkopf 3 an einen Leiter (nicht gezeigt) bei hoher Spannung angelegt wird, wird ein kapazitiver Strom durch den innen befindlichen Kondensator und durch die Kapazität von der Abschirmung 4 gegen Erde 5 fließen.
• Da die Kapazität der Abschirmung gegen Erde einen sehr niedrigen Wert besitzt, im allgemeinen etwa 3 bis 5 pF, und der innen befindliche Kondensator 6 so ausgewählt wird, daß er normalerweise im Vergleich zu der Kapazität der Abschirmung gegen Erde sehr groß ist, ist der Strom durch die Kapazität 6 folglich proportional zu der Spannung an dem Leiter und der Kapazität von der Abschirmung gegen Erde. Die Spannung an dem Kondensator 6 wird einem elektronischen Auswerteabschnitt 7 des Detektors zugeführt, wo sie sicht- und/oder hörbare Anzeigevorrichtungen (nicht gezeigt) betreiben kann. Der Wert des Kondensators 6 wird im allgemeinen so gewählt, daß eine Spannung von 1 Volt über ihn bei der Schwellen- oder Schaltspannung des elektronischen Abschnitts 7 anliegt.
• Fig. 2 zeigt ein Prüfgerät für den Hochspannungsdetektor der Fig. 1. Das Gerät enthält einen Schaltkreis mit einer Stromquelle 11, beispielsweise einer 9-Volt-Batterie, die einen Sinusoszillator 12 versorgt, der eine stabile sinusförmige Wellenform mit beispielsweise einer Amplitude von 1 Volt im Quadratmittel (RMS) erzeugt. Der Oszillator kann eine feste oder einstellbare Frequenz besitzen, beispielsweise bei etwa 50 bis 60 Hz. Der Oszillator 12 gibt ein Signal an einen Verstärker 13 mit veränderlicher Verstärkung ab, der es ermöglicht, daß die Wellenform mittels eines Spannungsreglers 14, der an der Frontplatte (nicht gezeigt) des Gerätes befestigt ist, verstärkt wird. Der Ausgang des Verstärkers 13 besteht in einer differenziellen Leistungsstufe, die eine Ausgangsspannung liefert, die von 0 bis etwa 7 Volt im Quadratmittel (RMS) veränderbar ist. Der differenzielle Ausgang ist über die Primärseite des Aufwärtstransformators 15 angeschlossen, und die Sekundärseite des Transformators liefert ein Aufwärtsverhältnis von beispielsweise etwa 50 bis 200, das durch den Spannungsregler ausgewählt werden kann. Die Spannung an dem sekundärseitigen Schaltkreis des Transformators kann folglich von 0 hinauf bis zu zwischen 350 und 1400 Volt im Quadratmittel (RMS) variiert werden.
• Die Sekundärseite des Transformators ist mit einer Prüf-Haltevorrichtung 16 in dem Gerät verbunden. Die Haltevorrichtung 16 ist als ein hohler Körper ausgebildet, der so ausgebildet ist, daß er den untersuchten Detektor angepaßt eng in sich aufzunimmt, wobei die inneren Oberflächen des Körpers vorzugsweise im wesentlichen konform mit den angrenzenden Oberflächen des Detektors verlaufen. Ein sekundärseitiger Anschlußkontakt ist mit einer innen befindlichen Metallabschirmung 17 in dem Haltevorrichtungskörper oder nahe an dessen innerer Oberfläche angeschlossen (verbunden), und der andere Anschlußkontakt ist mit einem Leiter 18 verbunden, der konzentrisch in das verjüngte innere Endstück des Körpers hinein vorspringt. Wenn der Detektor in die Haltevorrichtung eingeführt ist, berührt sein Meßkopf 3 den Leiter 18, und seine Abschirmung 4 liegt dicht bei der Abschirmung 17.
• In dieser Lage kann dafür gesorgt werden, daß die Kapazität zwischen den Abschirmungen 4 und 17 viel größer ist als die Kapazität der innen befindlichen Abschirmung 4 des Detektors gegen Erde. Folglich wird der Detektor bei einer viel niedrigeren Spannung als seiner normalen Schwellenspannung ausgelöst werden. Es ist deswegen möglich, die Schwellenspannung des Detektors zu überprüfen, indem ein Spannungswert verwendet wird, der nur einen Bruchteil der für die Abschirmung-Erde-Kapazitätswirkung passenden Spannung darstellt.
• Es wurde besonders erwähnt, daß die Kapazität der metallischen Abschirmung 4 innerhalb des Detektors gegen Erde verhältnismäßig konstant ist und daß die Kapazität zwischen der Abschirmung 4 und der Abschirmung 17 der Haltevorrichtung ebenfalls relativ konstant ist. Somit ist es möglich, wenn die durch den Aufwärtstransformator 15 gelieferte Spannung beobachtet wird, beispielsweise auf einem Spannungsanzeigegerät 19, dadurch, daß die Ablesung maßstäblich verändert wird, die äquivalente Spannung für den Detektor bei seiner normalen Anwendung zu bestimmen. Dies ermöglicht es, daß die Schwellenspannung des Detektors genau unter Verwendung einer ganz beträchtlich geringeren Spannung als der normalen Betriebsspannung dadurch bestimmt wird, daß das Aufwärtsübersetzungsverhältnis des Transformators so lange erhöht wird, bis der Detektor ausgelöst wird.
• Fig. 3 zeigt ein alternatives Prüfgerät für den Hochspannungsdetektor der Fig. 1. Das Gerät enthält einen elektronischen Schaltkreis, der durch eine Stromquelle 21 versorgt wird, beispielsweise eine 9-Volt-Batterie, die mit dem elektronischen Schaltkreis über einen Ein/Aus-Schalter 22 verbunden ist. Wenn der Schalter 22 geschlossen ist, erzeugt ein Gleichspannung-Gleichspannung-Wandler 23 des Schaltkreises eine hohe Gleichspannung, typischerweise 1000 Volt, an den Ausgangsklemmen 24 des Prüfgerätes. Mittel zum Variieren der Ausgangsspannung, wie in dem ersten Beispiel beschrieben, können vorgesehen werden. Der Schaltkreis enthält auch einen Niederfrequenzmultivibrator 25 mit einer Frequenz von typischerweise 10 Hz, der den Gleichspannung-Gleichspannung-Wandler ein- und ausschaltet. Folglich ist das Signal über den Ausgangsklemmen 24 des Prüfgerätes ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 10 Hz und einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von 1000 Volt.
• Ein Anschlußkontakt des Prüfgerätes ist über eine Leitung mit einer Krokodilklemme 26 mit dem Meßkopf 3 des zu prüfenden Hochspannungsdetektors verbunden. Der andere Anschlußkontakt des Prüfgerätes ist über eine Leitung mit einem flexiblen leitenden Band 27 verbunden, das um den Körper 1 des Hochspannungsdetektors herumgewunden ist. Dieses flexible Band könnte aus einem kräftigen, leitenden Schaum hergestellt sein, und es könnte entweder durch Stiftbefestigungsmittel oder durch sogenannte Berühre- und Verschließe-Befestigungsstreifen (nicht gezeigt) in Stellung gehalten werden.
• Das leitende Band 27 ist so geformt, daß die Kapazität zwischen der innen befindlichen Abschirmung 4 des Detektors und dem Band viel größer ist als die Kapazität der Abschirmung 4 gegen Erde. Folglich wird der Detektor bei viel geringeren Spannungen als seiner normalen Schwellenspannung ausgelöst werden. Es ist demnach möglich, diesen Betrieb des Detektors dadurch zu überprüfen, daß man einen Spannungswert verwendet, der nur einen Bruchteil der für die Abschirmung-Erde-Kapazitätswirkung passenden Spannung darstellt.
• Dieses gezeigte Gerät und seine Betriebsweise sind nicht dazu bestimmt, die Schwellenspannung eines Detektors zu ermitteln. Sein Zweck ist es vielmehr, in einer einfachen und wirtschaftlichen Art und Weise einen Ja/Nein-Funktionsprüfer zu schaffen, der überprüft, ob der Hochspannungsdetektor fehlerfrei arbeitet, ohne dessen Schalt-Schwellenspannung zu messen.
• Fig. 4 zeigt ein weiteres alternatives Prüfgerät für den Hochspannungsdetektor. In bestimmten Fällen besitzt das von dem Gerät in Fig. 3 lieferbare Niederfrequenz-Testsignal eine zu niedrige Frequenz, um bestimmte Hochspannungsdetektoren zu aktivieren. Das in Fig. 4 gezeigte Gerät kann solche Probleme umgehen. Es hat eine ähnlich Form wie das Gerät der Fig. 3, und bereits in dem vorangegangenen Beispiel beschriebene Komponenten werden durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet. Es unterscheidet sich dadurch, daß ein Multivibrator 28 verwendet wird, der eine höhere Frequenz, typischerweise 50 Hz, als die des Multivibrators 25 besitzt, der einen Hochspannungsschalter 29 so betätigt, daß das Signal über den Ausgangsanschlüssen 24 des Prüfgerätes ein Rechtecksignal mit der Multivibratorfrequenz und mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von typischerweise 10000 Volt ist. Der Hochspannungsschalter 29 würde geeigneterweise ein Hochspannungs-Leistungs-MOS-FET sein.
• Viele Abwandlungen können innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung gemacht werden. Beispielsweise kann anstelle des ausgeführten hohlen Körpers 16 der veranschaulichten Beispiele eine Aufnahmevorrichtung für den Detektor durch eine flexible Hülse vorgesehen werden, die um den Detektorkörper herumgewunden werden kann, wobei die Hülse aus leitendem Material besteht oder dieses enthält, um eine angemessen hohe kapazitive Wirkung mit dem Abschirmungselement des Detektors schaffen zu können.

Claims (10)

1. Prüfgerät in Verbindung mit einem zu prüfenden Hochspannungsdetektor kapazitiven Typs, wobei der Detektor einen Körper (1) mit einem Kontaktmeßkopf (3) aufweist, der durch einen Kondensator (6) mit einem Abschirmungselement (4) in dem Körper (1) verbunden ist, wobei das Abschirmungselement (4) so angeordnet ist, daß es bei Verwendung des Detektors eine kapazitive Wirkung bezüglich Erde (5) hervorruft, und wobei das Prüfgerät eine Aufnahmevorrichtung (16) aufweist, in die oder gegen die der Detektor placiert wird, wobei die Aufnahmevorrichtung (16) ein leitendes Element (17 oder 27) besitzt, das mit dem Abschirmungselement (4) in dem Detektor eine Kapazität bildet, wobei das Prüfgerät weiterhin ein Kontaktelement (18 oder 26), das mit dem Kontaktmeßkopf (3) des Detektors in Eingriff steht, und Mittel (11 bis 15) zum Anlegen einer variierenden Spannung über das leitende Element (17 oder 27) und das Kontaktelement (18 oder 26) aufweist, wobei das leitende Element (17 oder 27) so angeordnet ist, daß es bei der betriebsmäßigen Anwendung des Detektors eine wesentlich größere kapazitive Wirkung mit dem Abschirmungselement (4) des Detektors hervorruft als das Abschirmungselement (4) gegen Erde (5).

2. Gerät gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (14) zum Einstellen der über das leitende Element (17) und das Kontaktelement (18) angelegten Spannung.

3. Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Einstellen der angelegten Spannung Spannungssteuerungsmittel (14) für einen Verstärker (13) mit veränderlicher Verstärkung und/oder einen Aufwärtstransformator (15) in dem Mittel zum Anlegen der Spannung aufweist.

4. Gerät gemäß Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel (19) zum Messen der Spannung über den Elementen und zum Schaffen einer maßstäblich vergrößerten Anzeige des Meßergebnisses.

5. Gerät gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Gleichspannung-Gleichspannung-Wandler (23), der so angeordnet ist, daß er eine aufwärtstransformierte Spannung erzeugt, und durch Zerhackermittel (28, 29) zum zyklischen Unterbrechen des Ausgangssignals des Wandlers, um die variierende Spannung über das leitende Element (27) und das Anschlußelement (26) zu erzeugen.

6. Gerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerhackermittel einen Schalter (29) auf der Ausgangsseite des Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers (23) und den Schalter (29) steuernde Multivibratormittel (28) aufweist.

7. Gerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (16) einen hohlen Behälter, der ein Aufnahmebehältnis für den Detektor bildet, umfaßt.

8. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (16) durch eine flexible Hülse gebildet ist, die aus einem leitenden, das genannte leitende Element (27) bildenden Material besteht oder es enthält.

9. Verfahren für die Prüfung eines Hochspannungsdetektors kapazitiven Typs, wobei der Detektor einen Körper (1) mit einem Kontaktmeßkopf (3) aufweist, der durch einen Kondensator (6) mit einem Abschirmungselement (4) in dem Körper (1) verbunden ist, wobei das Abschirmungselement (4) so angeordnet ist, daß es eine kapazitive Wirkung bezüglich Erde (5) hervorruft, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, den Detektorkörper (1) und ein leitendes Element (17 oder 27) in Eingriff zu bringen, um eine Kapazität mit dem Abschirmungselement (4) in dem Detektor zu bilden, wobei diese Kapazität bei der betriebsmäßigen Anwendung des Detektors wesentlich größer ist als die Kapazität zwischen dem Abschirmungselement (4) und Erde (5), ein Anschlußelement (18 oder 26) und den Kontaktmeßkopf (3) des Detektors in Eingriff zu bringen und eine variierende Spannung über das leitende Element (17 oder 27) und das Kontaktelement (18 oder 26) anzulegen, um den Detektor zu betätigen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt der Durchführung einer Messung der angelegten Spannung und des maßstäblichen Vergrößerns des Meßergebnisses, um die Betätigungsspannung des Detektors bei seiner normalen Anwendung anzuzeigen.