DE69111626T2

DE69111626T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Spannungsfestigkeit.

Info

Publication number: DE69111626T2
Application number: DE69111626T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Suzuki; Yoshiharu Yamada; Shoji Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2011-02-05
Also published as: EP0441291A1; DE69111626D1; JPH0830728B2; JPH03229170A; EP0441291B1; US5128618A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Stehspannung eines Bauelements oder Werkstücks mit einer Leiterader, die zur Isolierung beschichtet ist, sowie eine bei diesem Verfahren verwendete Stehspannungsprüfvorrichtung.
Fig. 1 bis 3 zeigen eine bekannte Hochspannungsprüfvorrichtung zum Prüfen einer hohen Stehspannung eines Bauelements oder Werkstücks 1, in dem eine Leiterader 2 zur Isolierung mit einem Isolierelement 3 aus Harz usw. beschichtet ist. Zur Prüfung wird das Bauelement 1 von einem geerdeten Leiter 4 umschlossen. Eine dreipolige Entladungselektrode 5 wird von einem positiven Pol 5a, einem negativen Pol 5b und einem erdfreien Pol 5c gebildet. Der positive Pol 5a ist mit der Leiterader 2 verbunden, während der negative Pol 5b mit dem geerdeten Leiter 4 verbunden ist. Ein Hochspannungsimpulsgenerator 6 wird von einem Hochspannungsgenerator 6a und einem Oszillator 6b gebildet. Ein Widerstand R zur Erfassung eines Leckstroms des Bauelements 1 wird zwischen den geerdeten Leiter 4 und Erde geschaltet. Zum Messen der Spannung am Widerstand R ist ein Voltmeter 7 vorgesehen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, die das wichtigste bekannte Verfahren zeigt, weist im Falle der Verwendung eines mit einer Kraftfahrzeug-Zündkerze 8 gekoppelten Hochspannungskabels 9 als Bauelement 1 eine Harzbeschichtung 10 des Hochspannungskabels 9 Fugen und feinste Löcher auf. Daher wird eine Stehspannungsprüfung hauptsächlich an Verbindungsteilen 10a und 10b des Hochspannungskabels 9 ausgeführt, wo wahrscheinlich ein Leckstrom entsteht. Dementsprechend wird ein an die Zündkerze 8 angrenzendes distales Ende 8' des Hochspannungskabels 9 von einer Koppelvorrichtung 11c abgestützt.
Unterdessen werden nach dem Isolieren eines vom Verbindungsteil 10a ausgehenden Leiters 12 mit Harz 13 oder dergleichen die Verbindungsteile 10a bzw. 10b von Erdungsvorrichtungen 11a bzw. 11b unterstützt und mit an Fäden aufgehängten und als geerdeter Leiter 4 wirkenden Metallperlen 4a bzw. 4b umgeben, um geerdet zu werden.
In der oben beschriebenen Anordnung der bekannten Hochspannungsprüfvorrichtung werden Hochspannungsimpulse an die Leiterader 2 und den positiven Pol 5a der Entladungselektrode 5 angelegt, wie in Fig. 5 dargestellt. Wenn im Bauelement 1 kein Leckstrom auftritt, wird in einem Spalt der Entladungselektrode 5 kontinuierlich ein Impulsentladungsstrahlsignal erzeugt. Wenn dagegen im Bauelement 1 ein Leckstrom auftritt, findet an der Entladungselektrode 5 keine Entladung statt, und durch den Widerstand R fließt ein elektrischer Strom. In diesem Falle stellt man durch Ablesen der Spannung am Voltmeter 7 fest, daß das Bauelement 1 eine falsche Stehspannung hat. Hierbei ist zu beachten, daß das Voltmeter 7 durch eine Neonlampe usw. ersetzt werden kann.
In der obenerwähnten bekannten Hochspannungsprüfvorrichtung wird ein Leckstrom im Bauelement 1 durch den Widerstand R oder die Neonlampe nachgewiesen. Der Widerstand R bzw. die Neonlampe ist ein elektrischer Detektor und wird daher durch elektrische Störungen beeinflußt. Wenn sehr starke elektrische Störungen auftreten, muß folglich die Impedanz zwischen dem Detektionssystem und dem Entscheidungssystem erhöht werden. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß das Entscheidungssystem anfällig gegen elektrische Störungen ist und somit instabil arbeitet.
Zum Beispiel kann bei der bekannten Vorrichtung die Erscheinung auftreten, daß sogar in dem Falle, wo das Bauelement 1 die richtige Stehspannung hat und an der Entladungselektrode 5 ein Impulsentladungsstrahlsignal erzeugt wird, ein auf Feuchtigkeit usw. zurückzuführender Leckstrom am Bauelement 1 festgestellt wird, wodurch bei der Hochspannungsprüfung eine falsche Entscheidung getroffen wird. Ferner hat die bekannte Hochspannungsprüfvorrichtung den Nachteil, daß wegen der langen Reaktionszeit von der Detektion bis zur Entscheidung oder wegen eines Empfindlichkeitsabfails die Wahrscheinlichkeit von Fehlentscheidungen besteht.
Die DE-A-2 851 537 offenbart eine Schutzschaltung mit einer Funkenstrecke und einem Schutzwiderstand. Wenn von der Stromquelle ein Überstrom fließt, entsteht ein Funke, und das von dem Funken ausgehende Licht wird von einem Fotoelement empfangen. Das Licht des Funkens wird in elektrischen Strom umgewandelt und durch einen Verstärker verstärkt und zu einer Ausschaltvorrichtung übertragen, so daß der Stromkreis ausgeschaltet wird.
Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Stehspannung eines Bauelements mit einer zur Isolierung beschichteten Leiterader zu schaffen, welche die den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen dieser Art innewohnenden Nachteile beseitigen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Entstehung eines Leckstroms des Bauelements durch direkte Erfassung des Vorhandenseins oder Fehlens des am Spalt der Entladungselektroden erzeugten Impulsentladungsstrahlsignals nachgewiesen, wodurch die Entscheidung möglich wird, ob das Bauelement die richtige Spannungsfestigkeit besitzt oder nicht.
Diese Aufgabe und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel und anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer (bereits erwähnten) bekannten Stehspannungsprüfvorrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Bauelement, das in der (bereits erwähnten) bekannten Stehspannungsprüfvorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 eine Teilseitenansicht eines Hochspannungskabels einer Kraftfahrzeug-Zündkerze, das als das (bereits erwähnte) Bauelement gemäß Fig. 2 verwendet wird; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Stehspannungsprüfvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Vor der weiteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist darauf hinzuweisen, daß in den verschiedenen Ansichten der beigefügten Zeichnungen durchweg gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet werden.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein Stehspannungsprufverfahren und eine bei diesem Verfahren verwendete Stehspannungsprüfvorrichtung K nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Auf die gleiche Weise wie bei der bekannten Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 weist ein Bauelement 1 eine Leiterader 2 auf, die zur Isolierung mit einem Isolierelement 3 aus Harz usw. beschichtet ist. Für die Prüfung wird das Bauelement 1 von einem geerdeten Leiter 4 umschlossen. Ein Hochspannungsimpulsgenerator 6 wird von einem Hochspannungsgenerator 6a und einem Oszillator 6b gebildet.
In der Vorrichtung gemäß Fig. 4 wird jedoch die Entladungselektrode 5 der bekannten Vorrichtung durch eine Entladungselektrode 15 ersetzt, die durch einen positiven Pol 15a, einen negativen Pol 15b und einen erdfreien Pol 15c gebildet wird. Der positive Pol 15a ist mit der Leiterader 2 verbunden, während der negative Pol 15b mit dem geerdeten Leiter 4 verbunden ist. Die Vorrichtung K weist ferner einen Lichtempfangsteil 16 und einen Entscheidungsteil 17 auf. Zum Nachweis eines Leckstroms des Bauelements 1 in der Vorrichtung K wird anstelle des bekannten elektrischen Detektionssystems (Fig. 1 und 2) mit dem Widerstand R, dem Voltmeter 7 usw. ein optisches Detektionssystem verwendet, das die Entladungselektrode 15, den Lichtempfangsteil 16 und den Entscheidungsteil 17 einschließt.
Der Lichtempfangsteil 16 weist einen von einer Stelle in der Nähe eines Spalts der Entladungselektrode 15 verlegten Lichtleiter 16a sowie eine schnelle Fotodiode 16b auf. Die Fotodiode 16b ist mit einem Ausgang des Lichtleiters 16a verbunden, um beim Empfang von Licht eine Sperrspannung zu erzeugen.
Dabei weist der Entscheidungsteil 17 einen Synchronkomparator 17a und einen Beurteilungsteil 17b auf. Der Synchronkomparator 17a ist mit einem Ausgang der Fotodiode 16b verbunden, um an der Entladungselektrode 15 anliegende Hochspannungsimpulse synchron mit einem von dem Impulsentladungsstrahlsignal a gesteuerten, gepulsten elektrischen Signal zu vergleichen. Der Beurteilungsteil 17b ist mit einem Ausgang des Synchronkomparators 17a verbunden und erfaßt das Vorhandensein oder Fehlen eines Leckstroms im Bauelement 1, indem er das Vorhandensein bzw. Fehlen des mit den Hochspannungsimpulsen synchronen Impulsentladungsstrahlsignals feststellt, um zu beurteilen, ob das Bauelement 1 die richtige Stehspannung hat oder nicht.
Durch die oben beschriebene Anordnung der Vorrichtung K wird die Arbeitsweise des Verfahrens und der Vorrichtung K nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Hochspannungsimpulse an die Leiterader 2 des Bauelements 1 und an den positiven Pol 15a der Entladungselektrode 15 angelegt. Wenn in dem aus Harz usw. bestehenden Isolierelement 3 kein Leckstrom auftritt, wird dann in einem Spalt der Entladungselektrode 15 fortlaufend und synchron mit den Hochspannungsimpulsen ein Impulsentladungsstrahlsignal a erzeugt. Wenn andererseits im Isolierlement 3 ein Leckstrom auftritt, fließt ein starker elektrischer Strom durch das Bauelement 1, und folglich verschwindet das Impulsentladungsstrahlsignal a aus dem Spalt der Entladungselektrode 15. Daher wird synchron mit den Hochspannungsimpulsen das Vorhandensein oder Fehlen des im Spalt der Entladungselektrode 15 erzeugten Impulsentladungsstrahlsignals a erfaßt, um das Vorhandensein bzw. Fehlen des Leckstroms im Bauelement 1 nachzuweisen, so daß festgestellt wird, ob das Bauelement 1 die richtige Stehspannung hat oder nicht.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Stehspannungsprüfverfahrens werden zunächst durch den Hochspannungsimpulsgenerator 6 Hochspannungsimpulse von 50-100 Hz und etwa 25 kV erzeugt, um im Spalt der Entladungselektrode 15 ein Impulsentladungsstrahlsignal a zu erzeugen. Dann werden von dem Lichtleiter 16a nur die Impulsstrahlen des Impulsentladungsstrahlsignals a empfangen, um diese durch die Fotodiode 16b in elektrische Impulswellen b umzuwandeln, so daß die Impulswellen b vom Lichtempfangsteil 16 ausgegeben werden. Anschließend werden die Impulswellen b vom Entscheidungsteil 17 synchron mit den Hochspannungsimpulsen erfaßt. Wenn im Bauelement 1 kein Leckstrom auftritt, werden die Impulswellen b kontinuierlich erzeugt. Folglich stellt der Entscheidungsteil 17 in diesem Falle fest, daß das Bauelement 1 die richtige Stehspannung hat. Wenn andererseits im Bauelement 1 ein Leckstrom auftritt, dann fließt in diesem Moment ein starker elektrischer Strom durch das Bauelement 1, und folglich verschwinden die Impulswellen b. Wenn daher die Impulswellen b während einer Periode der Impulswellen b verschwinden, dann kann der Entscheidungsteil 17 feststellen, daß das Bauelement 1 eine falsche Stehspannung hat. Demnach weist der Entscheidungsteil 17 eine hohe Entscheidungsgenauigkeit auf. Für die Entscheidungsgenauigkeit bei der praktischen Anwendung muß der Entscheidungsteil 17, wenn zwei oder mehrere Impulswellen b hintereinander ausgefallen sind, zu der Entscheidung gelangen, daß das Bauelement 1 eine falsche Stehspannung hat. Dabei ist wünschenswert, daß der Lichtempfangsteil 16 die schnelle Fotodiode 16b enthält. Die schnelle Fotodiode 16b kann jedoch auch durch einen Fotodetektor mit kurzer Ansprechzeit ersetzt werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, wird bei der erfindungsgemäßen Prüfung der Stehspannung eines Hochspannungskabels mit einem zur Isolierung beschichteten Leiter das an der Entladungselektrode erzeugte Entladungsstrahlsignal direkt erfaßt, so daß der Leckstrom anhand der vorhandenen oder nicht vorhandenen Erzeugung des Entladungsstrahlsignal nachgewiesen wird, wodurch festgestellt wird, ob das Hochspannungskabel die richtige Stehspannung hat oder nicht. Daher erfaßt erfindungsgemäß das vom elektrischen System unabhängige optische System den Leckstrom des Bauelements und wird daher nicht von elektrischen Störungen beeinflußt, wodurch sich die Entscheidungsgenauigkeit der Stehspannungsprüfung verbessert.

Claims

1. Verfahren zur Prüfung einer Stehspannung eines Bauelements (1) mit einer Leiterader (2), die zur Isolierung mit einem Isolierelement (3) beschichtet ist, das von einem geerdeten Leiter (4) umschlossen wird; mit einer ersten Entladungselektrode (15a) und einer zweiten Entladungselektrode (15b), die durch einen Spalt voneinander beabstandet und mit der Leiterader (2) bzw. dem geerdeten Leiter (4) verbunden sind; wobei

an die Entladungselektroden (15a, 15b) Hochspannungsimpulse zur Erzeugung eines in dem Spalt zwischen der ersten und der zweiten Entladungselektrode (15a, 15b) nachzuweisenden Impulsentladungsstrahlsignals (a) angelegt werden; wobei das Entladungsstrahlsignal eine Beurteilung ermöglicht, ob das Isolierelement (3) eine geeignete Stehspannung aufweist oder nicht; gekennzeichnet durch

a) Umwandlung des Impulsentladungsstrahlsignals (a) durch einen Lichtempfangsteil (16) in ein entsprechendes elektrisches Impulssignal (b);

b) Synchronvergleich zwischen dem elektrischen Impulssignal (b) und den Hochspannungsimpulsen zum Nachweis des Vorhandenseins oder Fehlens eines Leckstroms des Bauelements (1) auf der Basis des Synchronvergleichs.

2. Vorrichtung (K) zum Prüfen einer Stehspannung eines Bauelements (1) mit einer Leiterader (2), die zur Isolierung mit einem Isolierelement (3) beschichtet ist, das von einem geerdeten Leiter (4) umschlossen wird, wobei die Vorrichtung (K) aufweist: eine erste Entladungselektrode (15a) und eine zweite Entladungselektrode (15b), die durch einen Spalt voneinander beabstandet und mit der Leiterader (2) bzw. dem geerdeten Leiter (4) verbunden sind;

einen Hochspannungsimpulsgenerator (6) zum Anlegen von Hochspannungsimpulsen an die Entladungselektroden (15a, 15b);

wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch

einen Lichtempfangsteil (16) zur Erfassung eines Impulsentladungsstrahlsignals (a), das in dem Spalt zwischen den Entladungselektroden (15a, 15b) erzeugt wird, und zur Umwandlung des Impulsentladungsstrahlsignals (a) in ein entsprechendes elektrisches Impulssignal (b);

einen Entscheidungsteil (17) mit einem Synchronkomparator (17a) und einem Beurteilungsteil (17b) für einen Synchronvergleich des elektrischen Impulssignals (b) mit den Hochspannungsimpulsen sowie zur Beurteilung anhand des Ergebnisses des Synchronvergleichs, ob das Bauelement (1) eine geeignete Durchschlagsfestigkeit aufweist oder nicht.

3. Vorrichtung (K) nach Anspruch 2, wobei der Lichtempfangsteil (16) einen Lichtwellenleiter (16a) und eine Hochgeschwindigkeits-Fotodiode (16b) aufweist.