DE3910610A1

DE3910610A1 - Vorrichtung zur messung des oberflaechenwiderstandes

Info

Publication number: DE3910610A1
Application number: DE19893910610
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Dunz; Bernhard Dipl Ing Dr Fruth; Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1989-04-01
Filing date: 1989-04-01
Publication date: 1990-10-04

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Vorrichtung zur Messung des Oberflächenwiderstandes gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Hierbei nimmt die Erfindung Bezug auf eine Vorrichtung zur Messung des Oberflächenwiderstandes, wie sie etwa aus der deutschen Norm DIN 53 482, insbesondere Bilder 12 und 13, be kannt ist. Die bekannte Meßvorrichtung enthält zwei zueinan der koaxial angeordnete Elektroden. Diese Elektroden kontak tieren unter Bildung eines Ringspaltes die Oberfläche einer Probe aus isolierendem Material. Zur Ermittlung des Oberflä chenwiderstandes dieser Probe im Ringspalt werden die Elek troden mit einer Prüfspannung beaufschlagt und hierbei der zwischen den Elektroden fließende Strom ermittelt.

In Isolationssystemen, bei denen sowohl ein Feststoffisolator als auch eine Gasstrecke hohen elektrischen Feldstärken aus gesetzt sind, stellt die Grenzschicht Gas- Feststoffisolator häufig einen besonders kritischen Bereich dar. Dies beruht darauf, daß sich hier durch Korrosion, Verschmutzung oder Tracking eine hochohmige Oberflächenleitschicht ausbildet, die Isolationsversager auslösen kann. Solche Oberflächenleit schichten besitzen im allgemeinen eine stark feldstärkeabhän gige Leitfähigkeit und können daher nur zureichend charakte risiert werden, wenn ihre Leitfähigkeit bei Feldstärken von der Größenordnung der Belastungsfeldstärke gemessen wird.

Die Meßvorrichtung nach dem Stand der Technik arbeitet mit wesentlich niedrigeren Feldstärken und liefert bei höheren Prüfspannungen durch Teilentladungen verfälschte Stromwerte.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Messung des Oberflä chenwiderstandes zu schaffen, bei der auch bei hohen bela stenden Feldstärken Teilentladungen an den Elektroden weitge hend vermieden werden.

Die Prüfvorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß gegenüber Prüfvorrichtungen nach dem Stand der Technik die Prüfspannung wesentlich erhöht werden kann, ohne daß der Wert des zwischen den Elektroden fließenden Stromes verfälscht wird. Daher ist diese Prüfvorrichtung besonders geeignet, um den Oberflächenwiderstand hochbelasteter Fest stoffisolatoren von gemischten Gas-Feststoff-Isolationssyste men zu bestimmen. Zugleich zeichnet sich die Prüfvorrichtung nach der Erfindung dadurch aus, daß die durch die Elektroden auf der Oberfläche des zu vermessenden Feststoffisolators be stimmten Kontaktstellen reversibel sind und eine Verletzung der Oberfläche des Feststoffisolators praktisch ausgeschlos sen ist. Zudem ermöglicht es die Prüfvorrichtung nach der Er findung, auch gekrümmte Oberflächen problemlos zu vermessen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Ausführungsform einer Prüfvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Teil der Prüfvorrich tung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Prüfvorrichtung weist zwei gegen eine Oberfläche einer zu vermessenden Probe, wie etwa eines Isolators 1, gepreßte, im wesentlich koaxial zueinander an geordnete und im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebil dete Elektroden 2 und 3 auf. Die Elektrode 2 enthält eine im wesentlichen kugelförmig ausgebildete metallische Abschirmung 4 sowie ein ringförmig ausgebildetes Kontaktelement 5 aus ei nem elektrisch leitenden, elastomeren Material, wie etwa elektrisch leitfähigem Gummi. Der äußere Radius des Kontakt elements 5 beträgt R (Fig. 2). Das Kontaktelement 5 ist in eine ringförmige Ausnehmung der Abschirmung 4 eingesetzt. Die Ausnehmung weist eine gegenüber der Dicke des Kontaktelements 5 geringe Tiefe auf. Daher ragt das Kontaktelement 5 mit ei ner Höhe h (Fig. 2) über die Abschirmung 4 hervor. Die die Elektrode 2 koaxial umgebende Elektrode 3 enthält eine im we sentlichen torusförmig ausgebildete metallische Abschirmung 6 sowie ein ringförmig ausgebildetes Kontaktelement 7 aus einem elektrisch leitenden, elastomeren Material, wie etwa elek trisch leitfähigem Gummi. Dieses Kontaktelement ist in eine ringförmige Ausnehmung der Abschirmung 6 eingesetzt und ragt entsprechend dem Kontaktelement 5 über die Abschirmung 6 her vor. Beide Kontaktelemente 5 und 7 begrenzen auf der Oberflä che des Isolators 1 eine ringförmige Meßfläche der Breite D (Fig. 2).

Die Abschirmungen 4 und 6 sind an einem rotationssymmetri schen Isolierkörper gehalten mittels Ansätzen 9 und 10, deren Oberflächen zur Herabsetzung des Einflußes eines zwischen den Elektroden 2, 3 wirkenden elektrischen Feldes im wesentli chen senkrecht an die Oberflächen der Abschirmungen 4, 6 ge führt sind. Der Isolierkörper 8 ist in einer zylinderförmig ausgebildeten, geerdeten Metallhülse 11 abgestützt. Diese Me tallhülse ist an ihrer oberen Stirnseite abgeschlossen und weist dort eine Durchführung 12 für die aus einer Wechsel spannungsquelle 13 über eine Abschirmelektrode 14 an die Elektrode 2 geführte Prüfspannung auf sowie einen Einlaß 15 für Isoliergas aus einem Speichergefäß 16. Die Metallhüse ist mit einer Öffnung zur gasdichten Aufnahme eines abge schirmten Meßkabels 17 versehen, dessen Meßleitung einer seits über ein Strommeßgerät 18 an einen geerdeten Pol der Wechselspannungsquelle 13 geführt ist und andererseits mit der Abschirmung 6 der Elektrode 3 elektrisch verbunden ist. Der Isolierkörper 8 enthält Öffnungen 19, durch welche Isoliergas aus dem oberhalb des Isolierkörpers befindlichen Teilraum der Metallhülse 11 in einen von den Elektroden 2, 3 und der ringförmigen Meßfläche des Isolators 1 begrenzten Raum geführt wird.

Zur Messung des Oberflächenwiderstandes des Isolators 1 wird die Prüfvorrichtung nach der Erfindung wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt auf die Oberfläche des Isolators 1 ge preßt. Hierbei können die elastomeren Kontaktelemente 5 und 7 in reversibler Weise die Isolatoroberfläche kontaktieren, ohne daß eine Verletzung des Isolators 1 zu befürchten ist. Zugleich schmiegen sich die Kontaktelemente 5 und 7 infolge elastischer Verformung nahezu spaltfrei auch an gekrümmt aus gebildete Oberflächen des Isolators 1 an. Da die Abschirmun gen 4 und 6 beider Elektroden 2 und 3 zueinander gegensinnig geneigt sind und jeweils eine mit zunehmendem Abstand von der ringförmigen Meßfläche der Breite D zunehmende Neigung ge genüber dieser Meßfläche aufweisen, wird zugleich eine Ent lastung der Kontaktstellen der Kontaktelemente 5 und 7 auf der Isolatoroberfläche von der Wirkung des elektrischen Fel des erreicht. Das über die Öffnungen 19 aus der Metallhülse 11 zugeführte Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid, ver bessert das Isoliervermögen der ringförmigen Meßfläche zu sätzlich, so daß Gasentladungen an den Elektroden 2, 3 bis zu sehr hohen elektrischen Feldstärken unterdrückt werden kön nen.

Die mittlere Grenzfeldstärke Egr, bis zu der gemessen werden kann, wird durch geeignete Wahl der Breite D der ringförmigen Meßfläche so eingestellt, daß trotz Feldüberhöhung an den Kontaktelementen 5 und 7 keine Teilentladung in der durch den geringsten Abstand d beider Abschirmungen 4 und 6 bestimmten Gasstrecke auftreten kann. Diese Grenzfeldstärke ist durch folgende Beziehung bestimmt
E _gr=U/D=E _cr×d/D, wobei
U die Prüfspannung und
E _cr die kritische elektrische Feldstärke zwischen den Ab schirmungen 4 und 6 bedeuten.

Bei vorgegebener geometrischer und elektrischer Bemessung der Prüfvorrichtng nach der Erfindung, d.h. bei Vorgabe von Aus senradius R des Kontaktelements 5, Breite D der Meßfläche, Durchmesser und minimalem Abstand d der Abschirmungen 4 und 6, Höhe h der Kontaktelemente 5 und 7, Prüfspannung U, Grenz feldstärke Egr und kritischer Feldstärke Ecr zwischen den Ab schirmungen 4 und 6 muß der Grenzwinkel α einen Wert aufwei sen, der durch die folgende Beziehung bestimmt ist:
tg α < U/(D×E _cr)=d/D.

Dann ist sichergestellt, daß die Prüfvorrichtung nach der Erfindung auch bei kleinen Oberflächenwiderständen des Isola tors 1 ohne Gasentladungen arbeitet. Der Grenzwinkel α ist hierbei gemäß Fig. 2 bestimmt durch eine in einer senkrecht auf der Meßfläche stehenden Ebene verlaufende und an die Ab schirmung 4 gelegte Tangente, welche durch eine den Abstand der beiden Kontaktelemente 5 und 7 bzw. die Breite D der Meßfläche bestimmende Kontaktstelle geführt ist.

Wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, kann die Elektrode 3 statt ringförmig geschlossen auch segmentiert aufgebaut sein. Sie weist dann azimutal auf einem Ring verteilte und gegeneinander elektrisch isolierte Kontaktelemente 20, 21, 22 und Abschirmungsteile 23, 24 und 25 auf. Hierdurch wird eine winkelaufgelöste Messung des Oberflächenwiderstandes in der nunmehr segmentierten ringförmigen Meßfläche ermöglicht.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des Oberflächenwiderstandes eines spannungsbelasteten Isolators (1) mit zwei im wesentli chen koaxial zueinander angeordneten, die Isolatorober fläche unter Bildung einer Meßfläche kontaktierenden und mit Prüfspannung beaufschlagenden Elektroden (2, 3) da durch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) jeweils eine ihre Kontaktstellen beim Prüfen mit Wechselspannung vom wirksamen elektrischen Feld entlastende Abschirmung (4, 6) aufweisen und jeweils im Bereich der Kontaktstellen deformierbar ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (2, 3) jeweils mindestens ein in die zuge ordnete Abschirmung (4, 6) eingesetztes Kontaktelement (5, 7) aus einem elektrisch leitenden, elastomeren Mate rial aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Elektroden (z.B. 3) azimutal auf einem Ring verteilte Segmente als Kontaktelemente (20, 21, 22) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschirmungen beider Elektroden (2, 3) gegensinnig geneigt sind und jeweils eine mit zunehmendem Abstand von der Meßfläche zunehmende Neigung aufweisen mit einem Grenzwinkel (α) dessen Tangens größer ist als das Verhältnis des minimalen Abstandes (d) beider Ab schirmungen (4, 6) zum minimalen Abstand (D) beider Kon taktelemente (5, 7), wobei der Grenzwinkel (a) bestimmt ist durch eine in einer senkrecht auf der Meßfläche ste henden Ebene verlaufende und an eine beider Abschirmungen (4,6) geführte Tangente, welche durch eine den minimalen Abstand (D) der beiden Kontaktelemente (2, 3) bestimmende Kontaktstelle gelegt ist.

5. Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn zeichnet daß die beiden Elektroden (2, 3) an einem in ei ner Metallhülse (11) abgestützten Isolierkörper (8) ge halten sind mittels Ansätzen (9, 10), deren Oberflächen im wesentlichen senkrecht an die Oberflächen der Abschirmun gen (4, 6) der gehaltenen Elektroden (2, 3) geführt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (6) Öffnungen (19) zur Zufuhr eines Isoliergases aus der Metallhülse (11) in einen von den Elektroden (2, 3) und der Meßfläche begrenzten Raum auf weist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (8) auf der von den Elektroden (2, 3) abgewandten Seite eine mit Prüfwech selspannung beaufschlagte Abschirmelektrode (14) trägt.