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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen des Isolationsgrades und
einer Isolation eines elektrischen Leiters, so wie eine emaillierte Leitung oder ein
Kabel und vom Typ, der im einleitenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben wird.
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US-A-3 413 541 beschreibt eine Vorrichtung, wobei der Unterschied der elektrischen
Spannung des Testens zwischen dem elektrischen Leiter und einer mechanischen
Anordnung mit Rollen etabliert wird; und von US-A-2 488 578 ist es des weiter
bekannt Suspensionsketten, um Verbindung zum Leiter zu schaffen, welche Isolation
getestet werden muss. Darüber hinaus ist es bekannt die elektrische Testspannung zum
Leiter durch Metalbälle oder ähnliches zu übertragen, durch welche der Leiter bewegt
wird.
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Diese Verfahren haben gemeinsam, dass ein Isolationsdefekt auf dem Leiter, zum
Beispiel in der Form einer Spalte oder eines Lochs, als einen Spannungsüberschlag
registriert wird. Die Spannung muss so gewählt werden, dass sie nicht die
Durchschlagsspannung des isolierenden Materials übersteigt, aber grösser als die
Durchschlagsspannung in atmosphärischen Luft auf demselben Abstand als die Dicke
des isolierendes Materials ist.
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Es ist außerdem bekannt ein Kontaktrad zu verwenden, wobei die Leitung, die in
Bezug auf Isolation getestet werden soll, sich in einer winkligen Aussparung entlang
der Peripherie des Rades erstreckt. Das ist, dass Durchschlag nur auftritt, wo die
Seiten der Aussparung die Leitung berühren. Eine Anordnung wo das Rad durch ein
leitendes Medium ersetzt ist, wie zum Beispiel salzhaltiges Wasser oder Quecksilber,
was von der Beschreibung in der Dänischen Patentanmeldung Nr. 2281/88 gekannt ist,
weist nicht diesen Mangel auf; sie wird aber die Leitung in einer unakzeptablen Weise
verunreinigen, was ein nachfolgendes Reinigungsverfahren benötigt. Die Flüssigkeit
kann durch ein Metallpulver oder durch Metallkugeln ersetzt werden. Das wird keine
Verunreinigung auf der Oberfläche der Leitung verursachen, die Oberfläche der
Leitung kann aber durch Schleifen beschädigt werden.
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WO 90/05311 beschreibt außerdem ein Testverfahren, das eine überlagerte hohe
Wechselspannung auf der Testspannung verwendet, wobei ein Durchschlag erzielt
werden kann, wo die Dämmschicht fehlerhaft ist. Das beansprucht dass die überlagerte
Spannung zu einer Spannung zwischen die Durchschlagsstärke für Luft angepasst
wird, oder in diesem Fall ein leicht ionisierendes Gas, Argon, und für das gemessene
Isolationsmaterial. In diesem Fall tritt die Ionisierung mittlerweile nur auf, wenn ein
Fehler in der Isolation auftritt.
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DD-A-209 912 und DD-A-209 913 beschreiben ein Testverfahren, wo das
Leitungsmedium auch durch eine ausreichende Menge von elektrischen
Ladungsträgern, Ionen, ersetzt werden kann, der über einen passenden axialen
Abstand angeordnet ist, um die Leitung zu umgeben. Ein solcher elektrisch leitende
Fluss kann ein Plasmafluss oder ionisiertes Gas sein. Ein Plasmafluss, der durch einen
befeuerten elektrischen Bogen generiert ist, ist imstande, einen elektrischen Strom zu
tragen, bei Ionisierung von z. B. Edelgas zwischen den Elektroden. Ein elektrisches
Bogen ist aggressiv, sowohl gegen die Elektrodenmaterialien, die
Isolationsmaterialien als auch in dieser Verbindung gegen den getesteten Gegenstand,
aufgrund der sehr hohen Temperatur um das Bogen aufrechtzuerhalten und dabei die
Ionisierung. Dies resultiert in ungünstige Eigenschaften in der Form von sporadischen
Schäden des Testgegenstandes und des Isolationsmaterials und schlechte Haltbarkeit
der Elektroden. Das in DD-A-209 912 beschriebene Testverfahren ist jedoch durch
Erzielung einer variierenden Division der gelieferten Spannung vereinfacht, and damit
eine potentielle Verschiebung zwischen dem Leuchtbogen und der Testspannung mit
Hilfe von einer ohmschen Spannungsteilvorrichtung.
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US-A-4 151 461 beschreibt, dass die Ionisierung auch durch fortlaufende Entladung
von Funken erreicht werden kann; aber um eine fortlaufende Ionisierung zu sichern,
fordert es großer Kraft, 150-800 VA bei 100-600 Hz, und deshalb wird verursacht,
dass die Elektroden schnell abgenutzt werden.
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US-A-3 263 165 beschreibt außerdem, dass die Ionisierung der atmosphärischen Luft
auch mit Hilfe von radioaktiven Isotopen vorgesehen werden kann, was einen Strom
durch die atmosphärische Luft etablieren kann. Aus umweltbedingten Gründen ist es
unzweckmäßig und fordert intensiven Unterhalt.
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EP-A-0 264 482 beschreibt die Verwendung von Laserstrahlen zur Generierung von
Ladungsträgern, und EP-A-0 367 379 beschreibt darüber hinaus, dass elektrisch
emittierende Materialien, wie zum Beispiel chemische Compound aus Barium oder
Calcium Elektronen emittieren können - aber nur durch Erhitzung auf hohen
Temperaturen.
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Die sechs letzterwähnten Verfahren haben den großen Vorteil, dass das
Isolierungsmaterial und die Leitung nicht mechanisch berührt werden, weil es
entweder Schleiß noch Riss oder physische Schäden auf der Oberfläche der Isolierung
gibt. Keine unerwünschte Form vom Härten des Metallkerns des Gegenstandes tritt
auf, was normalerweise bei mechanischem Biegen um Rollen herum oder ähnliches
passieren kann. Ein solches Härten ist sehr ungünstig für zum Beispiel eine
Kupferleitung für Spulen in elektrischen Maschinen usw.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das Testen von
Isolierungseigenschaften der Isolation auf einen elektrischen Leiter und des in der
Einleitung erwähnten Typ vorzusehen, bei welchem Verfahren es in einer sorgfältigen,
berührungsfreien Weise mit Hilfe von einfachen Maßnahmen möglich wird,
strommäßig on-line eine ausreichende Menge von elektrischen Ladungsträgern in der
Form von einer Ionwolke oder Corona zu schaffen, schnell und effektiv zu testen, ob
der elektrische Leiter von einer ausreichenden Schicht von Isolationsmaterial ganz
abgedeckt ist und dabei imstande ist, für elektrische Spannung zu isolieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenfluss
mittels eines Hochfrequenz-, Hochspannungserzeugers mit niedriger Leistung gebildet
wird, und dass Defekte in der Isolation durch einen in einer elektrischen
Serienschaltung mit dem Ionenfluss gebildeten Gleichstrom bestimmt werden, damit
Isolationsdefekte im Testgegenstand einen elektrischen Strom durch den Träger der
elektrischen Ladung in der Form von Ionen bewirkt werden, und dass der elektrische
Strom von einem Strommessungskreislauf registriert wird. In einer sorgfältigen
berührungsfreien Weise und mit Hilfe von einfachen Maßnahmen wird es möglich,
strommäßig on-line eine ausreichende Menge von elektrischen Ladungsträgern in der
Form von einem Ionenfluss oder Korona zu schaffen, schnell und effektiv zu testen,
ob der elektrische Leiter von einer ausreichenden Schicht von Isolationsmaterial ganz
abgedeckt ist und dabei imstande ist, für elektrische Spannung zu isolieren. Es muss
betont werden dass - um schadenden Wärmeeinfluss auf den Testgegenstand zu
verhindern - wird eine Hochfrequenz-Hochspannung mit niedriger Leistung
verwendet, um eine permanente Korona zwischen den Testelektroden zu schaffen.
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Die Erfindung umfasst außerdem eine Vorrichtung zur Verwendung des
erfindungsgemäßen Verfahren, welche Vorrichtung ein System von Testelektroden
umfasst, die derart vorgesehen sind, dass sie zusammen eine zentrale Passage für
einen Testgegenstand bilden, einen elektrischen Leiter, damit der Testgegenstand
kontinuierlich durch die Passage bewegt werden kann, einen Hochfrequenz-,
Hochspannungserzeuger mit niedriger Leistung, der dazu angepasst ist, die
atmosphärische Luft in der erwähnten Passage zu ionisieren, und einen bleibenden
Ionenfluss oder eine bleibende Korona, einen Strommessungserzeuger und einen
Strommessungskreislauf zu bilden, worin der erwähnte Strommessungserzeuger dazu
angepasst ist, eine Stromlinie durch den Ionenfluss oder durch die Korona zur
Oberfläche des Testgegenstandes zu bilden, wenn Isolationsdefekte entstehen, da der
Strommessungskreislauf auch mit dem elektrischen Leiter des Testgegenstandes
verbunden ist, und worin das Testelektrodensystem als zwei Sätze von Elektroden
vorgesehen ist, die in einem Kreis um die erwähnte Passage des Testgegenstandes auf
einer solchen Weise angeordnet sind, dass die Elektroden gegenseitig gleichmäßig um
den Kreis verteilt sind, dass heißt zum Beispiel gegenseitig um 45º verschoben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem so vorgesehen, dass ein
Elektrodensatz vom erwähnten anderen Elektrodensatz isoliert ist, auf einer solchen
Weise, dass ein bleibender Ionenfluss oder eine bleibende Korona wegen der durch die
Hochspannung vom Hochspannungserzeuger erzeugten Stromkapazität gebildet wird.
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In einer bevorzugten Weise ist das Isolationsmaterial zwischen dem erwähnten
Elektrodensatz von einer solchen Form und von einem solchen Material, dass die
Ioniseriung keinen Durchschlag, Funken bewirkt, aber kontinuierliche Entladungen in
der Form eines bleibenden Ionenflusses oder einer bleibenden Korona.
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Um das Effekt des vorzugsweise permanenten Ionenfluss oder Korona zu optimieren,
sind die erwähnten Elektroden so vorgesehen, dass nur zwischen den respektiven
Kreisläufen eine gemeinsame Stromlinie durch die ionisierte atmosphärische Luft in
der Form eines Ionenflusses oder einer Korona gebildet wird, dass heißt, damit der
Strom von dem Strommessungserzeuger den Ionenfluss oder die Korona durch ein
Loch in der Isolation des Testgegenstandes und darüber hinaus durch den Metalleiter
des mit dem Strommessungskreislauf verbundenen Testgegenstandes passieren kann.
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Zweckmäßig ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so vorgesehen, dass ein
Elektrodensatz von einer Metallschicht auf der Innenseite eines Rohrstückes besteht,
das aus Glas oder Keramik hergestellt ist, welches Rohrstück parallel mit der
erwähnten Passage für den Testgegenstand angeordnet ist, während der andere
Elektrodensatz von Elektrodenstäben besteht, die senkrecht zur erwähnten Passage
und zwischen dem ersterwähnten Elektrodensatz angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter erklärt mit Referenz zu der Zeichnung, in
der:
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Fig. 1 einen schematischen Querschnitt zeigt, von der Seite gesehen mit
Verbindungsdiagramm für eine Ausführungsform der Vorrichtung, die nach der
Erfindung verwendet werden soll, und
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Fig. 2 eine perspektivische so genannte explodierte Sicht einer Ausführungsform
einer Anordnung der Elektrodensätze durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.
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Vergleiche das Verbindungsdiagramm, das in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst die
Vorrichtung einen Elektrodensatz 2 und einen Elektrodensatz 4, der je aus vier
Elektroden besteht, die in einem Zirkel um eine zentrale Passage 6 für einen
Testgegenstand 8 angeordnet sind, zum Beispiel ein isolierender elektrischer Leiter,
dessen isolierende Überzug fortlaufend getestet wird, während der Leiter durch die
Passage mit angemessener Geschwindigkeit bewegt wird. Der Elektrodensatz 2
besteht aus vier dünnen zylindrischen - Elektrodenstäben, die senkrecht zum
Testgegenstand 8 in der Passage 6 angebracht sind, und die gegenseitig um 90º
entlang dem erwähnten Zirkel verschoben werden, das heißt, dass die Endteile der
Elektrodenstäbe nahe zur zentralen Passage 6 des Testgegenstandes 8 angebracht sind.
Der Elektrodensatz 4 besteht aus flächedefinierten Metallüberzügen 10 auf der
Innenseiten der Rohrstücken 12, die aus Glas oder Keramik hergestellt sind, da das
Isoliermaterial um den Elektrodensatz 4 ausreichend gute elektrische und mechanische
Eigenschaften besitzen soll, so wie genau Glas oder Keramik. Anders gesagt zeigen
Fig. 1 und 2 zwei Elektrodensätze je mit vier Elektroden, die gegenseitig um 45º
verschoben sind.
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Wie es außerdem aus Fig. 1 hervorgeht, steht mittels eines
Hochspannungswechselstromgenerators 14 eine hochfrequente
Hochspannungsfrequenz an, und die Kraft ist von den elektrischen Eigenschaften des Materials in
Frage abhängig; es wird aber typisch bei ungefähr 60-100 kHz und 3-25 VA liegen.
Mittels eines messenden Spannungsgenerators 16 wird eine Messpannung anstehen,
und mittels eines Strommessungskreislaufs 18 werden Stromfehler entdeckt, die von
Löchern in der Isolation des Testgegenstandes 8 verursacht sind, welcher
Testgegenstand - wie in Fig. 2 gezeigt - dem Messungskreislauf entsprechend, mit der
Vorrichtung an Masse angeschlossen ist. Das Messungssignal kann zwischen den
Leitungen 20 und 22 gemessen werden.
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Anders gesagt ist es die Aufgabe der Erfindung die Ionisierung auszunützen, die zum
Beispiel in atmosphärischer Luft vorkommt, bevor die Intensität in der Luft des
elektrischen Felds hoch genug ist, um einen Durchschlag zu verursachen. Eher gängig
ist diese Ionisierung als Korona beschrieben. Um den fortlaufenden Ionenfluss
beizubehalten, ohne dass einen Durchschlag vorkommt, werden die Elektroden 2 und
4 von einem Isoliermaterial getrennt, von den Rohren 12. Die Ionisierung erfolgt
fortlaufend mittels eines hohen Wechselstroms mit einer hohen Frequenz vom
Wechselstromsgenerator 14, weshalb der Strom der Korona mit dem Isoliermaterial
12 Kapazitiv als Dielektrikum ist. Ein Strom und eine Spannung sind mit kapazitiver
Ladung um 90º Fasenverschoben, die entstehende Wärme ist hauptsächlich
ausschließlich vom Dielektrikum-Verlust im Isoliermaterial 12 des Systems
verursacht. Vom selben Grund ist der Stromverbrauch niedrig, ungefähr 5 VA für das
beschriebene Elektrodensystem. Das Elektrodensystem ist in der Ausführungsform als
um den Testgegenstand 8 zirkulärorientiert beschrieben, und die Ausführungsform
gewährleistet, dass die Ionisierung der Luft um den ganzen Durchmesser des
Gegenstandes ausreichend ist. Alternativ kann das Elektrodensystem mit den
Elektroden in Reihe ausgeführt werden, wobei eine Platte, die auf der Isolierung
angebracht ist, oder eine Folie über eine Metallrolle getestet werden können.
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Die Funktion der Vorrichtung ist so, dass der Testgegenstand fortlaufend durch die
zentrale Passage 6 des Elektrodensystems bewegt wird, und dass ein Isolierungsfehler
verursachen wird, dass ein elektrischer Strom von elektrischen Ladungsträgern
gefördert in der Form von Ionen laufen wird. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass
die atmosphärische Luft im Elektrodensatz 2 und 4 elektrisch leitend gemacht ist, in
der Form der Ionisierung mittels einer elektrischen Feldstärke-Intensität, die
Entladung mit hoher Frequenz in der Form von Korona verursacht.
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Die Ausführungsform der Elektroden gewährleistet, dass die ionisierte atmosphärische
Luft eine ausreichende Quantität von Ionen im Zentrum des Elektrodensystems, damit
ein lösbare Vergrößerung des Stroms vom Strommessungserzeuger 16 vom
Strommessungskreislauf 18 registriert werden kann, wenn die Isolation des
Gegenstandes defekt ist.
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Die Ausführungsform gewährleistet, dass zwei Kreisläufe vorgesehen sind, welche an
sich gemeinsame Strombahn in der ionisierten atmosphärischen Luft, Korona
ausweisen. Dabei wird nur der Strom vom Strommessungserzeuger 16 durch die
Korona zu laufen, über einen Loch in der Isolation, und weiter durch den Leiter des
Gegenstandes, der zum Strommessungskreislauf 18 über die Masseverbindung zum
Gerät verbunden ist. Wenn keine Löcher in der Isolation des Testgegenstandes
vorgesehen sind, kann eine Strombahn zum Metallkern des Gegenstandes wegen des
Isolationsmaterials nicht gebildet werden.