HOCHSPANNUNGSFESTIGKEITS-TEST oder HOCHSPANNUNGS-PRÜFUNG
Die Hochspannungsprüfung ist die Dritte Prüfung die von den elektrischen Sicherheitsnormen gefordert wird.
Diese Prüfung besteht darin einen Lekstrom am Prüfling zu messen, hierzu sind Phase und Null gebrückt. Das Messergebnis eines Hochspannungstests ist ein Stromwert welcher niedriger als die in der Norm vorgegebenen Grenze sein muss. Hochspannungstester (auch HV-Prüfgerät, Flash Tester, Stehwechselspannungstester oder Stehgleichspannungstester genannt) dienen dazu diese Ströme zu messen (bei Sefelec ab 1µA!!)
SPANNUNGEN FÜR HV-PRÜFUNGEN
Werden in AC oder DC angelegt mit Bereichen zwischen einigen Hundert Volt bis zu einigen Hunderttausend Volt!! Die Art und die Höhe der Prüfspannungen werden von Normen festgelegt die auf den jeweiligen Prüfling abgestimmt sind..
Liegt keine Norm zu Grunde der Prüfung, wird folgende Faustregel angewendet: die Prüfung wird mit der gleichen Art von Spannung (AC 50 60 Hz oder DC) gemacht wie die mit der, der Prüfling betrieben wird. Zum Beispiel DC für eine Autobatterie oder AC für einen Wechselspannungstrafo. Die Prüfspannung wird durch folgende Formel festgelegt: U Test = 2x U Nenn + 1.000 Volt (2x 230 +1000 = 1460 VAC).
Der HV-Test bzw. die HV-Prüfung kann zerstörend oder zerstörungsfrei ausgeführt werden.
ZERSTÖRENDE PRÜFUNGEN
Manche genormte HV-Prüfungen fordern dass ein hoher Strom am Prüfling während der Hochspannungsprüfung angelegt wird. Dies bewirkt die Zerstörung des Prüflings duch Verkohlen der Isolationsmaterialien. Solche Tests werden angewendet um Prüflinge aus der Stromkonvertierung oder Schaltungstechnik mit hohen Strömen zu prüfen (Schütze, Schalter, Unterbrecher, Transformatoren, Isolatoren, usw.).
NICHT ZERSTÖRENDE PRÜFUNGEN
 Diagram 1: Kurve des Lekstromes in Relation zur Prüfspannung.
Es ist in diesem Anwendungsfall dass das Hochspannungsprügerät eine hohe Leistung und gleichzeitig eine gute Auflösung der Messeinrichtung braucht. Somit werden die Anwendungsmöglichkeiten und Einstellungen die sich dem Nutzer bieten vervielfältigt.
Nicht zerstörende Tests werden hingegen mit einem niedrigen Strom von wenigen milliAmper und einer hohen Auflösung (bei Sefelec ab 1µA) getätigt. Dies führt dazu dass vor dem Fehlerfall (eigentliche Durchbruchsspannung) die Einrichtung dafür sorgt dass die Prüfspannung abgeschaltet wird.
Diese flinke Detektion kombiniert mit einer Strom-Begrenzung des Generators, erlaubt es in vielen Fällen abzuschalten bevor der Prüfling beschädigt werden kann. Produktionsprüfungen oder In-Line-Tests an verschiedensten Prüflingen, machen solche nicht zerstörende Prüfungen unumgehbar um leichte Nacharbeit an Geräten mit hoher Wertschöpfung zu ermöglichen.
BESTIMMUNG VON DIELEKTRISCHEN DURCHBRÜCHEN
Die exakte Bestimmung einer Durchbruchspannung ist unmittelbar an eine Messung typischer elektrischer Werte des dielektrischen Durchbruch Phänomens. Diese Werte oder Eigenschaften entstehen aus dem durch den Prüfling fließenden Strom. Aktuell gibt es zwei Detektions-Modis bei Prüfgeräten:
- Stromschwellen-Detektion,
- Stromänderung-Detektion.
STROMSCHWELLEN DETEKTION
Wenn eine Prüfspannung an einen Prüfling angelegt wird, kann bis zu einem bestimmten Wert der Einstellung beobachtet werden, dass es einen proportionalen Anstieg des Leckstromes gibt. Dieser Anstieg ist bedingt durch den Isolationswiderstand und/oder die Kapazität des Prüflings bei AC, Ladeeffekt bei DC. Wie im Diagramm 1 angezeigt, geht der Leckstrom sehr schnell nach oben und der Auslösestrom wird erreicht.
Der Strom erreicht somit seinen Spitzenwert, dieser Wert wird durch die Leistung des Generators vorgegeben, oder ist ein Momentanwert der durch den kapazitiven Anteil des Prüflings hervorgerufen wird (dieser Wert kann von dem HV-Prüfgerät nicht gemessen oder aufgelöst werden und kann in einigen Fällen zu einer Zerstörung der Isolationseigenschaften führen). Die Stromschwellen Detektion besteht daraus einen Wert Is des Leckstromes entsprechend einer Spannung Us gleichgestellt zu Ur zu wählen und jeden Prüfling als schlecht zu bewerten dessen Leckstrom diesen gewählten Wert überschreitet. Für nicht zerstörende Prüfungen liegt der meist gewählte Wert für "nicht zerstörende Tests" bei 1 mA.
Die Nutzung dieser Detektionsmethode stellt keinerlei Probleme bei Prüfungen mit Gleichspannung (DC) oder an rein Resistiven Prüflingen (Ic liegt hier rund um 10µA). Bei Prüfungen mit Wechselspannung wird es schwierig oder unangebracht wegen des kapazitiven Blindstromes einiger Prüflinge (Eingangsfilter usw.)
STROMÄNDERUNG DETEKTION
 Diagram 2: Vereinfachter Prüfschleife
Diese Methode behebt die Probleme des vorhergehenden Detektionsmodus und bedient sich der Natur des Durchschlageffektes. Durch Analyse des Durchschlageffektes mit einem Oszillographen ist zu sehen dass sich Teilentladungen einstellen bevor es zum eigentlichen Durchschlag kommt. Diese Teilentladungen sind als sehr steile Stromspitzen im Messkreis zu sehen, dieser Messkreis besteht aus der Kombination von HV-Prüfgerät und Prüfling (Diagramm 2). Der Durchschlag ist immer von vorausgehenden Teilentladung begleitet welche wir später zusammen analysieren werden.
Der Durchschlagsstrom selbst hat generell die Form eines sehr steilen und kurzen positiven Pulses, von ca. 1µs oder weniger und dessen Wert sich durch die Kombination von Generator und Prüfling ergibt. Wie wir in Diagramm 3 sehen können hat der entlade Impuls beim Durchschlag praktisch kein veränderten Level, die Pseudo negativ Flanke dessen Zeit variabel ist, hängt dabei von dem Energie Transfer am Dielektrikum zur Zeit des Durschlags ab.
Einen Detektor zu verwenden der nur diese schnellen Stromänderungen im Leckstrom berücksichtigt kann helfen die Fehlerquelle die durch den permanent fließenden Blindstrom entstehen, zu beseitigen (Impedanz des Prüflings).
ΔIr = 1 mA Als typischer Wert ist der meist eingesetzte um einen Durchschlag zu charakterisieren. Dieser muss, in Zusammenhang mit der Detektor-Anspruchszeit stehen. Diese Anspruchszeit ist sehr wichtig um die Durchbruchspannung zu ermitteln. Effektiv würde eine zu schnelle Detektion (kleiner als 1µ) das Prüfgerät anfällig für Teilentladungen vor dem Durchschlag machen. Im Gegensatz würde eine zu späte Detektion (mehr als einige 10 µs) das Prüfgerät unsensibel gegenüber einiger Überschläge machen, dessen Energie (Produkt aus ΔIf².Δt) ausreichend wäre um destruktiv zu wirken aber zu kurz um von dem Detektor erfasst zu werden. Die Detektor-Anspruchszeit sollte immer kurz genug sein um Mikrokarbonisierungen (Schmauchspuren) einiger Isolatoren oder Zerstörung anderer Isolatoren zu verhindern.
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 Diagram 3: Typische Kurve einer Leckstrom-Änderung während eines Durchschlages.
Aus diesem Grund und dies bereits seit mehr als 20 Jahren (Erster ΔI Detektor von Sefelec) liegt die Anspruchszeit zwischen 19 und 20 µs. Aber auch hier gibt es verschiedene Parameter und Ansichten die auf fundierten Erfahrungen beruhen. Wie auch immer diese Parameter und Ansichten zu vereinheitlichen würde dazu führen die HV-Prüfgeräte immer destruktiv arbeiten zu lassen oder die Ergebnisse völlig zusammenhanglos aussehen lassen! Es ist einfach sich vorzustellen wie weit die Ansichten von Produktion und Qualitätskontrolle oder Kunden und Lieferanten auseinander gehen. Zahlreiche Beobachtungen und Analysen verschiedener Produkte haben es ermöglicht eine optimale Detektionszeit auf ca. 10 µs festzulegen.
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