Hochspannungsprüfung

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Personenschutz bei einer Hochspannungsprüfung an einem Prüfobjekt sowie eine Hochspannungserzeu gungsvorrichtung, welche gemäß dem Verfahren für den Personenschutz arbeitet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Hochspannungsisolationsmessungen, beispielsweise Kapazitätsmessungen und Verlustfaktormessungen, sind etablierte Verfahren, um den Zustand von Hoch spannungseinrichtungen, wie zum Beispiel Transformatorisolierungen oder Durch führungsisolierungen, zu prüfen. Dabei werden hohe Prüfspannungen, insbeson dere hohe Wechselspannungen, von einigen 1000 V, beispielsweise 10 kV verwen det. Ein Messstrom kann dabei einige 100 mA betragen, beispielsweise bis zu 300 mA.

Entsprechende Messgeräte sind üblicherweise derart aufgebaut, dass ein Benutzer vor der hohen Prüfspannung geschützt ist, beispielsweise durch geeignete Isolati onen des Messgerätes und der verwendeten Messleitungen. Am Prüfling selbst, beispielsweise an einem Transformator oder einer sonstigen Hochspannungsvor richtung, können jedoch nicht oder schlecht isolierte Teile vorhanden sein, welche während der Prüfung mit der Hochspannung beaufschlagt werden. Um eine Person vor einer elektrischen Gefährdung während der Messung zu schützen, kann der Prüfbereich beispielsweise abgeschrankt werden und es können Warnsignale aus gegeben werden, beispielsweise optische Warnsignale mit einer roten Leuchte o- der einem Blitzlicht, sowie akustische Warnsignale, beispielsweise ein lauter Warn ton. Der Personenschutz beruht somit auf der Annahme, dass alle an der Prüfung beteiligten Personen und alle im Prüfbereich befindlichen Personen entsprechende Sicherheitsvorschriften kennen und einhalten. Trotz dieser Sicherheitsvorschriften kommt es immer wieder zu Unfällen, beispielsweise wenn Sicherheitsvorschriften nicht eingehalten oder umgangen werden. Durch die bei der Prüfung verwendete Hochspannung besteht bei Kontakt einer Person mit spannungsführenden Teilen eine erhebliche Lebensgefahr für die Person.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Stand der Technik besteht daher ein Bedarf, den Personenschutz bei Hoch spannungsprüfungen oder Hochspannungsmessungen zu verbessern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für einen Personenschutz bei einer Hochspannungsprüfung an einem Prüfobjekt und eine Hochspannungs erzeugungsvorrichtung für eine Hochspannungsprüfung an einem Prüfobjekt ge mäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche de finieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Ein Verfahren für einen Personenschutz bei einer Hochspannungsprüfung an ei nem Prüfobjekt umfasst ein Ausgeben eines Hochspannungswechselstroms für das Prüfobjekt mittels einer Hochspannungserzeugungsvorrichtung. Die Hoch spannungserzeugungsvorrichtung weist einen Hochspannungstransformator zur Erzeugung des Hochspannungswechselstroms auf. Der Hochspannungswechsel strom kann beispielsweise zur Durchführung einer Hochspannungs-Isolationsmes- sung an dem Prüfobjekt verwendet werden. Der Hochspannungswechselstrom kann eine Spannung im Bereich von beispielsweise 2 kV bis 12 kV aufweisen. Wei terhin wird bei dem Verfahren ein zeitlicher Verlauf von mindestens einer elektri schen Größe an dem Hochspannungstransformator während des Ausgebens des Hochspannungswechselstroms bestimmt. Der zeitliche Verlauf der mindestens ei nen elektrischen Größe kann beispielsweise direkt an dem Hochspannungstrans formator gemessen werden oder aus einer oder mehreren Messungen an dem Hochspannungstransformator mittels einer Steuervorrichtung oder Verarbeitungs vorrichtung bestimmt werden. In Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der min destens einen elektrischen Größe wird das Ausgeben des Hochspannungswech selstroms beendet. Ein zeitlicher Verlauf einer oder mehrerer elektrischer Größen, beispielsweise Strom, Spannung, Leistung, Phasenwinkel oder Impedanz, an einem Prüfobjekt, wie zum Beispiel einem Hochspannungstransformator oder einer Hochspannungs durchführung, unterscheidet sich von einem entsprechenden zeitlichen Verlauf der einen oder mehreren elektrischen Größen eines stromdurchflossenen menschli chen Körpers, sodass aus einer Beobachtung dieses zeitlichen Verlaufs erkannt werden kann, ob eine Person Kontakt mit dem Hochspannungswechselstrom hat. Wird auf diese Art und Weise ein solcher Kontakt einer Person mit dem Hochspan nungswechselstroms erkannt, so kann der Hochspannungswechselstrom abge schaltet werden, um die Person vor einer Verletzung zu schützen. Dabei ist es von großer Wichtigkeit, dass die Abschaltung so schnell wie möglich erfolgt, da die Länge der Einwirkdauer des Hochspannungswechselstroms auf die Person einen entscheidenden Einfluss auf den Umfang einer möglichen Verletzung haben kann. Beispielsweise treten bei einem Stromfluss von 200 mA und einer Einwirkdauer von weniger als 300 ms im Allgemeinen Muskelkontraktionen mit reversiblen Effekten auf, wohingegen bei längerer Einwirkdauer oder höherem Stromfluss irreversible Effekte möglich sind und zusätzlich die Wahrscheinlichkeit von Herzkammerflim mern erheblich ansteigt.

Beispielsweise kann der Hochspannungstransformator eine Eingangsseite mit ei ner Eingangswicklung und eine Ausgangsseite mit einer Ausgangswicklung aufwei sen. An der Ausgangswicklung wird der Hochspannungswechselstrom für das Prüfobjekt ausgegeben. Der zeitliche Verlauf der mindestens einen elektrischen Größe wird mittels einer Erfassung an der Eingangsseite des Hochspannungs transformators bestimmt. Das Ausgeben des Hochspannungswechselstroms wird in Abhängigkeit von dem so ermittelten zeitlichen Verlauf der mindestens einen elektrischen Größe beendet. An der Eingangswicklung des Hochspannungstrans formators liegen üblicherweise deutlich geringere Spannungen als an der Aus gangswicklung des Hochspannungstransformators an. Eine Messung von bei spielsweise Strom und Spannung an der Eingangsseite ist aufgrund der geringeren Spannung kostengünstiger und insbesondere schneller durchführbar als an der Ausgangsseite. Die elektrischen Größen an der Eingangswicklung und der Aus gangswicklung des Hochspannungstransformators stehen jedoch in direkter Ab- hängigkeit zueinander, sodass aus den elektrischen Größen an der Eingangswick lung auf die elektrischen Größen an der Ausgangswicklung geschlossen werden kann. Dadurch ist eine schnelle Erkennung, ob eine Person Kontakt mit dem Hoch spannungswechselstrom hat, möglich, sodass eine schnelle Abschaltung erreicht werden kann. Der Zusammenhang zwischen den elektrischen Größen an der Ein gangswicklung und den elektrischen Größen an der Ausgangswicklung wird über Eigenschaften des Hochspannungstransformators bestimmt. Daher kann das Ab schalten des Hochspannungswechselstroms ferner in Abhängigkeit von mindes tens einer Eigenschaft des Hochspannungstransformators erfolgen. Anders ausge drückt kann bei der Entscheidung, ob der Hochspannungswechselstrom weiterhin ausgegeben wird oder abgeschaltet wird, eine elektrische Größe an der Eingangs wicklung erfasst werden und mittels der Eigenschaften des Hochspannungstrans formators auf entsprechende elektrische Größen an der Ausgangswicklung ge schlossen werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine elektrische Größe eine Phasenlage und einen Betrag eines Stroms an dem Hochspannungstransfor mator sowie eine Phasenlage und einen Betrag einer Spannung an dem Hochspan nungstransformator. Bei dem Verfahren kann ferner ein Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung an dem Hochspannungstransformator basierend auf den Phasenlagen des Stroms und der Spannung bestimmt werden. Das Ausgeben des Hochspannungswechselstroms wird beendet, wenn der Phasenwinkel kleiner als ein vorgegebener Phasenwinkelschwellenwert ist. Der Phasenwinkelschwellenwert kann im Bereich von beispielsweise 80° bis 89° liegen, vorzugsweise beispiels weise 80° oder 85° betragen. Beispielsweise kann der Hochspannungswechsel strom ausgeschaltet werden, wenn der Phasenwinkel kleiner als 80° ist. Bei einer Isolationsmessung und im Wesentlichen intakter Isolation des Prüflings oder Prüfobjekts stellt der Prüfling im Wesentlichen eine kapazitive Last dar, sodass der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung nahezu 90° beträgt. In diesem Fall eilt der Strom der Spannung nahezu um 90° nach. Wenn eine Person in Kontakt mit dem Hochspannungswechselstroms steht, verkleinert sich der Phasenwinkel, da die Person eine ohmsche Last darstellt. Wenn eine entsprechende Veränderung des Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung festgestellt wird, kann der Hochspannungswechselstrom abgeschaltet werden, um die Person zu schützen. Alternativ oder zusätzlich kann basierend auf den Phasenlagen des Stroms und der Spannung ein Verlustfaktor bestimmt werden. Das ausgeben des Hochspannungs wechselstroms wird beendet, wenn der Verlustfaktor größer als ein vorgegebener Verlustfaktorschwellenwert ist. Der Verlustfaktorschwellenwert kann einen Wert im Bereich von beispielsweise 0,5 % bis 10 % aufweisen, vorzugsweise 5 % oder 10 %. Der Verlustfaktor ist gleich dem Tangens des Verlustwinkels, welcher im Falle einer Kapazität 90° minus dem Phasenwinkel entspricht.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Impedanz einer an den Hochspan nungstransformator angeschlossenen Last basierend auf den Beträgen und den Phasenlagen des Stroms und der Spannung bestimmt. Das Ausgeben des Hoch spannungswechselstroms wird beendet, wenn die Impedanz kleiner als ein vorge gebener Impedanzschwellenwert ist. Der Impedanzschwellenwert kann im Bereich von beispielsweise 30 kQ bis 70 kQ liegen und beträgt vorzugsweise 50 kQ. Bei Hochspannungsvorrichtungen, bei welchen die Isolation im Wesentlichen in Ord nung ist, beträgt die Impedanz im Allgemeinen deutlich mehr als 50 kQ, zumeist mehr als 70 kQ. Kleinere Impedanzen deuten daher entweder auf einen Defekt in der Isolation der Hochspannungsvorrichtung hin, oder darauf, dass eine Person Kontakt zu dem Hochspannungswechselstrom hat. Eine Abschaltung in diesem Fall kann daher die Person vor einem elektrischen Schlag und dessen Folgen wirk sam schützen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf einer von dem Hochspannungstransformator abgegebenen Leistung bestimmt. Die von dem Hochspannungstransformator abgegebene Leistung wird basierend auf zeitli chen Verläufen der Beträge und der Phasenlagen des Stroms und der Spannung bestimmt. Beispielsweise kann ein Effektivwert der von dem Hochspannungstrans formator abgegebenen Leistung bestimmt werden. Wenn sich die abgegebene Leistung innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer um mehr als einen vorgegebe nen Leistungsänderungswert ändert, wird das Ausgeben des Hochspannungs wechselstroms beendet. Der Leistungsänderungswert kann beispielsweise ein Re lativwert sein, beispielsweise im Bereich von 10 % bis 30 %, vorzugsweise bei- spielsweise 20 %. Die vorgegebene Zeitdauer kann im Bereich von wenigen Milli sekunden, beispielsweise 10 ms bis 300 ms liegen, vorzugsweise 200 ms. Anders ausgedrückt wird der Hochspannungswechselstrom abgeschaltet, wenn beispiels weise bestimmt wird, dass sich die von dem Hochspannungstransformator abge gebene Leistung innerhalb von beispielsweise 200 ms um mehr als beispielsweise 20 % erhöht. Unter der Voraussetzung, dass die von dem Hochspannungstransfor mator abgegebene Spannung in diesem vorgegebenen Zeitraum nicht erhöht wurde, kann diese Erhöhung der abgegebene Leistung darauf hinweisen, dass eine Person ein spannungsführendes Teil berührt hat, sodass ein zusätzlicher Strom durch diese Person fließt und dadurch die abgegebene Leistung erhöht wird. Indem diese Leistungserhöhung in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum von beispiels weise 200 ms erfasst wird, kann der Hochspannungswechselstrom rasch abge schaltet werden, sodass die Person nur für eine sehr kurze Zeitdauer dem Hoch spannungswechselstrom ausgesetzt ist.

Bei einem weiteren Beispiel wird das Ausgeben des Hochspannungswechsel stroms beendet, wenn der Betrag des Stroms einen vorgegebenen Stromschwel lenwert überschreitet. Der Stromschwellenwert kann im Bereich von 100 mA bis 300 mA liegen und beträgt vorzugsweise 200 mA. Der Strom kann beispielsweise der Effektivwert des Stroms sein. Wie bereits oben beschrieben wurde, tritt bei einer Einwirkung eines Stroms von 200 mA für eine Zeitdauer von 300 ms im Allgemei nen noch keine irreversible Schädigung ein und auch die Wahrscheinlichkeit eines Herzkammerflimmerns ist verhältnismäßig gering.

Das Ausgeben des Hochspannungswechselstroms kann auch dann beendet wer den, wenn sich ein zeitlicher Verlauf des Betrags des Stroms innerhalb einer vor gegebenen Zeitdauer um mehr als einen vorgegebenen Stromänderungswert än dert. Die vorgegebene Zeitdauer kann wiederum im Bereich von 10 ms bis 300 ms liegen und vorzugsweise 200 ms betragen. Der Stromänderungswert kann ein re lativer Wert sein und beispielsweise 10 % bis 20 % betragen. Bei diesem Beispiel wird der Hochspannungswechselstrom somit abgeschaltet, wenn sich der Strom innerhalb von beispielsweise 200 ms um mehr als 20 % vergrößert. Der Strom kann beispielsweise der Effektivwert des Stroms sein. Wenn eine Person ein spannungs- führendes Teil berührt, kann eine derartige plötzliche Erhöhung des Stroms auftre- ten. Ein Abschalten des Hochspannungswechselstroms in diesem Fall kann daher eine Gefährdung der Person verringern.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Ausgeben des Hochspannungswech selstroms beendet, wenn beim Ausgeben des Hochspannungswechselstroms für das Prüfobjekt der Betrag der Spannung eine vorgegebene Mindestspannung nicht erreicht. Die Mindestspannung kann im Bereich von beispielsweise 1 kV bis 10 kV liegen. Ursache dafür, dass die vorgegebene Mindestspannung nicht erreicht wird, kann einerseits sein, dass das Prüfobjekt keine hinreichende Isolation aufweist, aber andererseits auch, dass eine Person in Kontakt mit einem spannungsführen den Teil steht und dadurch Strom durch die Person fließt und, aufgrund der be grenzten Leistungsfähigkeit des Hochspannungstransformators, dieser Strom die maximale Ausgangsspannung begrenzt. Ein Abschalten unter diesen Bedingungen kann daher zum Schutz der Person beitragen.

Das Ausgeben des Hochspannungswechselstroms kann ferner beendet werden, wenn sich ein zeitlicher Verlauf des Betrags der Spannung innerhalb einer vorge gebenen Zeitdauer um mehr als einen vorgegebenen Spannungsänderungswert ändert. Der Spannungsänderungswert kann beispielsweise ein Absolutwert sein o- der ein Prozentwert zu einem Wert der Spannung zu Beginn der vorgegebenen Zeitdauer. Der Spannungsänderungswert kann beispielsweise im Bereich von -10 % bis -20 % liegen, das heißt, wenn sich die Spannung innerhalb der vor gegebenen Zeitdauer um beispielsweise 10 % oder beispielsweise 20 % ändert, wird der Hochspannungswechselstrom abgeschaltet. Wenn während der Hoch spannungsprüfung eine Person ein spannungsführendes Teil berührt, kann der von dem Hochspannungstransformator abzugebende Strom durch den zusätzlichen Stromfluss durch die Person erheblich erhöht werden, sodass, aufgrund der be grenzten Leistungsfähigkeit des Hochspannungstransformators, die Spannung ein bricht. Ein Abschalten des Hochspannungswechselstroms aufgrund dieser Situa tion kann daher eine Gefährdung der Person verringern. Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Hochspannungswechselstrom mit ei nem kontinuierlich oder in Stufen erhöhten Spannungsbetrag ausgegeben. Bei spielsweise kann der Hochspannungswechselstrom beginnend bei einer niedrigen Spannung, beispielsweise in der Größenordnung von 25 V oder 100 V, kontinuier lich oder in Stufen bis zu einer Endspannung erhöht werden. Das Erhöhen des Hochspannungswechselstroms von der niedrigen Spannung, welche beispiels weise auch 1 kV betragen kann, bis zu der Endspannung von beispielsweise 12 kV kann beispielsweise in Stufen von z.B. 1 kV bis 12 KV in einem Zeitraum von we nigen Sekunden, beispielsweise im Bereich von 1 Sekunde bis 5 Sekunden, vor zugsweise innerhalb von 3 Sekunden, erfolgen. In Verbindung mit den zuvor be schriebenen Schutzmechanismen, welche eine Berührung eines spannungsfüh renden Teils durch eine Person erkennen und dann den Hochspannungswechsel strom abschalten, kann die Gefährdung für die Person weiter verringert werden, da eine Abschaltung bereits durchgeführt werden kann, bevor die volle Messspannung von beispielsweise 12 KV erreicht wird.

Eine Hochspannungserzeugungsvorrichtung für eine Hochspannungsprüfung an einem Prüfobjekt umfasst einen Hochspannungstransformator, einen Ausgang und eine Steuervorrichtung. Der Hochspannungstransformator dient zur Erzeugung ei nes Hochspannungswechselstroms. An dem Ausgang wird der Hochspannungs wechselstrom für das Prüfobjekt bereitgestellt. Die Steuervorrichtung ist ausgestal tet, eine Person bei der Hochspannungsprüfung zu schützen, indem die Steuervor richtung den Hochspannungswechselstrom für das Prüfobjekt über den Ausgang ausgibt und während des Ausgebens des Hochspannungswechselstroms einen zeitlichen Verlauf mindestens einer elektrischen Größe an dem Hochspannungs transformator bestimmt. In Abhängigkeit von diesem zeitlichen Verlauf der mindes tens einen elektrischen Größe beendet die Steuervorrichtung das Ausgeben des Hochspannungswechselstroms. Die Hochspannungserzeugungsvorrichtung ist so mit zur Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahren geeignet und umfasst daher auch die im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Verfahren be schriebenen Vorteile.

Die Hochspannungserzeugungsvorrichtung bzw. das entsprechende Prüfsystem kann vorzugsweise als portable Vorrichtung oder Einheit ausgestaltet sein. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Hochspannungserzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf zweier elektrischer Größen an ei nem Hochspannungstransformator einer Hochspannungserzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch einen weiteren zeitlichen Verlauf zweier elektrischer Grö ßen an einem Hochspannungstransformator einer Hochspannungserzeugungsvor richtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Schritten eines Verfahrens gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen glei che Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schemati sche Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dar- gestellt. Die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente sind derart wie dergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktio neilen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopp lung implementiert werden. Funktionale Einheiten können als Flardware, Software oder eine Kombination aus Flardware und Software implementiert werden.

Fig. 1 zeigt ein Flochspannungs-Wechselspannungsprüfgerät 100 in Verbindung mit einem Prüfobjekt oder Messobjekt 300 sowie eine Person 400. Das Prüfobjekt 300, welches auch als Prüfling bezeichnet wird, umfasst eine Hochspannungsvor- richtung, wie zum Beispiel einen Transformator, einen Flochspannungsschalter o- der eine Flochspannungsdurchführung. Das Hochspannungs-Wechselspannungs- prüfgerät 100 ist eingerichtet, eine Flochspannungs-Isolationsmessung an dem Prüfobjekt 300 durchzuführen. Dazu wird das Prüfobjekt 300 mit einer Prüfspan nung im Bereich von einigen 1000 V, beispielsweise 2 kV bis 12 kV, beaufschlagt und ein sich ergebender Strom durch das Prüfobjekt 300 ermittelt. Eine Qualität einer Isolation des Prüfobjekts 300 gegenüber Masse oder einem anderen Leiter kann anhand von Strom und Spannung ermittelt werden. Dazu weist das Hoch spannungs-Wechselspannungsprüfgerät 100 beispielsweise eine Strommessvor richtung 102 sowie eine Spannungsmessvorrichtung 103 auf, welche einen in das Prüfobjekt 300 eingespeisten Strom beziehungsweise eine an dem Prüfobjekt 300 anliegende Spannung messen. Um eine qualitativ hochwertige Aussage bezüglich der Isolation des Prüfobjekts zu erlangen, weisen die Messvorrichtungen 102,103 eine hohe Genauigkeit auf und erfassen elektrische Signale, welche direkt in Ver bindung mit dem Prüfobjekt 300 stehen, beispielsweise Strom und Spannung. Strom und Spannung können dazu beispielsweise abgetastet werden, beispiels weise mit einer Abtastrate welche deutlich über der Frequenz des in das Prüfobjekt 300 eingespeisten Hochspannungswechselstroms ist. In einer Verarbeitungsvor richtung 101 des Hochspannungs-Wechselspannungsprüfgeräts 100 werden die abgetasteten Strom- und Spannungssignale verarbeitet und beispielsweise ein Iso lationswiderstand bestimmt und an einen Benutzer ausgegeben.

Das Hochspannungs-Wechselspannungsprüfgerät 100 umfasst ferner eine Hoch spannungserzeugungsvorrichtung 200 zur Erzeugung des in das Prüfobjekt 300 einzuspeisenden Hochspannungswechselstroms. Die Hochspannungserzeu gungsvorrichtung 200 umfasst einen Hochspannungstransformator 201 , welcher an einer Ausgangsseite 211 mit seiner Ausgangswicklung über einen Ausgang 202 mit dem Prüfobjekt 300 koppelbar ist. An einer Eingangsseite 210 ist eine Ein gangswicklung des Hochspannungstransformators 201 über eine Schaltvorrich tung 204 mit einer Energieversorgung, beispielsweise mit einem Energieversor gungsnetz mit einer Spannung im Bereich von 110 bis 240 V Wechselspannung verbunden. Der Hochspannungstransformator 201 ist derart ausgestaltet, dass er auf der Grundlage der ihm an der Eingangswicklung zugeführten Spannung an der Ausgangswicklung den gewünschten Hochspannungswechselstrom für die Mes sung bereitstellt. Die Hochspannungserzeugungsvorrichtung 200 umfasst weiterhin eine Steuervorrichtung 203 sowie Messvorrichtungen 205, 206, beispielsweise eine Strommessvorrichtung 205 und eine Spannungsmessvorrichtung 206. Die Mess vorrichtungen 205, 206 sind verglichen mit den Messvorrichtungen 102 und 103 weniger auf hohe Präzision ausgelegt, sondern vielmehr für eine schnelle Mes sung. Die Messvorrichtungen 205, 206 können ebenso wie die Messvorrichtungen 102, 103 Stromwerte beziehungsweise Spannungswerte abtasten und die Abtast werte der Steuervorrichtung 203 zur Verfügung stellen. Eine Abtastrate der Mess vorrichtungen 102, 103 kann erheblich höher als die Frequenz der Spannung an der Eingangswicklung des Hochspannungstransformators 201 sein, beispielsweise um einen Faktor 10 bis 100 höher, also beispielsweise eine Abtastrate von 500 bis 5000 Abtastwerten pro Sekunde bei einer Frequenz von 50 Hz der Spannung an der Eingangswicklung. Die Steuervorrichtung 203 ist mit der Schaltvorrichtung 204 gekoppelt und in der Lage, die Stromversorgung für den Hochspannungstransfor mator 201 ein- beziehungsweise auszuschalten. Die Hochspannungserzeugungs vorrichtung 200 kann weitere Komponenten umfassen, um beispielsweise einen Hochspannungswechselstrom mit einstellbarer Spannung unter der Steuerung der Steuervorrichtung 203 bereitzustellen, beispielsweise um den Hochspannungs wechselstrom kontinuierlich oder in Stufen von beispielsweise 1 kV bis auf 12 kV erhöhen zu können.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm 500 mit einem zeitlichen Verlauf einer Spannung 501 und einem zeitlichen Verlauf eines Stroms 502, wie sie beispielsweise an dem Hochspannungstransformator 201 bei einer Isolationsmessung des Prüfobjekts 300 mit einer im Wesentlichen kapazitiven Last auftreten. Bei einer im Wesentli chen kapazitiven Last besteht ein Phasenwinkel 503 von näherungsweise 90° zwi schen dem zeitlichen Verlauf der Spannung 501 und dem nacheilenden zeitlichen Verlauf des Stroms 502. Bei einer typischen Isolationsmessung einer Hochspan nungseinrichtung, wie zum Beispiel eines Hochspannungstransformators oder ei ner Hochspannungsdurchführung, liegt beispielsweise eine Kapazität im Bereich von bis zu 50 Nanofarad vor, sodass bei 12 kV ein maximaler Strom von nähe rungsweise 150 mA fließt. Dies entspricht einer Impedanz von ungefähr 60 kQ bis 70 kQ. Ein Verlustfaktor ist typischerweise kleiner 10 %, das heißt, der Verlustwin kel ist kleiner als 6° und somit der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung größer als 84°. Verlustfaktor, Verlustwinkel und Phasenwinkel stehen in direkter Beziehung zueinander. Der Verlustfaktor ist der Tangens des Verlustwinkels und der Verlustwinkel beträgt bei kapazitiver Last 90° minus dem Phasenwinkel. Nach folgend wird im Wesentlichen der Verlustfaktor betrachtet werden. Es ist jedoch klar, dass die gleichen Betrachtungen für den Phasenwinkel und den Verlustwinkel gelten.

Wenn die Person 400 in Kontakt mit einem spannungsführenden Teil des Prüfob jekts 300 kommt, kann ein zusätzlicher Strom durch die Person 400 fließen. Da der menschliche Körper einen im Wesentlichen ohmschen Widerstand aufweist, än dern sich Phasenwinkel, Verlustwinkel und Verlustfaktor. Die Impedanz des menschlichen Körpers ist unter anderem von der angelegten Spannung, der Kon taktfläche und der Lage der Kontaktpunkte, an denen die Spannung anliegt, abhän gig. Mit steigender Spannung sinkt die Impedanz und kann bei Spannungen von beispielsweise 1000 V einen Betrag im Bereich von 700 W bis 1500 W aufweisen. Fig. 3 zeigt ein Diagramm 600 mit einem zeitlichen Verlauf einer Spannung 601 und einen zeitlichen Verlauf eines Stroms 602, wie sie beispielsweise an dem Hochspannungstransformator 201 bei einer Isolationsmessung des Prüfobjekts 300 und gleichzeitigem Kontakt zu der Person 400 auftreten. Ein Phasenwinkel 603 zwischen dem zeitlichen Verlauf der Spannung 601 und dem nacheilenden zeitli chen Verlauf des Stroms 602 ist kleiner als der Phasenwinkel 503 in der Fig. 2 ohne den Kontakt zu der Person 400. Der Verlustfaktor steigt dadurch an und beträgt typischerweise mindestens 10 %. Zusätzlich (in der Fig. 3 jedoch nicht gezeigt) kann der Betrag des Stroms 602 durch die insgesamt geringere Impedanz ansteigen. Dadurch kann auch die gesamte von dem Hochspannungstransformator 201 an der Ausgangswicklung abgegebene und somit an der Eingangswicklung aufgenommene Leistung ansteigen. Weiterhin kann, da der Hochspannungstransformator 201 selbst einen bestimmten Innenwi derstand aufweist, die Spannung 601 durch die geringere Impedanz sinken.

Die zuvor genannten Erkenntnisse können genutzt werden, um einen Personen schutz bei Hochspannungsprüfungen oder Hochspannungsmessungen, insbeson dere Hochspannungs-Isolationsmessungen, zu verbessern. Bei Hochspannungs prüfungen, insbesondere Hochspannungs-Isolationsmessungen, wird das Prüfob jekt mit einer hohen Spannung von einigen 1000 V beaufschlagt. Das Messgerät, welches diese hohe Messspannung erzeugt, ist im Allgemeinen so ausgestaltet, dass eine Berührung von spannungsführenden Teilen ausgeschlossen ist. An dem Prüfobjekt, beispielsweise Transformatoren oder Hochspannungsdurchführungen, kann die Spannung jedoch auch an exponierten Teilen anliegen, welche während der Messung von einer Person berührt werden können. Um dies zu vermeiden, werden üblicherweise Sicherheitsmaßnahmen getroffen, um eine Berührung mit spannungsführenden Teilen auszuschließen. Diese Sicherheitsmaßnahmen um fassen beispielsweise ein Abschranken des Messbereichs oder optische und/oder akustische Warnhinweise. Trotz dieser Sicherheitsmaßnahmen können Unfälle auftreten, wenn beispielsweise Sicherheitsvorschriften nicht eingehalten oder um gangen werden. Wenn eine Person in Kontakt mit einer hohen Spannung kommt, ist die Einwirkdauer dieser hohen Spannung von entscheidender Bedeutung für den Verletzungsgrad. Daher ist es wichtig, eine Berührung eines spannungsführen den Teils durch die Person so schnell wie möglich zu erkennen und die Spannung in diesem Fall so schnell wie möglich abzuschalten.

Durch Auswertung von Strom und Spannung nach Betrag und Phase am Hoch spannungstransformator 201 kann die Steuervorrichtung 203 ermitteln, ob die ge samte Last kapazitiv dominiert ist, beispielsweise wenn der Verlustfaktor kleiner als 10 % ist, und sich die Impedanz der Last in einem Bereich bewegt, welcher für ein Prüfobjekt typisch ist und für einen stromdurchflossenen Körper untypisch ist, bei- spielsweise bei einer Impedanz von >50 kQ. In diesem Fall wird die Messung fort gesetzt. Falls jedoch der Verlustfaktor größer als beispielsweise 10 % ist oder die Impedanz in einen Bereich fällt, welcher durch eine stromdurchflossene Person hervorgerufen werden kann, zum Beispiel bei einer Impedanz von weniger als 50 kQ, wird die Messung sofort unterbrochen. Dazu kann die Steuervorrichtung 203 die Schaltvorrichtung 204 öffnen, sodass der Flochspannungstransformator 201 keinen Hochspannungswechselstrom am Ausgang 202 bereitstellt. Weiterhin kann der Hochspannungswechselstrom abgeschaltet werden, wenn sich die vom Hoch spannungstransformator aufgenommene oder abgegebene Leistung plötzlich än dert, ein Strom plötzlich ansteigt oder die Spannung plötzlich einbricht. Die Detek tion und Abschaltung sollte innerhalb sehr kurzer Zeit nach dem Beginn der Durch strömung der Person erfolgen, vorzugsweise in weniger als 300 ms, um dauerhafte Schäden zu vermeiden. Demzufolge ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Erfindung derart ausgestaltet, dass das Verfahren einschließlich der Detektion und Abschaltung innerhalb von 300 ms erfolgt. Eine Messung von elektrischen Größen, insbesondere ein zeitlicher Verlauf dieser elektrischen Größen, auf der Ausgangs seite 211 des Hochspannungstransformators 201 , also auf der Hochspannungs seite des Hochspannungstransformators 201 , steht in vielen Fällen nicht schnell genug zur Verfügung, da diese Messungen in der Regel auf Präzision und nicht auf Schnelligkeit ausgelegt sind. Daher werden entsprechende Größen vorzugsweise auf der Eingangsseite 210 des Hochspannungstransformators 201 , also auf der Primärseite oder Niederspannungsseite des Hochspannungstransformators 201 , gemessen und unter Berücksichtigung von Eigenschaften des Hochspannungs transformators 201 , wie zum Beispiel internen Verlusten, die entsprechenden Werte auf der Ausgangsseite 211 des Hochspannungstransformators 201 abge schätzt, um so eine deutlich schnellere Messung zu erreichen. Die Abschaltung erfolgt, sobald angenommen wird, dass sich ein stromdurchflossenen Körper im Stromkreis befindet. Dies kann vollautomatisiert und somit sehr schnell durchge führt werden, sodass in der Regel ein größerer Personenschaden vermieden wer den kann. Eine korrekt ablaufende Messung, also eine Messung bei der keine Per son Kontakt zu spannungsführenden Teilen hat, wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Fig. 4 zeigt Details eines entsprechenden Verfahrens, welches beispielsweise in der Steuervorrichtung 203 durchgeführt werden kann. Die Steuervorrichtung 203 kann dazu eine elektronische Steuerung, wie zum Beispiel einen Prozessor, insbe sondere einen Signalprozessor umfassen. Die elektronische Steuerung kann aber auch in analoger Bauweise realisiert werden. Das in Fig. 4 gezeigte Verfahren 700 umfasst Verfahrensschritte 701 bis 708. Obwohl die Verfahrensschritte in einer be stimmten Reihenfolge in der Fig. 4 gezeigt sind, können die Verfahrensschritte in einer beliebigen anderen Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden. Insbeson dere die Verfahrensschritte 703 bis 707 können in einer beliebigen anderen Rei henfolge oder vorzugsweise zeitlich parallel durchgeführt werden.

Zu Beginn der Flochspannungsprüfung wird im Schritt 701 ein Hochspannungs wechselstrom in dem Hochspannungs-Wechselspannungsprüfgerät 100 erzeugt und ausgegeben. Dazu wird die Schaltvorrichtung 204 eingeschaltet, sodass der Hochspannungstransformator 201 mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Hochspannungstransformator 201 erzeugt aus der ihm zugeführten elektrischen Energie als Prüfspannung einen Hochspannungswechselstrom, welcher an dem Ausgang 202 ausgegeben wird. Am Ausgang 202 ist das Prüfobjekt 300 ange schlossen. Die Hochspannungsprüfung kann beispielsweise eine Hochspannungs- Isolationsmessung sein, bei welcher eine Isolation des Prüfobjekts 300 überprüft wird. Dazu werden während der Ausgabe des Hochspannungswechselstroms an das Prüfobjekt 300 Strom und Spannung des Hochspannungswechselstroms mit hilfe der Messvorrichtungen 102 und 103 ermittelt. Um genaue Messergebnisse der Hochspannungs-Isolationsmessung zu erreichen, sind die Strommessvorrichtung 102 und die Spannungsmessvorrichtung 103 üblicherweise für eine sehr genaue, allerdings nicht für eine sehr schnelle Messung ausgelegt. Insbesondere die Span nungsmessvorrichtung 103 muss derart ausgestaltet sein, dass sie sehr hohe Spannungen von einigen 1000 V messen kann. Spannungsmessungen bei derartig hohen Spannungen erfordern üblicherweise mehr Zeit als Spannungsmessungen bei niedrigeren Spannungen, beispielsweise bei Spannungen unter 500 V.

Das Hochspannungs-Wechselspannungsprüfgerät 100 weist auch auf der Ein gangsseite 210 des Transformators 201 Messvorrichtungen auf, beispielsweise die Strom messvorrichtung 205 und die Spannungsmessvorrichtung 206. Die Messvor richtungen 205 und 206 können eine geringere Genauigkeit als die Messvorrich tungen 102 und 103 haben, sind dafür aber in der Lage, die Messungen wesentlich schneller durchzuführen. Beispielsweise können die Messvorrichtungen 205 und 206 aktuelle Strom- und Spannungswerte mit einer Abtastrate im Bereich von 500 bis 5000 Abtastwerten pro Sekunde und einer Verzögerung von nur wenigen Milli sekunden, beispielsweise weniger als 100 ms, bereitstellen. Die Abtastrate ist deut lich höher als die Frequenz des Hochspannungswechselstroms, beispielsweise um einen Faktor von 10 bis 100. Dadurch kann auf der Grundlage der Abtastwerte im Schritt 702 ein zeitlicher Verlauf der elektrischen Größen, beispielsweise ein zeitli cher Verlauf des Stroms und der Spannung an der Eingangsseite 210 des Hoch spannungstransformators 201 bestimmt werden. Unter Berücksichtigung von Ei genschaften des Hochspannungstransformators 201 , wie zum Beispiel Windungs verhältnis der Eingangswicklung zu der Ausgangswicklung, internen Verlusten und Übertragungseigenschaften, kann auf entsprechende Verläufe von elektrischen Größen an dem Ausgang 202 geschlossen werden.

In den Schritten 703 bis 707 erfolgt nun eine Auswertung der zeitlichen Verläufe dieser elektrischen Größen. Dabei können entweder die zeitlichen Verläufe der elektrischen Größen an der Eingangsseite 210 des Hochspannungstransformators 201 direkt verwendet werden oder die daraus abgeschätzten zeitlichen Verläufe der entsprechenden elektrischen Größen an der Ausgangsseite 211 des Hoch spannungstransformators 201 verwendet werden. In den Schritten 703 bis 707 ver wendete Schwellenwerte müssen entsprechend angepasst sein.

Im Schritt 703 wird die Phasenlage von Strom und Spannung ausgewertet. Auf der Grundlage der Phasenlage von Strom zu Spannung kann beispielsweise ein Ver lustfaktor bestimmt werden und der Hochspannungswechselstrom im Schritt 708 abgeschaltet werden, wenn der Verlustfaktor über einen vorgegebenen Schwellen wert steigt, beispielsweise über 10 %. Zum Abschalten des Hochspannungswech selstroms im Schritt 708 kann die Steuervorrichtung 703 die Schaltvorrichtung 204 entsprechend ansteuern.

Zusätzlich kann im Schritt 704 eine Impedanz ermittelt werden, wie sie sich am Ausgang 202 aus Sicht des Hochspannungs-Wechselspannungsprüfgeräts 100 ergibt. Die Impedanz wird durch das Prüfobjekt 300 und gegebenenfalls durch die Person 400 bestimmt. Wenn die Impedanz einen vorbestimmten Schwellenwert un terschreitet, beispielsweise unter 50 kQ sinkt, kann die Steuervorrichtung 203 im Schritt 708 den Hochspannungswechselstrom durch Ansteuern der Schaltvorrich tung 204 abschalten.

Weiterhin kann im Schritt 705 eine an dem Ausgang 202 abgegebene Leistung abgeschätzt werden und über der Zeit beobachtet werden. Die Leistung kann bei spielsweise die Scheinleistung oder die Wirkleistung sein. Bei einer plötzlichen Leistungsänderung kann die Steuervorrichtung 203 im Schritt 708 den Hochspan nungswechselstrom abschalten. Eine plötzliche Leistungsänderung kann beispiels weise über eine relative Leistungsänderung innerhalb einer vorgegebenen Zeit dauer definiert werden. Beispielsweise kann als plötzliche Leistungsänderung an gesehen werden, wenn die abgegebene Leistung innerhalb von 200 ms um einen Prozentsatz von mehr als 10 % oder 20 % ansteigt. Dieser plötzliche Anstieg kann dadurch hervorgerufen werden, dass die Person 400 ein spannungsführendes Teil berührt. Alternativ kann statt der an dem Ausgang 202 abgegebenen Leistung auch die von dem Hochspannungstransformator 201 aufgenommene Leistung ermittelt werden und gegebenenfalls unter Berücksichtigung von internen Verlusten des Hochspannungstransformators 201 auf gleiche Art und Weise als Kriterium für die Abschaltung des Hochspannungswechselstroms verwendet werden.

In vergleichbarer Art und Weise kann im Schritt 706 ein an dem Ausgang 202 ab gegebener Strom abgeschätzt werden und über der Zeit beobachtet werden. Der Strom kann beispielsweise ein Effektivstrom sein. Bei einem plötzlichen Stroman stieg kann die Steuervorrichtung 203 im Schritt 708 den Hochspannungswechsel strom abschalten. Die plötzliche Stromänderung kann beispielsweise über eine re lative Stromänderung innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer definiert werden. Wenn der Strom zum Beispiel innerhalb einer Zeitdauer von 100 oder 200 ms um mehr als 10 % oder 20 % ansteigt, kann dies als eine plötzliche Stromänderung angesehen werden. Der plötzliche Anstieg des Stroms kann durch einen Kontakt der Person 400 mit einem spannungsführenden Teil hervorgerufen werden.

Gleichermaßen kann im Schritt 707 eine an dem Ausgang 202 anliegende Span nung abgeschätzt werden und über der Zeit beobachtet werden. Die Spannung kann beispielsweise eine Effektivspannung sein. Bei einem plötzlichen Spannungs abfall kann die Steuervorrichtung 203 im Schritt 708 den Hochspannungswechsel strom abschalten. Der plötzliche Spannungsabfall kann dadurch entstehen, dass die Person 400 ein spannungsführendes Teil berührt. Durch die verhältnismäßig geringe Impedanz der Person 400, verglichen mit der Impedanz der Isolation des Prüfobjekts 300, kann der Strom so stark steigen, dass der Hochspannungstrans formator 201 aufgrund seines Innenwiderstands oder einer entsprechenden Schutzbeschaltung des Hochspannungstransformators 201 die Ausgangsspan nung nicht aufrechterhalten kann. Ebenso kann die Steuervorrichtung 203 den Hochspannungswechselstrom abschalten, wenn eine gewünschte Ausgangsspan nung beim Einschalten des Hochspannungswechselstroms nicht erreicht wird.

Führen die Auswertungen der zeitlichen Verläufe der elektrischen Größen in den Schritten 703 bis 707 nicht zu der Abschaltung des Hochspannungswechselstroms im Schritt 708, so wird das Verfahren 700 mit dem Schritt 702 fortgesetzt, bis die Hochspannungs-Wechselstrommessung beendet ist. Mit dem zuvor beschriebe nen Verfahren 700 kann daher ein Personenschutz bei einer Hochspannungswech selstrommessung verbessert werden.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsfor men und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere kön nen die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Ge biet der Erfindung zu verlassen.