Hochspannung messen

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Darklab

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Hallo zusammen,

Ich stehe vor einer Aufgabe bei der ich mich momentan noch etwas schwer tu, könnte auch daran liegen das ich neu in der SPS Welt bin.

Zwecks Feststellung des Isolationswiederstandes soll ich eine Spannung von 5kV messen und aufzeichnen.
Dies soll schlussendlich ein Langzeit Test für Produkte werden.
Leistung ist sozusagen keine vorhanden da die Ströme extrem klein sind.

Die Grundidee ist mittels Strom dann den wiederstand zu berechnen.

Wie würdet ihr das anstellen? Die Resultate sollten relativ genau sein.
 
Ich würde es mit einen Hochspannungstastkopf versuchen, die bekommt man schon für kleines Geld. Das ist im Grunde ein Spannungsteiler, üblicherweise 1:1000. Ich weiß allerdings nicht, ob man es dann so schon direkt mit einem Analogeingang messen kann, oder man dann besser einen Messumformer noch verwendet. Der Eingangswiderstand spielt da auch eine sehr wichtige Rolle, wenn du den Tastkopf verwendest.

Das wäre jetzt so meine Grundüberlegung.
 
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Hallo Elektricus,

an einen Spannungsteiler habe ich auch schon mal gedacht. Wie sieht es da mit der Messgenauigkeit aus? Multipliziere ich dann nicht auch den Messfehler bzw. die Messungenauigkeit um diesen Faktor?
Du würdest dies in diesem Fall schlussendlich auf die 0-10 Volt runterbrechen und so über den normalen Analogeingang auswerten?

Wie meinst du dies mit dem Eingangswiederstand?
 
Darklab schrieb:
Zwecks Feststellung des Isolationswiederstandes soll ich eine Spannung von 5kV messen und aufzeichnen.
Dies soll schlussendlich ein Langzeit Test für Produkte werden.
Leistung ist sozusagen keine vorhanden da die Ströme extrem klein sind.
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Hast Du denn den anderen Teil des Problems, extrem kleine Ströme zu messen, schon gelöst?
Ich stelle mir vor, dass Deine 5kV-SpannungsQuelle auch nur für extrem kleine Ströme ausgelegt ist und eine Messung der Spannung schon eine erhebliche Störung/Belastung des Systems darstellt - Du sagst ja selbst "Leistung ist sozusagen keine vorhanden".
Mangelt es wirklich nur an Kenntnissen der SPS-Welt?
 
Hallo Heinileini,

[FONT=&quot]Klar, da hast du mich erwischt, dies ist tatsächlich auch ein Problem. Das ist ein Projekt das ich für meine Weiterbildung mache bzw. mich damit beschäftige ob es Machbar ist. Im Moment ist es noch eine Gedankenspielerei, wenn ich es Theoretisch hinbekomme, kann ich das ganze umsetzen. Klar wenn ich z.B. über einen Wiederstand den Spannungsabfall messe der mir durch den Strom generiert wird, verfälsche ich mein Ergebnis. Aber irgendwo muss ich mal beginnen. Das Ganze ist Elektrotechnisch nicht ganz einfach zu lösen, zumal die ströme extrem klein sein werden. Jedoch im Fehlerfall, wenn der Ableitstrom schlagartig ansteigt habe ich es dann mit extremen Werten zu tun.

Es beisst sich im Moment alles ein wenig, langsam beginne ich zu verstehen warum solche Messgeräte so Teuer sind :D[/FONT]
 
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Darklab schrieb:
Jedoch im Fehlerfall, wenn der Ableitstrom schlagartig ansteigt habe ich es dann mit extremen Werten zu tun.
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Damit sprichst Du zwei weitere Probleme an:
- "schlagartig": Du willst mitbekommen, was sich in dem Moment abspielt. Ob die AnalogEingangsKarten Dir eine ausreichende zeitliche Auflösung bieten?
- extrem kleine Ströme einerseits und schlimmstenfalls extrem hohe Ströme, wenn es zu einem Durchschlag kommt. Ob die AnalogEingangsKarten die extrem kleinen Ströme ausreichend genau auflösen können, wenn sie auch extrem hohe Ströme unbeschadet und ebenfalls genau genug erfassen können sollen?
Hinzu kommt, dass Du höchst wahrscheinlich die EingangsKarten vor zu hohen Spannungen schützen müsstest. Dadurch würden Deine MessWerte "verzerrt".
Befindet sich die 5kV-SpannungsQuelle momentan ebenfalls im Stadium der "GedankenSpielerei" oder hast Du schon ein konkretes Gerät vorliegen?

Darklab schrieb:
Wie meinst du dies mit dem Eingangswiederstand?
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SPS-AnalogKarten sind eher nicht für so hochohmige Anwendungen gedacht, so dass der EingangsWiderstand der AnalogKarte im Vergleich zum SpannungsTeiler nicht zu vernachlässigen sein wird.

Es beisst sich tatsächlich so einiges bei Deinem Vorhaben.
Habe im www folgendes gefunden, was ein Bisschen in Deine Richtung geht, aber natürlich so nicht zu gebrauchen wäre:
https://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/mb-iwp/Energiemessung/3P4W/analog/
 
Hallo Heinileini,

Der Einfachheit halber dachte ich mir das ich auch den Strom mittels Shunt und dessen Spannungsabfall ermittle. Den Spannungsabfall müsste ich natürlich kompensieren. Dies wäre machbar Über die Eingangsspannung des Trafos. Der Shunt müsste dann schon eine relativ grossen Wert haben damit ich auch extrem kleine Ströme detektieren kann. Da ich die Messwerte Über einen längeren Zeitraum erfassen möchte werde ich nicht konstant messen sondern in Zeitintervallen. Die Anlage würde aber gestoppt wenn der Eingangsstrom des Trafos zu hoch ist.. irgendwie sowas. Im Moment im dem ich die Messeinrichtung zuschalte wäre es wahrscheinlich sinnvoll eine Art Bereichs Umschaltung zu bauen, so das keine Überlastung der Messmittel eintreten kann.

Die Spannungsquelle ist noch nicht bekannt, da ich erst eine Grund Idee des Messverfahrens haben muss. Mir schwebte ein Trafo vor mit in etwa 10kV Spannung, die Leistung ist noch unbekannt. Ich geh im Moment davon aus, dass ich eine Phase für den Trafo nehme zur Spannungsversorgung. Vor dem Trafo dachte ich mir ein Potentiometer zu schalten um mit der Eingangsspannung spielen zu können.

Um den Trafo zu ermitteln muss ich einige Werte haben mit denen ich schlussendlich rechnen kann, bzw. das ganze mal Simulieren.
Auf die Isolationswerte auf die ich prüfen soll warte ich im Moment noch, da habe ich leider nur pi mal Daumen Werte.

Die Spannungsmessern via Op, an das hatte ich nicht gedacht.
werde mir das in einer ruhigen Minute mal genauer anschauen.
 
Zuletzt bearbeitet:
Darklab schrieb:
... den Strom mittels Shunt und dessen Spannungsabfall ermittle. ... Eingangsspannung des Trafos.
... eine Art Bereichs Umschaltung ...
... Die Spannungsquelle ist noch nicht bekannt, ... ein Trafo ... mit in etwa 10kV Spannung, ...
... Vor dem Trafo dachte ich mir ein Potentiometer zu schalten um mit der Eingangsspannung spielen zu können.
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Shunt zum StromMessen klingt schon mal nicht schlecht.
Steht das Thema Trafo überhaupt an? Sprechen wir bei den 5 kV über GleichSpannung oder WechselSpannung?
Falls WechselSpannung, welche Frequenz?
Falls GleichSpannung, würde ich mir eine Kaskade aus Dioden und Kondensatoren vorstellen.
In wie weit muss Deine 5 kV-Spannung variabel sein? Evtl. durch die SPS steuerbar?
Einen Trafo aus einem Poti zu speisen, wäre mir nicht ganz geheuer.
Müssen die evtl. auftretenden hohen Ströme "genau" gemessen werden können?
 
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Bei 10kV AC würde ich mal sofort an Spannungsmesswandler aus dem Energiebereich denken.

Wenn DC, dann danach Gleichrichten.

Als Speisetrafo einen Spannungswandler mit zb 30VA und ev. zum messen einen 2. der praktisch lastlos läuft mit zB 15VA.

Dann hättest du schon mal die AC vernünftig gemessen.

Wenn es DC werden soll, könnte man das ja gleichrichten (nur eine Diode, danach ein Kondensator, dann bleibt der Minus auf Erdpotential), in der Minusleitung dann einen Shunt für die Strommessung.

Bei derartigen Gebilden unbedingt auch eine ordentliche Erdungsmöglichkeit der Spannungsquelle achten, die muss auch ev. größere Kapazitäten des Prüflings sauber entladen können.
 
Ohne Werbung machen zu wollen, eventuell auch mal an eine Firma wie Müller+Ziegler wenden, ob die passende Messwandler haben. Man muss ja nicht alles selber bauen, außer man will das so.
 
Heinileini schrieb:
Shunt zum StromMessen klingt schon mal nicht schlecht.
Steht das Thema Trafo überhaupt an? Sprechen wir bei den 5 kV über GleichSpannung oder WechselSpannung?
Falls WechselSpannung, welche Frequenz?
Falls GleichSpannung, würde ich mir eine Kaskade aus Dioden und Kondensatoren vorstellen.
In wie weit muss Deine 5 kV-Spannung variabel sein? Evtl. durch die SPS steuerbar?
Einen Trafo aus einem Poti zu speisen, wäre mir nicht ganz geheuer.
Müssen die evtl. auftretenden hohen Ströme "genau" gemessen werden können?
Zum Vergrößern anklicken....

Hallo Heinileini

  • Dass mit der Frequenz geh ich mal von 50 Hz aus, vorgeben habe ich da noch keine... Hat sich noch niemand Gedanken darüber gemacht :D, Danke für den Input. Ich wurde schon mit grossen Augen angeschaut als ich fragte welche Wiederstände detektiert werden sollen. Dies ist momentan noch in Abklärung.
  • Das Spassige am ganzen ist, es soll die Möglichkeit geben gleich- und Wechselspannung zu prüfen. Da ich in diesem Bereich als Vorgabe der Spannungsgenauigkeit 10% habe, spiele ich mit dem Gedanken die Gleichrichtung selbst herzustellen.
  • Die Spannung soll von 1000 bis 5000 Volt gehen und von der SPS regelbar. Daher dachte ich bei der Einspeisung des Trafos an ein Potentiometer mit grosser Leistung welches über einen Motor angesteuert werden kann. Ob es sowas gibt... müsste ich noch abklären, in klein habe ich das schon gesehen. Irgendwie ist mir altbewährte Technik sympathisch, wenn das Teil dann mal angeschmissen ist sollte es ein halbes Jahr prüfen und aufzeichnen.
  • Die tiefen ströme und die Spannungen möchte ich genau erfassen um eine verlässliche Aussage über den Isolationswert machen zu können. Je nachdem muss ich auch da die Bereiche splitten, da über die grosse spanne die ich habe vor allem bei der Spannung, wird es etwas knapp mit der Auflösung der SPS. Die hohen Ströme bei versagen der Isolation sind nicht so wichtig, sollten mir aber die Messmittel nicht zerschiessen. Toleranzvorgaben in % habe ich da jedoch noch nicht. Ist alles noch in Abklärung.
 
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Hast Du Dir denn schon überlegt wie deine Messung genau ablaufen soll?

In der Praxis ist es bei den teuren Messgeräten vom Ablauf her so:
Spannung wird aufgebaut, Spannung wird gehalten (bei meinen Prüflingen 500ms), Spannung wird wieder abgebaut, Prüfling wird kurzgeschlossen um sicherzustellen das keine Spannung mehr anliegt.

Was hier noch zu beachten ist, die Kapazität des Prüflings. Es macht einen rießigen Unterschied ob man 2m Leitung oder 50m Leitung misst.
 
winnman schrieb:
Bei 10kV AC würde ich mal sofort an Spannungsmesswandler aus dem Energiebereich denken.

Hallo Winnman

Wenn DC, dann danach Gleichrichten.

Als Speisetrafo einen Spannungswandler mit zb 30VA und ev. zum messen einen 2. der praktisch lastlos läuft mit zB 15VA.

Dann hättest du schon mal die AC vernünftig gemessen.

Wenn es DC werden soll, könnte man das ja gleichrichten (nur eine Diode, danach ein Kondensator, dann bleibt der Minus auf Erdpotential), in der Minusleitung dann einen Shunt für die Strommessung.

Bei derartigen Gebilden unbedingt auch eine ordentliche Erdungsmöglichkeit der Spannungsquelle achten, die muss auch ev. größere Kapazitäten des Prüflings sauber entladen können.
Zum Vergrößern anklicken....


Das mit der Erde ist klar, Sicherheit über allem.

Mit dem DC gleichrichten nach der Messung funktioniert glaube ich nicht weil die DC Spannung danach höher ist als die AC Spannung, ob das linear ist müsste ich nachrechnen. Zum Auswerten könnte dies noch mühsam werden. Beim Dioden Gleichrichter ist die Brummspannung dann noch so eine Sache.

Das mit den Trafos so hab ich mir noch nicht überlegt. Muss ich mich einmal reinlesen ob und wie das machbar wäre.

Danke für den Tipp
 
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infomike schrieb:
Hast Du Dir denn schon überlegt wie deine Messung genau ablaufen soll?

In der Praxis ist es bei den teuren Messgeräten vom Ablauf her so:
Spannung wird aufgebaut, Spannung wird gehalten (bei meinen Prüflingen 500ms), Spannung wird wieder abgebaut, Prüfling wird kurzgeschlossen um sicherzustellen das keine Spannung mehr anliegt.

Was hier noch zu beachten ist, die Kapazität des Prüflings. Es macht einen rießigen Unterschied ob man 2m Leitung oder 50m Leitung misst.
Zum Vergrößern anklicken....

[FONT=&quot]Hallo infomike

Den genauen Ablauf der Messung hab ich noch nicht bedacht, bin immer noch an der Theorie des Aufbaus. Der Prüfling sollte 6 Monate unter Spannung stehen und ich soll periodisch Messungen machen und diese aufzeichnen. Spannung wird nur im Fehlerfall abgebaut. Es soll ein Langzeit Test werden.
Die Leitungslänge soll +- 5 Meter sein, dazu muss ich noch sagen in diesem Punkt bin ich nicht so fit. Hast du diesbezüglich eine Lektüre die du mir empfehlen könntest?[/FONT]
 
Leider nein.

Ich betreue hier die Prüfanlagen und habe mich dementsprechend mit dem Hersteller unserer Prüfgeräte zusammengesetzt. Wir messen hier Kabelkonfektionen durch und das dann auch nur bis 1000V/DC. Für AC Messungen sind dann noch spezielle Normen anzuwenden.

Eventuell hilft es Dir weiter wenn Du dich mal in die DIN EN 60204-1 Kapitel 18.4 einliest.

Bei uns wurde daraufhin der Gedanke eine eigene Prüfung aufzubauen verworfen und wir haben dann eine Prüfanlage extern gekauft.

Gruß Info.
 
Um welcher Art von Prüfling handelt es sich genau. ?

Ich würde mir da auch die Frage stellen ob es sinnvoll da eine eigne Lösung zu entwickeln, wenn es dafür schon was fertiges gibt. Ich denke mal das ist auch besser, falls es mal Probleme geben sollte oder ist es einfach allgemein für die Entwicklung und Erprobung gedacht ?
 
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So wie ich das verstanden habe geht es um die Langzeitprüfung eines einzigen Prüflings.

Soll wohl mind 1 Jahr laufen, er will hin und wieder mal die Messwerte kontrollieren und es soll selber schreien wenn was grob aus dem Ruder läuft.
 
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