DE2346248C3 - Verfahren zum Ermitteln von Kondensatoren mit Fehlern, die nach langer Zeit zu Ausfällen führen können - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Kondensatoren mit kleinen Rissen oder Engstellen mit Stromkontraktionen in den Belägen, die mit den üblichen elektrischen Messungen zunächst nicht zu registrieren sind, die aber nach langer Zeit zu Ausfällen führen können.

Derartige Kondensatoren konnten bisher nur an Hand von Dauerversuchen erkannt werden. Die üblicherweise durchgeführten Prüfungen an Kondensatoren wie Stoßentladen, Spannungsprüfung, Kapazitäts-, Verlustfaktor- und Isolationsmessungen erfassen derartige Kondensatoren nicht mit Sicherheit, da sie zur Registrierung von kleinsten Fehlern zu unempfindlich sind. Wie Untersuchungen gezeigt haben, können Ausfälle nach langer Zeit z. B. dadurch auftreten, daß bei der Fertigung des Kondensators durch geringste Risse und sonstige Fehlstellen in den Metallisierungen, welche bei Störungen während eines der Wickel- bzw. Aufspulvorgänge bei der Kondensatorherstellung oder während des Schoopens entstehen können, ausgelöst werden. Zum Zeitpunkt der Prüfung können diese Risse noch elektrisch leitend überbrückt oder in den Ausmaßen klein sein, so daß sie mit den obengenannten Prüfungsmethoden nicht erfaßt werden- Während des Betriebes bilden sich dann U₁ U. im Bereich dieser Risse Oxydschichten, die zur Isolation von Belagsteilen gegeneinander und damit zum Ausfall von Belagsteilen bzw. zu unzulässig höhen Stromdichten im verbleibenden Belagsteii und damit zum Wachsen der Fehlstelle

T.

Hierin bedeuten Ci, α, β Konstante, Af = Bandbreite, T= absolute Temperatur in "K, F — Frequenz, bei der die Störspannung gemessen wird, / = Strom in der Störstelle, der wiederum abhängig von T sein kann. Diese Gleichung ist gültig für diese Art Rauschen bis etwa 10⁷Hz, wobei das Rauschen jedoch ab 10⁴ bis 10⁶Hz vom allgemeinen thermische ι Rauschen überdeckt wird. Für die Werte der Exponenten α und β ergab sich je nach Schichtmaterial

und

0,7 < α < 1,5 0,3 < β < 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, bei der die an den Kondensatoren angelegte Spannung von der zu messenden Rauschspannung bereits frequenzmäßig sauber getrennt werden kann, andererseits aber der Aufwand hierfür noch nicht groß ist, ist gegeben, wenn an den Kondensator eine 50-Hz-WechseIspannung angelegt und das Stromrauschen im Bereich von 1 kHz bis ca. 100 kHz gemessen wird. Wegen der o.a.

Gleichung sollte die Meßfrequenz möglichst niedrig liegen, da dann der Abstand Stromrauschspannung-Spannung des thermischen Rauschens groß ist. Eine saubere Trennung von der 50-Hz-Wechselspannung und eine noch gute Unterscheidung von der thermisehen Rauschspannung ist gegeben, wenn an den Kondensator eine 50-HzWechselspannung angelegt und das Stromrauschen mit einer Frequenz Von 5 bis 10 kHz mit einer Bandbreite Von etwa 1000Hz gemessen wird.

Eine einfache Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gegeben, daß der zu messende Kondensator in Serie mit einem Meßwiderstand an eine 50-Hz-SpannungsquelIe

angeschlossen wird, daß parallel zu der Serienschaltung aus dem zu messenden Kondensator und dem Meßwiderstand auf der Seite des Spannungseinganges ein Kondensator mit einer relativ zu der des zu messenden Kondensators großen Kapazität liegt und daß am Meßwiderstand die Rauschspannung abgegriffen und auf einen Verstärker gegeben und über einen Hochpaß einem Meßgerät zugeführt wird. Hierbei soll der Wechselstromwiderstand des parallelgeschalteten Kondensators gegenüber dem des Meßwiderstandes klein sein. Diese Anordnung ergibt eine ausreichende Trennung des zu messenden Stromrauschens einerseits von der am Kondensator anliegenden Wechselspannung von 50 Hz und andererseits vom thermischen Rauschen, da das Stromrauschen erst bei viel höheren Frequenzen, nämlich über IO⁴ Hz, in die Größenordnung des thermischen Rauschens kommt (s. obengenannte Gleichung).

Die Erfindung wird nun an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Schaltung näher erläutert. Eine 50-Hz-Wechselspannung 8 wird überdnen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 100 Hz einer Reihenschaltung aus dem zu messenden Kondensator Cx und einem Meßwiderstand R\ zugeführt, zu welcher ein Kondensator Ci parallel liegt. Am Meßwiderstand R\ wird die Rauschspannung abgegriffen und über einen Hochpaß 2 mit einer Grenzfrequenz von I kHz über einen Verstärker 3 mit einem Verstärkungsfaktor 100 und einen weiteren Hochpaß 4 mit der Grenzfrequenz 1 kHz einem Meßgerät 5 zugeführt.

In dieser Schaltung läßt sich die Empfindlichkeit der Messung durch die Höhe der am Kondensator C\ anliegenden Wechselspannung einstellen. Der Tiefpaß 1 weist eine Grenzfrequenz von 100 Hz auf. Für R\ wurden 600 0hm gewählt, für Q 1,1 μΡ, so daß die 50-Hz-Spannung praktisch nur an Q und C\ abiällt, während die Rauschspannungen praktisch nur am Widerstand R\ abfallen, da \/a>G klein ist gegen 600 Ohm. Der Hochpaß 4 weist im genannten Beispiel eine Grenzfrequenz von 1 kHz und einen Scheinwiderstand von 600 Ohm auf, der Verstärker 3 ist ein rauscharmer breitbandiger ßC-Verstärker, Bandbreite IkHz- 500 kHz, Eingangswiderstand und Ausgangswiderstand je 600 Ohm. Der Hochpaß 5 weist eine Grenzfreqaanz ca. 1 kHz, einen Scheinwiderstand von 600 Ohm mit einem Pol bei 50 Hz, d.~/. eine Abschwächung dieser Frequenz um 80 db, auf. Ak Meßgerät für die Rauschspannung dient ein Frequenzanalysator 6, an dem zur Registrierung ein X- V-Schreiber 7 angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung von Kondensatoren mit kleinen Rissen oder Engstellen mit Stromkontraktionen in den Belägen, die mit den üblichen elektrischen Messungen zunächst nicht zu registrieren sind, die aber nach langer Zeit zu Ausfällen führen können, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromrauschen des Kondensators gemessen und der Kondensator beim Überschreiten eines Grenzwertes für das Stromrauschen verworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kondensator eine 50-Hz-Wechselspannung angelegt und das Stromrauschen mit einer unteren Grenzfrequenz von 1 kHz gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kondensator eine 50-Hz-WechselspaDnung angelegt und das Stromrauschen mit einer Frequenz von etwa 2 bis iO kHz mit einer Bandbreite von etwa 1000 Hz gemessen wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Kondensator (Cx) in Serie mit einem Meßwiderstand (R\) an eine 50-Hz-Spannungsquel!e angeschlossen wird, daß parallel zu dieser Serienschaltung aus dem zu messenden Kondensator (Cx) und dem Meßwiderstand (R₁) auf der Seite des Spannungseingangs ein Kondensator ,'Ci) liegt und daß am Meßwiderstand (R₁) die Rauschspannunp abgeg~^:ffen und über einen Verstärker und einen Hochpaß einem Meßgerät zugeführt wird.

und schließlich zum Abbrennen der Kondensatorbeläge führen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht bei einem Kondensator der eingangs beschriebenen Art darin, die genannten Fehler eines derartigen Kondensators bereits im Zuge der Prüfung vor Auslieferung des Kondensators zu erkennen und zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Stromrauschen des Kondensators

ίο gemessen und der Kondensator beim Überschreiten eines Grenzwertes für das Stromrauschen verworfen wird.

Unter »Stromrauschen« werden unregelmäßige, nichtperiodische Stromschwankungen mit einem Frequenzspektrum, das über der Frequenz des eingespeisten Stroms liegt, verstanden. Ein derartiges Stromrauschen, auch als »Turbulenzrauschen« bezeichnet, ist bereits in verschiedenen Literaturstellen, z. B. von H. Pfeifer, »Elektronisches Rauschen«, Teil 1, Verlag Mayer, Aachen, beschrieben und wurde beispielsweise bei schlecht kontaktierten Metallübergängen und bei dünnen metallischen Filmen beobachtet. Man erklärt sich dieses Rauschen damit, daß der Ladungstransport statistischen Schwankungen unterworfen ist. Diese Störspannung ist eine Funktion der Temperatur, der Frequenz, des Frequenzbereiches und des über die Störungsstelle fließenden Stromes. Aus der Literatur ergibt sich für den Mittelwert dieser Störungen (u_slor) folgende Formel: