DE4233102C2 - Procedure for the electrical testing of high-voltage heating systems - Google Patents
Procedure for the electrical testing of high-voltage heating systemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Prüfung von Hochspannungsheizsystemen, welche aus einem in einer Schutzrohranordnung befindlichen stabförmigen Heizeinsatz be stehen und wobei die Schutzrohranordnung ein inneres isolie rendes Rohr sowie ein äußeres metallisches Schutzrohr auf weist.The invention relates to a method for electrical testing of high-voltage heating systems, which consist of one in one Protection tube arrangement located rod-shaped heating insert be stand and wherein the protective tube assembly an inner isolie pipe and an outer metallic protective tube points.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 90 17 596 ist ein Hoch spannungsheizmodul, bestehend aus einer auf einem mehrteiligen keramischen Heizleiterträger angeordneten Heizwendel, welche von einer rohrförmigen Ummantelung aus Quarzgut umgeben ist, wobei das Quarzgutrohr von einem äußeren metallischen Schutz rohr umfaßt wird, bekannt.A high is from the German utility model G 90 17 596 voltage heating module consisting of one on a multi-part ceramic heating conductor carrier arranged heating coil, which is surrounded by a tubular casing made of quartz material, the quartz tube from an outer metallic protection tube is known.
Derartige Hochspannungsheizmodule werden beispielsweise unter extremen klimatischen und mechanischen Bedingungen, insbeson dere zur Beheizung von Weitstrecken-Reisezugwagen bei hohen ununterbrochenen Laufzeiten und extrem niedrigen Außentempera turen eingesetzt.Such high-voltage heating modules are, for example, under extreme climatic and mechanical conditions, in particular to heat long-distance coaches at high uninterrupted running times and extremely low outside temperatures doors used.
Die Betriebsspannung für den Hochspannungsheizmodul wird aus der örtlichen Fahrspannung der elektrifizierten Strecke unmit telbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von Transformatoren, abge leitet. Demzufolge liegt aufgrund der üblichen Reihenschaltung der Hochspannungsheizmodule bei Ausfall eines Modules eine hohe Spannung an. Deshalb sind an die Spannungsdurchschlags festigkeit der verwendeten Hochspannungsheizungen aus Sicher heitsgründen erhebliche Anforderungen zu stellen.The operating voltage for the high-voltage heating module is switched off the local driving voltage of the electrified route telbar, d. H. without the interposition of transformers, abge directs. As a result, due to the usual series connection of the high-voltage heating modules if one module fails high voltage. Therefore, the voltage breakdown strength of the high-voltage heating used for safety security requirements.
Diese Anforderungen erhöhen sich noch dadurch, daß sich die Hochspannungsheizmodule in der Regel in einem Wasserbad befin den. Erschwerend kommt die Problematik eines häufigen Tempera turwechsels und die hieraus resultierenden Krafteinwirkungen auf die Elemente des Hochspannungsheizmoduls hinzu.These requirements increase because the High-voltage heating modules are usually in a water bath the. The problem of frequent tempera complicates matters changes and the resulting forces on the elements of the high-voltage heating module.
Aus dem Voranstehenden wird ersichtlich, daß im Interesse der Sicherheit, der Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität die je weiligen Hochspannungsheizmodule aufwendig konstruktiv gestal tet sein müssen und entsprechend hohe Anforderungen an die Auswahl und den Einsatz der verwendeten Materialien zu stellen sind.From the foregoing it can be seen that, in the interest of the Security, reliability and long-term stability that ever because high-voltage heating modules elaborately constructive must be and correspondingly high demands on the Selection and use of the materials used are.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Einhaltung der Quali tätsparameter ausgewählte Hochspannungsheizmodule aus der Se rie einem elektrischen Dauertest zu unterziehen. Um hinrei chende Aussagen über die Funktionsfähigkeit bzw. Zuverlässig keit der jeweiligen Module zu erhalten, muß dieser Test über einen außerordentlich langen Zeitraum, in der Regel über meh rere tausend Stunden geführt werden. Neben dem Zeitaufwand er fordert ein solcher Test einen außerordentlich hohen Aufwand an elektrischer Energie, da das Hochspannungsheizmodul sich während des gesamten Testverlaufes unter Betriebsbedingungen, d. h. unter der zu erreichenden Betriebstemperatur befinden muß.It has already been proposed to comply with the qualifications selected high-voltage heating modules from the Se to undergo an electrical endurance test. To get there appropriate statements about the functionality or reliable To obtain the respective modules, this test must be carried out an extraordinarily long period of time, usually over meh more than a thousand hours. In addition to spending time such a test requires an extraordinarily high effort of electrical energy because the high-voltage heating module during the entire test process under operating conditions, d. H. below the operating temperature to be reached got to.
Ein auch zeitlich verkürzter Test jedes einzelnen hergestell ten Hochspannungsheizmoduls ist daher aus Aufwands- und Ko stengründen nicht möglich. Eine solche Prüfung ist jedoch aus der Sicht des Anwenders wünschenswert. A time-tested test of each individual manufactured ten high-voltage heating module is therefore from effort and Ko reasons not possible. However, such an examination is over desirable from the point of view of the user.
Aus der DE-OS 23 19 325 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Prüfen des Betriebsverhaltens und der elektrischen Fertigungstoleranzen elektrischer Rohrheizkörper bekannt. Diese Rohrheizkörper bestehen aus einem Widerstandsdraht, einem zu diesem koaxialen Edelstahlrohr und einer zwischen Heizleiter bzw. Widerstandsdraht und Mantelrohr angeordneten Isolierschicht. Der Heizleiter und das Mantelrohr sind an einer Stirnseite des Mantelrohres leitend miteinander verbunden und elektrisch hintereinander geschaltet. An die vorerwähnte Reihenschaltung von Heizleiter und Mantelrohr wird dann eine einstellbare Spannung angelegt sowie ein Prüfstrom eingestellt. Bei mindestens zwei einstellbaren Spannungswerten werden an der Isolierschicht auftretende Durchbrüche und/oder ein durch Widerstandsänderungen verursachtes, instabiles Betriebsverhalten in Impulse umgesetzt, wobei anhand einer Auswertung dieser Impulse im Zusammenhang mit ermittelten Fehlerströmen eine Qualitätsbewertung der Rohrheizkörper erfolgt. Ein derartiges Verfahren ist zeitlich und meßtechnisch aufwendig und liefert keine Ergebnisse bezüglich des Verhaltens des Rohrheizkörpers bei Betriebstemperatur.DE-OS 23 19 325 describes a method and a device to check the operating behavior and the electrical Manufacturing tolerances of electric tubular heaters are known. These tubular heaters consist of a resistance wire, one to this coaxial stainless steel tube and one between Heating conductor or resistance wire and jacket tube arranged Insulating layer. The heating conductor and the jacket tube are on one end of the casing tube conductively connected to each other and electrically connected in series. To the aforementioned Series connection of heating conductor and jacket tube is then an adjustable voltage is applied and a test current set. With at least two adjustable voltage values breakthroughs appearing on the insulating layer and / or one caused by changes in resistance, unstable operating behavior converted into impulses, whereby based on an evaluation of these impulses in connection with determined fault currents a quality assessment of the Tubular heating element takes place. Such a procedure is timed and technically complex and provides no results regarding the behavior of the tubular heater Operating temperatur.
Aus Woll, Ph., "Technik des elektrischen Rohrheizkörpers", Sonderdruck aus "Elektrowärme" Nr. 9, 1958, S. 310-316, ist bekannt, daß die Durchschlagspannung eines Isoliermaterials mit zunehmender Temperatur absinkt. Aus dieser Lehre ist zwar entnehmbar, daß es für eine praxisnahe Prüfung des Durchschlagspannungsverhaltens eines Rohrheizkörpers erforderlich ist, entsprechende Messungen bei Betriebstemperatur vorzunehmen, jedoch bleibt offen, wie zu verfahren ist, um in einer möglichst kurzen Zeit das Langzeit-Betriebsverhalten von Hochspannungsheizsystemen zu simulieren.From Woll, Ph., "Technique of the electric tubular heater", Special print from "Elektrowärme" No. 9, 1958, pp. 310-316 known that the breakdown voltage of an insulating material decreases with increasing temperature. From this teaching is true can be seen that it is for a practical test of the breakdown voltage behavior a tubular heater is required is to take appropriate measurements at operating temperature, however, it remains to be seen how to proceed in a the long-term operating behavior of To simulate high-voltage heating systems.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur elektri schen Prüfung von Hochspannungsheizsystemen anzugeben, welches in einer relativ kurzen Zeitspanne unter minimalem Energieauf wand die Prüfung eines jeden hergestellten Hochspannungsheiz systems oder -moduls vor der Auslieferung ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a method for electri test of high-voltage heating systems to indicate which in a relatively short period of time with minimal energy The testing of each high voltage heater manufactured systems or modules before delivery.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt in zufriedenstellender Weise mit den Merkmalen der Patentansprüche.The task is solved in a satisfactory manner with the features of the claims.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es mit einer bestimmten Kombination von einzelnen Prüfschritten möglich ist, einen elektrischen Langzeiteinsatz zu simulieren, um von vornherein und frühzeitig mögliche elektrische Durchschläge, die konstruktions- oder materialbedingt sind, zu erkennen.The invention is based on the finding that it has a certain combination of individual test steps possible is to simulate a long-term electrical application in order to possible and early electric breakdowns, which are due to construction or material.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht im wesentlichen von drei Prüfschritten aus, wobei der erste und dritte Prüfschritt das Beaufschlagen des Heizsystemes mit einer Prüfspannung UPR in einem Bereich des Zwanzig- bis Dreißigfachen der Betriebs spannung UB beinhaltet. Diese Hoch- bzw. Prüfspannung UPR wird zwischen dem Heizeinsatz und dem metallischen Schutzrohr bzw. gegen Masse dem Hochspannungsheizsystems angelegt. The method according to the invention is essentially based on three Test steps from, the first and third test step the Applying a test voltage UPR in to the heating system a range of twenty to thirty times the operation voltage UB includes. This high or test voltage UPR is between the heating insert and the metallic protective tube or against the high-voltage heating system.
Der Übergang vom ersten zum zweiten Prüfschritt ist dadurch gekennzeichnet, daß hier eine Erwärmung des Hochspannungsheiz systems auf eine vorgegebene Temperatur, welche im wesentli chen der Betriebstemperatur entspricht, erfolgt. Diese Tempe raturerhöhung bzw. -erwärmung erfolgt durch das Anlegen der Betriebsspannung UB an den Heizeinsatz. Nach erfolgter Erwär mung wird zusätzlich zur Betriebsspannung UB die vorerwähnte Hoch- bzw. Prüfspannung UPR, die wiederum zwischen dem Heizeinsatz und dem metallischen Schutzrohr anliegt, geschal tet.This is the transition from the first to the second test step characterized in that here a heating of the high voltage heater systems to a predetermined temperature, which is essentially Chen corresponds to the operating temperature. This tempe The temperature is increased or increased by applying the Operating voltage UB to the heating insert. After heating In addition to the operating voltage UB, the above-mentioned High or test voltage UPR, which in turn between the Heating insert and the metallic protective tube is applied, formwork tet.
Nach erfolgreichem Abschluß des zweiten Prüfschrittes erfolgt ein schnelles Abkühlen des Hochspannungsheizsystems auf eine Temperatur, die annähernd der Umgebungstemperatur entspricht. Daran schließt sich der dritte Prüfschritt an.After the second test step has been successfully completed a rapid cooling of the high-voltage heating system to one Temperature that approximately corresponds to the ambient temperature. This is followed by the third test step.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den Zyklus des Erwärmens, des zweiten Prüfschrittes und des Abkühlens n-fach zu wiederholen. Als besonders vor teilhaft hat sich eine Wiederholung mit n = 2 bis 10 erwiesen.According to a variant of the method according to the invention, it is possible, the cycle of heating, the second test step and to repeat the cooling n times. As special before A repetition with n = 2 to 10 has proven to be partial.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll mit dem nachstehend ge schilderten Ausführungsbeispiel und unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.The method according to the invention is intended to be used with the ge described embodiment and with the help of a Figure will be explained in more detail.
Die Figur zeigt hierbei den Verfahrensablauf in Form eines Programmablaufplanes.The figure shows the process flow in the form of a Program schedule.
Vor Ablauf des eigentlichen Prüfverfahrens und vor der Montage des stabförmigen Heizeinsatzes in die Schutzrohranordnung wird der Heizeinsatz ausgeglüht, so daß an der Heizwendel anhaf tende Bestandteile, z. B. Fette, beseitigt werden können. Hierdurch wird eine spätere Beschädigung oder Zerstörung des inneren, isolierenden Rohres der Schutzrohranordnung vermie den. Before the actual test procedure and before assembly of the rod-shaped heating insert in the protective tube arrangement the heating element burned out so that it adhered to the heating coil Tent components, for. B. fats can be eliminated. This will later damage or destroy the inner, insulating tube of the protective tube arrangement the.
Nach dem Ausglühen wird der stabförmige Heizeinsatz in die Schutzrohranordnung montiert und mit dieser lösbar, z. B. durch Schraubverbindungen, verbunden.After the annealing, the rod-shaped heating insert is inserted into the Mounted protective tube assembly and detachable with this, for. B. by Screw connections, connected.
In einem ersten Prüfschritt wird zwischen den Anschlüssen des Heizeinsatzes und dem äußeren metallischen Schutzrohr eine Hoch- bzw. Prüfspannung UPR angelegt.In a first test step, between the connections of the Heating insert and the outer metallic protective tube one High or test voltage UPR applied.
Die Prüfspannung UPR liegt in einem Bereich des Zwanzig- bis Dreißigfachen der Betriebsspannung UB. Beispielsweise beträgt die maximale Betriebsspannung UB 667 V und die Prüfspannung UPR 13 KV. Die Prüfspannung UPR kann dabei hochfrequente Wechselspannung oder Gleichspannung sein. Alternativ ist es möglich, in den jeweiligen Hochspannungsprüfschritten zwischen einer Gleich- und Wechselspannung umzuschalten. Das Anlegen der Prüfspannung UPR im ersten Prüfschritt erfolgt kurzzeitig, wobei sich ein Zeitraum von 30 sec bis 2 min als vorteilhaft erwiesen hat.The test voltage UPR is in a range from twenty to Thirty times the operating voltage UB. For example the maximum operating voltage UB 667 V and the test voltage UPR 13 KV. The test voltage UPR can be high-frequency AC voltage or DC voltage. Alternatively it is possible in the respective high voltage test steps between to switch a direct and alternating voltage. The mooring the test voltage UPR occurs briefly in the first test step, a period of 30 seconds to 2 minutes being advantageous has proven.
Nach dem erfolgreichen Abschluß des ersten Prüfschrittes wird bei abgeschalteter Prüfspannung UPR der Heizeinsatz mit seiner maximalen Betriebsspannung UB beaufschlagt. Hierdurch erfolgt ein Erwärmen des Heizeinsatzes bis im wesentlichen zum Erreichen der Betriebstemperatur des Hochspannungsheizsystems. Sollten elektrische Fehler des Heizeinsatzes vorliegen, können diese zum jetzigen Zeitpunkt erkannt werden. Nachdem die Betriebstemperatur des Hochspannungsheizsystems erreicht ist, dies ist im wesentlichen nach 5 Minuten der Fall, wird ein zweiter Hochspannungsprüfschritt eingeleitet. Jetzt wird zusätzlich zur Betriebsspannung UB, aber wiederum bezogen auf den Heizeinsatz und das metallische Schutzrohr bzw. gegen Masse die vorerwähnte Hoch- bzw. Prüfspannung UPR angelegt.After successfully completing the first test step with the test voltage UPR switched off, the heating insert with its maximum operating voltage UB. This is done heating the insert until substantially Reaching the operating temperature of the high-voltage heating system. Should there be electrical faults in the heating insert, these are recognized at the present time. after the Operating temperature of the high-voltage heating system has been reached, This is essentially the case after 5 minutes second high-voltage test step initiated. Now will in addition to the operating voltage UB, but in relation to the heating insert and the metallic protective tube or against Ground the aforementioned high or test voltage UPR applied.
Über eine Kontrolle des Stromes, welcher beim Anlegen der Hoch- bzw. Prüfspannung fließt, ist erkennbar, ob ein elektri scher Durchschlag bzw. ein hochspannungsseitiger Defekt des Hochspannungsheizsystems vorliegt. Nach dem erfolgreichen Beenden dieses zweiten Prüfschrittes erfolgt ein schnelles Ab kühlen des Hochspannungsheizsystems auf im wesentlichen Umge bungstemperatur.Via a control of the current which is generated when the High or test voltage flows, it can be seen whether an electri breakdown or a high-voltage defect of the High voltage heating system is present. After the successful The second test step ends quickly cooling the high voltage heating system to essentially the reverse exercise temperature.
An dieser Stelle kann sich eine Wiederholung des vorstehend geschilderten Zyklus aus Erwärmung, zweitem Prüfschritt und Abkühlung anschließen. Vorteilhafterweise wird dieser Zyklus zwei- bis zehnmal wiederholt. Aus umfangreichen Untersuchungen hat sich jedoch ergeben, daß bereits mit einem einmaligen Durchlaufen des Zyklus eine ausreichende Fehlererkennung und quasi Langzeitsimulation möglich ist.At this point there may be a repeat of the above described cycle of heating, second test step and Connect cooling. This cycle is advantageous repeated two to ten times. From extensive investigations has shown, however, that with a one-off Pass through the cycle a sufficient error detection and quasi long-term simulation is possible.
Nach dem schnellen Abkühlen auf Umgebungstemperatur wird in einem dritten Prüfschritt erneut die Hoch- bzw. Prüfspannung UPR kurzzeitig angelegt. Das Anlagen der Prüfspannung im drit ten Prüfschritt erfolgt zeitlich ähnlich wie im ersten Prüf schritt. Nach dem erfolgreichen Absolvieren auch des dritten Prüfschrittes wird das entsprechende Hochspannungsheizsystem als in Ordnung befunden.After rapid cooling to ambient temperature, in a third test step again the high or test voltage UPR temporarily applied. The installation of the test voltage in the third The test step takes place in a similar time to that in the first test step. After successfully completing the third The corresponding high-voltage heating system is the test step found to be okay.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß während des ersten bis dritten Prüfschrittes die Hoch- bzw. Prüfspannung UPR von ei nem unteren Wert, z. B. dem Zwanzigfachen der Betriebsspannung UB auf einen oberen Wert, z. B. dem Dreißigfachen der Betriebs spannung UB linear oder rampenförmig ansteigend verändert wird. Hierdurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Erkennens möglicher elektrischer Durchschläge im späteren Einsatz des Hochspannungsheizsystems.It is within the spirit of the invention that during the first to third test step, the high or test voltage UPR from egg its lower value, e.g. B. twenty times the operating voltage UB to an upper value, e.g. B. thirty times the operating voltage UB changed linearly or ramped increasing becomes. This increases the likelihood of Detect possible electrical breakdowns later Use of the high-voltage heating system.
Ebenso ist es möglich, ausgewählte Prüfschritte, insbesondere den dritten Prüfschritt mit dem Einwirken einer mechanischen Kraft in Form einer Vibration auf das Hochspannungsheizsystem zu verbinden. Auch diese Maßnahme dient der Erhöhung der Aus sagefähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektri schen Prüfung.It is also possible to select selected test steps, in particular the third test step with the action of a mechanical Force in the form of a vibration on the high-voltage heating system connect to. This measure also serves to increase the off ability of the method according to the invention to electri test.
Der Programmablaufplan gemäß Fig. ermöglicht in anschaulicher Weise das Nachvollziehen des Prüfverfahrens.The program flow chart according to FIG. Enables the test procedure to be understood in a clear manner.
An den jeweiligen Entscheidungspunkten ist eine Selektion der Funktionsfähigkeit der betreffenden Hochspannungsheizsysteme möglich.At the respective decision points there is a selection of Functionality of the high-voltage heating systems concerned possible.
Selbstverständlich können mehrere Heizsysteme parallel einer Prüfung unterzogen werden, wobei gleichzeitig an die Gruppe von Hochspannungsheizsystemen die jeweiligen Spannungen ange legt werden. Sollte in einem Prüfschritt, z. B. durch Ansteigen des fließenden Stromes der Hoch- bzw. Prüfspannung UPR ein Fehler erkannt werden, dann kann durch selektives Trennen der einzelnen Hochspannungsheizsysteme das defekte System leicht festgestellt werden. Auch kann durch Analyse des Hochspan nungsstreufeldes um die jeweiligen Hochspannungsheizsysteme eine Selektion des defekten Heizers erfolgen.Of course, several heating systems can run in parallel Exam to be submitted to the group at the same time of high-voltage heating systems the respective voltages be placed. Should in a test step, for. B. by increasing of the flowing current of the high or test voltage UPR Errors can be detected, then by selective separation of the individual high-voltage heating systems the defective system easily be determined. Also by analyzing the high chip stray field around the respective high-voltage heating systems the defective heater is selected.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zusammenfassend un ter geringem Energieaufwand und in einer kurzen Zeit die indi viduelle Prüfung eines jeden Hochspannungsheizsystems im Her stellungsverfahren.In summary, the method according to the invention enables un low energy consumption and in a short time the indi visual inspection of every high-voltage heating system in the manufacturer placement procedure.
Sollte im Ergebnis des Schrittes der Erwärmung auf die vorge gebene Temperatur eine Fehlfunktion des Heizeinsatzes festge stellt werden, so kann dieser reparaturfreundlich und leicht gegen einen anderen Heizeinsatz ausgetauscht werden, wobei die materialintensive Schutzrohranordnung erhalten bleibt. Hierdurch verringert sich die Reklamationshäufigkeit und es erfolgt eine Senkung der Kosten. Das Prüfverfahren sichert durch die spezielle Kombination einzelner Verfahrensschritte eine quasi Simulation eines Langzeiteinsatzes des Hochspannungsheizsystems unter realen Bedingungen.As a result of the step of warming to the pre given temperature malfunction of the heating insert can be repaired easily and easily can be exchanged for another heating insert, the material-intensive protective tube arrangement is retained. This reduces the frequency of complaints and it there is a reduction in costs. The test procedure ensures through the special combination of individual process steps a quasi simulation of a long-term use of the High voltage heating system under real conditions.
Claims (9)
- a) kurzzeitiges Anlegen einer Hoch- bzw. Prüfspannung (UPR) in einem Spannungsbereich des zwanzig- bis dreißigfachen der maximalen Betriebsspannung (UB) zwischen dem Heizeinsatz und dem metallischen Schutzrohr bzw. gegen Masse,
- b) Beaufschlagung des Heizeinsatzes mit der Betriebs spannung (UB) bis zum im wesentlichen Erreichen der Be triebstemperatur des Hochspannungsheizsystems,
- c) zusätzliches Anlegen der Hochspannung (UPR) zwischen dem Heizeinsatz und dem metallischen Schutzrohr bzw. gegen Masse,
- d) Abschalten der Betriebsspannung (UB) und der Hoch spannung (UPR) und schnelles Abkühlen des Hochspannungsheizsystems bis auf im wesentlichen Raum- bzw. Umgebungstemperatur,
- e) erneutes kurzzeitiges Anlegen der Hochspannung (UPR) zwischen dem Heizeinsatz und dem metallischen Schutzrohr bzw. gegen Masse.
- a) brief application of a high or test voltage (UPR) in a voltage range of 20 to 30 times the maximum operating voltage (UB) between the heating insert and the metallic protective tube or against ground,
- b) supplying the heating insert with the operating voltage (UB) until the operating temperature of the high-voltage heating system has essentially been reached,
- c) additional application of the high voltage (UPR) between the heating insert and the metallic protective tube or against ground,
- d) switching off the operating voltage (UB) and the high voltage (UPR) and rapid cooling of the high-voltage heating system to essentially room or ambient temperature,
- e) renewed short-time application of the high voltage (UPR) between the heating insert and the metallic protective tube or against ground.
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