Mehrstufiger Stossspannungsgenerator zur Erzeugung abgeschnittener Stosswellen Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Stossspan nungsgenerator zur Erzeugung abgeschnittener Stosswel len, dessen einzelne Stufen mindestens aus einer Stoss kapazität und einer Schaltfunkenstrecke bestehen. Die erfindungsgemäss aufgebauten mehrstufigen Stossspan nungsgeneratoren sind insbesondere geeignet für die Erzeugung abgeschnittener Stosswellen höchster Span nung sowie der Erzeugung stirnabgeschnittener Stoss wellen.
Es ist bekannt, zur Erzeugung abgeschnittener Stoss wellen am Ausgang des Generators eine Abschneide funkenstrecke anzuordnen, deren Zündung mittels eines Steuerimpulses erzwungen wird. Als Abschneidefunken- strecke werden sowohl einfache Kugelfunkenstrecken, entladungsgesteuerte Kugelfunkenstrecken oder auch Dreielektrodenfunkenstrecken verwendet. Diese Einrich tungen sind in der Lage, bis zu Stossspannungen von etwa 1 MV mit einer Streuung der Abschneidezeit von _ < 0,1 ,us hinreichend sicher zu arbeiten. Lediglich bei positiven Stossspannungen ist die entladungsgesteuerte Kugelfunkenstrecke bereits ab 800 kV nicht mehr be triebssicher.
Beim Abschneiden höherer Stossspannungen ergibt sich jedoch infolge der grossen Schlagweite der Abschneidefunkenstrecken, dass der Spannungszusam menbruch nicht plötzlich erfolgt, sondern, dass nach an fänglichem geringem Absinken der Spannungen eine ge wisse Zeitdauer die Spannung nicht weiter abklingt. Dabei ist die Verweilszeit um so grösser, je grösser die Schlagweite der Abschneidefunkenstrecke ist. Infolge dessen erhöht sich auch die Abschneidezeit für die Stoss spannungswelle. Dieser Nachteil wird vermieden, indem die Abschneidefunkenstrecke als Vielfachfunkenstrecke aufgebaut ist.
Bei einer bekannten Ausführung ist dabei die Vielfachfunkenstrecke derart unterteilt, dass auf die einzelnen Funkenstrecken etwa 40 kV entfallen. Da diese Vielfachfunkenstrecke an der gesamten Hochspan nung liegt, müssen die einzelnen Funkenstrecken über Ohmsche Widerstände in ihrem Potential zwangs gesteuert sein. Insbesondere bei Stossspannungsanlagen höherer Spannung führt dies zu einem erheblichen Auf- wand.
Ausserdem erfordert eine solche Ausführung ins besondere wegen der Gewährleistung der linearen Span nungsaufteilung längs der Vielfachfunkenstrecke einen erheblichen Platz im Hochspannungsprüffeld. Ferner ist die notwendige Anpassung der Anzahl der notwendi gen Teilfunkenstrecken an die abzuschneidende Stoss spannung beschwerlich und es erscheint die Anwendung von Vielfachfunkenstrecken bei extrem hohen Spannun gen nicht aussichtsreich.
Es ist der Zweck der Erfindung, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stossspannungsgenerator so auszubilden, dass damit ohne erheblichen Aufwand bei höheren Spannungen eine kon stante Abschneidezeit bei unterschiedlichen Scheitel werten für Stossspannung realisiert werden kann. Ferner soll ermöglicht werden, abgeschnittene Stosswellen zu er zeugen, ohne dass für diese Einrichtung erheblicher Platz im Hochspannungsprüffeld zur Verfügung gestellt wer den muss.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass jeder Stufe des mehrstufigen Stossspanungsgenera- tors zusätzlich eine Abschneidefunkenstrecke zugeordnet ist, und dass diese Abschneidefunkenstrecken unterein ander unmittelbar in Serie liegen und jede an der zuge ordneten Stufe derart angeschaltet ist, dass an jeder dieser Abschneidefunkenstrecken bei Ausbildung der Stossspannung am Generator die zugeordnete Stufen stossspannung auftritt.
Um die Erzeugung unterschied lich hoher Stossspannungen bequem zu ermöglichen, werden sowohl die Schaltfunkenstrecken .als auch die Abschneidefunkenstrecken zweckmässig mit mechani schen Mitteln in ihrer Schlagweite verstellbar ausgeführt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, sowohl die Schalt funkenstrecken als auch die Abschneidefunkenstrecken gemeinsam oder wahlweise mittels ein und desselben Antriebs zu verstellen. Um den Zündzeitpunkt genau einzuhalten und zur Realisierung der vorgegebenen Ab schneidezeit können eine oder mehrere der Schaltfunken strecken oder Abschneidefunkenstrecken bzw. beide steuerbar ausgeführt werden, wobei sie mittels eines Steuergrätes angeregt werden können.
Dabei ist es vorteilhaft, den Impuls des Steuer gerätes für die Schaltfunkenstrecke bzw. Abschneide funkenstrecke auf die Funkenstrecke zu geben, die auf der erdseitigen Stufe des Stossspannungsgenerators liegt, weil damit die Ankopplung am einfachsten zu erreichen ist. Zum Zwecke der Einhaltung einer vorgegebenen Abschneidezeit ist es vorteilhaft, als Signal für die An regung der Abschneidefunkenstrecke das Signal zur An regung der Schaltfunkenstrecke zu verwenden und diese über eine Verzögerungsleitung zu führen oder das Signal für die Anregung der Abschneidefunkenstrecke vom An sprechen der Schaltfunkenstrecken abzuleiten.
Anhand einer Zeichnung soll nachstehend die Er findung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Stosskondensatoren 1 werden in bekannter Weise von einem Ladegleichrichter 2 über Ladewiderstände 3 aufgeladen. Den Stosskondensatoren 1 parallel liegen Schaltfunkenstrecken 4 und Entladewiderstände 5. Die Schaltfunkenstrecken 4 sind ausserdem über Dämpfungs- widerstände 6 mit dem Stosskondensator der jeweils nächsten Stufe bzw. einem Belastungskondensator 8 und einem Prüfling verbunden.
Zur Erzeugung von abge schnittenen Stosswellen sind Abschneidefunkenstrecken 7 parallel zur Reihenschaltung von Ladewiderstand 5 und Dämpfungswiderstand 6 jeder einzelnen Stufe geschal tet. Die Schaltfunkenstrecken 4 und die Abschneide funkenstrecken 7 der erdseitigen Stufe weisen je eine Reizelektrode auf und werden von nicht dargestellten Auslöseeinrichtungen beeinflusst. Der Stossgenerator ar beitet auf den Belastungskondensator 8 und den Prüf ling 9.
Wenn nach Durchzündung der Schaltfunkenstrek- ken 4, die durch Anregung der Reizelektroden bewirkt wird, die Stossspannung am Ausgang des Generators sich ausbildet, werden gleichzeitig die Abschneidefun- kenstrecken 7 mit der jeweiligen Stufenstossspannung beaufschlagt. Die Schlagweite der Abschneidefunken- strecken 7 ist dabei auf einen Wert eingestellt, der unter Beachtung des Ausnutzungsfaktors knapp oberhalb des Wertes liegt,
bei der Selbstzündung eintritt. Nach Ablauf der vorgegebenen Abschneidezeit gibt eine zweite nicht dargestellte Abschneideeinrichtung einen Zündimpuls auf die erdseitige Abschneidefunkenstrecke 7. Diese schlägt durch und löst damit die Durchzündung der Serienschaltung von Abschneidefunkenstrecken aus. Dieser Vorgang wird durch die stets vorhandenen Erd kapazitäten bewirkt, die an den Punkten a, b, c angrei fen. Durch die Zündung der Abschneidefunkenstrecke 7 der erdseitigen Stufe wird die Erdkapazität am Punkt a plötzlich entladen, so dass der Punkt a Erdpotential annimmt.
Der Punkt b dagegen liegt vorerst infolge der dort wirkenden Erdkapazität an einer Spannung, die etwa der doppelten Stufenspannung entspricht, so dass die Abschneidefunkenstrecke der zweiten Stufe nach dem Ansprechen der Abschneidefunkenstrecke der ersten Stufe mit einer grossen überspannung beansprucht wird, die jetzt den Durchschlag hervorruft. Das weitere Durchzünden der Stufen der Abschneidefunkenstrecken erfolgt in analoger Weise.
Die Durchzündung aller Ab schneidefunkenstrecken bedeutet aber, dass der Ausgang des Generators sowie der Belastungskondensator 8 und der Prüfling 9 nach Erde kurzgeschlossen werden, und dass damit die vom Generator gelieferte Stossspannung abgeschnitten ist. Die Abschneidefunkenstrecken arbei ten dabei bei Stossspannungen bzw. Schlagweiten, die maximal der Stufenspannung eines Stossgenerators ent sprechen. Da die Stufenspannungen etwa um 300 kV liegen, treten bei den Durchschlägen der Abschneide funkenstrecken nicht die nachteiligen Erscheinungen auf, die bei Spannungen um 1 MV beobachtet wurden.
Zur Erzeugung von abgeschnittenen Stosswellen unter schiedlichen Scheitelwertes werden die Schaltfunken strecken in nicht dargestellter Weise mittels mechani scher Antriebe über Isolierwellen in ihrer Schlagweite an die Ladespannung angepasst. In gleicher Weise wird der Abstand der Abschneidefunkenstrecken verstellt. Dabei kann es von Vorteil sein, für den Antrieb der Schalt- und Abschneideeinrichtungen gleiche Mittel zu verwenden.
Ein derartig aufgebauter Stossspannungsgenerator eignet sich auch zur Erzeugung stirnabgeschnittener Stosswellen, wenn die Abschneidefunkenstrecken hin sichtlich ihrer Schlagweite auf den abzuschneidenden Spannungsbetrag der einzelnen Stufen eingestellt sind. Soll ein bestimmter Verlauf des Spannungszusammen bruches erreicht werden, so kann dies dadurch bewirkt werden, dass in Serie mit den einzelnen Abschneide funkenstrecken Dämpfungswiderstände geschaltet sind.
Multi-stage surge voltage generator for generating cut shock waves The invention relates to a multi-level surge voltage generator for generating cut shock waves, the individual stages of which consist of at least a surge capacity and a switching spark gap. The multi-stage surge voltage generators constructed according to the invention are particularly suitable for generating cut-off shock waves of the highest voltage and generating cut-off shock waves.
It is known to arrange a cut-off spark gap to generate cut shock waves at the output of the generator, the ignition of which is forced by means of a control pulse. Simple spherical spark gaps, discharge-controlled spherical spark gaps or three-electrode spark gaps are used as cut-off spark gaps. These devices are able to work sufficiently safely up to surge voltages of about 1 MV with a spread of the cutoff time of _ <0.1 μs. Only in the case of positive surge voltages is the discharge-controlled spherical spark gap no longer operationally safe from 800 kV.
When cutting higher impulse voltages, however, due to the large range of the cut-off spark gaps, the voltage collapse does not occur suddenly, but rather that after an initially slight decrease in the voltage, the voltage does not decrease any further for a certain period of time. The dwell time is greater, the greater the striking distance of the cut-off spark gap. As a result, the cut-off time for the surge voltage wave also increases. This disadvantage is avoided in that the cut-off spark gap is constructed as a multiple spark gap.
In a known embodiment, the multiple spark gap is subdivided in such a way that the individual spark gaps account for approximately 40 kV. Since this multiple spark gap is due to the entire high voltage voltage, the potential of the individual spark gaps must be controlled by means of ohmic resistors. In particular in the case of high-voltage surge voltage systems, this leads to considerable effort.
In addition, such a design requires a considerable amount of space in the high-voltage test field, in particular because of the guarantee of the linear voltage distribution along the multiple spark gap. Furthermore, the necessary adjustment of the number of necessary partial spark gaps to the surge voltage to be cut is cumbersome and the use of multiple spark gaps at extremely high voltages does not appear to be promising.
It is the purpose of the invention to avoid the disadvantages described.
The invention is based on the object of designing a surge voltage generator in such a way that a constant cut-off time at different peak values for surge voltage can be implemented with it at higher voltages without considerable effort. Furthermore, it should be made possible to generate cut shock waves without having to make available considerable space in the high-voltage test field for this facility.
According to the invention, the object is achieved in that each stage of the multistage surge voltage generator is additionally assigned a cut-off spark gap, and that these cut-off spark gaps lie directly in series with one another and each of the assigned level is switched on in such a way that each of these cut-off spark gaps is formed when the Surge voltage at the generator the assigned level surge voltage occurs.
In order to easily enable the generation of surge voltages of different levels, both the switching spark gaps and the cut-off spark gaps are expediently designed to be adjustable in their throw width using mechanical means. It is particularly advantageous to adjust both the switching spark gaps and the cut-off spark gaps together or optionally by means of one and the same drive. In order to adhere to the ignition point exactly and to implement the specified cut-off time, one or more of the switching sparks or cut-off spark gaps or both can be designed to be controllable, whereby they can be excited by means of a control unit.
It is advantageous to give the pulse of the control device for the switching spark gap or cut-off spark gap on the spark gap that is on the earth-side stage of the surge voltage generator, because this is the easiest way to achieve the coupling. For the purpose of compliance with a predetermined cut-off time, it is advantageous to use the signal for the excitation of the switching spark gap as a signal for the excitation of the cut-off spark gap and to lead this via a delay line or to derive the signal for the excitation of the cut-off spark gap from speaking to the switching spark
Using a drawing, the invention will be explained below using an exemplary embodiment. Impact capacitors 1 are charged in a known manner by a charging rectifier 2 via charging resistors 3. Switching spark gaps 4 and discharge resistors 5 are parallel to the surge capacitors 1. The switching spark gaps 4 are also connected via damping resistors 6 to the surge capacitor of the next stage or to a load capacitor 8 and a test object.
To generate abge cut shock waves, cut-off spark gaps 7 are switched parallel to the series connection of charging resistor 5 and damping resistor 6 of each individual stage. The switching spark gaps 4 and the cut-off spark gaps 7 of the earth-side stage each have a stimulus electrode and are influenced by triggering devices, not shown. The surge generator works on the load capacitor 8 and the test item 9.
If the surge voltage develops at the output of the generator after the switching spark gaps 4 have ignited, which is caused by the excitation of the stimulus electrodes, the cut-off spark gaps 7 are simultaneously acted upon with the respective step surge voltage. The striking distance of the cut-off spark gaps 7 is set to a value which, taking into account the utilization factor, is just above the value
occurs when auto-ignition occurs. After the specified cut-off time has elapsed, a second cut-off device, not shown, emits an ignition pulse to the earth-side cut-off spark gap 7. This breaks down and thus triggers the series connection of cut-off spark gaps. This process is caused by the always existing earth capacities that attack at points a, b, c. By igniting the cut-off spark gap 7 of the earth-side stage, the earth capacitance at point a is suddenly discharged, so that point a assumes earth potential.
Point b, on the other hand, is initially due to the earth capacitance acting there at a voltage that corresponds to roughly double the step voltage, so that the cut-off spark gap of the second stage is subjected to a large overvoltage after the cut-off spark gap of the first stage has responded, which now causes the breakdown. The further ignition of the stages of the cut-off spark gaps takes place in an analogous manner.
However, the ignition of all cut-off spark gaps means that the output of the generator as well as the load capacitor 8 and the test item 9 are short-circuited to ground, and that the surge voltage supplied by the generator is cut off. The cut-off spark gaps work in the case of surge voltages or striking distances that correspond at most to the step voltage of a surge generator. Since the step voltages are around 300 kV, the breakdowns of the cut-off spark gaps do not have the disadvantageous phenomena that were observed with voltages around 1 MV.
To generate cut shock waves under different peak values, the switching sparks are stretched in a manner not shown by means of mechanical drives via insulating shafts in their stroke width adapted to the charging voltage. The distance between the cut-off spark gaps is adjusted in the same way. It can be advantageous to use the same means for driving the switching and cutting devices.
A surge voltage generator constructed in this way is also suitable for generating front-cut shock waves if the cut-off spark gaps are set to the voltage level of the individual stages to be cut off in terms of their striking distance. If a certain curve of the voltage collapse is to be achieved, this can be achieved by connecting attenuation resistors in series with the individual cutoff spark gaps.