Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Stosspan nungsgenerator, in dem Kondensatoren in Parallelschaltung über Widerstände oder Schalter aufgeladen und über Schaltfunkenstrecken in Reihe entladen werden, wobei jede Schaltfunkenstrecke aus einer eine Mehrfachfunkenstrecke bildenden Kette von Teilfunkenstrecken besteht, und wobei parallel zu der Kette der Teilfunkenstrecken eine Kette von Kondensa toren, die gleich viel Teilkondensatoren enthält, wie Teilfunkenstrecken vorhanden sind, vorgesehen ist, und dass die Teilkondensatoren der Kondensatorenkette zu den Teilfunkenstrecken der Teilfunkenstreckenkette über Impedanzen derart parallel geschaltet sind, dass jedem Teilkondensator eine Teilfunkenstrecke zugeordnet ist.
Hohe Stosspannungen werden im allgemeinen mit der Vervielfachungsschaltung nach Marx erzeugt. In dieser Schaltung werden eine Anzahl n unter sich gleicher Kondensatoren über hohe Widerstände oder Schalter in Parallelschaltung aufgeladen und dann durch die Zündung von Schaltfunkenstrecken in Reihe geschaltet. Auf diese Weise kann man eine Stosspannung erzeugen, deren Scheitelwert etwa das n-fache der Ladespannung beträgt.
In Fig. 1 ist als Beispiel eine bekannte 3-stufige Vervielfachungsschaltung dargestellt. Es bedeuten: C1 bis C,3 die Stosskondensatoren, F1 bis F3 Schaltfunkenstrecken, die z. B. gemäss Fig. 2 als einfache Funkenstrecken ausgeführt sind.
RL die Ladewiderstände, Rdi die auf die einzelnen Stufen verteilten Dämp fungswiderstände, Re, die auf die einzelnen Stufen verteilten Entla dewiderstände, LG der Ladegleichrichter, Zb die Impedanz des Prüfobjektes.
Nach der künstlichen oder natürlichen Zündung einer der Schaltfunkenstrecken - vorzugsweise von Fi - zünden die restlichen Funkenstrecken gewissermassen selbsttätig durch Überspannungen, die durch das Ansprechen der ersten Funkenstrecke entstehen. Wenn die Entladewiderstände Rei sehr niederohmig oder die Dämpfungswiderstände Rdi sehr hochohmig sind, entstehen nur geringe Überspannungen zur selbsttätigen Zündung weiterer Funkenstrecken und es ist nicht sicher, dass die gewünschte Reihenschaltung aller Kondensatoren durch das Ansprechen aller Schaltfunkenstrecken erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Stossgenerator zu schaffen, der auch bei geringen Uberspannungen an den Funkenstrecken dessen Zündung und damit den gewünschten Reihenschaltungseffekt sicherstellt.
Beim Entwurf eines Stosspannungsgenerators nach Marx hat man unter anderem folgende Gesichtspunkte zu berücksichtigen:
A. Die einwandfreie Zündung der Schaltfunkenstrecken muss gewährleistet sein.
Es muss möglich sein, die Schaltfunkenstrecken weit unterhalb ihrer statischen Ansprechspannung mit Hilfe einer Zündvorrichtung zu zünden. Je weiter die Schaltfunkenstrecken unterhalb ihrer statischen Ansprechspannung gezündet werden können, um so kleiner wird die Wahrscheinlichkeit störender Fehlzündungen.
B. Der Ausnutzungsgrad des Generators soll möglichst gross sein.
Der Ausnutzungsgrad q eines n-stufigen Generators ist
Scheitelwert der Stosspannung 1 n x Stufen-Ladespannung
Die Bilder 4a und 4b in der VDE-Vorschrift 0450/XI.39 stellen zwei Grundanordnungen im Hinblick auf den Ausnutzungsfaktor dar.
C. Der räumliche Aufbau des Generators soll möglichst gedrängt sein.
Zur Erreichung der genormten Spannungsstösse der Form 1,2/50 iis gerade für Spannungen im Bereich von einigen MV ist es nötig, dass der Generator eine sehr niedrige Eigeninduktivität aufweist. Andernfalls muss zur Dämpfung des schwingungsfähigen Gebildes der Dämpfungswiderstand so gross gewählt werden, dass die Frontdauer von 1,2 us nicht mehr innerhalb der genormten Toleranzen erreicht werden kann.
Die Bedingung eines hohen Ausnutzungsfaktors in Verbindung mit einer gedrängten Bauweise führt dazu, dass man bei Generatoren mit sehr grossem Arbeitsvermögen, sehr niederohmige Entladewiderstände Rei in die einzelnen Stufen einbauen muss was zu kleineren Überspannungen an den Schaltfunkenstrecken führt.
D. Die Form der Ausgangsspannung des Generators muss bei sonst unveränderten Schaltelementen des Prüfkreises weitgehend unabhängig von der Höhe der Ladespannung sein, weil in der üblichen Prüftechnik ein Prüfobjekt vor der Prüfung mit der vollen vorgeschriebenen Stosspan nung zuerst mit reduzierter Spannung, z.B. mit 50% des vollen Wertes, geprüft wird. Anschliessend an die Prü fung mit voller Spannung wird noch einmal mit reduzier ter Spannung gestossen. Aus dem Vergleich der Oszillo gramme bei reduzierter und voller Spannung schliesst man, ob der Apparat die Prüfung bestanden hat oder nicht.
Da insbesondere die zeitlichen Verläufe der
Ströme bei der Transformatorenprüfung sehr empfind lich auf Änderungen der Spannungsform reagieren und andererseits gerade die Ströme zur Fehlerbestimmung herangezogen werden, ist die Unveränderlichkeit der
Spannungsform bei Veränderung der Ladespannung unbedingt erforderlich.
Es sind Anordnungen bekannt, die ohne die von der Marxschen Schaltung erzeugten Überspannungen auskommen und bei denen jeder Schaltfunkenstrecke ein Zündimpulsgenerator zugeordnet ist, der eine Überspannung zur Zündung erzeugt.
Da in diesen bekannten Anordnungen meist kein konstantes Verhältnis von Ladespannung der eigentlichen Marxschaltung zur Höhe der von den Zündimpulsgeneratoren abgegebenen Spannung besteht, ist wegen der Rückwirkung der Zündspannungen auf die Spannung an den Prüflingen, die geforderte Unabhängigkeit der Spannungsform von der Höhe der Ladespannung nicht gewährleistet. Die Rückwirkung ist in dieser bekannten Anordnung deswegen so gross, weil mit einer sehr hohen Überspannung gearbeitet wird, d.h. jede einzelne Teilfunkenstrecke wird mit einer sogenannten Längstriggerung gezündet, wobei der Zündspannungsimpuls von einem besonderen Impulsgenerator ausgeht.
Eine weitere bekannte Schaltungsanordnung verwendet zwar eine der Ladespannung proportionale Zündspannung, benötigt aber für die Triggerung der Schaltfunkenstrecke einen Hilfsimpulsgenerator in jeder Stufe.
Der erfindungsgemässe Stosspannungsgenerator ist dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem der Teilkondensatoren ein Potentialsteuerwiderstand parallel geschaltet ist, welche Widerstände zur Erzielung einer gleichmässigen Spannungsverteilung bei Gleichspannung längs der Teilfunkenstrecken ausgebildet sind, und dass die Teilkondensatoren für eine ungleichmässige Spannungsverteilung bei transienten Überspannungen längs der Teilfunkenstrecken ausgebildet sind.
Der Vorteil eines solchen Stosspannungsgenerators besteht darin, dass eine Mehrfachfunkenstrecke vorliegt, die so gesteuert wird, dass eine isodynamische Spannungsverteilung längs der Funkenstrecken für die Gleichspannungsbeanspruchung bewirkt und eine zusätzliche kapazitive Spannungsverteilung durch die Wahl der Kapazitätswerte so ausgeführt wird, dass die natürliche Überspannung vom Zünden der vorhergehenden Schaltfunkenstrecke im wesentlichen an der ersten Teilfunkenstrecke eine entsprechende Überspannung erzeugt, die zum Durchschlag dieser Teilfunkenstrecke führt. Durch die dann entstehenden hohen natürlichen Überspannungen innerhalb der Funkenstrecke wird die gesamte Funkenstrecke durchschalten. Die natürliche Zündung der Schaltfunkenstrekken mit Uberspannungen bringt den grossen Vorteil, dass alle Überspannungen streng proportional zur Ladespannung sind.
Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In Fig. 3 ist eine Mehrfachfunkenstrecke dargestellt, die mit den Klemmen x und y als Schaltfunkenstrecke in die Schaltung nach Fig. 1 eingefügt werden kann. Die Mehrfachfunkenstrecke nach Fig. 3 funktioniert folgendermassen: Wenn die Stosskondensatoren Csi bis Css der Schaltung nach Fig. 1 auf die Ladespannung Uo aufgeladen sind, liegt zwischen den Punkten x und y der Fig. 3 ebenfalls die Ladespannung Uo.
Die Spannung verteilt sich gleichmässig über die Funkenstrecken 5 bis 9, falls man dafür sorgt, dass die Widerstände 21 bis 25 gleich gross sind. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel liegt an jedem Teilwiderstand 21 bis 25 5 der Ladespannung Uo. Die Teilfunkenstrecken 5 bis 9 und die Kondensatoren 15 bis 19 werden ebenfalls je mit 5 der Ladespannung beansprucht. Wenn nun eine natürliche Überspannung am Anschluss x vom Durchzünden der vorangehenden Stufen des Stossgenerators erscheint, wird sich diese Überspannung entsprechend der kapazitiven Steuerung durch die Kondensatoren 15 bis 19 auf die Einzelfunkenstrecken verteilen, wobei die Kapazitäten so dimensioniert werden, dass der grösste Anteil der Überspannung am Kondensator 19 anfällt. Dadurch wird die Spannung an der Funkenstrecke 9 sehr schnell zusammenbrechen.
Nach dem Spannungszusammenbruch an der Funkenstrecke 9 entsteht am Widerstand 14 ein Spannungsimpuls, der im vorliegenden Beispiel grösser als 5 der Ladespannung ist, weil sich der Teilkondensator 19, der entsprechend 51 der Ladespannung und dem Spannungsanteil der berspannung aufgeladen ist, jetzt über den Widerstand 14 entlädt. Die Polarität des Spannungsabfalls am Widerstand 14 ist so, dass sie sich zur Spannung am Kondensator 18 addiert, so dass an der Teilfunkenstrecke 8 plötzlich mehr als die doppelte Spannung wie vorher liegt.
Die Funkenstrecke 8 wird dadurch ebenfalls rasch zünden und dadurch die Entladung des Kondensators 18 über den Widerstand 13 bewirken, was wiederum die Zündung der Teilfunkenstrecke 7 verursacht usf., bis schliesslich alle Teilfunkenstrecken 9 bis 5 angesprochen haben und die gewünschte Verbindung zwischen den Punkten x und y hergestellt ist.
Die Schaltung nach Fig. 3 lässt sich erfahrungsgemäss bis zu etwa 50% unterhalb der statischen Ansprechspannung der Teilfunkenstrecken 5 bis 9 auslösen, ohne dass die Schlagweiten der Teilfunkenstrecken verstellt werden müssen. Wenn man einen weiteren Arbeitsbereich überstreichen will, kann man die Teilfunkenstrecken mechanisch verstellen oder den Gasdruck in einem Behälter, in welchem die Teilfunkenstrekken 5 bis 9 untergebracht sind, verändern.
Durch die dargestellte Triggerart muss die Überspannung nur so hoch sein, dass sie die erste Teilfunkenstrecke zum Ansprechen bringt. Durch die entsprechende Wahl der Anzahl Teilfunkenstrecken kann die notwendige Überspannung beliebig klein gemacht werden.