CH667558A5

CH667558A5 - Schaltungsanordnung zur erzeugung einer schwingenden schaltspannung.

Info

Publication number: CH667558A5
Application number: CH4338/85A
Authority: CH
Inventors: Werner Dr Schrader; Horst Dr Frank
Original assignee: Transform Roentgen Matern Veb
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1988-10-14
Also published as: DE3525507A1; DE3525507C2; DD228361A1; DD228361B3

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer schwingenden Schaltspannung durch Entladung einer Kondensatorbatterie, die über ein Schaltelement mit einer Unterspannungswicklung eines Hochspannungsprüftransformators zeitweise verbunden ist, der auf seiner Oberspannungsseite mit einem Prüfling in Verbindung steht.

Es ist bekannt, mittels Hochspannungstransformatoren oder Wechselspannungs-Hochspannungsprüfanlagen Schaltüberspannungen in Höchstspannungsnetzen nachzubilden. Bei einer Anordnung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere zur Prüfung von Isolieranordnungen und Hochspannungsgeräten wird ein Prüftransformator verwendet, dessen Primärwicklung mittels eines elektronischen Schalters weniger als eine halbe Periode einer Wechselspannung eingeschaltet ist. Das Einschalten erfolgt bei Spannungswerten in der Nähe oder beim Scheitelwert und das Ausschalten in der Nähe oder im Nulldurchgang der Primärspannung, womit Ausgangsspannungen mit dem doppelten Scheitelwert der Nennspannung, die auch schwingenden Verlauf haben können, entstehen (DD-PS 50 683). Die Nachbildung der in Höchstspannungsnetzen der Energieversorgung auftretenden Schaltüberspannungen verlangt jedoch immer leistungsfähigere Anlagen, die höhere Spannungen mit kürzeren Stirnzeiten und auch längeren Rückenhalbwertszeiten liefern.

Weiterhin ist es bekannt, modifizierte Stossspannungsanla-gen zur Schaltspannungserzeugung zu benutzen (Mosch, W.: Die Nachbildung von Schaltüberspannungen in Höchstspannungsnetzen durch Prüfanlagen Wiss. Zeitschr. d. TUD 18 (1969) H. 2., S. 513 ff). Durch Einschaltung von L-R-C-Kreisen werden mehr oder weniger stark gedämpfte periodische Schwingungen erzeugt. Bei einer Schaltung nach W. L. Ivanov werden zwei unterschiedlich abgestimmte Schwingkreise entgegengeschaltet, wobei sich zwei gedämpfte Cosinusschwingungen mit einem Frequenzverhältnis von z.B. 1:4 überlagern. Diese Schaltung ist relativ kompliziert; auch werden für Änderungen der Form der Schaltspannung immer andere Induktivitäten notwendig. Es ist auch bekannt, die o.g. Schaltungsanordnung im Zusammenwirken mit einem Transformator zu benutzen, der auf seiner Sekundärseite naturgemäss mit der Prüflingskapazität belastet ist (GOST 1516.2-76 Seite 46). Im Gegensatz zu der o.g. Schaltungsanordnung treten dabei infolge des Zustandekommens eines weiteren Schwingkreises — hervorgerufen durch die Prüflingskapazität und die Hochspannungstransformator-streuinduktivität — noch stärkere Oberwellen im Schwingungsverlauf auf, wobei eine nicht normbare Folge von unregelmässig wechselnden grösseren und kleineren Scheitelwerten im Verlauf auftreten.

Als entscheidende Nachteile der bekannten Schaltungen sind jedoch der geringe Ausnutzungsgrad der Spannung und die Un-symmetrie des Schwingungsverlaufes zur Nullinie zu nennen. Unabhängig von den o.g. Lösungen zur Erzeugung von Schaltspannungen ist auch z.B. für die Zwecke der Plasmaphysik eine Schaltung unter der Bezeichnung «Crow-Bar-Schaltung» bekannt. Ihre Wirkungsweise besteht darin, dass in dem Augenblick, in dem die gesamte Energie eines Kondensators in eine Spule hinübergewandert ist und damit die Stromänderung nach der Zeit den Wert 0 angenommen hat, ein Schalter die Spule kurzschliesst. Damit wird jedoch in der Spule ein Stromverlauf erzeugt, der einer aperiodischen, exponentiellen Funktion entspricht (DE-AS 1 246 113).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches so zu verbessern, dass sie zur Erzeugung höher und symmetrisch zur Nullinie schwingender Schaltspannungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Anwendung der im Patentanspruch 1 definierten kennzeichnenden Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungskonzeptes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für die Schaltspannungserzeugung, und

Fig. 2 zeitliche Verläufe von Strom und Spannung in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

I Fig. 1 ist ein für 50-Hz-Betrieb bemessener Hochspan-nungs-Prüftransformator 1 mit z.B. einer Übersetzung 10 kV/1000 kV dargestellt. An dessen Oberspannungswicklung 2 ist ein als Kapazität wirkender Prüfling 3 angeschlossen. Als Energiespeicher der Schaltungsanordnung dient ein Kondensator 4, der durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Gleichspannungsquelle aufgeladen werden kann. Die Gleichspannungsquelle ist von der Kondensatorbatterie 4 so entkoppelt, dass sie das Verhalten der dargestellten Schaltung praktisch nicht beein-flusst. Mit Hilfe eines Thyristorschalters 5 kann der geladene Kondensator 4 unter Zwischenschaltung von Induktivitäten 6 und 7 und eines ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 an die Unterspannungswicklung 9 des Hochspannungs-Prüftransfor-mators 1 geschaltet werden. Durch Zünden eines antiparallel zu einer Diode 10 geschalteten Thyristorschalters 11 können die links und rechts hiervon liegenden Schaltungsteile voneinander entkoppelt werden.

Da die Hochspannungs-Prüftransformatoren meist mehrere Unterspannungswicklungen besitzen, z.B. die der Einspeisung dienende Primärwicklung, die sogenannten Schubwicklungen u/o die der Speisung des nächsten Transformators in der Kaskadenschaltung dienende Überkopplungswicklung, kann an eine oder an mehrere dieser UnterspannungsWicklungen der geladene Kondensator angeschaltet werden.

Die wichtigsten zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung in vorstehend beschriebener Schaltung zeigt Fig. 2. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird die Übersetzung des Hochspannungsprüftransformators 1 mit ü = 1 angenommen. Für das gewählte Beispiel sei weiterhin angenommen, dass die Kapazität des Kondensators 4 doppelt so gross ist wie die Kapazität des Prüflings 3; die Induktivität 6 soll wesentlich kleiner als die Induktivität 7 sein. Im Ausgangszustand ist nur der Kondensator 4 auf eine gegenüber Erde positive Spannung aufgela5

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den. Mit dem Zünden des Thyristorschalters 5 zum Zeitpunkt ti beginnt ein Stromfluss, dargestellt durch den Kurvenverlauf a von dem Kondensator 4 durch die Induktivitäten 6, 7, den Thyristorschalter 5, den Dämpfungswiderstand 8 und den Hochspannungsprüftransformator 1 in die Kapazität des Prüflings 3. Während hierbei die Spannungskurve b am Prüfling 3 im Verlauf einer Cosinusfunktion ansteigt, fällt die Spannung an dem Kondensator 4 ebenfalls nach einer Cosinusfunktion, deren zeitlicher Verlauf in Kurve c dargestellt ist. Bei Erreichen des ersten Scheitelwertes der Spannung nach dem Kurvenverlauf b am Prüfling 3 zum Zeitpunkt t2 wird der Strom zu Null (Kurve a) und der Thyristorschalter 5 unterbricht. Unmittelbar nach Löschen des Thyristorschalters 5 wird der Thyristorschalter 11

gezündet. Hierdurch entsteht ein Reihenschwingkreis, gebildet aus der Induktivität 7, dem Dämpfungswiderstand 8, der Diode 10 mit dem parallel liegenden Thyristorschalter 11, dem Hoch-spannungsprüftransformator 1 und dem Prüfling 3. Die Span-5 nung am Prüfling 3 schwingt in Form einer gedämpften Cosinusschwingung, wie in Kurve b dargestellt ist, symmetrisch um die Nullinie aus. Frequenz und Dämpfung des Spannungsver-laufes am Prüfling 3 können mit Hilfe der Induktivität 7 und des ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 eingestellt werden, io Die Induktivität 6 dient als Überstromschutz für die Thyristorschalter 5 und 11 in Havariefällen. Der Kondensator 4 kann selbstverständlich durch Parallel- u/o Reihenschaltung einzelner Kondensatoren zusammengeschaltet sein.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer schwingenden Schaltspannung durch Entladung einer Kondesatorbatterie (4), die über ein erstes Schaltelement (5) mit einer Unterspannungswicklung (9) eines Hochspannungsprüftransformators (1) zeitweise verbunden ist, der auf seiner Überspannungsseite mit einem Prüfling (3) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltelement (11) parallel zur Unterspannungswicklung (9) angeordnet ist, das im ersten Stromnulldurchgang des Primärstromes oder zumindest in seiner Nähe schliesst, wodurch sich ein Reihenschwingkreis, bestehend aus der Kurzschluss- oder Streuinduktivität des Hochspannungsprüftransformators (1), der Kapazität des Prüflings (3) und der Eigenkapazität des Hochspannungsprüftransformators (1) bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reihenschwingkreis einzeln oder gemeinsam Zusatzinduktivitäten (7), Zusatzkapazitäten und Dämpfungswiderstände (8) vorgesehen sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Schaltelement ein Thyristorschalter (11) verwendet ist, zu dem eine Diode (10) antiparallel geschaltet ist.