CN102365556B - 限幅火花隙 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于高压脉冲测试系统的受控限幅火花隙，尤其用于功率变压器的质量保证。根据本发明，限幅火花隙被扩充以由并联连接有火花隙的串联的阻尼电阻和阻尼电感构成的附加阻尼单元，并且因此将限幅火花隙和过冲补偿装置的功能集成到仅仅一个辅助部件中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高压脉冲测试系统的限幅火花隙(Abschneidefunkenstrecke)，优选用于功率变压器的质量保证。
背景技术
高压测试的目的是借助于人为生成的脉冲形冲击来模拟三相电网中的瞬时过电压。其中一般区分为外部过电压和内部转换过电压，外部过电压例如是由于雷击而导致的，内部转换过电压是由于电网中的转换过程而产生的。为了测试的目的，大量过电压现象被缩减到标准化的雷电和转换冲击电压。为这些测试电压确定描述电压上升、峰值和一定容差内的反向下降(Rückenabfall)的特性参数。对于应当模拟非常快速的电压变化的效应的被限幅的雷电冲击电压，增加限幅时间作为其他特性参数。在ICE 60060-1中定义了要求、电压形式以及其参数的确定。根据所执行的标准测试，高压脉冲测试系统为此包括脉冲发生器和诸如限幅火花隙、分压器和过冲补偿装置这样的辅助部件。
为了生成所需要的脉冲形的冲击电压，在市面上尤其已经出现了马克思倍增电路(也称为马克思发生器)。由同名发明者于1923年开发并且以专利号DE455933被授予专利的电路原型以多个电路级构造，其中每一级具有串联连接的冲击电容和开关机构(尤其是火花隙开关)以及与冲击电容和开关机构并联连接的电阻以及与其串联连接的电阻。其中，两个连续的级相互连接为使得它们能并联地充电并且能串联地放电。
冲击电容器借助于充电直流电压被充电。为此，所引入的充电电阻不仅限制充电电流，而且还允许借助于火花隙实现电容器的短时间串联。火花隙的火花间隙被选择为使得其在达到最大充电电压时恰好还没有击穿。
在所有冲击电容器充电到其电压准静态终值之后，最下面的火花隙点火，这个最下面的火花隙于是击穿。现在在下一火花隙上出现双倍充电电压，从而这个火花隙安全地被点火。与所构造的级的数量无关地，放电过程由于先前被点火的级的充电电压的相加而延续直到最后一级。
以该方式能生成持续时间非常短同时幅度很大的充电电压脉冲，该充电电压脉冲尤其适合于测试目的以及高压技术中检验电磁兼容性中的抗干扰性及绝缘强度的试验。
例如DE19639023中也公开了通过在负载电容、即试验件处过冲期间实现电压降低来借助于电路附件提高刚才所述的马克思发生器的极限负荷电容，该电压降低在过冲之后又被撤消。也称为串联过冲补偿装置的电路附件因此没有减小过冲的原因，而是对负载电容处、即尤其是试验件处的过冲进行补偿。过冲补偿装置具有补偿电容和至少一个与该补偿电容并联连接的放电电阻或者放电火花隙，其中该电路附件要以与测试对象串联的方式引入到马克思倍增电路中。除了与测试对象串联连接的过冲补偿装置之外还已知以与试验件并联连接的方式对该过冲补偿装置进行构造。与上面描述的结构不同，对于这样构造的过冲补偿装置，补偿电容和所述至少一个放电电阻或放电火花隙串联设置。
此外，为了模拟符合运行的过电压负荷以及为了检验高压部件的绝缘强度，还要求如已经提到的那样对测试对象加载限幅的冲击脉冲电压。为了这样的标准检验成功进行，需要所施加的电压在所希望的从电压波开始经过了的时间的几微秒容差内被中断。这以限幅火花隙来技术地实现，如其长久以来在现有技术中(例如由DD143130或者DE1255192)已知的那样。
此外，在高压脉冲测试系统中，除了测试对象之外还有电容衰减的脉冲分压器也连接到马克思倍增电路的最后一级，这个电容衰减的脉冲分压器将在这些级放电时所产生的雷电冲击电压降低到能够被测量记录装置处理的值。
高压脉冲测试系统的所有这些构造的系统部件具有可观的空间延伸，并且在测试场中必须相互以预给定的取决于电压电平的最小距离而被设置。此外，在携带电压的元件与测试场边界之间同样必须保持限定的取决于电压的最小距离。因此，整个高压脉冲测试系统的空间需求是很大的。此外，对于很多变压器制造商，为了更换测试对象，整个高压脉冲测试系统必须被移动。在这种情况下，马克思发生器和这三个另外的辅助部件必须各自在测试场所中移动，并且又重新组装和布置为高压脉冲测试系统。该过程费时而且操作烦琐。
由马克思发生器和这三个另外的辅助部件构成的高压脉冲测试系统的已知结构中还存在不能忽略的附加的电容性负载，该电容性负载可能导致不能满足测试标准。
发明内容
本发明的一个任务是减小辅助部件(尤其是限幅火花隙和过冲补偿装置)的由电压决定的空间延伸并因此降低整个高压脉冲测试系统的空间需求，以便能够更有效地运行测试场所。此外，本发明的一个任务是与现有技术中已知的高压脉冲测试系统相比减小测试回路的电容性负载。
该任务通过具有权利要求1特征的受控的限幅火花隙来实现。从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施方式。
一般性的创造性思想在于：受控的限幅火花隙和过冲补偿装置的功能集中到一个辅助部件中。根据本发明，受控的限幅火花隙为此被扩充以附加的阻尼单元，由串联连接的阻尼电阻和阻尼电感以及与其并联连接的火花隙构成。其中，这个附加的阻尼单元前面或后面连接限幅火花隙的至少一个级而构成串联电路，即与限幅火花隙的至少一个级串联地电连接。阻尼单元吸收雷电脉冲的电压最大值中的振荡能量并且又将在其反向下降中将其输出，由此减小了雷电脉冲的电压最大值中的有效振荡。限幅火花隙点火，从而其使电压电势沿着柱变为零。因此，限幅火花隙的所构成的电容器在一定程度上被桥接。此外，在阻尼单元上降落的电压电势同样变为零，这通过将与串联的阻尼电阻和阻尼电感并联设置的火花隙短接、也就是点火来实现。根据各自的应用情形，附加阻尼单元的所使用的部件是能更换的，并且因此覆盖测试标准的大的参数范围。
对于各个标准测试，存在限幅火花隙与附加阻尼单元的以下功能组合可能性：
-对于雷电冲击脉冲，这个附加的阻尼单元接通：根据本发明的限幅火花隙作为过冲补偿装置工作。
-对于被限幅的雷电冲击脉冲，阻尼单元被桥接并且因此无作用，因为由于短的脉冲持续时间，不需要通过过冲补偿装置进行衰减。在预给定的持续时间之后，可以以限幅火花隙对脉冲进行限幅。
-对于转换冲击脉冲的标准测试，可以将具有附加阻尼单元的限幅火花隙从测试回路中取出，因为对于这样的测试，不需要其功能。
根据现有技术，限幅火花隙和过冲补偿装置目前作为分开的部件工作，并且在测试场中必须相互之间间隔以规定的距离。通过根据本发明将限幅火花隙和过冲补偿装置功能集成到一个辅助部件中，对于测试场运行者第一次可能减少必需的辅助部件的数量并且因此优化整个测试场的空间需求。测试场因此可以更有效地被运行。与现有技术中分开的辅助部件相比，根据本发明的具有附加阻尼单元的限幅火花隙还导致测试回路中更小的电容负载。由于设备运营商现在购买功能扩展的辅助部件并且可以不需要否则分开的过冲补偿装置的附加电容器的高花费，所以通过根据本发明的设备可以期望在生产方面获得显著的费用节省。
根据本发明的一有利实施方式，由阻尼电阻和阻尼电感构成的阻尼单元串联电路被扩展以附加的阻尼电容，这导致沿着限幅火花隙的电容器的电压分布均匀化。
根据本发明的另一有利实施方式，根据本发明的具有附加阻尼单元的限幅火花隙和另一辅助部件(尤其是分压器)设置在具有仅仅一个用于这两个辅助部件的头电极(Kopfelektrode)的共同机座上。因此可能将分开的辅助部件空间地组合并且以特别简单的方式在测试场所中移动一个共同机座。
附图说明
以下示例性地借助于附图更详细地介绍该设备。在附图中：
图1示出了现有技术中已知的限幅火花隙的电路图。
图2示出了根据本发明的阻尼单元的电路图。
图3示出了根据本发明的阻尼单元的一有利实施方式的电路图。
图4示出了根据本发明的具有附加阻尼单元的限幅火花隙的一有利实施方式。
具体实施方式
在图1中示出了DD143130中公开的受控的限幅火花隙的电路图。其原理性地描述了通过电容性的分压器2对限幅火花隙的控制。整个结构与高压测试发生器并行地位于在这里未详细示出的测试件附近。要限幅的测试电压根据相同大小选择的电容而均匀地分配到分压器2的电容器3上，并因此也分配到限幅火花隙1的每个单火花隙4上。电容性分压器2的各个电容器接头5处的中间电势通过用于电势控制的横向连接7与相应的单火花隙4的主电极6连接。通过具有辅助电极9的连接线路8实现与相同单火花隙4的第二连接，该辅助电极9设置在上述主电极6中用于触发单火花隙4。
通过借助于施加到辅助电极9a的触发脉冲以通常方式外部地对最下面的最接近地的单火花隙4a点火，从而这个第一级的电容器3a经由单火花隙6a放电，来实现限幅火花隙1的点火。其中，放电电流还流过横向连接7。这一方面导致横向连接7中的自感电压，并且另一方面在间隔足够远的连接线路8中导致互感电压，但是互感电压比横向连接7中的电压小。因为不仅横向连接7、而且电容器接头5中的连接线路8都具有一个公共的连接点，所以辅助电极9和主电极6之间相应单火花隙4处的电压差导致击穿，并且因此导致触发单火花隙4。以类似的方式实现其他级的点火，并因此实现整个限幅火花隙1的点火。
图2示出了由串联的补偿电阻21和补偿电感22以及与其并联连接的火花隙23构成的阻尼单元20，火花隙23由两个相对放置的半球24和25构成。其中，附加阻尼单元20前面或后面连接限幅火花隙1的至少一个级而构成串联电路，即与限幅火花隙1的至少一个级串联地电连接。如果阻尼单元20设置在限幅火花隙1的第一级，则否则在那里存在的接地26必须转移到附加的阻尼单元20上。此外，各个部件的电气尺寸确定可以通过简单的更换来适配于外部的框架条件。
与图2不同，图3中所示的阻尼单元20具有附加地与阻尼电阻21和阻尼电感22串联连接的阻尼电容27，阻尼电容27导致沿着限幅火花隙1的电容器3的电压分布的均匀性。
图4示出了本发明的一有利实施方式，其中根据本发明的具有附加阻尼单元20的限幅火花隙1与另一辅助部件(即分压器32)一起设置在具有用于这两个辅助部件的仅一个头电极35的共同机座30上。这两个辅助部件在图4中为了清楚的原因仅仅示意性地被表示。其中，机座30由例如纵向延伸、因此直线构造的并且附加地配备有侧面固定的支架的框架结构构成。辅助部件在该机座30上固定并与其导电连接。此外，相应辅助部件的上端借助于导电横架33和34被机械固定。头电极35又与横架33和34连接，头电极35例如可以构造为环形的。导电横架33和34因此不仅满足了机械保持头电极35的任务，而且还实现了辅助部件与头电极35之间的电势补偿。此外，辅助部件在导电横架33和34范围中经由共同连接点而相互电连接，并且因此在该范围中具有相同的电压水平。
Claims (2)
1.一种受控的限幅火花隙(1)，由多个串联连接的单火花隙(4，4a)构成，与这些单火花隙并联连接有欧姆电阻构成的串以进行电势控制，并且对于这些单火花隙，至少在一个单火花隙(4，4a)上设置辅助电极(9，9a)以进行外来触发，
其特征在于，
除了欧姆电阻之外，电容器(3，3a)也与这些单火花隙(4，4a)并联连接，
在所述限幅火花隙(1)的至少一级前面或后面连接附加的阻尼单元(20)以形成串联电路，所述阻尼单元由并联连接有火花隙(23)的串联连接的补偿电阻(21)和补偿电感(22)构成，
具有附加的阻尼单元(20)的所述限幅火花隙(1)与分压器(32)一起固定在具有唯一一个用于辅助部件的头电极(35)的共同机座上，所述辅助部件包括具有附加的阻尼单元的限幅火花隙和分压器。
2.根据权利要求1所述的受控的限幅火花隙，其特征在于，由补偿电阻(21)和补偿电感(22)构成的所述阻尼单元(20)的串联电路被扩充以另一阻尼电容(27)。
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