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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer schwingenden Schaltspannung, deren Hüllkurve symmetrisch zur Nullinie ist, durch Entladung einer Kondensatorbatterie über ein Schaltelement, z. B. eine Plasmafunkenstrecke oder einen Thyristorschalter, auf die Primärwicklung eines Hochspannungsprüftransformators, derauf seiner Sekundärseite mit einem stark kapazitätsbehafteten Prüfling in Verbindung steht.The invention relates to a circuit arrangement for generating a vibrating switching voltage whose envelope is symmetrical to the zero line, by discharging a capacitor bank via a switching element, for. As a plasma spark gap or a thyristor switch, on the primary winding of a high voltage test transformer, which communicates on its secondary side with a high-capacitance DUT.
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 Ausgangsspannugnen mit dem doppelten Scheitelwert der Nennspannung, die auch schwingenden Verlauf haben können, entstehen (DD-PS 50683). 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 Stoßspannungsanlagen 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.lvanov 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 Hochspannungstransformatorstreuinduktivität —noch stärkere Oberwellen im Schwingungsverlauf auf, wobei eine nicht norm bare Folge von unregelmäßig wechselnden größeren und kleineren Scheitelwerten im Verlauf auftreten.It is known to simulate switching overvoltages in high-voltage networks by means of high-voltage transformers or AC high-voltage test systems. In an arrangement for generating high voltage pulses, in particular for testing of insulating arrangements and high voltage equipment, a test transformer is used, the primary winding is turned on by means of an electronic switch less than half a period of an AC voltage. The switching on takes place at near or at the peak values and switching off in the vicinity of or at the zero crossing of the primary voltage, with which output voltages with twice the peak value of the nominal voltage, which may also have a swinging characteristic, are produced (DD-PS 50683). However, the replication of the switching overvoltages occurring in extra-high voltage networks of the power supply requires more and more efficient systems which deliver higher voltages with shorter forehead times and also longer back half-lives. Furthermore, it is known to use modified surge voltage systems for switching voltage generation {Mosch, W .: The simulation of switching overvoltages in ultra-high voltage networks by testing facilities, Wiss. Zeitschrift. d.TUD 18 (1969) H.2., p. 513 ff.). By using L-R-C circuits, more or less damped periodic oscillations are generated. In a circuit according to W. L. vanov, two differently tuned resonant circuits are connected in opposition, whereby two damped cosine oscillations with a frequency ratio of e.g. 1: 4 overlay. This circuit is relatively complicated; Also, other inductances are always necessary for changes in the form of the switching voltage. It is also known that o. G. To use circuit arrangement in conjunction with a transformer, which is naturally loaded on its secondary side with the DUT capacity (GOST 1516.2-76 page 46). In contrast to the o.g. Circuit arrangement occur due to the emergence of another resonant circuit - caused by the Prüflingskapazität and Hochspannungstransformatorstreuinduktivität - even stronger harmonics in the waveform, with a non-standard bare sequence of irregularly changing larger and smaller peak values occur in the course.
Als entscheidende Nachteile der bekannten Schaltungen sind jedoch der geringe Ausnutzungsgrad der Spannung und die Unsymmetrie 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 Beziehung „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 1246113).The decisive disadvantages of the known circuits, however, are the low degree of utilization of the voltage and the asymmetry of the oscillation curve to the zero line. Regardless of the o.g. Solutions for generating switching voltages is also z. For example, for the purposes of plasma physics, a circuit is known as the "Crow-Bar Circuit." Its operation is that at the moment when all the energy of a capacitor has passed into a coil, and thus the current change over time has assumed the value 0, a switch shorts the coil, but this generates a current characteristic in the coil that corresponds to an aperiodic, exponential function (DE-AS 1246113).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches so zu verbessern, daß sie zur Erzeugung hoher und symmetrisch zur Nullinie schwingender Schaltspannungen geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebene Schaltungsanordnung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungskonzeptes sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigenThe invention has for its object to improve a circuit arrangement according to the preamble of claim so that it is suitable for generating high and symmetrical to the zero line oscillating switching voltages. This object is achieved by the specified in claim 1 circuitry. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims. The invention will be explained below with reference to an embodiment and a drawing. In the drawing show
Fig. 1: Eine Schaltungsanordnung für die Schaltspannungserzeugung Fig.2: Kurvenverläufe.Fig. 1: A circuit arrangement for the switching voltage generation Fig.2: Curves.
In der Figur 1 ist ein für 50-Hz-Betrieb bemessener Hochspannungs-Prüftransformator 1 mit z. B. einer Übersetzung 10 kV/1000 kV dargestellt. An dessen Sekundärwicklung 2 ist ein als Kapazität wirkender Prüfling 3 angeschlossen. Als Energiespeicher der Schaltungsanordnung dient ein Kondensator 4, der durch eine in der Figur nicht dargestellte Gleichspannungsquelle aufgeladen werden kann. Die Gleichspannungsquelle ist von der Kondensatorbatterie 4 so entkoppelt, daß sie das Verhalten der dargestellten Schaltung praktisch nicht beeinflußt. Mit Hilfe eines Thyristorschalters 5 kann der geladene Kondensator 4 unter Zwischenschaltung von Induktivitäten 6 und 7 und eines Ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 an die Primärwicklung 9 des Hochspannungs-Prüftransformators 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 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.In the figure 1 is a dimensioned for 50 Hz operation high-voltage test transformer 1 with z. B. a translation 10 kV / 1000 kV. At its secondary winding 2 acting as a capacitance DUT 3 is connected. As energy storage of the circuit arrangement is a capacitor 4, which can be charged by a DC voltage source, not shown in the figure. The DC voltage source is decoupled from the capacitor bank 4 so that it practically does not affect the behavior of the circuit shown. With the aid of a thyristor switch 5, the charged capacitor 4 can be connected to the primary winding 9 of the high-voltage test transformer 1 with the interposition of inductances 6 and 7 and an ohmic damping resistor 8. By igniting a thyristor switch 11 connected in antiparallel to a diode 10, the circuit parts lying on the left and right thereof can be decoupled from each other. Since high-voltage test transformers usually have several undervoltage windings, z. As the feed serving primary winding, the so-called shear windings u / o, the feed of the next transformer in the cascade circuit serving Überkopplungswicklung, can be connected to one or more of these lower voltage windings of the charged capacitor.
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 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 gegen über Erde positive Spannung aufgeladen. Mit dem Zünden des Thyristorschalters 5 zum Zeitpunkt t, beginnt ein Stromfluß, dargestellt durch den Kurvenverlauf a von dem Kondensator 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 с 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 verlischt. Unmittelbar nach Löschen des Thyristorschalters 5 wird der Thyristorschalter 11 gezündet. Hierdurch entsteht ein Reihenschwingkreis, gebildet aus der Induktivität?, dem Dämpfungswiderstand 8, der Diode 10 mit dem parallel liegenden Thyristorschalter 11, dem Hochspannungsprüftransformator 1 und dem Prüfling 3. Die Spannung am Prüfling 3 schwingt in Form einer gedämpften Cosinusschwingung, wie in Kurve b dargestellt ist, symmetrisch um die Nullinie aus. Frequenz und Dämpfung des Spannungsverlaufes am Prüfling 3 können mit Hilfe der Induktivität? und des ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 eingestellt werden. 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.The most important time profiles of current and voltage in the circuit described above are shown in FIG. 2. For reasons of clarity, the ratio of the high-voltage test transformer 1 with u = 1 is assumed. For the example chosen, it is further assumed that the capacitance of the capacitor 4 is twice as large as the capacitance of the device under test 3; the inductance 6 should be much smaller than the inductance 7. In the initial state, only the capacitor 4 is charged to a voltage positive to ground. With the ignition of the thyristor 5 at time t, begins a current flow, represented by the curve a of the capacitor through the inductors 6,7, the thyristor 5, the damping resistor 8 and the Hochspannungsprüftransformator 1 in the capacity of the specimen 3. While doing the Voltage curve b increases on the DUT 3 in the course of a cosine function, the voltage across the capacitor 4 also falls after a cosine function, the time course is shown in curve с. Upon reaching the first peak value of the voltage according to the curve b on the DUT 3 at the time t 2 , the current to zero (curve a) and the thyristor 5 is extinguished. Immediately after clearing the thyristor switch 5, the thyristor switch 11 is fired. This results in a series resonant circuit formed from the inductance, the damping resistor 8, the diode 10 with the parallel thyristor switch 11, the high voltage test transformer 1 and the DUT 3. The voltage on the DUT 3 oscillates in the form of a damped cosine oscillation, as shown in curve b is symmetrical about the zero line. Frequency and attenuation of the voltage curve at the DUT 3 can be determined with the help of the inductance? and the ohmic damping resistor 8 are set. The inductance 6 serves as overcurrent protection for the thyristor 5 and 11 in case of emergency. The capacitor 4 can of course be interconnected by parallel and / or series connection of individual capacitors.