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Verfahren zur Erzeugung abgeschnittener Stoßwellen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Abschneidefunkenstrecke für die Erzeugung
abgeschnittener Stoß wellen unterschiedlicher Scheitelwerte bei konstanter Abschneidezeit
für Stoßspannungsprüfungen an elektrischen Hochspannungsgeräten, bei dem eine von
der Stoßspannungswelle abhängige Größe zur Steuerung der Abschneidezeit Verwendung
findet.
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Zur Nachbildung der betriebsmäßigen Überspannungsbeanspruchungen
in elektrischen Anlagen, wie sie insbesondere als Folge von indirekten oder direkten
Blitz einschl ägen auftreten, und zum Nachweis der Isolationsfestigkeit derart beanspruchter
elektrischer Geräte gewinnt die Erzeugung abgeschnittener Stoßwellen von vorgeschriebener
Form und bestimmten Scheitelwerten wachsende Bedeutung.
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Bei Prüfungen mit derartigen Wellen ist es sehr wichtig, daß eine
einmal eingestellte Abschneidezeit für Prüfstöße mit verschiedenen hohen Scheitelwerten
genau eingehalten wird, damit beispielsweise die bei diesen Prüfvorgängen aufgenommenen
Oszillogramme ohne Schwierigkeiten ausgewertet werden können.
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Zur Steuerung der Abschneidezeit von Stoß wellen ist es bereits bekannt,
einem an den Stoßgenerator angeschlossenen Prüfling zwei in Reihe liegende Funkenstrecken
parallel zu schalten, von denen eine an einem aus RC-Gliedern bestehenden Hilfskreis
angeschlossen ist. Durch entsprechende Bemessung der RC-Glieder steigt die Spannung
über dem Hilfskreis beispielsweise erst nach 3 Fs auf ihren Scheitelwert an und
zündet die zuletzt genannte Kugelfunkenstrecke, wodurch auch die andere in Reihe
geschaltete Funkenstrecke anspricht und der Spannungszusammenbruch am Prüfling eingeleitet
wird.
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Nachteilig bei dieser Schaltung ist, daß die eigentliche Zeiteinstellung;
die durch die Größe von R bzw.
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C und die Schlagweite der einen Funkenstrecke gegeben ist, bei Stößen
mit verschiedener Scheitelhöhe unterschiedlich gewählt werden muß, wodurch eine
konstante Abschneidezeit kaum gewährleistet ist.
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Es ist auch bekannt, das Abschneiden der angelegten Stoßwelle für
einen bestimmten, innerhalb gewisser Grenzen wählbaren Zeitpunkt dadurch herbeizuführen,
daß im Augenblick der Zündung des Stoßgenerators von diesem ein steiler Steuerimpuls
abgegriffen, auf ein Verzögerungsglied gegeben und über eine vorgespannte, mit ultraviolettem
Licht bestrahlte Hilfsfunkenstrecke das Ansprechen einer parallel zum Prüfling liegenden
steuerbaren Kugelfunkenstrecke erzwungen wird.
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Bei diesem Verfahren ergeben sich aber Schwierigkeiten durch die
im Gegensatz zueinander stehenden Forderungen hinsichtlich der Bemessung des Ab-
schlußwiderstandes
der Laufzeitkette. Einerseits soll dieser Widerstand niederohmig sein, um den anschließenden
Steuerkreis nicht zu bedämpfen, andererseits soll er möglichst hochohmig sein, um
die Einsatzunsicherheit der Auslösung der Hilfsfunkenstrecke zu vermeiden.
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Um die erwähnten Bemessungsschwierigieiten zu umgehen, ist es weiterhin
bekannt, auch die Hilfsfunkenstrecke als steuerbare Funkenstrecke auszubilden. Damit
wird zwar eine kräftige Ionisation der Abschneidefunkenstrecke gewährleistet, jedoch
können durch die steuerbare Ausbildung der Hilfsfunkenstrecke zusätzliche Streuungen
des Zündeinsatzes derselben auftreten. Außerdem muß bei beiden Verfahren die Laufzeitkette
für relnüv hohe Spannungen ausgelegt werden.
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Bei einer weiteren bekannten Schaltung wird ein vorher aufgeladener
Kondensator über eine Entladefunkenstrecke, deren Zündung durch einen vom Stoßgenerator
abgenommenen Impuls eingeleitet wird, au£ zwei weitere Kondensatoren entladen, die
so auf eine aus zwei Teilstrecken mit drei Elektroden bestehende Zeitfunkenstrecke
einwirken, daß sich die Spannung an einer Teilstrecke durch Entladen eines Kondensators
über einen parallel geschalteten Widerstand erhöht. Die so herbeigeführte Zündung
der Zündfunkenstrecke löst eine Entladung zwischen einer Hilfselektrode und einer
Hauptelektrode der Abschneidefunkenstrecke aus.
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Für Stoßgeneratoren mit einer vielfachen Spannungsvergrößerung wurde
die vorstehend beschriebene Schaltung so abgewandelt, daß die Zündung der ersten
Entladefunkenstrecke nur nach dem Erscheinen des Anfangsstoßes der Verbschiebungsströme
über der Abschneidefunkenstrecke, deren erdseitige Kugel in diesem Falle über einen
großen Widerstand geerdet ist, einsetzen kann. Sonst ist die Wirkungsweise der Schaltung
die gleiche.
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Bei beiden Methoden steigt die Spannung in dem Verzögerungskreis
zwischen zwei Kugeln der Drei-Elektroden-Kugelfunkenstrecke nach einer e-Funktion
an, so daß Einsatzunsicherlieiten nur durch besondere Mittel zur Verringerung des
Entladeverzuges klein gehalten werden können. Der zur Durchführung der beiden beschriebenen
Verfahren erforderliche Aufwand ist dabei sehr groß.
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Schließlich ist noch eine Einrichtung bekannt, bei der das Potential
einer erdseitig isolierten Kugel der Abschneidefunkenstrecke durch ein vom Stoßgenerator
betätigtes, aus einer Kopplungskapazität, einer Induktivität und einer Hilfsfunkenstrecke
bestehendes Steuergerät so gesteuert wird, daß der Durchschlag an der Abschneidefunkenstrecke
im Zeitpunkt des ersten Nulldurchganges der Steuerspannung erfolgt.
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Der Spannungsanstieg an - der Abschneidefunkenstrecke erfolgt bei
dieser Einrichtung jedoch nicht in so kurzer Zeit, daß die Einsatzunsicherheit ohne
zusätzliche Mittel, wie z. B. radioaktive Substanzen, in engen Grenzen gehalten
werden kann, wobei der Einsatz solcher zusätzlicher Mittel wiederum erhöhten Aufwand
bedeutet.
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Bei allen bekannten Schaltungen ist es üblich, die Auslöse- bzw.
Steuerungseinrichtungen für die Abschneidefunkenstrecke direkt an den Stoßgenerator
anzukoppeln, wodurch sich oft Schwierigkeiten in der Auslegung und Bemessung dieser
Einrichtungen ergeben. Außerdem werden in den meisten Fällen zwei oder mehr Funkenstrecken
in Luft verwendet, so daß nur eine begrenzte Konstanz des Abschneidezeitpunktes
gegeben ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile durch ein einfaches Verfahren mit relativ geringem technischem Aufwand
die Steuerung der Abschneidefunkenstrecke so vorzunehmen, daß die Abschneidezeit
von der Scheitelspannung der Stoßwelle praktisch unabhängig ist und eine hohe zeitliche
Konstanz aufweist.
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Das wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß mit einer Antenne
eine der Stoßspannungswelle überlagerte hochfrequente Schwingung aufgefangen und
an das Gitter eines Gasentladungsgefäßes zur Zündung desselben angelegt wird, und
daß ein dadurch am Kathodenwiderstand des Gasentladungsgefäßes, zu dem eine Kapazität
parallel geschaltet ist, entstehender Spannungsimpuls über die Glieder einer veränderbaren
Laufzeitkette auf das Gitter eines zweiten Gasentladungsgefäßes gegeben wird, zu
dem parallel die Reihenschaltung eines Kondensators mit einem Impulstransformator
angeordnet ist, so daß durch Entladung dieses Kondensators auf der Hochspannungsseite
des Impulstransformators ein Hochspannungsimpuls auftritt, der eine Entladung zwischen
einer Hilfselektrode und der erdseitigen Kugel der Abschneidefunkenstrecke herbeiführt,
die wiederum die Auslösung der Abschneidefunkenstrecke bewirkt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Im Auslösekreis 1 fängt eine Antenne 2, sobald die Durchzündung des
Stoßgenerators 3 erfolgt, eine
der Stoßspannungswelle überlagerte hochfrequente Schwingung
auf, die dem Gitter eines Gasentladungsgefäßes 4 zugeführt wird. Dieses Gasentladungsgefäß
wird bereits durch geringste Amplituden der zugeführten Hochfrequenzspannung gezündet,
wobei am Kathodenwiderstand 5 durch Entladung des Kondensators 6 ein sehr steiler
Spannungsimpuls entsteht.
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Dieser Impuls wird über die Glieder einer veränderbaren Laufzeitkette
des Verzögerungskreises 7 an das Gitter eines zweiten Gasentladungsgefäßes 8 des
Steuerkreises 9 gelegt. Der Gitterwiderstand 10 des Gas entladungsgefäß es 8 ist
hochohmig, so daß am praktisch offenen Ende der Laufzeitkette des Verzögerungskreises
7 der Impuls reflektiert wird und dadurch eine größere Amplitude und Flankensteilheit
erreicht.
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Das Gasentladungsgefäß 8, das mit höherer Anodenspannung betrieben
wird, entlädt nun den Kondensator 11 iiber einen Impulstransformator 12, der einen
sehr steilen Hochspannungsimpuls abgibt. Dieser Impuls erzeugt einen kräftigen Funken
zwischen der Hilfselektrode 13 und der erdseitigen Kugel 14 der Abschneidefunkenstrecke
15, wodurch der Abschneidevorgang eingeleitet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dadurch vorteilhaft,
daß eine direkte Ankoppelung der Abschneideeinrichtung an den Stoßgenerator vermieden
wird, wenn man von dem immer erforderlichen Anschluß der Abscheidefunkenstrecke
absieht. Ferner entfällt die Verwendung mehrerer Funkenstrecken in Luft, womit auch
Maßnahmen zur Verringerung des Entladeverzuges, wie z. B. Bestrahlung, überflüssig
werden. Überdies ist der Entladeverzug der verwendeten Gasentladungsgefäße mit etwa
10-8 Sekunden äußerst gering, so daß die durch sie verursachte Streuzeit unwesentlich
ist.
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Die über die Antenne einfallende und dem Gasentladungsgefäß des Auslösekreises
zugeführte Signalspannung hat eine so hohe Frequenz, daß bei positiver und negativer
Spannung praktisch gleiche Abschneidezeiten gewährleistet sind, da der zeitliche
Unterschied zwischen der ersten positiven und der ersten negativen Halbwelle vernachlässigt
werden kann.
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Da das Gasentladungsgefäß des Auslösekreises bereits auf sehr kleine
Spannungen anspricht, ist die Abschneidezeit vom Scheitelwert der Stoß spannung
praktisch unabhängig und weist hohe zeitliche Konstanz auf, während sich bei den
bekannten Schaltungen infolge der sich mit der Höhe der Stoßspannung verändernden
Flankensteilheit des Zündimpulses eine merkliche Abhängigkeit ergibt.