DE19513441B4

DE19513441B4 - Verfahren zur Erzeugung einer Prüfspannung für die Prüfung elektrischer Betriebsmittel sowie Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19513441B4
Application number: DE1995113441
Authority: DE
Inventors: Manfred Bawart; Rudolf Ing. Blank; Hans-Jörg Dipl.-Ing. Mathis; Jürgen R. Dipl.-Ing. Wonnay
Original assignee: BAUR PRUEF und MESSTECHNIK GMB; Baur Pruef-Und Messtechnik GmbH
Current assignee: BAUR PRUEF-UND MESSTECHNIK GMBH, SULZ, AT
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2015-04-14
Also published as: DE19513441C5; DE19513441A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung einer Prüfspannung für die Prüfung elektrischer Betriebsmittel, mit Hilfe einer niederfrequenten Wechselspannung hoher Amplitude, die durch niederfrequente Amplituden-Modulation generiert wird, wobei mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung (1) und wenigstens einem Schaltnetzteil (2, 3) ein oder mehrere Hochspannungstransformatoren (4, 5) mit der niederfrequent modulierten Wechselspannung gespeist werden, und die an den Hochspannungstransformatoren (4, 5) sekundärseitig anliegende Hochspannung mit Hilfe einer oder mehrerer Gleichrichterschaltungen (6, 7) gleichgerichtet wird, und ein Prüfling (11) mit der Hochspannung definiert aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärseite der Hochspannungstransformatoren (4, 5) eine Regelung (12) angeordnet ist, welche die Spannung am Prüfling (11) mittels eines Spannungsteilers (14) mißt, und abhängig von der gemessenen Spannung auf die Schaltnetzteile (2, 3), einen für die Unterbrechung der Hochspannung vorgesehenen elektronischen Hochspannungsschalter (8; 15) und/oder einen elektronischen Umschalter (10) für einen Wechsel in der Spannungsversorgung des Prüflings (11) durch eine der Gleichrichterschaltungen (6, 7) einwirkt, um dafür zu...

Description

Die gegenständliche Erfindung befaßt sich mit der Erzeugung einer Prüfspannung, vorzugsweise mit sehr niedriger Frequenz zur Prüfung der Isolation elektrischer Betriebsmittel allgemein, insbesondere aber von verlegten Energiekabeln. Dabei werden sowohl für das Verfahren als auch für die Prüfeinrichtung Patentansprüche erhoben.

Vergleichbare Verfahren nach dem Stand der Technik, mit denen es prinzipiell möglich wäre, Prüfspannungen mit vorprogrammierbarer Kurvenform und vorzugsweise sehr niedriger Frequenz zu erzeugen, besitzen entweder den Nachteil eines wesentlich schlechteren Wirkungsgrades, da sowohl bei der Aufladung des meist kapazitiven Prüflings wie auch bei der Entladung Leistung in VDR-Elementen oder Widerständen umgesetzt wird oder den Nachteil, daß störintensive Bauteile, wie Funkenstrecken oder Nadelgleichrichter verwendet werden, die eine gleichzeitige Diagnose des Isolationszustandes durch Messung des Verlustfaktors oder durch Teilentladungsmessung erschweren.

Der Stand der Technik offenbart dazu die DE 37 37 373 A1 , die ein Verfahren und eine Schaltung zur Isolationsprüfung von Prüflingen mit großer Eigenkapazität und zur Ortung von Fehlern in Energiekabeln beschreibt. Bei der technischen Lehre dieser Druckschrift besteht jedoch der Nachteil, daß eine exakte Schaltung der Prüfspannung zu bestimmten Spannungswerten nicht möglich ist, so dass daraus Fehlertoleranzen in der Fehlerortung hingenommen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit wesentlich verbessertem Wirkungsgrad und geringerem Geräteaufwand eine niederfrequente Prüfspannung erzeugt werden kann, deren Energiegehalt abhängig vom Spannungsverlauf am Prüfling ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die gegenständliche Erfindung vereinigt durch die neuartigen Verfahren zur Erzeugung einer sehr niederfrequenten Prüfspannung die Vorteile der verschiedenen Erzeugungsverfahren nach dem Stand der Technik und eliminiert gleichzeitig die wesentlichen Nachteile.

Durch die Erfindung wird die Erzeugung von Prüfspannungen verschiedener und vorprogrammierbarer Frequenzen und Kurvenformen ermöglicht.

Unter anderem wird in der Erfindung ein elektronischer Hochspannungsschalter mit extrem kurzer Schaltzeit verwendet, der im durchgeschalteten Zustand niederimpedant ist und im nicht durchgeschaltenen Zustand galvanisch hochisolierend wirkt. Dieser elektronische Hochspannungsschalter kann schnell und definiert trennen und schließen. Durch Verwendung dieses elektronischen Hochspannungsschalters wird Kontaktverschleiß durch Abbrand, die Emission wesentlicher Störungen und damit die Beeinflussung der Diagnose des Isolationszustandes vermieden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine niederfrequente Prüfspannung im Bereich 0 Hz bis 10 Hz erzeugt.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß mit einer Regelung zwei Schaltnetzteile angesteuert werden, die mit dieser Regelung pulsbreitenmoduliert werden.

Statt der Pulsbreitenmodulation kann auch eine Pulsfrequenzmodulation in Verbindung mit einer Pulsamplitudenmodulation durchgeführt werden.

Wichtig ist nur, daß mit diesen modulierten Schaltnetzteilen entsprechende Primärwicklungen von Hochspannungstransformatoren angesteuert werden, deren Sekundärwicklungen auf Gleichrichterschaltungen wirken.

Durch die erfindungsgemäße Modulation auf der Primärseite des jeweiligen Hochspannungstransformators kann mit relativ klein bauenden Hochspannungstransformatoren sekundärseitig durch Gleichrichtung eine Gleich-Hochspannung mit geringer Welligkeit erzeugt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Erzeugung der Prüfspannung wird erreicht, daß der Prüfling zunächst über eine der beiden Gleichrichterschaltungen definiert aufgeladen wird und in weiterer Folge eine definierte Entladung des Prüflings über einen elektronischen Hochspannungsschalter erfolgt.

Wichtig ist hierbei, daß die Gleichrichterschaltung entgegengesetzter Polarität im Bedarfsfall zur aktiven Unterstützung des Entladevorgangs verwendet wird. Damit wird die Entladezeit definiert abgekürzt und damit ist es nun erstmals möglich, eine sehr niederfrequente Prüfspannung mit beliebig wählbarer Kurvenform zu verwenden. Wichtig hierbei ist, daß man nun entsprechend der Kurvenform der Aufladung auch eine gleiche Kurvenform der Entladung wählen kann, weil zwei gegeneinander geschaltete Netzteile vorhanden sind, die von der gleichen Regelung angesteuert werden.

Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise eine Rechteckform, eine Sinusform, eine Dreiecksform oder andere Kurvenformen der niederfrequenten Prüfspannung zu erzeugen.

Alternativ ist es möglich, die Kurvenform bei der Aufladung unterschiedlich zu der Kurvenform von der Entladung zu gestalten, weil dies über die entsprechende, unterschiedliche Ansteuerung des Hochspannungsschalters verwirklicht werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, als Hochspannungsschalter einen Halbleiterschalter zu verwenden, der mit einem mechanischen oder auch elektronischen Umschalter zusammenwirkt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, den Hochspannungschalter als Serie von einzelnen Halbleiterschaltern auszubilden, wobei jeder einzelne Halbleiterschalter für sich ansteuerbar ist. Bei dieser Ausgestaltung wird eine schrittweise Entladung vorgesehen, wobei zunächst die Entladung über Schutzelemente erfolgt, die durch die Ansteuerung der einzelnen Schalter zur Wirkung gebracht werden. Schließt beispielsweise einer der Schalter, welche in Serie geschaltet sind, dann ist die Spannungsfestigkeit innerhalb der in Serie geschalteten Reihe vermindert, so daß die Schutzelemente der Schalter, die noch nicht geschlossen sind, ansprechen und durchbrechen.

Zu jedem Schalter ist dementsprechend ein Schutzelement parallel geschaltet und alle Schutzelemente können sozusagen durch die Schalter schrittweise kurzgeschlossen werden.

Bei dieser Ausführungsform kann auf einen mechanischen oder elektronischen Umschalter verzichtet werden, weil die in Serie geschalteten, einzeln ansteuerbaren Schalter die doppelte Spannungsfestigkeit haben, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der einzelne Hochspannungsschalter, der parallel mit einem Umschalter kombiniert war. Beide Ausführungsformen sind durch die Möglichkeit der aktiven Entladung der Prüflingskapazität gekennzeichnet.

Der Regelung ist eine Steuerung vorgeschaltet, mit der die entsprechende, gewünschte Kurvenform der Aufladung und Entladung gewählt werden kann.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

1: schematisiert eine erste Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung;

2: schematisiert eine zweite Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung;

3: Kurvenform einer Prüfspannung als Beispiel.

Die Erzeugung der Prüfwechselspannung erfolgt in mehreren Schritten aus einer Netzspannung.
Mit Hilfe eines Powerfactor Controllers 1 wird aus der Netzspannung eine Gleichspannung erzeugt. Diese wird mit Hilfe von H-Brücken 2, 3 in Wechselspannungen mit Netzfrequenz oder einem Vielfachen der Netzfrequenz umgewandelt. Bei der Erzeugung der Wechselspannung wird dabei durch zeitliche Variierung der Steuersignale an den Schaltelementen der H-Brücken 2, 3 durch die Regelung 12 auch eine Modulation der Amplitude erreicht. Durch Transformieren der so erzeugten Niederspannung wird mit Hilfe von Hochspannungstransformatoren 4, 5 eine mit sehr niedriger Frequenz amplitudenmodulierte Hochspannung erzeugt.
Weiterführend werden drei alternative Verfahren angewandt, um aus dieser Spannung bzw. diesen Spannungen die gewünschte Prüfspannung zu generieren.

1) Wie in 1 dargestellt werden aus zwei unabhängigen Spannungen mit Hilfe von Gleichrichterschaltungen (zum Beispiel Greinacher Vervielfachungsschaltungen) 6, 7 zwei Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität gegen Erdpotential und unabhängig voneinander variierbarer Amplitude erzeugt. Die beiden Hochspannungsausgänge werden über einen elektronischen Halbleiterschalter 8 mit Serienwiderstand 9 verbunden. Durch ein Umschaltrelais 10 wird der zumeist kapazitive Prüfling 11 wahlweise an den Ausgang der einen oder anderen Gleichrichterschaltung 6 oder 7 geschaltet.

Die Erzeugung der Prüfspannung erfolgt derart, daß der Prüfling zunächst über eine der beiden Gleichrichterschaltungen 6 beziehungsweise 7 definiert aufgeladen wird, und in weiterer Folge eine definierte Entladung des Prüflings über den im Pulsbetrieb arbeitenden elektronischen Hochspannungsschalter 8, den dazu in Serie liegenden Entladewiderstand 9 und die zweite Gleichrichterschaltung 7 beziehungsweise 6 erfolgt. Hierbei wird die zweite Gleichrichterschaltung 7 beziehungsweise 6 im Bedarfsfall zur aktiven Unterstützung des Entladevorganges verwendet. Im Spannungsnulldurchgang wird das Umschaltrelais 10 umgeschaltet, so daß der Prüfling mit der zweiten Gleichrichterschaltung 7 beziehungsweise 6 direkt verbunden ist und der Vorgang von Ladung und Entladung des Prüflings 11 wie oben beschrieben für die zweite Polarität fortgesetzt wird. Durch kontinuierliche Wiederholung der Vorgänge wird der Prüfling 11 mit einer Wechselspannung beaufschlagt, deren Kurvenform und vorzugsweise sehr niedrige Frequenz innerhalb der Grenzen durch Lade- und Entladezeitkonstanten, die von der Geräteausgangsleistung und der Last durch den Prüfling bestimmt werden, über die menügeführte Oberfläche der Steuerung 13 vorprogrammierbar ist und durch eine Spannungs- und Stromregelung garantiert wird.
Der dabei verwendete schnelle elektronische Hochspannungsschalter 8 ist derart aufgebaut, daß durch Serienschaltung von Halbleiterschaltelementen eine hohe Spannungsfestigkeit im geöffneten Zustand erreicht wird. Die Steuersignale werden, von der Regelung 12 kommend, transformatorisch übertragen, so daß über mehrere Isolierstrecken jedes Halbleiterschaltelement potentialgetrennt und nahezu gleichzeitig angesteuert wird. Der elektronische Hochspannungsschalter 8 kann mit Hilfe einer jedem Halbleiterschaltelement zugeordneten Steuerschaltung definiert und schnell durchgeschaltet und geöffnet werden. Die einzelnen Halbleiterschaltelemente sind durch parallelgeschaltete Schutzelemente gegen Beanspruchung durch Überspannung geschützt. Sie übernehmen gleichzeitig den Schutz der Gleichrichterschaltungen gegen transiente Spannungsüberhöhungen durch Wanderwellen in Folge von möglichen Durchschlägen im Prüfling.
Durch die Regelung 12 wird der Verlauf der über den Spannungsteiler 14 gemessenen Hochspannung zeitkritisch mit der gewünschten vorprogrammierten Kurvenform und Amplitude verglichen und durch Eingriff auf die Schaltzeitpunkte an den Schaltelementen der H-Brücken 2 und 3, die Ansteuerung des elektronischen Hochspannungsschalters 8 und Bestimmung des Schaltzeitpunktes am Umschaltrelais 10 die Einhaltung garantiert. Während des Umschaltvorganges am Relais 10 wird der elektronische Hochspannungsschalter 8 durch die Regelung geschlossen, um Kontakterosion am Umschaltrelais 10 durch Stromfluß und Funkenbildung während des Kontaktwechsels zu vermeiden.

2) Alternativ zu 1) wird wie in 2 dargestellt auf die Verwendung des Umschaltrelais 10 verzichtet und ausschließlich mit passiven und elektronischen Bauelementen, die wahlweise transformatorisch oder optisch angesteuert werden, gearbeitet. Der in 2 dargestellte elektronische Hochspannungsschalter 15 unterscheidet sich von der Ausführung gegenüber dem elektronischen Hochspannungsschalter 8 darin, daß die Halbleiterschaltelemente einzeln und unabhängig voneinander optisch oder transformatorisch angesteuert werden.

Die definierte Aufladung des Prüflings 11 erfolgt derart, daß in der positiven Halbwelle die im Verbindungszweig zwischen dem Prüfling 11 und der Gleichrichterschaltung 6 liegenden Halbleiterschaltelemente während der Ladephase geschlossen sind und die Prüfspannung von der Regelung entsprechend der vorprogrammierten Kurvenform durch Veränderung der Schaltzeitpunkte an der H-Brücke 2 über den Transformator 4 und die Gleichrichterschaltung 6 verändert wird. Die Entladung der Prüflingskapazität erfolgt durch schrittweises Schalten der zwischen dem Prüfling 11 und Gleichrichterschaltung 7 liegenden Halbleiterschaltelemente. Der Entladestrom wird durch die zugehörigen Schutzelemente der nicht durch Ansteuerung geschlossenen Schaltelemente begrenzt, so daß die Spannung am Prüfling entsprechend der vorprogrammierten Kurvenform absinkt. Auch bei diesem Verfahren wird im Bedarfsfall eine aktive Entladung durch Vorspannen der Gleichrichterschaltung 7 angewandt. Adäquat werden für die Ladephase in der negativen Halbwelle alle Halbleiterschaltelemente im Verbindungszweig zwischen dem Prüfling 11 und der Gleichrichterschaltung 7 geschlossen und in der Entladephase wird durch schrittweises Schalten der Halbleiterschaltelemente im Verbindungszweig zwischen Prüfling 11 und Gleichrichterschaltung 6 das Absenken der Spannung am Prüfling bewerkstelligt.

3) In einer dritten Verfahrensvariante werden die einzelnen Halbleiterschaltelemente im Gegensatz zum Verfahren unter 2) nicht einzeln angesteuert sondern analog betrieben. Sonst entspricht das Verfahren der Variante unter 2). Im Analogbetrieb von Halbleiterschaltern wird die Energie im Halbleiterschalter selbst vernichtet, es kann daher auf einen Stromfluß durch die Schutzelemente verzichtet werden. Der Halbleiterschalter selbst ist damit das begrenzende Element.

In den oben bezeichneten Ausführungsbeispielen war angegeben worden, daß die Gleichrichterschaltungen 6, 7 als Greinacher Vervielfachungsschaltungen ausgeführt sind. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, diese Gleichrichterschaltungen als reine Gleichrichterschaltung oder als andere Vervielfacherschaltung auszubilden. Hierzu gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, Einweggleichrichter, Mehrweggleichrichter, Spannungsverdoppler und dergleichen Vervielfacherschaltungen mehr.
Die Bauteile mit den Bezugszeichen 2, 3 sind sogenannte H-Brücken, bei denen in der Regel vier Halbleiterschalter vorhanden sind, die so angesteuert werden, daß jeweils sich nur zwei im Durchgang befinden und hierdurch eine Ausgangswechselspannung erzeugt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeweils im Primärkreis der Hochspannungstransformatoren 4, 5 eine Seriendrossel angeordnet ist, die bevorzugt nicht-linear ausgebildet ist.
Grund für diese Maßnahme ist, daß der Prüfling 11 kapazitiv ist und eine entsprechende Rückwirkung mit Stromspitzen auf die H-Brücken 2, 3 zu befürchten ist. Um diese Rückwirkungen zu vermeiden wird bevorzugt eine nicht-lineare Drossel im Primärkreis der jeweiligen Hochspannungstransformatoren 4, 5 verwendet.
Ein typischer Prüfspannungsverlauf wird anhand der 3 in Verbindung mit der 1 näher erläutert.
Im Zeitpunkt t₀ beginnt der Aufladevorgang, wobei über das getaktete Schaltnetzteil 1 die H-Brücke 2 mit Gleichspannung versorgt und von der Regelung 12 angesteuert wird, welche über den Hochspannungstransformator 4 die Gleichrichterschaltung 6 beaufschlagt, die demzufolge vom Zeitpunkt t₀ angefangen bis zum Zeitpunkt t₁ einen Anstieg der Prüfspannung U_(6,7) erzeugt.
In diesem Zeitraum wirkt die Regelung 12 auf die H-Brücke 3, in dem Sinne, daß sie stillgelegt ist und keinerlei Spannung am Ausgang der Gleichrichterspannung 7 anliegt. Gleichzeitig ist der Halbleiterschalter 8 geöffnet und der Umschalter 10 befindet sich in der in 1 dargestellten Position. Der Prüfling 11 wird somit mit der Spannung U₍₁₁₎ nach 3 aufgeladen.
Nach Erreichen der Zeit t₁ wird von der Regelung 12 die H-Brücke 2 so angesteuert, daß ein weiterer Anstieg der Prüfspannung vermieden wird, wodurch jetzt der Anstieg der Prüfspannung im Kurvenzweig 16 in die gleich gerichtete Prüfspannung 17 übergeht.
Die Dauer zwischen den Zeiten t₁ und t₂ ist hierbei beliebig wählbar.
Im Zeitpunkt t₂ wird die Regelung 12 entsprechend wiederum angesteuert, wodurch ein Entladevorgang stattfindet. Es wird hierbei der Kurvenzweig 18 durchlaufen. Hierbei wird die H-Brücke 2 von der Regelung 12 inaktiv geschaltet, daß am Ausgang der Gleichrichterschaltung 6 kein Strom mehr fließen kann. Von der Gleichrichterschaltung 6 wird der Prüfling 11 dementsprechend nicht mehr nachgeladen.
Durch Pulsansteuerung des Halbleiterschalters 8 von der Regelung 12 her wird dieser taktweise geöffnet und geschlossen, wobei wahlweise die Pulsbreite und/oder die Frequenz des Öffnens und Schließens dieses Halbleiterschalters 8 eingestellt werden kann.
Damit erfolgt eine gesteuerte Entladung über den Halbleiterschalter 8 und den Widerstand 9.
Würde nun keine gesteuerte Entladung stattfinden, dann würde die Entladung des Prüflings 11 über den getakteten Halbleiterschalter 8 und den Widerstand 9 entsprechend eine RC-Entladekurve 22 mit exponentiellem Verlauf (3) erfolgen.
Durch das taktweise Schalten des Halbleiterschalters 8 würde zunächst einmal – ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen – ein Kurvenzweig zwischen den Punkten t₂–t₃ durchlaufen, d.h. es erfolgt eine relativ schnelle Entladung bis zum Zeitpunkt t₃. Ab diesem Zeitpunkt würde dann entsprechend der RC-Zeitkonstante eine sehr langsame Entladung weiter im Verlauf des Kurvenzweiges 22 stattfinden. Hier setzen nun die erfindungsgemäßen Maßnahmen ein, weil im Zeitpunkt t₃ nun über die Regelung 12 die H-Brücke 3 angesteuert wird und über die Gleichrichterschaltung 7 eine definierte Gegenspannung an den Prüfling angelegt wird.
Der Umschalter 10 ist hierbei noch in seiner oberen Schaltposition, wie dies in 1 dargestellt ist.
Es erfolgt also ein kontrolliertes Absaugen der Ladung vom Prüfling über die entgegengesetzt angelegte Spannung von der Gleichrichterschaltung 7.
Zwischen den Kurvenästen t₃ und t_u wird also das Saugen mit der Gleichrichterschaltung 7 verwirklicht.
Im Zeitpunkt t_u wird der Umschalter 10 umgeschaltet und derselbe Vorgang beginnt, wie oben beschrieben, in analoger Weise.
D.h. also der untere Aufladezweig mit der H-Brücke 3 und der Gleichrichterschaltung 7 führt eine gesteuerte Aufladung durch, wie dies anhand des Kurvenzweiges 16 bereits schon erläutert wurde. Es wird hierbei also der Kurvenzweig 19 durchlaufen.
Der Kurvenzweig 20 entspricht dem oben beschriebenen Kurvenzweig 17.
Im Zeitpunkt t₄ findet dann die gesteuerte Entladung im Bereich der Kurve 21 statt, so wie dies anhand der Kurve 18 erläutert wurde.
Es wird also nochmals wiederholt, daß eine Kurvenform entsprechend der gestrichelten Kurve zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ erreicht wird, wenn kein gesteuertes, pulsweises Entladen mit dem Hochspannungsschalter 8 stattfindet. Wird hingegen der Hochspannungschalter 8 pulsweise betrieben, so wie diese vorhin dargestellt wurde, dann wird der in durchgezogenen Linien erläuterte Kurvenzweig 18 zwischen den Punkten t₂ und t₃ durchlaufen.
Wenn jetzt im Zeitpunkt t₃ die gesteuerte Entladung (Absaugung) stattfindet, dann wird weiterhin der Kurvenzweig zwischen den Zeiten t₃ und t_u entsprechend der durchgezogenen Linie durchlaufen.
Wird eine andere Kurvenform für die Kurven 16, 18 bzw. 19, 21 gewünscht, dann werden die Ansteuersignale der Regelung 12 entsprechend geändert.
Ebenso kann die Kurvenform der Kurven 17 und 20 geändert werden, z.B. kann eine durchgehende Sinuskurve erzeugt werden, wobei dann die Kurvenzweige 17 und 20 vollständig entfallen.
Für die Darstellung in 2 gelten im wesentlichen die gleichen Erläuterungen, d.h. das Umschalten des Umschalters 10 in den Zeitpunkten t₀ und t_u wird bei der Ausführungsform nach 2 durch gesteuertes Schalten der einzelnen in Serie geschalteten Schalter 23–28 verwirklicht.
Beim Aufladen im Bereich des Kurvenzweiges 16 sind die Schalter 23–25 geschlossen. Über die H-Brücke 2, den Transformator 4 und die Gleichrichterschaltung 6 wird der Prüfling 11 entsprechend dem Kurvenzweig 16 bis zum Zeitpunkt t₁ aufgeladen, es wird dann die Spannung gehalten im Bereich des Kurvenzweiges 17, wobei die Stellung der Schalter 23–25 nicht verändert wird. Es wird noch hinzugefügt, daß während dieses Zustandes die Schalter 26–28 geöffnet sind.
In dem Zeitpunkt t₂ geschieht folgendes:
Die Schalter 23–25 öffnen alle gleichzeitig.
Gleichzeitig mit dieser Schaltung schließen nacheinander folgend die Schalter 26, 27, 28 entsprechend den von der Regelung 12 angegebenen Zeitpunkten.
Über die parallel zu den noch offenen Schaltern 26–28 geschalteten Schutzelementen erfolgt eine gesteuerte Entladung, weil diese Schutzelemente entsprechend in den Durchgangszustand gelangen.
Als Beispiel wird angegeben, daß im Zeitpunkt t₂ alle Halbleiterschalter 23–25 gleichzeitig geöffnet werden. In diesem Zustand sind alle Halbleiterschalter 26–28 ebenfalls noch geöffnet.
Im Zeitpunkt t₂ schließt nun der erste Halbleiterschalter 26 und über die parallel geschalteten Schutzelemente 27a, 28a fließt nun ein Entladestrom über die Gleichrichterschaltung 7 gegen Erde.
Etwa auf einem Drittel der Kurvenstrecke der Kurve 18 wird dann der zweite Halbleiterschalter 27 geschlossen und der Entladestrom fließt dann nur noch über das Schutzelement 28a.
Im unteren Bereich der Kurve 18, kurz vor Erreichen des Nulldurchgangs, wird auch der letzte Halbleiterschalter 28 geschlossen und es liegt dann ein vollständiger Kurzschluß über die geschlossenen Halbleiterschalter 26, 27, 28 über die Gleichrichterschaltung 7 zur Masse vor.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel waren nur drei Halbleiterschalter 26, 27, 28 und entsprechend auch drei Halbleiterschalter 23, 24, 25 für jede Halbwelle der Prüfspannung vorgesehen. In Wirklichkeit sind jedoch ein Vielfaches dieser Halbleiterschalter vorhanden. So sind z.B. anstatt der Halbleiterschalter 26–28 in Wirklichkeit bis zu 50 Halbleiterschalter vorhanden.
Man kann jedoch auch wesentlich mehr nehmen; die angewählte Anzahl hängt davon ab, wie stark treppenförmig die Entladekurve 18, 21 sein darf.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die sich einstellende treppenförmige Entladekurve dadurch geglättet wird, daß über den an sich inaktiven, anderen Zweig, nämlich die Schaltung aus den Teilen 2, 4, 6 Ladung nachgeschoben wird, um so gesteuert die treppenförmige Kurve „aufzufüllen", um dementsprechend einen stark geglätteten Verlauf zu erreichen.
Dazu müssen die Schalter 23–25 geschlossen sein und entsprechend wird über die Regelung 12 der an und für sich inaktive Zweig 2, 4, 6 gesteuert angesprochen.
In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, in der Entladephase – wie oben beschrieben – nicht alle Schalter 26–28 nacheinanderfolgend zu schließen, sondern einen oder mehrere Schalter (z.B. Schalter 27, 28) geöffnet zu lassen und statt dessen eine gesteuerte Absaugspannung zu erzeugen, welches durch Ansteuerung mittels der Regelung 12 auf die H-Brücke 3 erfolgt.
In 3 ist im unteren Teil der Spannungsverlauf an den Ausgängen der Gleichrichterschaltungen 6 und 7 schematisiert dargestellt.
Bezüglich der Ausgestaltung nach 1 ist in 3 vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ im übrigen noch dargestellt, daß der Halbleiterschalter 8 mit hoher Taktfrequenz von z.B. 30 kHz getaktet wird, um so eine erste, gesteuerte Entladung vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ zu verwirklichen.
Ab dem Zeitpunkt t₃ erfolgt dann die Entladung entsprechend der Kurve am Ausgang der Gleichrichterschaltung 7, wobei zunächst von t₃ beginnend bis zum Zeitpunkt t_u die Entladespannung stark ansteigt, um so eine schnelle und gesteuerte Entladung im Kurvenbereich 18 im Bereich von t₃ bis t_u zu erreichen.
Im Umschaltzeitpunkt t_u schaltet das Relais 10 um, d.h. der Schalter kommt in seine untere Position und am Ausgang der Gleichrichterschaltung 7 liegt dann direkt die Prüfspannung an, wie sie im Kurvenzweig 19 besteht.
Dies geht bis zum Zeitpunkt t₄, wo dann der gesamte Vorgang umgekehrt wird und jetzt der Zweig 3, 5, 7 inaktiv wird. Der Halbleiterschalter wird wieder impulsmäßig angesteuert, und danach wird gesteuert der Zweig 2, 4, 6 in Betrieb genommen und legt eine entsprechend gesteuerte Entladespannung an, so wie dies anhand der vorherigen Beschreibung anhand der Elemente 3, 5, 7 erläutert wurde.
So folgt also das analoge Schalten der Elemente 2, 4, 6 ab dem Zeitpunkt t₄.

1: Gleichrichterschaltung
2: H-Brücke
3: H-Brücke
4: Hochspannungstransformator
5: Hochspannungstransformator
6: Gleichrichterschaltung
7: Gleichrichterschaltung
8: Hochspannungsschalter
9: Widerstand
10: Umschalter
11: Prüfling
12: Regelung
13: Steuerung
14: Spannungsteiler
15: Hochspannungsschalter
16: Kurvenzweig der Prüfspannung
17: Kurvenzweig der Prüfspannung
18: Kurvenzweig der Prüfspannung
19: Kurvenzweig der Prüfspannung
20: Kurvenzweig der Prüfspannung
21: Kurvenzweig der Prüfspannung
22: Kurvenzweig
23: Schalter
24: Schalter
25: Schalter
26: Schalter
27: Schalter
28: Schalter
26a: Schutzelement
27a: Schutzelement
28a: Schutzelement

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Prüfspannung für die Prüfung elektrischer Betriebsmittel, mit Hilfe einer niederfrequenten Wechselspannung hoher Amplitude, die durch niederfrequente Amplituden-Modulation generiert wird, wobei mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung (1) und wenigstens einem Schaltnetzteil (2, 3) ein oder mehrere Hochspannungstransformatoren (4, 5) mit der niederfrequent modulierten Wechselspannung gespeist werden, und die an den Hochspannungstransformatoren (4, 5) sekundärseitig anliegende Hochspannung mit Hilfe einer oder mehrerer Gleichrichterschaltungen (6, 7) gleichgerichtet wird, und ein Prüfling (11) mit der Hochspannung definiert aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärseite der Hochspannungstransformatoren (4, 5) eine Regelung (12) angeordnet ist, welche die Spannung am Prüfling (11) mittels eines Spannungsteilers (14) mißt, und abhängig von der gemessenen Spannung auf die Schaltnetzteile (2, 3), einen für die Unterbrechung der Hochspannung vorgesehenen elektronischen Hochspannungsschalter (8; 15) und/oder einen elektronischen Umschalter (10) für einen Wechsel in der Spannungsversorgung des Prüflings (11) durch eine der Gleichrichterschaltungen (6, 7) einwirkt, um dafür zu sorgen, dass eine stets gleichbleibende Kurvenform der auf den Prüfling wirkenden Umschaltspannung erreicht wird
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltungen (6, 7) Spannungen unterschiedlicher Polarität gegenüber Erdpotential erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling (11) über den Umschalter (10) mit dem Ausgang jeweils einer Gleichrichterschaltung verbunden werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung einer nicht zur Aufladung des Prüflings (11) verwendeten Gleichrichterschaltung (6, 7) zur Unterstützung des Entladevorgangs verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Steuer- und Regeleinheit (12, 13) unterschiedliche Kurvenformen der Lade- und Entladespannung des Prüflings (11) verwirklicht werden können.
Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Prüfspannung für die Prüfung elektrischer Betriebsmittel, wobei eine Gleichrichterschaltung (1) vorgesehen ist, die aus der Netzspannung eine Gleichspannung erzeugt, welche ein oder mehrere Schaltnetzteile (2, 3) in jeweils eine niederfrequente, amplituden-modulierte Wechselspannung mit Netzfrequenz oder einem Vielfachen der Netzfrequenz umwandeln, wobei Hochspannungstransformatoren (4, 5) die niederfrequente, amplituden-modulierte Wechselspannungen in niederfrequente, amplituden-modulierte Hochspannungen transformieren, Gleichrichterschaltungen (6, 7) die Hochspannungen in jeweils eine Gleichspannung veränderbarer Amplitude umwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine dieser Spannungen einen Prüfling (11) auflädt und eine Regelung (12) mittels einem elektronischen Hochspannungschalter (8; 15) den Prüfling (11) definiert entlädt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundärseitigen Gleichrichterschaltungen (6, 7) als Spannungsvervielfacherschaltungen ausgebildet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsschalter (8) aus einem oder mehreren elektronischen Halbleiterschaltern besteht.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gleichrichterschaltungen (6, 7) und dem Prüfling (11) ein Umschalter (10) vorgesehen ist.