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Schaltungsanordnung für eine Prüfanlage Die Erfindung betrifft eine
Schaltungsanordnung für eine Prüfanlage zur Uberlagerung einer Gleichspannung mit
einer Wechselspannung, um beispielsweise Geräte, Apparate und Einrichtungen der
Hochspannungs-Gle ichstrom-Ubertragung (HGt) mit der entstehenden Mischspannung
zu prüfen.
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In der Elektro energie erzeugung und dem - Verbrauch hat die Drehstromtechnik
eine dominierende Rolle erlangt. Bei der Fernübertragung großer Energiemengen bei
ausgedehnten Kabelverbindungen und der Eupplung asynchroner Netze stößt sie aber
heute schon auf wirtsdbaftliche und teilweise auch technische Grenzen. Die HGU ist
in der Iage, die steigenden anforderungen bei diesen Anwendungsfällen zu erfüllen.
Da auf der Erzeuger-, Verbraucherseiter die Drehstromtechnik beibehalten wird, werden
bei
der HGU sogenannte Kopfstationen oder Stromrichterstationen
vorgesehen. Abzweige der Gleichstromleitung zur Leistungsentnahme oder -zufuhr lassen
sich durch parallel oder in Reihe geschaltete Zwischenstationen verwirklichen. Sie
beeinflussen aber die Wirtachaftlichkeit der Anlage ungünstig. Man untersucht deshalb,
ob Gleichstrom und Drehstrom gleichzeitig über ein Fernleitungssystem übertragen
werden können, wobei der Drehstrom zur Versorgung der Zwischenstationen dienen soll.
Hieraus ist zu erkennen, daß bestimmte Geräte und Apparate dieser Kopf- und Zwischenstationen
der EG8, z.B.
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die Stromrichtertransformatoren, mehr oder weniger, sowohl im normalen
Betrieb als auch bei Störungsfällen mit komplizierten SpannungRformen beansprucht
werden.
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In der Prüftechnik werden aus diesem Grunde für eine, den tatsächlichen
Beanspruchungen entsprechende prüfung der Geräte und Einrichtungen verschiedene
Spannungsformen benötigt.
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Eine dieser benötigten Spannungsformen ist eine Mischspannung aus
einer Gleickispannung mit einer überlagerten Wechselspannung.
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Im allgemeinen stehen in einem Prüffeld schon eineGleichspannungsprüfanlage
mit einem Gleichspannungserzeuger und eine Wechselspannungsprüfanlage
mit
einem Wechselspannwigserzeuger zur Verfügung1 so daß es zweckmäßig ist,diese Anlagen
zu kombinieren, um die Mischspannung zu erzielen. Zur Xombination der Anlage werden
Trenn- und Koppelglieder benötigt. Die Verwendung von Trenn- und Koppelgliedern
ist wesentlich ökonomischer als eine spezielle Anlage für eine Mischapannung aufzubauan.
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Zur Uberlagerung von Gleichspannungen mit Wecbselspannung sind bereits
die sogenannte Widerstands schaltung und die GeneratorschFltung bekannt. Bei der
letztgenannten Schaltung wird ein Prüftransformator auf das Gleichspannungspotential
angehoben und von einem für die volle Gleichspannung isolierten Synchrongenerator
erregt. Der Antrieb des Generators erfolgt über eine Isollerwell*. Sie ist wegen
der notwendigen Isolierung nur für niedrigere Spannungen geeignet, weil sonst die
erf orderlichen Isolierabmessungen zu groß werde. Bei der erst erwähnten sogenannten
Widerstandsschaltung arbeiten ein Gleichspannungserzeuger und ein Wechselspannungserzeuger
parallel auf einem Prüfling. Damit sich die Spannungserzeuger gegenseitig nicht
beeinflussen, ihre Spannungsanteile aber am Prüfling anliegen,
werden
jeweils zwischen Prüfling und Spannungserzeuger Eoppel- bzw. Trennglieder eingesetzt.
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Sie wirken für die eine Spannungsquelle als Koppel- und für die andere
Spannungsquelle als Trennglied0 Es sind damit im allgemeinen bei der Prallelschaltung
zwei Eoppel- oder Urennglieder notwendig. In der Widerstandsschaltung wird wie schon
der Name sagt, als Koppelglied für die GleichBpannung zum Prüfling ein Widerstand
verwendet, der gleichzeitig die Funktion des Trenngliedes für die Wechselspannung
zum Gleichspannungserzeuger wahrnimmt während als Koppelglied für die Wechselspannung
zum Prüfling ein Kondensator verwendet wird, der gleichzeitig als Trennglied für
die Gleichspannung zum Wechselspannungserzeuger dient. Die Schall tungsanordnung
ist zwar für höhere Spannungen geeignet, dafür aber in der praktischen Aus~ führbarkeit
nur für kleinere Ströme anwendbar, weil nur bei diesen eine technisch zweckmäßige
und ökonomisch realisierbare Ausführung in Bezug auf Leistung und Temperatur möglich
ist, da im Koppelwiderstand eine große Leistung umgesetzt werden muß, Es ist iweck
der Erfindung, die angeführten Nachteile des geschilderten Standes der Technik
insbesondere
in Bezug auf notwendige Isolierung und mit dem Koppelglied ökonomisch realisierbare
Leistung zu überwinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
für eine Mischspannungsanlage anzugeben, die aus einem Gleicspannungserzeuger und
einem Wechselspannungserzeuger zusammengesetzt ist, welche mittels Trenn-bzw. Koppigliedern
kombiniert werden, wobei die Trenn- bzw. Koppelglieder bei einwandfreier Trennung
bzw. Kopplung der beiden Spannungserzeuger keine Beschränkung in Bezug auf die Leistung
der Mischspannungsanlage ergeben und die Mischspannungsanlage oder ihre einzelnen
Teile keine außergewöhnlichen Isoliermaßnahmen erfordern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge löst, daß in der Schaitungsanordnung
für die Prüfanlage zur Überlagerung einer Gleichspannung mit einer Wechselspannung,
in der ein Gleiotispannungserzeuger und ein Wechselspannungs erzeuger parallel auf
einen Prüfling arbeiten und als Koppelglied vom ectiselspannungserzeuger zum Prüfling
ein Kondensator goschaltet
ist, als Koppelglied vom Gleichspannungserzeuger
zum Prüfling bzw. als Trennglied vom Wechselspannungserzeuger zum Gleichspannungs
erzeuger im leitungszug des Gleichspa.nnungszweigs, vor dem gemeinsamen Verbindungspunkt
des Gleichspannungszweiges mit dem Wechselspannungszweig in Richtung zum Prüfling,
ein Ventil geschaltet ist0 Für den Fall, daß der Gleichspannungserzeuger mit einer
höheren Frequenz als der Wechselspannungser#æeuger gespeist wird, ergibt sich
eine Verformung der Mischspannung bei Belastung der Anlage mit einem kapazitiven
ohmschen Prüfling, die dadurch beseitigt wird, daß in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
im Leitungszug des Gleichspannungserzeugers zwischen dem Gleichspannungserzeuger
und dem Koppelventil eine zusätzliche RC-Kombination eingeschaltet ist.
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Die Ereindung wird nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnunzen zeigen: Fig. 1s eine Schaltungsanordnung
für eine Mischspannungsanlage, die eine mit Wechselspannung überlagerte Gleichspannung
liefert, unter erfindungs
gemser Verwendung eines Koppelventils.
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Fig. 2s den Potentialverlauf im Leerlauf an verschiedenen Punkten
der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1.
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Fi.g 3s den Potentialverlauf bei Belastung an verschiedenen Punkten
der Schaltungaanordnung nach Figur 1.
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Fig. 4: eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine
Mischspannungsanlage unter Verwendung eines Koppelventiles mit einer zusätzlichen
RC-Eombination.
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Fig. 5s den Potentialverlauf bei Belastung an verschiedenen Punkten
der Schaltungsanordnung nach der Fig. 4.
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In der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 erbeitet ein GleichspEnnungßerzeuger
1 und ein Wechselspannungserzeuger bzw. dessen Wechselspannungskoppeltransformator
2 parallel auf einen Prüfling 3. Damit ihre Spannungsanteile möglichst vollständig
an Prüfling 3 anliegen, die Spannung erzeuger sich aber gegenseitig nicht beeinflussen,
wird in bekannter Weise zwischen jedem Spannnungserzeuger und dem Prüfling 3 ein
Koppel- bzw.
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Trennglied geschaltet. In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
nach der Fig. 1 wird als
Koppelglied für die Gleichspannung zum
Prüfling ein Ventil 4 eingesetzt, das so geschaltet ist, daß es die vom Gleichspannungserzeuger
1 erzeugte Gleichspannung zum Prüfling 3 durchläßt. Damit ist ein eindeutiges Koppelglied
für die Gleichspannung zum Prüfling 3 und ein Trennglied für die Wechselspannung
zum Gleichspannungserreger 1 geschaffen. Bls Koppelglied für die Wechselspannung
zum Prüfling 3 dient in bekannter Weise ein Koppelkondensator 5. Mit dem Koppelventil
wird auch bei großer Belastung des Gleichspannungserzeugers eine gute Kopplung zwischen
ihm und dem Prüfling 3 gewährleistet, da zwischen dem Gleichspannungserzeuger 1
und dem Prüfling 3 nur ein geringer Spannungsabfall auftritt, der bedingt ist durch
den Durchlaßwiderstand des Koppelventils 4 und eines eventuell für das Koppelventil
4 vorzusehenden Schttzwiderstandes 6. Mit 7 ist der Glättungskondensator bezeichnet,
der zum Gleichspannungserzeuger 1 gehört und verschiedentlich auch als ladekondensator
beszeichnet wird. Die mit dieser Schaltungsanordnung im gemeinsamen Verbindungspunkt
II von Gleichspannungszweig und Wechselspannungszweig sich ergebende Mischspannung
entsteht nach folgendem Prinzip: Da der Wechselspannungskoppeltransformator 2
mit
dem Eo,,pelkondensator 5, dem Koppelventil 4 und dem Gleichspannungserzeuger 1 auch
eine Gleichrichterschaltung bildet wird der Koppel-Kondensator 5 auf den Scheitelwert
der Wechselspannung aufgeladen. Dazu addiert sich noch die Wechselspannung, die
vom Wechselspannungskoppeltransformator 2 erzeugt wird, so daß am Punkt II der Schaltungsanordnung
nach der Figur 1 eine vom Wechselspannungskoppeltransformator 2 verursachte pulsierende
Spannung entsteht, die zwischen 0 und dem zweifachen Scheitelwert der Wechselspannung
des Wechselspannungskoppeltransformators 2 schwankto Zu dieser Spannung addiert
sich noch die vom Gleichspannungser zeuger 1 erzeugte Gleichspnnnungw Im eingeschwungenen
Zustand ist die maximale Spannung im Punkt II der Schaltungsanordnung nach der Figur
1 gleich der Summe der Gleichspannung vom Gleichspannungserzeuger 1 und dem doppelten
Sccheitelwert der Wechsel spannung des Wechselspannungskoppeltransformators 2.
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In der Figur 2 wird der im eingeschwungenen Leerlaufzustand der Schaltungsanordnung
nach der Figur 1 sich herausbildende Potentialverlauf / an drei verschiedenen Punkten
(I,II,III) der Schaltunsanordnung dargestellt.
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Wenn die Prüfanlage nach der Schaltungsanordnung
der
Figur 1 mit einem kapazitivohmschen Prüfling 3 belastet wird, entlädt sich der Koppelkondensator
5 über den Yrüfling 3. Dadurch sinkt die Spannung am Koppelkondensator 5 ab. Das
Minimum der Wechselspannung am Koppelkondensator 5 sinkt unter das Gleichspannungspotential.
Beim Unterschreiten des Gleichspannungspotentials wird der Koppelkondensator 5 durch
den Gleichspannungserzeuger nachgeladen. Das Nachladen hat eine Überlagerung der
Gleichspannungswelligkeit auf die Wechselspannung zur Folge, 10v durch die Sinusform
der Wechselspannung in ihrem Minimum verfälscht wird. Dieser Effekt tritt auf, wenn
der Gleichspannungserzeuger 1 mit einer Spannung erregt wird, deren Frequenz größer
als die zu überlagernde Frequenz der Spannung des Wechselspannungskoppeltransformators
2 ist. Weil diese Verfälschungen der Spannungsform meist unerwünscht sind, ist die
Schaltungsanordnung nach Figur 1 für den Anwendungsfall geeignet, wenn die Speiseapannung
oder Erregerspannung des Wleichsppnnungs erzeugers 1 und die zu überlagernde Wechselspannung
des Wchselspannungskopp eitransf orma tors 2 wenigstens annähernd die gleiche Frequenz
haben. Die Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Spannungen kann dabei entweder
Oo
oder 1806 betragen.
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Andererseits ist aber für den Gleichspannungserzeuger 1 eine Speisespannung
mit höberer Frequenz erwünscht, weil dann bei geringem Spannungsabfall und einer
geringen Welligkeit der erzeugten Gleichspannung eine kleinere Kapazität für den
Glättungskondensator 7 verwendet werden kann, Für diesen Fall, daß die Speisespannung
des Gleichspannungserzeugers 1 eine höhere Frequenz als die zu überlagernde Wechselspannung
des Wechselspannungskoppeltransformators 2 besitzt, ist in der Figur 3 der Potentialverlauf
der Schaltungsanordnung nach der Figur 1 schematisch dargestellt. Dießer Nachteil
der SchaltungsX anordnung nach der Fig. 1 wird durch eine zusätzliche Schaltungsmaßnabme
in einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die in der Figur 4 dargestellt
ist, vermindert.
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Durch die RC-Eombination, bestehend aus dem Widerstand 8 und dem Glättungskondensator
9 wird die Welligkeit der Gleichspannung wesentlich vermindert und die Nachladung
des Eoppelkondensators 5 erfolgt nun durch die am Glättungskondensator 9 liegende
stärker geglättete
Gleichspannung, Der Glättungskondensator 9 wirkt
somit als Stützkondensattr für das Potential des Koppelkondensators 50 Der entsprechende
Potentialverlauf an den drei erwähnten Punkten der Schaltungsanordnung nach der
Figur 4 wird vereinfacht in der Figur 5 dargestellt.