DE2127031A1 - Controlled high-voltage cut-off spark gap - Google Patents
Controlled high-voltage cut-off spark gapInfo
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- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
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Description
Dr. WOLF-D. FEDER Akte 71-10-105 Dr. WOLF-D. FEDER file 71-10-105
4 Düsseldorf 28. Mai 1971 WF/Ka4 Düsseldorf May 28, 1971 WF / Ka
Gesteuerte Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke.Controlled high-voltage cut-off spark gap.
Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke, bestehend aus einer Kette von hintereinandergeschalteten Teilfunkenstrecken und zu diesen parallel und untereinander in Eeihe geschalteten Kondensatoren zur Potentialsteuerung der einzelnen Teilfunkenstrecken. Solche Vorrichtungen werden zur Prüfung von Transformatorwicklungen mit Hilfe von unterbrochenen Spannungswellen verwendet. KLr einen erfolgreichen Verlauf dieser Prüfungen ist es notwendig, daß die angelegte Spannung innerhalb einer Toleranz von — einer Zehntel-Mikrosekunde der gewünschten, seit dem Beginn der Spannungswelle verflossenen Zeit unterbrochen wird.The invention relates to a controlled high-voltage cut-off spark gap, consisting of a chain of series-connected partial spark gaps and parallel to them and one below the other Series-connected capacitors to control the potential of the individual partial spark gaps. Such devices are used to test transformer windings with the help of interrupted voltage waves. KLr a successful one During these tests it is necessary that the applied voltage is within a tolerance of - a tenth of a microsecond the desired time that has elapsed since the start of the voltage wave is interrupted.
Darüber hinaus besteht in der Hochspannungs-Impulstechnik ein Bedürfnis nach mehreren parallelschaltbaren Funkenstrecken, um die Induktivität der Anordnungen zu verkleinern. Das setzt voraus, daß die parallelgeschalteten Funkenstrecken einzeln auslösbar sind, daß sie so präzis und so schnell durchzünden, daß an allen gleichzeitig die Klemmenspannung zusammenbricht.In addition, there is a need in high-voltage pulse technology for several parallel-connectable spark gaps in order to to reduce the inductance of the assemblies. This assumes that the spark gaps connected in parallel can be triggered individually are that they ignite so precisely and so quickly that the terminal voltage collapses at all of them at the same time.
Für Spannungen bis zu 500 000 Volt kann dieser Forderung mit einer gesteuerten Kugelfunkenstrecke genügt werden. Bei größeren Spannungen weist jedoch eine Kugelfunkenstrecke große Nachteile auf. In erster Linie scheitert eine solche Vorrichtung an derFor voltages up to 500,000 volts, this requirement can be met a controlled spherical spark gap are sufficient. At higher voltages, however, a spherical spark gap has major disadvantages on. In the first place, such a device fails
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erforderlichen Größe der Kugel, da solche großen Kugeln nur sehr schwierig und mit großen Kosten gefertigt werden können. Außerdem wird bei größeren Spannungen der Spielraum für den Elektrodenabstand sehr klein, d.h., bei irgendeinem gegebenen Elektrodenabstand wird der Unterschied zwischen der Minimalspannung, bei der ein Überschlag zwischen den Elektroden einwandfrei gesteuert ausgelöst werden kann und der Spannung, bei der ein Überschlag ohne gesteuerte Auslösung erfolgt, sehr klein, so daß der Überschlag zwischen den Elektroden immer unbestimmter wird.required size of the sphere, since such large spheres only very large difficult and expensive to manufacture. aside from that at higher voltages the margin for the electrode spacing becomes very small, i.e. for any given electrode spacing the difference between the minimum voltage at which a flashover between the electrodes is properly controlled can be triggered and the voltage at which a flashover takes place without controlled triggering, very small, so that the flashover between the electrodes becomes more and more indeterminate.
Es ist bereits eine Funkenstreckenanordnung bekanntgeworden, die aus einer Hauptfunkenstrecke und einer Hilfsfunkenstrecke besteht, von denen beide zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Teilfunkenstrecken aufweisen. Zu diesen Teilfunkenstrecken sind parallel und untereinander in Reihe Widerstände zur Potentialsteuerung der einzelnen Teilfunkenstrecken geschaltet*It has already become known a spark gap arrangement that consists of a main spark gap and an auxiliary spark gap, both of which are two or more connected in series Have partial spark gaps. These partial spark gaps are Resistors connected in parallel and in series to control the potential of the individual partial spark gaps *
Der bisher bekannte Typ Abschneidefunkenstrecke mit einem '. ohmschen Spannungsteiler kann zur Triggerung der zweiten Funkenstrecke nur eine Spannungsverschiebung an der Widerstandskette benutzen. Diese Spannungsverschiebung ist z.B. für die zweite ■Stufe einer vielstufigen Funkenstrecke sehr gering, wenn man von der Verzerrung der -Spannungsverteilung längs der Widerstandskette durch die Streukapazitäten, insbesondere die Erdkapazität, ab^ sieht. Durch die Verzerrung ist die Spannung an der zweiten1 Stufe höher als der Wert, der sich nur aus der Verschiebung des Widerstandsverhältnisses ergibt.The previously known type of cut-off spark gap with a '. Ohmic voltage divider can only use a voltage shift on the resistor chain to trigger the second spark gap. This voltage shift is very small, for example, for the second stage of a multi-stage spark gap, if one disregards the distortion of the voltage distribution along the resistance chain due to the stray capacitances, in particular the earth capacitance. Due to the distortion, the voltage at the second 1 stage is higher than the value that results only from the shift in the resistance ratio.
Die Verzerrung der Spannungsverteilung durch die Streukapazitäten darf hingegen nicht zu groß sein, damit die Funkenstrecke nicht schon durch die auftreffende Stoßspannung anspricht, sondern1 erst durch das Triggersignal an der untersten Teilfunkenstrecke.The distortion of the voltage distribution by the stray capacitances, however, must not be too large, so that the spark gap is not already appeals by the incident surge, but only one by the trigger signal at the lowest part of the spark gap.
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Der Einfluß der Streukapazitäten auf die Spannungsverteilung kann bekanntlich dadurch begrenzt werden, daß man den Widerstandswert der gesamten Steuerwiderstandskette nicht größer als einige 10 Ohm wählt. Dieser relativ niedrige Ohmwert begrenzt aber die Anwendung einer widerstandsgesteuerten Mehrfachfunkenstrecke. Man kann nur Sp annungs impulse von einigen ~LQr Mikrosekunden Dauer zulassen, langer andauernde Spannungen mit ; Amplituden von einigen IvIV wurden in einem Widerstand von einigen i 10 Ohm eine.* derart große Wärme erzeugen, daß man mit beträchtlichem Aufwand kühlen müßte. Wenn man gar bei mehreren parallel- ; geschalteten Abschneidefunkenstrecken jede Teilfunkenstrecke \ mit einem Widerstand der genannten Größenordnung steuern muß, j ist der Energieverlust nur durch die Steuerung der Teilfunken- ; strecken sehr groß.As is known, the influence of the stray capacitances on the voltage distribution can be limited by choosing the resistance value of the entire control resistor chain to be no greater than a few tens of ohms. However, this relatively low ohmic value limits the use of a resistance-controlled multiple spark gap. One can only allow voltage impulses of a few ~ LQr microseconds duration, longer lasting voltages with; Amplitudes of a few IvIV in a resistance of a few i 10 ohms would generate such a large amount of heat that one would have to cool with considerable effort. If you even have several parallel; switched cut-off spark gaps must control each partial spark gap \ with a resistance of the order of magnitude mentioned, j is the energy loss only through the control of the partial spark; stretch very big.
Die erfindungsgemäße Lösung des Problems des Energieumsatzes bei . länger andauernden Spannungen und bei der Parallelschaltung von mehreren derartigen Funkenstrecken besteht darin, daß anstelle ' eines ohmschen ein kapazitiver Teiler verwendet wird, wobei die gesteuerte Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke dadurch ge- : kennzeichnet ist, daß mit Ausnahme der obersten Teilfunkenstrecke zwischen den Kondensatoren und den Teilfunkenstrecken Impedanzen angeordnet sind, und daß mindestens eine der an einem Ende der Kette befindlichen Teilfunkenstrecken mit einer Triggerelektrode ; versehen ist. ;The inventive solution to the problem of energy expenditure. longer lasting voltages and when connecting in parallel several such spark gaps is that instead of ' an ohmic and capacitive divider is used, whereby the controlled high-voltage cut-off spark gap is thereby: indicates that, with the exception of the uppermost partial spark gap between the capacitors and the partial spark gap, impedances are arranged, and that at least one of the partial spark gaps located at one end of the chain with a trigger electrode; is provided. ;
Ein kapazitiver Teiler zeigt bekanntlich, keine zeitabhängige Verzerrung der Spannungsverteilung durch die Einwirkung der Streukapazitäten. Die sogenannte Anfangsverteilung und die End- i Spannungsverteilung sind bei diesem Teilertyp identisch. Man kann· also zu:giLuslösung weiterer Teilfunkenstrecken nach der Triggerung der ersten Teilfunkenstrecke nicht ohne weiteres mit. den Über- ; spannungen wie an einem ohmschen Teiler rechnen. Dieser Nachteil jAs is well known, a capacitive divider shows no time-dependent distortion of the voltage distribution due to the effect of the stray capacitances. The so-called initial distribution and the final i stress distribution are identical for this type of divider. One can· So to: giLus solution of further partial spark gaps after triggering of the first partial spark gap is not readily apparent. the over-; calculate voltages as on an ohmic divider. This disadvantage j
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des kapazitiven Teilers kann dadurch umgangen werden, indem der Entladestrom des untersten Teilkondensators nach der Zündung der untersten Teilfunkenstrecke·zur Auslösung der zweiten Teilfunkenstrecke benjfcutzt wird. Der Entlade strom des zweituntersten Teilkondensators löst die dritte Teilfunkenstrecke aus usw.of the capacitive divider can be bypassed by reducing the discharge current of the lowest partial capacitor after the ignition of the lowest partial spark gap · to trigger the second partial spark gap is used. The discharge current of the second lowest partial capacitor triggers the third partial spark gap, etc.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.Embodiments of the subject matter of the invention are explained below with reference to the drawing.
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
W Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer gesteuerten Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke, und W Figure 1 shows the basic structure of a controlled high-voltage cut-off spark gap, and
Figur 2 eine Ausführungsform der gesteuerten Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke, bei der die Impedanzglieder zwischen den Teilerkondensatoren und den Funkenstrecken angeordneten Impedanzen mit einer Spannungsabgreifanordnung zur Speisung einer Triggerelektrode versehen sind.FIG. 2 shows an embodiment of the controlled high-voltage cut-off spark gap, in which the impedance elements are arranged between the divider capacitors and the spark gaps impedances are provided with a voltage pick-up arrangement for feeding a trigger electrode.
Das allgemeine Prinzip, die in den Elementen 0-,...O1- des kapazitiven Teilers gespeicherte Energie zur Triggerung von Teilfunkenstrecken zu benutzen, kann gemäß Figur 1 am einfachsten . dadurch realisiert werden, daß man zwischen den Teilerelementen fc und den Funkenstreckenelementen Widerstände IL...B^. anbringt· Der aus gleichen Elementen O1 bis Cj- bestehende Spannungsteiler wird von einer (nicht gezeigten) Spannungsquelle aufgeladen, so daß an den Teilerelementen jeweils die Spannung Uq liegt. Wenn nun die unterste, mit einer Triggerelektrode TE versehene Funkenstrecke F^ durch einen Triggergenerator TG in bekannter Weise mit einem Hilfsfunken ausgelöst wird, entlädt sich der Kondensator O^ über die Funkenstrecke F-,. Dabei entsteht an dem Widerstand R^, eine transiente Spannung mit einer Amplitude UQ. Der Spannungsabfall U.R^ wirkt direkt als Überspannung auf die zweite Funkenstrecke F2 und bringt sie zum Ansprechen. Die Funkenstrecke F2 wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich, durch die Spannung Uq (an C2) und U.Β.», beansprucht.The general principle that in the elements 0 -, O ... 1 - to use the capacitive divider stored energy to trigger partial spark gaps can easily figure 1 the invention. be realized in that between the divider elements fc and the spark gap elements resistors IL ... B ^. attaches · The voltage divider consisting of the same elements O 1 to Cj- is charged by a voltage source (not shown) so that the voltage Uq is applied to each of the divider elements. If the lowest spark gap F ^ provided with a trigger electrode TE is triggered in a known manner with an auxiliary spark by a trigger generator TG, the capacitor O ^ is discharged via the spark gap F-,. This creates a transient voltage with an amplitude U Q at the resistor R ^. The voltage drop UR ^ acts directly as an overvoltage on the second spark gap F 2 and makes it respond. As can be seen from FIG. 1, the spark gap F 2 is stressed by the voltage Uq (at C 2 ) and U.Β. ».
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Die zweite Teilfunkenstrecke Fg wird also nicht nur wie bei einer. widerstandsgesteuerten Mehrfachfunkenstrecke mit einer schwachen Überspannung durch die Spannungsverzerrung an der Kette beansprucht, sondern mit nahezu 100 % Überspannung durch die Überlagerung der beiden Spannungen Uq und U .R,. Das führt dazu, daß, die gezeigte Anordnung einen wesentlich breiteren Auslösebereich I als eine widerstandsgesteuerte Anordnung hat, d.h. die einzelnen' Teilfunkenstrecken können weit unterhalb ihrer statischen An- j Sprechspannung ausgelöst werden. Die Sicherheit der kapazitiv ! gesteuerten Auslösung ist durch den großen Absband zur statischen Ansprechspannung wesentlich größer als bei den bisher bekannten widerstandsgesteuerten Mehrfachfunkenstrecken.The second partial spark gap Fg is therefore not just like one. resistance-controlled multiple spark gap with a weak overvoltage due to the voltage distortion on the chain, but with almost 100 % overvoltage due to the superposition of the two voltages Uq and U .R ,. As a result, the arrangement shown has a much wider triggering range I than a resistance-controlled arrangement, ie the individual partial spark gaps can be triggered well below their static response voltage. The security of the capacitive! controlled tripping is significantly greater than with the previously known resistance-controlled multiple spark gaps due to the large margin to the static response voltage.
Die dritte Teilfunkenstrecke F^ zündet durch die überspannung, die am Widerstand Rp nach der Zündung von Fg entsteht, die vierte Teilfunkenstrecke durch die Überspannung an R, nach der Zündung von F, usw.. ·The third partial spark gap F ^ ignites due to the overvoltage, which arises at the resistor Rp after the ignition of Fg, which fourth partial spark gap due to the overvoltage at R, after the Ignition of F, etc .. ·
Man kann die Breite des Auslösebereichs und die zeitliche j Streuung des Ansprechens der Teilfunkenstrecken weiter dadurch I verbessern, daß man, wie in Figur 2 dargestellt, Teilspannungen j AuRv. ·. ^JTjJ1 · der SpannungsabMle UQ.B£·· ..TT0B^. an-den Wider- : ständen R{..,Hh abgreift und einer Triggerelektrode TEg-TEc an ' der jeweils zugeordneten Teilfunkenstrecke Pg.*.Fc zuführt. jThe width of the tripping area and the temporal spread of the response of the partial spark gaps can be further improved by I, as shown in FIG. 2, partial voltages j A u Rv. ·. ^ JTjJ 1 · the voltage variation U Q .B £ ·· ..TT 0 B ^. at-the resistors : R {.. , Hh taps off and supplies a trigger electrode TEg-TEc at 'the respectively assigned partial spark gap Pg. *. Fc. j
Statt der Widerstände R1 bis R^ (Fig. 1) bzw. R{ - R^ (Fig. 2) können ohne weiteres auch Drosseln verwendet werden. Ebenso kann die Impedanz zwischen den Teilerkondensatoren C£ - Gl und j den Funkenstrecken F£ - FA durch die Primärwicklung eines nicht gezeigten Übertragers gebildet werden, wobei die Sekundärwick- ! lung dieses Übertragers die Triggerelektrode der angeordneten Teilfunkenstrecke speist.Instead of the resistors R 1 to R ^ (Fig. 1) or R {- R ^ (Fig. 2), chokes can easily be used. Likewise, the impedance between the divider capacitors C £ - Gl and j the spark gaps F £ - FA can be formed by the primary winding of a transformer, not shown, the secondary winding! ment of this transmitter feeds the trigger electrode of the arranged partial spark gap.
Weiterfei» kann an Stelle eines rein kapazitiven Teilers zur Steuerung der Spannungsverteilung ein gedämpft kapazitiver Teilop verwendet werden. , 09ββ3/ 1111 ^tentanaprüone^ Furthermore, instead of a purely capacitive divider to control the voltage distribution, a damped capacitive partial op can be used. , 0 9ββ3 / 1111 ^ tentanaprone ^
Claims (1)
Priority Applications (1)
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Also Published As
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