DE3525507C2 - - Google Patents

Description

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 Hochspannungsprüf­ transformators, der auf seiner Sekundärseite mit einem stark kapazitätsbehafteten Prüfling in Verbindung steht.

Es ist bekannt, mittels Hochspannungstransformatoren oder Wechselspannungs-Hochspannungsprüfanlagen Schaltüberspan­ nungen in Höchstspannungsnetzen nachzubilden. Bei einer Anordnung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbe­ sondere zur Prüfung von Isolieranordnungen und Hochspan­ nungsgeräten wird ein Prüftransformator verwendet, dessen Primärwicklung mittels eines elektronischen Schalters we­ niger als eine halbe Periode einer Wechselspannung einge­ schaltet ist. Das Einschalten erfolgt bei Spannungswerten in der Nähe oder beim Scheitelwert und das Ausschalten in der Nähe oder im Nulldurchgang der Primärspannung, womit Aus­ gangsspannungen mit dem doppelten Scheitelwert der Nenn­ spannung, die auch schwingenden Verlauf haben können, ent­ stehen (DD 50 683). Die Nachbildung der in Höchst­ spannungsnetzen der Energieversorgung auftretenden Schalt­ überspannungen verlangt jedoch immer leistungsfähigere An­ lagen, 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. Ivanov werden zwei unterschied­ lich abgestimmte Schwingkreise entgegengeschaltet, wobei sich zwei gedämpfte Cosinusschwingungen mit einem Frequenz­ verhältnis 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 Zusam­ menwirken 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. Schal­ tungsanordnung treten dabei infolge des Zustandekommens eines weiteren Schwingkreises - hervorgerufen durch die Prüflings­ kapazität und die Hochspannungstransformatorstreuinduktivität - noch stärkere Oberwellen im Schwingungsverlauf auf, wobei eine nicht normbare Folge von unregelmäßig wechselnden größeren und kleineren Scheitelwerten im Verlauf auftreten. Als entscheidende Nachteile der bekannten Schaltungen sind jedoch der geringe Ausnutzungsgrad der Spannung und die Un­ symmetrie des Schwingungsverlaufes zur Nullinie zu nennen. Unabhängig von den o.g. Lösungen zur Erzeugung von Schalt­ spannungen ist auch z. B. für die Zwecke der Plasmaphysik eine Schaltung unter der Bezeichnung "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 Strom­ änderung nach der Zeit den Wert 0 angenommen hat, ein Schal­ ter die Spule kurzschließt. Damit wird jedoch in der Spule ein Stromverlauf erzeugt, der einer aperiodischen, exponen­ tiellen Funktion entspricht (DE-AS 12 46 113).

Es sind auch Schaltungsanordnungen bekannt, mit denen Schalt­ spannungen erzeugt werden, indem ein Kondensator über die Niederspannungswicklung eines Prüftransformators entladen wird (Elektricestvo, (1979) 5, S. 1-5). Zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen werden Stoßtransforma­ toren eingesetzt, die sekundärseitig einen Leistungsstoß hoher Spannung liefern (ETZ, A, Bd. 81, H. 10, S. 355-360). Dazu werden mittels geeigneter Schaltelemente einzelne oder periodische, oft sehr energiereiche Kondensator-Entladungen eingespeist. Das Ergebnis dieser Kondensator-Entladungen sind jedoch nicht die Erzeugung von schwingenden Schaltspannungen, die eine bessere Aussage über die im Netz auftretenden Bean­ spruchungen erlauben, sondern nur zur Nullinie extrem un­ symmetrische Spannungsverläufe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung 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 Ausführungs­ beispieles und einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für die Schaltspannungser­ zeugung,

Fig. 2 Kurvenverläufe.

In der Fig. 1 ist ein für 50-Hz-Betrieb bemessener Hoch­ spannungs-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 Gleich­ spannungsquelle aufgeladen werden kann. Die Gleichspannungs­ quelle ist von der Kondensatorbatterie 4 so entkoppelt, daß sie das Verhalten der dargestellten Schaltung praktisch nicht beeinflußt. Mit Hilfe eines Thyristorschalters 5 kann der ge­ ladene Kondensator 4 unter Zwischenschaltung von Induktivi­ täten 6 und 7 und eines ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 an die Primärwicklung 9 des Hochspannungs-Prüftrans­ formators 1 geschaltet werden. Durch Zünden eines antiparallel zu einer Diode 10 geschalteten Thyristorschalters 11 können die links und rechts hiervon liegenden Schaltungsteile von­ einander entkoppelt werden.

Da Hochspannungs-Prüftransformatoren meist mehrere Unterspan­ nungswicklungen 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 ange­ schaltet werden.

Die wichtigsten zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung in vorstehend beschriebener Schaltung zeigt Fig. 2. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird die Übersetzung des Hoch­ spannungsprüftransformators 1 mit ü=1 angenommen. Für das gewählte Beispiel sei weiterhin angenommen, daß die Kapa­ zität des Kondensators 4 doppelt so groß ist 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 gegenüber Erde positive Spannung auf­ geladen. Mit dem Zünden des Thyristorschalters 5 zum Zeit­ punkt t₁ beginnt ein Stromfluß, dargestellt durch den Kur­ venverlauf a von dem Kondensator 4 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 Prüf­ ling 3 im Verlauf einer Cosinusfunktion ansteigt, fällt die Spannung an dem Kondensator 4 ebenfalls nach einer Cosinus­ funktion, deren zeitlicher Verlauf in Kurve c 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 7, dem Dämpfungswiderstand 8, der Diode 10 mit dem parallel liegen­ den Thyristorschalter 11, dem Hochspannungsprüftransformator 1 und dem Prüfling 3. Die Spannung am Prüfling 3 schwingt in Form einer gedämpften Cosinusschwingung, wie in Kurve b dar­ gestellt ist, symmetrisch um die Nullinie aus. Frequenz und Dämpfung des Spannungsverlaufes am Prüfling 3 können mit Hilfe der Induktivität 7 und des ohmschen Dämpfungswiderstan­ des 8 eingestellt werden. Die Induktivität 6 dient als Überstromschutz für die Thyristorschalter 5 und 11 in Havarie­ fällen. Der Kondensator 4 kann selbstverständlich durch Parallel- u/o Reihenschaltung einzelner Kondensatoren zu­ sammengeschaltet sein.

Claims (3)

1. 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, der auf seiner Sekundärseite mit einem stark kapazitätsbehafteten Prüfling in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Schaltelement parallel zur Primärwicklung (9) angeordnet ist, das im ersten Stromnulldurchgang des Primär­ stromes oder zumindest in seiner Nähe schließt, wodurch sich ein Reihenschwingkreis, bestehend aus der Streuinduktivität des Hochspannungsprüftransformators (1), der Kapazität des Prüf­ lings (3) und der Eigenkapazität des Hochspannungsprüftransfor­ mators (1) bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reihenschwingkreis einzeln oder gemeinsam Zusatz­ induktivitäten (7), Zusatzkapazitäten und Dämpfungswiderstände (8) eingeschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schaltelemente Thyristorschalter (5; 11) Anwendung finden und dazu diesen jeweils eine Diode (10) anti­ parallel geschaltet ist.