DE4229770A1

DE4229770A1 - Verfahren zur Messung der transienten wiederkehrenden Spannung eines Stromkreises und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4229770A1
Application number: DE4229770A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Kaczkowski
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Hochspannungstechnik AG
Priority date: 1992-09-05
Filing date: 1992-09-05
Publication date: 1994-03-10

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung der transienten wiederkehrenden Spannung eines Stromkreises gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Stand der Technik

Um die transiente, wiederkehrende Spannung (TRV) eines Stromkreises festzustellen ohne eine Abschaltung eines echten Kurzschlusses vornehmen zu müssen, benutzt man in der Regel eine Stromeinspritzmethode. Als Energiequelle wird in diesem Fall eine Niederspannungsquelle eingesetzt. Der zu untersuchende Stromkreis ist in der Regel bei niederen Frequenzen induktiv und linear. Der in diesen Stromkreis eingespritzte Strom, der nach einer Halbwelle abgeschaltet wird, hat die Form einer gedämpften Sinusfunktion. Für die Abschaltung wird eine Diode verwendet. An der Diode steht nach der Abschaltung des eingespritzten Stromes die Spannung an, die proportional zur TRV ist, wobei ein linearer Strom kreis zugrundegelegt ist.

Für diese Messungen werden besonders ausgesuchte Dioden ver wendet, die jedoch keinesfalls ideal sind. Jede Diode weist eine Kapazität und eine bestimmte Durchlaßspannung auf. Insbesondere für höhere Ströme und Spannungen geeignete Dioden weisen beträchtliche Abschaltzeiten auf, die der Größenordnung nach im Bereich des time delay des Strom kreises liegen können. Hieraus resultiert eine gewisse Unge nauigkeit bei der Bestimmung des time delay.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Messung der transienten, wiederkehrenden Spannung eines Stromkreises anzugeben, welches genauer als herkömmliche Verfahren arbeitet, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die einfacher herzustellen und zu bedienen ist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent lichen darin zu sehen, daß das time delay genauer und wesentlich einfacher bestimmbar ist als mit den herkömmli chen Methoden. Die injektierten Ströme sind etwa zehnmal kleiner, wodurch auch das Injektionsgerät kleiner und hand licher ausgeführt werden kann, zudem werden auch an die Energieversorgung für das Injektionsgerät geringere Anforde rungen gestellt. Als besonders vorteilhaft zeigt es sich, daß in dem Kreis in welchem der Injektionsstrom fließt, keine nichtlinearen Elemente vorhanden sind.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 3 eine erste Spannungskurve,

Fig. 4 eine zweite Spannungskurve, und

Fig. 5 eine dritte Spannungskurve.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung. Ein Rechteckgenerator 1 weist zwei Ausgänge 2, 3 auf, von denen der erste Ausgang 2 mit einer Parallelschaltung eines Widerstandes 4 mit einer Korrektur schaltung 5 verbunden ist. Die Korrekturschaltung 5 weist eine Reihenschaltung eines Kondensators 6 mit einem Wider stand 7 auf. Der Ausgang der Parallelschaltung ist über eine Leitung 8 mit einer Klemme 9 verbunden. An die Klemme 9 ist ein nicht dargestelltes Registriergerät, wie beispielsweise ein Transientenrecorder oder ein Kathodenstrahloszillograph, angeschlossen. Von der Leitung 8 zweigt eine Leitung 10 ab zu einem Umschalter 11, der zwei Stellungen aufweist. In der gezeigten Stellung des Umschalters 11 ist die Leitung 10 mit einer Klemme 12 eines Vergleichswiderstandes 13 verbunden. Die andere Seite des Vergleichswiderstandes 13 ist mit einer Leitung 14 verbunden, die ihrerseits mit dem zweiten Ausgang 3 des Rechteckgenerators 1 in Wirkverbindung steht. Die Lei tung 14 ist zudem mit einer Klemme 15 verbunden. Die Klemme 15 stellt eine erste Eingangsklemme eines schematisch ange deuteten Stromkreises 17 dar. Eine Klemme 18, die mit einer Klemme 19 des Umschalters 11 verbunden ist, stellt die zweite Eingangsklemme des Stromkreises 17 dar, so daß mit der Hilfe des Umschalters 11 wahlweise der Vergleichs widerstand 13 oder der Stromkreis 17 zugeschaltet werden kann. Die Klemme 15 ist hier mit einer Erde 20 verbunden, so daß sowohl der Ausgang 3 des Rechteckgenerators 1 als auch die eine Eingangsklemme des Stromkreises 17 poten tialmäßig eindeutig festgelegt sind. Es ist jedoch auch möglich, die Klemme 15 an ein freies Potential zu legen. Hier zweigt von der Leitung 14 eine Leitung 21 ab, die das Bezugspotential der Klemme 15 in das Registriergerät leitet. In der Regel ist die Leitung 21 als Schirm um die Leitung 8 ausgebildet.

Die Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung. Der Rechteckgenerator 1 ist dabei zwischen die Anschlußklemmen 22, 23 einer nicht dargestell ten Gleichspannungsquelle geschaltet, zudem ist er mittels eines Vorwiderstandes 24 geschützt. Von der Anschlußklemme 22 führt eine Leitung 25 über einen Vorwiderstand 26 zum Emitter eines Transistors 27. Der Ausgang 2 des Rechteck generators 1 ist über einen Widerstand 4 mit der Basis des Transistors 27 verbunden, wobei die Basis über eine Diode 28, die mit einer Zenerdiode 29 in Reihe geschaltet ist, mit der Leitung 25 verbunden ist. Die Diode 28 läßt Strom in Richtung Transistor 27 durch. Durch diese Diode 28 ist die Emitterdiode des Transistors 27 temperaturkompensiert. Der Kollektor des Transistors 27 ist über eine Leitung 8 mit einer Klemme 9 verbunden. An die Klemme 9 ist ein nicht dar gestelltes Registriergerät angeschlossen. Von der Leitung 8 zweigt eine Leitung 10 ab zu einem Umschalter 11, der zwei Stellungen aufweist. In der gezeigten Stellung des Umschal ters 11 ist die Leitung 10 mit einer Klemme 19 und diese mit einer Klemme 18 verbunden. Die Klemme 18 stellt die eine Eingangsklemme des Stromkreises 17 dar. Die Klemme 15 stellt die andere Eingangsklemme des Stromkreises 17 dar, sie ist über die Leitung 14 mit der Anschlußklemme 23 verbunden. Eine zweite Klemme 12 des Umschalters 11 ist über den Vergleichswiderstand 13 mit der Leitung 14 verbunden, so daß auch hier mit der Hilfe des Umschalters 11 wahlweise der Vergleichswiderstand 13 oder der Stromkreis 17 zugeschaltet werden kann. Die von der Leitung 14 abzweigende Leitung 21 wird in der Regel als Schirm um die Leitung 8 ausgebildet.

Das Registriergerät wird vorteilhaft mit einer Integrations einrichtung versehen, da dadurch eine schnellere Aufberei tung der Meßresultate möglich ist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird die Zeichnung, insbe sondere die Fig. 3 bis 5 näher betrachtet. Die Fig. 3 zeigt die Kurvenform der am Vergleichswiderstand 13 abfallenden Spannung U(t) , wenn die Vorrichtung wie in Fig. 1 beschaltet ist. Mit der Hilfe der Korrekturschaltung 5 kann in diesem Fall der tatsächliche Verlauf des Spannungsimpulses dem theoretischen rechteckigen Verlauf genügend genau angegli chen werden. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist eine der artige Korrekturschaltung nicht nötig. Der Maximalwert der eingegebenen Spannung ist U₀.

Die Fig. 4 zeigt die Kurvenform der am Stromkreis 17 abfallenden Spannung U_x(t). Aus dieser Fig. 4 läßt sich mit Hilfe einer an den ansteigenden Teil des Kurvenverlaufes angelegten Tangente T1 mit guter Genauigkeit das time delay t_del ermitteln.

Wird die Kurve gemäß Fig. 4 in einer in dem Registriergerät vorgesehenen Integrationseinrichtung integriert, so erhält man den in Fig. 5 gezeigten Kurvenverlauf. Der maximale Scheitelwert U_p der TRV läßt sich aus dieser Kurve genau ablesen. Aus dieser Fig. 5 läßt sich zudem mit Hilfe einer an den ansteigenden Teil des Kurvenverlaufes angelegten Tangente T2 mit guter Genauigkeit die Steilheit der TRV, die als Steigung dieser Tangente definiert ist, ermitteln. In den IEC-Vorschriften wird genau geschildert, wie eine derar tige Tangente anzulegen ist und wie die Steilheit zu ermit teln ist, so daß hierauf hier nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Im Anschluß an diese Messungen müssen lediglich nur noch die Resultate mit einem Umrechnungsfaktor umgerechnet werden, so daß sie für den tatsächlichen Prüf strom gelten.

Bezeichnungsliste

1 Rechteckgenerator
2, 3 Ausgang
4 Widerstand
5 Korrekturschaltung
6 Kondensator
7 Widerstand
8 Leitung
9 Klemme
10 Leitung
11 Umschalter
12 Klemme
13 Vergleichswiderstand
14 Leitung
15 Klemme
17 Stromkreis
18 Klemme
19 Klemme
20 Erde
21 Leitung
22 Anschlußklemme
23 Anschlußklemme
24 Vorwiderstand
25 Leitung
26 Vorwiderstand
27 Transistor
28 Diode
29 Zenerdiode

Claims

1. Verfahren zur Messung der transienten, wiederkehrenden Spannung (TRV) eines Stromkreises (17) mittels einer Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet,

- daß mindestens ein rechteckiger Spannungsimpuls generiert und in der Vorrichtung in einen rechteckigen Stromimpuls umgesetzt wird,
- daß dieser mindestens eine Stromimpuls über einen Vergleichswiderstand (13) geleitet wird,
- daß der Spannungsabfall über dem Vergleichswider stand (13) gemessen und aufgezeichnet wird und für die Kalibrierung der Vorrichtung verwendet wird,
- daß dieser Stromimpuls in den Stromkreis (17) gelei tet und der Spannungsabfall im Stromkreis (17) gemessen und aufgezeichnet wird,
- daß dieser Spannungsabfall im Stromkreis (17) in der Vorrichtung integriert und die resultierende Kurve aufgezeichnet wird, und
- daß aus der Aufzeichnung des Spannungsabfalls im Stromkreis (17) das time delay und aus der Aufzeichnung des integrierten Spannungsabfalls die Steilheit und der maximale Scheitelwert der TRV bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß mittels einer Korrekturschaltung (5) der über dem Vergleichswiderstand (13) auftretende Spannungsab fall dem idealisierten rechteckigen Verlauf des Spannungsimpulses angeglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Folge rechteckiger Spannungsimpulse generiert und verarbeitet wird, und
- daß die so gemessenen TRV-Werte in der Vorrichtung für eine Mittelwertbildung zusammengefaßt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

- daß an deren Eingang ein Rechteckgenerator (1) für die Erzeugung von rechteckigen Spannungsimpulsen vorgesehen ist,
- daß ein erster Ausgang (2) des Rechteckgenerators (1) mit einem Schaltungselement für die Umsetzung der Spannungsimpulse in Stromimpulse beschaltet ist,
- daß ein zweiter Ausgang (3) des Rechteckgenerators (1) mit einer Erde (20) verbunden oder potentialfrei ausgeführt ist,
- daß das Schaltungselement für die Umsetzung der Spannungsimpulse in Stromimpulse einen Ausgang auf weist, der wahlweise über einen Vergleichswiderstand (13) oder über einen Stromkreis (17) mit dem zweiten Ausgang (3) des Rechteckgenerators (1) verbindbar ist, und
- daß ein Registriergerät für die Aufzeichnung der Spannungsabfälle über dem Vergleichswiderstand (13) und in dem Stromkreis (17) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Registriergerät mit einer Integrationsein richtung versehen ist.