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Steueranordnung für Kathodenstrahloszillographen Die Erfindung betrifft
eine Steuervorrichtung für Katnodenstrahloszillographen, durch die selbsttätig beim
Auftreten von Wanderwellen auf Hochspannungsleitungen Kathodenstrahloszillographen
rechtzeitig für die Aufzeichnung derartiger Erscheinungen in Betrieb gesetzt werden.
Die Erfindung kann auch auf anderen Gebieten, beispielsweise als Höchstgeschwindigkeitsrelais,
Verwendung finden.
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Bei den Untersuchungen über die Wirkung eines Blitzschlages auf elektrische
Kraftübertragungsleitungen ist @es wünschenswert, die entstehenden Sprungwellen
nach Größe, Dauer und Charakter aufzuzeichnen. Hierfür erweist sich als geeignetes
Instrument der Kathodenstrahloszillograph. Im allgemeinen wird die Cbertragungsleitung,
an der die Untersuchung durchgeführt wird, unter Spannung stehen. Die Hilfskreise
des Kathodenstrahloszillographen müssen deswegen derart angeordnet sein, daß eine
Störung des Meßkreises durch die normale Leitungsspannung nicht eintritt. Auch muß
die Verzögerungszeit des Meßkreises geeignet gewählt werden, oder die Sprungwelle
muß in ihrer Einwirkung auf den Oszillographen verzögert werden, bis letzterer im
Betriebszustande ist, die Sprungwelle aufzuzeichnen. Hieraus ergeben sich auch die
Schwierigkeiten, Sprungwellen, die durch Blitze oder ähnliche Erscheinungen auf
übertragungsleitungen hervorgerufen werden, genau aufzuzeichnen. Die Erfindung ermöglicht
nun eine genaue Aufzeichnung von Sprungwellen mit schroffer Wellenstirn und kurzer
Dauer auf LUbertragungsleitungen, die gegebenenfalls auch unter Spannung stehen
können. Die Sprungwelle kann positiv, negativ oder oszillatorisch sein.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer Ausführungsform
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i eine Schaltanordnung zur Steuerung eines
Kathodenstrahloszillographen und Abb. z die Wiedergabe einer Sprungwelle, die durch
einen Blitz auf einer Kraftleitung hervorgerufen wurde, durch die Anordnung nach
Abb. i.
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i o ist eine Phase der Hochspannungsleitung, i i ein Kathodenstrahloszillograph
mit der Kathode 12, Anode 13 und röhrenförmigen öffnung 1q., durch die,ein Teil
der Kathodenstrahlen auf ihrem Wege zum Film 17 hindurchgeht. Zwischen Anode und
Film befinden sich die Hilfsplatten 15 und die Ablenkungsplatten 16.
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Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß beim Normalzustand der Leitung
io keine Kathodenstrahlen von der Kathode 12 ausgehen.
Die Aufgabe
besteht nun darin, den Oszillographen durch eine abnoZme Sprungwelle auf der Übertragungsleitung
rechtzeitig in Betrieb zu setzen, um die Welle auf dem Film 17 genau aufzuzeichnen.
Dies erfordert die plötzliche Auslösung der Kathodenstrahlen beim Auftreten der
Sprungwellen, ferner die gleichzeitige Erregung der Hilfsplatten 15,
um den
Kathodenstrahl zur Ausbildung einer Zeitachse über den Film zu bewegen, und der
Ablenkungsplatten 16, durch die der Kathodenstrahl infolge der Sprungwelle
senkrecht zur durch die Hilfsplatten i 5 hervorgerufenen Richtung bewegt wird.
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Für die Erregung der Kathode ist eine Hilfsstromquelle wie folgt vorgesehen:
Kathode und Anode des Kathodenstrahloszillographen oder Kathode und Erde sind über
die Kondensatoren 19 und 2o und eine hochgespannte Gleichstromquelle verbunden.
Die Gleichstromquelle besteht aus einem Zweiwegventil2z und 22, das über den Transformator
23 von der Wechselstromquelle 24 gespeist wird. Die Anordnung ist derart, daß ein
bestimmtes negatives Potential gegen Erde an der Kathode 12 hervorgerufen wird.
Ferner ist vorzugsweise eine Regelvorrichtung, beispielsweise ein Induktionsregler
25, vorgesehen, um die Ladespannung an den Kondensatoren i9 und 20 zu regeln. In
Reihe mit diesen liegt eine Funkenstrecke mit den Kugeln 26, 27, zwischen denen
eine dritte Kugel 28 angeordnet ist, die mit der Leitung i o durch ein Kapazitätspotentiometer,
beispielsweise eine Isolatorenkette 29, verbunden ist. Die Kondensatoren i9 und
2o werden über den hohen Widerstand 3o durch das Zweiwegventil ständig aufgeladen,
so daß an 'den Kugeln 26 und 27 ein hohes Gleichstrompotential, beispielsweise 5o
ooo bis i oo ooo Volt, liegt. Die Funkenstrecke ist einstellbar, und zwar -wird
sie derart eingestellt, daß die Spannung nicht ausreicht, die Strecke unter normalen
Bedingungen über die Mittelkugel 28 zu durchschlagen. Die Kuge128 wird normalerweise
durch die geerdete Kapazität 29 auf ein Potential gebracht, das ungefähr in der
Mitte zwischen den den Kugeln 26 und 27 aufgeprägten Potentialen liegt. 29 besteht
aus einer Isolatorenkette von hinreichender Länge, die der Sprungwelle widersteht,
ohne daß Funken überspringen, und besitzt eine hinreichende Kapazität, um die Kugel
28 durch die Leitung io in geeigneter Weise aufzuladen.
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Tritt eine positive oder negative Welle auf der Leitung io auf, dann
steigt oder fällt das Potential der Mittelkuge128 derart, daß ein Durchschlag zwischen
ihr und einer der Kugeln 26 oder 27 stattfindet; Hierdurch wird zugleich ein Überschlag
zwischeu den Kugeln 26 und 27 über die Kugel 28 eingeleitet und die linke Hälfte
der Kondensatoren i9 und 2o kurzgeschlossen, wodurch sofort die Spannung zwischen
Kathode 12 und geerdeter Anode steigt. Die Ladung an den Kondensatoren i9 und 2o,
welche auf der Kugelseite durch die Entladung über die Funkenstrecke frei wird,
gibt eine entsprechende Ladung auf der Oszillographenseite frei. Der Widerstand
3o ist zu hoch, um die frei gewordene Ladung sofort abzuleiten. Infolgedessen tritt
an der Kathode die zur Auslösung der Kathodenstrahlen erforderliche Spannung auf.
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Die Widerstände q.o dienen dazu, die Ladung der Kondensatoren herabzusetzen
und Beschädigungen des Zweiwegventils während der Aufladung zu vermeiden. Die Widerstände
¢i haben den Zweck, starke Schwingungen im Kondensatorenkreis nach dem Durchschlag
zu vermeiden und Schwankungen in der den Kathodenstrahl hervorrufenden Spannung
zu verhindern, welche den Brennfleck des aufzeichnenden Kathodenstrahles nicht punktförmig
erscheinen lassen. Der Wert des Widerstandes 3o hängt auch von der Kapazität der
Kondensatoren i 9 und 20 ab. Die Kondensatoren sollten eine hinreichende Kapazität
besitzen, um eine stationäre Entladung durch den Widerstand 3o aufrechtzuerhalten.
Der Widerstand 3o kann zwischen 3o ooo bis ioo ooo Ohm liegen, die Kapazität der
Kondensatoren i 9 und 20 zwischen 1/4 bis i Mikrofarad.
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Der Kathodenstrahl wird in weniger als ein Millionstel Sekunde nach
Beginn der Sprungwelle, die einen Durchschlag der Kugelstrecke hervorruft, erzeugt,
und zwar lange genug, um Sprungwellen von gewöhnlicher Dauer aufzuzeichnen. Sind
die normalen Leitungszustände wiederhergestellt und die Kondensatoren i9 und 2o
:entladen, dann hört der Lichtbogen zwischen den Kugeln und die Kathodenstrahlung
auf; die Kondensatoren i9 und 20 werden dann wieder aufgeladen. Nach dem Auswechseln
des Films ist die Anordnung für eine neue Aufnahme fertig.
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Das elektrostatische Feld zwischen den Hilfsplatten i 5 zur Zeitablenkung
des Kathodenstrahles wird durch die Entladung der Kondensatoren i9 und 2o hervorgerufen.
Die Entladung geht über einen in Reihe liegenden Widerstand 31 und @eineri Kondensator
32. Ein Einwegventil 33 liegt vorzugsweise mit dem Kondensator 32 in Reihe, um die
Rückkehr des Strahles zum Film zu verhindern, nachdem die Sprungwelle aufgezeichnet
worden ist und während die Kondensatoren i 9 und 20 sich noch entladen. Eine parallel
geschaltete Funkenstrecke 3q. dient dazu, die
Spannung an den Hilfsplatten
unterhalb der Überschlagsspannung zu halten. Ein hoher Widerstand 3 5 liegt vorzugsweise
parallel zum Kondensator 32, um die Hilfsplatten auf Erdpotential zu halten, bevor
eine Sprungwelle auftritt. Durch den Widerstand 42 werden Schwingungen der an den
Hilfsplatten liegenden Spannung vermieden.
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Die Spannung der Wanderwelle auf Leitung io wirkt über das Kapazitätspotentiometer
38 und den veränderlichen Kondensator 37 auf die Ablenkungsplatten 16 ein. Durch
38 wird die Spannung an den Ablenkungsplatten 16 auf einen für den Oszillographen
günstigen Wert herabgesetzt. Der Kondensator 37 dient dazu, einen geeigneten Ausschlag
des Kathodenstrahles durch die Sprungwelle hervorzurufen. Das Kapazitätspotentiometer
38 wird vorzugsweise geerdet.
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Um eine Sprungwelle aufzunehmen, wird zunächst die Anordnung eingestellt,
und zwar derart, daß der aufzeichnende Strahl im Falle seiner Erregung auf einen
bestimmten, durch A in der Abb.2 wiedergegebenen Punkt gerichtet ist. Ein Blitzschlag
in die Leitung i o setzt die Anordnung sofort in Betrieb. Die Aufzeichnung ist bei
Beginn der Sprungwelle nicht sehr deutlich, sondern entsprechend B verwischt infolge
der anwachsenden Spannung an der Kathode und der entsprechenden Unschärfe des Brennpunktes
des aufzeichnenden Strahles. Bei C hört die Sprungwelle auf, und die gerade Linie
entspricht dann der normalen Leitungsspannung und dem Strahlenweg, wie er durch
die an den Platten 15 liegende Spannung auf dem Film hervorgerufen wird. Durch Eichung
der Anordnung kann die Dauer und Größe der Sprungwelle bestimmt werden. Die in Abb.
2 aufgezeichnete Welle erreicht ihren Höchstwert in ungefähr 5 Mikrosekunden und
dauert etwa 40 Mikrosekunden.