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Anordnung zum Prüfen von elektrischen Schaltern und elektrischen Ventilen
mit starkem Strom und hoher Spannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Erzeugung großer elektrischer Scheinleistungen für die Prüfung von elektrischen
Schaltern und Ventilen, welche große elektrische Leistungen übertragen müssen bzw.
ihnen ausgesetzt sein können.
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Anordnungen, welche zu Prüfzwecken in einem bestimmten Augenblick
große Wirkleistungen erzeugen können, sind schon bekannt. Auch die Möglichkeit der
Erzeugung einer großen elektrischen Scheinleistung wurde schon früher vorgeschlagen,
ohne jedoch bisher einen brauchbaren Erfolg aufzuweisen.
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Die Prüfung geht nach einem bekannten Vorschlag- z. B. derart vor
sich, daß das zu prüfende Gerät zunächst mit einem starken Strom belastet und unmittelbar
nachher auf Spannungsfestigkeit mit einer Prüfspannung geprüft wird, welche den
in Wirklichkeit zu erwartenden Spannungen angepaßt ist.
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Eine solche für die Prüfung von Ventilen bestimmte Anordnung besitzt
innerhalb des Ventils eine Hilfselektrode, an die bei Beginn jedes Wechsels der
angelegten Wechselspannung eine Hilfsspannung angelegt und dadurch stets mit Sicherheit
eine neue Zündung eingeleitet wird. Beim Abreißen des Stromes wird dabei ein hochfrequenter
Schwingungskreis angestoßen, der eine Prüfspannung liefert, mit welcher sich die
Sperrfähigkeit der Einrichtung nach dem jeweiligen Abreißen des Stromes bestimmen
läßt.
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Die Anzahl der Halbperioden, während denen der Strom fließt, ist von
der Zeit abhängig, während welcher die Zündspannung angelegt bleibt. Erst wenn diese
willkürlich unterbrochen wird, hören auch die Stromflüsse auf. Für die Untersuchung
von Schaltern ist eine solche Anordnung durchaus ungeeignet, da sie nicht den tatsächlichen
Betriebsverhältnissen Rechnung trägt. Ganz abgesehen davon, daß eine Hilfselektrode
bei dem zu untersuchenden Schalter nicht angebracht werden kann, ist es durchaus
unerwünscht, wenn bei jedem Wechsel des
Stromes stets zwangsweise
ein Durchschlag herbeigeführt wird, da es in Wirklichkeit doch gerade darauf ankommt,
zu prüfen, ob der Schalter in der Lage ist, gegenüber der einsetzenden Betriebsspannung
zu sperren oder nicht.
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Eine ideale Kunstschaltung zum Prüfen von Schaltereinrichtungen und
Ventilen erteilt dem zu prüfenden Apparat, solange kein Strom da ist, eine Hochspannung,
welche in bezug auf Amplitude den in Wirklichkeit am Schaltapparat auftretenden
Spannungen entspricht. Ein Durchschlag soll nur durch die Prüfspannung, nicht aber
wie bei den bekannen Einrichtungen mit zusätzlichen maßnahmen etwa künstlich erzeugt
werden.
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Tritt infolge der angelegten Prüfspannung ein Durchschlag ein, so
soll ihm durch Bildung einer elektrischen Bogenentladung ein Stromdurchgang folgen,
dessen Stärke der im praktischen Betrieb zu erwartenden Stromstärke entspricht.
In dieser Art vollziehen sich die Vorgänge auch bei Schaltern und Ventilen im Betrieb.
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Die vorliegende Erfindung gestattet diese Verhältnisse durch einen
I(unstgriff ohne eine große Leistung dadurch herzustellen, daß an den Prüfling einerseits
in bekannter Weise eine Niederfrequenzspannung von der im späteren Betrieb benutzten
Frequenz angelegt wird, die in der Lage ist, den nötigen starken Strom zu liefern
und daß ferner erfindungsgemäß eine hochgespannte Hochfrequenzspannung zugeführt
wird, deren Amplitude sich in der Frequenz des starken Stromes ändert. Eine solche
modulierte Hochfrequenzspannung ist nämlich in bezug auf ihre Durchschlagsfähikeit
vergleichbar bzw. gleichwertig einer Niederfrequenzspannung, deren Frequenz gleich
der Modulationsfrequenz ist. wobei die- Umhüllende der modulierten Hochfrequenz
etwa dem Schwingungsbild der im Betrieb zu erwartenden niederfrequenten Spannung
entsprechen soll. Die beiden Stromquellen wirken jede für sich, indem die eine den
nötigen Strom, die andere die nötige Prüfspannung liefert. Durch geeignete Filter
bzw. Siebeinrichtungen werden die beiden Stromquellen voneinander getrennt, so daß
nur der Prüfling beiden Kreisen gemeinsam ist. Soll beispielsweise die Abschaltfähigkeit
eines Schalters untersucht werden, so werden bei geschlossenem Schalter beide Stromquellen
eingeschaltet. Hierbei fließt von der Niederfrequenzstromquelle der starke Strom,
während derjenige der Hochfrequenzstromquelle vernachlässigbar klein ist. Eine Spannung
tritt wegen des Schalterkurzschlusses zunächst nicht auf. Wird der Schalter geöffnet,
so tritt bei kleinem Elektrodenabstand ein Lichtbogen auf, welcher durch den starken
Strom über die ganze Halbwelle aufrechterhalten wird, beim Nulldurchgang des Stromes
aber erlischt. Zugleich nimmt mit der Entfernung der Elektroden voneinander die
Zündspannung, d. h. diejenige Spannung, die notwendig ist, um bei nicht gezündetem
Bogen die Zwischenstrecke zu durchschlagen, immer mehr zu. Hat also der Bogen in
irgendeinem Zeitpunkt aufgehört zu bestehen, so kommt es darauf an, ob die Amplitude
der nächsten Spannungshalbweile ausreicht, eine neue Zündung herbeizuführen.
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Je nach der Schnelligkeit, mit der der Schalter geöffnet wird, werden
also noch mehr oder weniger Halbwellen unter Lichtbogenwirkung einen Strom über
die Elektroden zur Folge haben. Auf diese Weise läßt sich sehr genau ein Schalter
daraufhin prüfen, ob die Schnelligkeit seines Schaltens ausreichend ist, um seine
Zerstörung oder Beschädigung zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung kann eine elektrische oder mechanische Einrichtung
zur Erzielung einer geeigneten Phasenverschiebung zwlschen dem niederfrequenten
Strom und der Umhüllenden der Hochfrequenzspannung vorgesehen sein. Zu diesem Zweck
wird z. B. die erzeugte Hochfrequenzspannung durch die Spannung der niederfrequenten
Stromquelle mit Hilfe einer Dreielektrodenröhre und unter Zwischenschaltung eines
regelbaren Phasenschiebers moduliert. Ferner ist es möglich, auf gleicher Achse
mit der Niederfrequenzmaschine einen Hochspannungsgenerator der niedrigen Frequenz
anzuordnen und die Kupplung so auszubilden, daß die beiden Maschinen gegeneinander
mechanisch verdreht werden können. Diese Hochspannung kann dann als Betriebsspannung
der Dreielektrodenmodulationsröhre zugeführt werden, an deren Gitter die Hochfrequenz
spannung angelegt sein möge.
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Bei der Verwendung von Stoßspannungen wird eine veränderbare Funkenstrecke
in den Hochspannungskreis eingeschaltet, welche synchron mit der Stromquelle betrieben
wird und in ihrer Phase mechanisch einstellbar ist. Die Hochspannungsquelle kann
in diesem Fall eine beliebige Frequenz besitzen d. h. also als Gleichstrom-, Niederfrequenz-Mittelfrequenz-
oder Hochfrequenzhochspannungsquelle ausgeführt sein.
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Die Erfindung sei an l Hand der Abbildungen noch näher erläutert.
Von diesem zeigt die Abb. I das schematische Beispiel einer Schaltanordnung nach
der Erfindung, Abb. 2 eine abgeänderte Ausführungsform unter Verwendung von Stoß
spannungen, Abb. 3 das Bild einer modulierten Hochfrequenzspannung und
Abb.
4 eine erfindungsgemäße Stoßspannungskurve.
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In Abb. I stellt I den Prüfling dar, z. B. einen Schaltern, welcher
von der Wechselstromquelle 2 und von der Hochspannungsquelle 3 gleichzeitig gespeist
werden kann.
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Zwischen 2 und I ist noch ein Filter 5 vorgesehen, welches das Eindringen
der Hochspannung bis in die Stromquelle 2 erschwert.
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Übrigens wird diese Stromquelle noch durch eine ffrberspannungssicherung
4 abgesichert.
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2 kann ein Wechselstromgenerator oder ein Wechselstromtransformator
von z. B. 50 Perioden sein und 3 ein Hochfrequenzhochspannungsgenerator, dessen
Amplitude von der Stromquelle 2 her mittels des Modulators 6, z. B., wie dargestellt,
einer Dreielektroden röhre, moduliert wird. Zwischen 2 und 6 ist weiter ein Phasenschieber
7 geeigneter Ausführung vorgesehen, welcher gestattet, die Phase der Umhüllenden
der modulierten Hochfrequenz gegenüber der Niederfrequenzphase des Generators 2
auf einen gewünschten Wert einzustellen.
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In Abb. 3 stellt 1 1 die Hochfrequenzhochspannungskurve dar, welche
die durch die Modulation erzielte sinusförmige Umhüllende 12 besitzt, während I3
den starken Strom andeutet, der in regelbarer Weise gegenüber der Umhüllenden phasenverschoben
ist. Der Phasenunterschied entspricht dem Abstand der Punkte 14 und I5.
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In Abb. 2 wird als weiteres Beispiel der Erfindung eine etWas abgeänderte
Anordnung wiedergegeben, bei der der Hochspannungsgenerator 3 mit Hilfe der Funkenstrecke
6 Stoßspannungen erzeugt, welche von der Stromquelle 2 wiederum durch einen Filter
5 zurückgehalten werden. Dieser Hochspannungsgenerator 3, welcher nach Bedarf mit
einer Kapazität 19 belastet sein kann, speist über einen Widerstand I8 die Kapazität
8, welche sich über eine veränderliche Funkenstrecke 6 und einen Dämpfungswiderstand
g auf den Prüfling I entlädt. Parallel zum Prüfling I kann weiter noch ein Endwiderstand
Io eingeschaltet werden. Als Hochspannungsquelle 3 kann in diesem Falle eine Spannungsquelle
für Gleichspannung, eine Niederfrequenz-, Mittel- oder Hochfrequenzspannungsquelle
verwendet werden. Bei Gleichspannung und Niederfrequenz wird die Frequenz, mit welcher
die Spannungsstöße einander folgen, vom Wert des Widerstandes8 und vom Wert der
Kapazität-8 bestimmt. Bei Verwendung von höherer oder hoher Frequenz wired die Frequenz
der Spannungsstöße beim etwaigen WegIassen des Widerstandes I8 von der Frequenz
der Hochspannungsquelle 3 bestimmt. In diesem Fall kann die Kapazität 19 in Fortfall
kommen.
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Die Funkenstrecke 6 ist im vorliegenden Fall als ein drehender Leiter
in einem leitenden Gehäuse ausgebildet. Der drehende Leiter ist unmittelbar und
einstellbar vorzugsweise mit der Achse des Stromgenerators 2 gekuppelt.
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Durch die Form und die Abmessungen des Gehäuses werden die Form und
die Höhe der Umhüllenden der Stoßspannungen bestimmt.
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In dieser Weise können z. B. Stoßspannungen entstehen, wie in Abb.
4 dargestellt, wobei die Spitzen der Stoßspannungen I6 auf einer sinusförmigen Umhüllungslinie
I7 liegen. Mit Hilfe der einstellbaren mechanischen Kupplung 7 (Abb. 2) kann die
Umhüllende I7 gegenüber der Spannungs- bzw. Stromkurve des Hochfrequenzgenerators
2 beliebig verschoben werden.
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Die Verwendung der beschriebenen Einrichtung weist die nachfolgenden
Vorteile auf: Die Leistung, welche die Generatoren zu liefern haben, braucht nur
gering zu sein, während das Prüfverfahren sich eng an die in Wirklichkeit auftretenden
Erscheinungen anschließt. Daneben ist, infolge der geringen Leistung, die Prüfung
darüber, ob der Prüfling die Schaltarbeit zu leisten imstand ist oder nicht, nicht
verbunden mit der Gefahr, den Prüfling zu beschädigen oder sogar zu vernichten,
wie dies bei Anwendung von großen wirklichen Leistungen der Fall ist.
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PATENTANSPRÜC1IE: I. Anordnung zum Prüfen von elektrischen Schaltern
und elektrischen Ventilen mit starkem Strom von Betriebsfrequenz und hoher Spannung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung eine Hochfrequenz- oder Stoßfrequenzspannung
ist, deren Amplitude sich in der Frequenz des starken Stromes ändert.