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Schaltung zur Erzeugung normgerechter Spannungsstöße kurzer Halbwertdauer
Die Stoßprüfung von Hochspannungsgeräten hat den Zweck, festzustellen, ob die Geräte
den im Betrieb auftretenden Beanspruchungen durch Wanderwellen, wie sie insbesondere
vom. Gewittern auf Freileitungeln hervorgerufen werden, gewachsen sind. Zur Nachahmung
der Wanderwellenbeanspruchung im, Prüffeld bedient man sich sog. Stoßentladungen,
die von Stoßgeneratoren, d'.i. großen Kondensatorbatterien, in besoinderen Stoßschaltungen
erzeugt werden.
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In Fig. r ist eine derartige Schaltung dargestellt. Der Stoßgenerator
C, wird über große Ladewiderstände IRL .aus einer Stromquelle Q aufgeladen. Sobald
die Aufl:adung beendet ist und die Spannuni an US die übersehlagspannung der Schaltfunkenstrecke
F erreicht hat, schlägt diese über, und die Äufladung der Prüfkapazität C, über
den Dämpfungswiderstand Rd beginnt.. Der Prüfling sei z. B. ein Stützisolator mit
der Kapazität Ca.
Während der Aufladung steigt die Spannulng u am Prüfling
nach Fi,g@2 etwa bis zu ihrem Scheitelwert Uo an. Hierauf erfolgt die Entladung
der beiden parallel geschalteten Kondensatoren C, und C, über den E;ntladewiderstand
Re. Spannungsanstieg und Spaunungsabfall erfolgen nach Exponentlalfwnktionen mit
den Zeitkonstanten T1 = Rd # C, bzw. T2 = Re (Cn+CS). Man nennt s
die Stirn, y den Rücken des Spannungsstoßes.
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Mit dieser bekannten Schaltung ist @es nicht oder nur mit sehr schlechtem
Wirkungsgrad möglich, Prüflinge zu überschlagen, wenn beabsichtigt ist, einen normgerechten
SpaInnungsstoß von gewünschter Stirn- und Rückenlänge bei kurzer Halbwertdauer zu
erzeugen. Dies ist nämlich.dann nötig, wenn man Spannu!ngs#-beanspruchungen
nachahmen
will, welche eintreten, wenn sog. abgeschnittene Wanderwellen von den Freileitungen
in die Station einlaufen..
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In Fig. 2 ist die Halbwertdauer TI, ge-
strichelt eingezeichnet.
Auf der halben Höhe des Scheitelwertes Uo ist eine Parallele zur Abszissenachse
gezogen. Die Länge der Parallele zwischen Stirn s und Rücken r ist die Halbwertdauer
TI..
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Es gilt die Gleichung Tlt = In 2 (C., -E- C") R'. Die
Forderung, eine kurze Halbwertdauter zu erzielen, ist besonders schwer zu erfüllen,
wenn die Anlageeine große Kapazität (Cs + C,) hat, weil dann Re sehr klein werden
muß. Wird aber R, klein, dann fließt während der Aufladung von C" (Spannungsstirn)
ein großer Teil der Elektrizitätsmenge von C" über R, zur Erde ab, und es können
nur niedrige Scheitelwerte der Spannung, also niedrige Stoßspannungen, erreicht
werden. Man kann den erforderlichen Spannungsscheitelwert Uo am Prüfling nicht oder
nur mit unwirtschaftlich großen Stoßgeneratoren erreichen. Die Verhältnisse werden
besonders ungünstig, -,,nenn zur Vermeidung von Zündschwingungen, die sich der Stirn
überlagern und diese unzulässig verändern würden, .ein großer Dämpfungswiderstand
Rd verwendet werden muß, weil in diesem Falle in Rd große zusätzliche Verluste durch
den durch R, abfließenden Strom entstehen. Handelt es sich außerdem um sehr hohe
Prüfspannungen, die mit Hilfe einer bekannten Vervielfachungsschaltung erzeugt werden,
so ist ein überschlagen des Prüflings mit sehr kurzen Spannungsstößen praktisch
ausgeschlossen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Stoßgenerator,
insbesondere mit einem solchen großer Kapazität, normgerechte Spannungsstöße kurzer
Halbwertdauer zu erzeugen, wobei in den Stoßkreis des Stoßgenerators zur Erzielung
.einer gewünschten Stirn- und Halbwertdauer und zur Vermeidung von Zündschwingungen
Entlade- und Dämpfungswiderstände eingeschaltet sind.
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Die Aufgabe wird durch eine Schaltung gelöst, bei der zur Vermeidung
.einer unzulässigen Absenkung der Spannungsstirn durch den die Halbwertdawer bestimmenden
Entladewiderstand dieser durch eine mit ihm in Reihe liegende, augenblicklich ansprechende
Entladungsvorrichtung, die entweder durch die ansteigende Spannung selbst oder durch
eine Hilfsvorrichtung zum Ansprechen gebracht wird, erst dann an die auf erhöhtes
Potential aufgeladene Leitung des Stoßkreises angeschlossen wird, wenn die Stoßspannung
ihren Scheitelwert oder mindestens einen bestimmten Teil davon erreicht hat, und
daß zur Entladeleitung ein hochohmiger Widerstand parallel geschaltet ist, der vor
dem Ansprechen der Schaltfunkenstrecke deren Gegenelektrode auf Erdpotential hält.
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Hierdurch ist jeder störende Einfluß des Entladewiderstandes auf die
Stirn des Spannungsstoßes beseitigt, und man kann R, daher beliebig klein machen,
ohne eine Einbuße an der Spannungshöhe des Stoßes zu erleiden. Mit der Schaltung
nach der Erfindung ist es somit möglich, auch in großen Stoßanlagen hohe Stoßspannungen
vorn sehr kurzer Halbwertdauer zu erzielen.
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Eine Schaltung nach der Erfindung ist in Fig.3 beispielsweise dargestellt.
Der verhältnismäßig kleine Entladewiderstand R, ist über die Funkenstrecke F. an
die obere Leitung angeschlossen. Parallel dazu liegt der Widerstand RN, der sehr
groß ist, da er nur zu verhindern braucht, daß die obere Leitung durch den sehr
kleinen Vorentladungsstrom der Schaltfunkenstrecke F auf ein erhöhtes Potential
gegen Erde aufgeladen wird. Während der Stoßentladung kann .der Widerstand RN vollständig
vernachlässigt werden; er hat auf den Verlauf des Entladungsvorganges selbst keinen
Einfluß. Die Schlagweite der Funkenstrecke F, wird so eingestellt, daß diese möglichst
im Bruchteil einer Mikrosekunde anspricht, bevor das Potential der oberen Leitung
bei der Aufladung der Wert U, (s. Fig. 2) erreicht. Man kann ein Ansprechen im Bruchteil
einer Mikrosekunde erreichen, indem man die Schlagweite von F1 kleiner macht, .als
für das Ansprechen auf Uo gerade notwendig wäre. Die Mindeststoßüberschlagspannung
von F1 liegt dann unter Uo, und die Stoßüberschlagspannung der Funkenstrecke wird
somit durch eine Stoßspannung von der Höhe Uo überschossen, wobei die Ansprechverzögerung
auf den Bruchteil einer Mikrosekunde zurückgeht. Da in der Nähe von UG die Spannungsänderung
(ta in Fig. 2) in z. B. o,o r Mikrosekunde nur - mehr gering ist, so wird die Streuung
des Spannungsscheitel-@vertes, bei dem der überschlag erfolgt, beim Überschießen
in zulässigen Grenzen bleiben.
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Zur Steuerung der Stirndauer und des Ansprechens der Funkenstrecke
F, kann man einen Kondensator vorsehen, der parallel zu F1 angeschlossen ist und
gegebenenfalls einen entsprechenden Vorschaltwiderstand bat-, um die Zeitkonstante
regeln zu können.
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Man erreicht bei der Schaltung gemäß der Erfindung eine genau definierte
Ansprechspannung durch die Anordnung des hochohmigen Widerstandes R"". Dieser Widerstand
hält die Gegenelektrode der Schaltfunkenstrecke F auf Erdpotential. Daher besteht
die volle Spannung zwischen den Elektroden, so daß die Funkenstrecke F richtig anspricht.
Die
Schaltung hat auch Vorteile für Stoßkreise, mit denen zwar nicht besonders kurze
Spannungsstöße erzeugt werden sollen, die aber verhältnismäßig große Induktivität
besitzen und infolgedessen zur Vermeiduing von überlagerten Zündschwingungqn große
Dämpfungswiderstände Rd enthalten. Beispielsweise ist dies bei räumlich ausgedehnten
Stoßgeneratoren, die nach einer bekannten VervIelfachungsschaltung ,arbeiten, der
Fall.
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Auch in diesen Fällen. würde dadurch, daß sich die Größe des Dämpfungswiderstandes
Rd nur wenig von derjenigen des Entladewiderstandes unterscheidet (Re soll > io
Rd sein), die Ausnutzung des Stoßgenerators äußerst unwirtschaftlich sein. Dieser
Mangel wird durch die Erfindung beseitigt.