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Anordnung zur Stoßspannungsprüfung von unter Betriebsspannung stehenden
elektrischen mehrphasigen Maschinen und Apparaten Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Stoßspannungsprüfung von mehrphasigen elektrischen Maschinen und Apparaten,
z. B. von Transformatoren, Drosselspulen, Kondensatoren, Kabeln, Wicklungen von
Motoren und Generatoren, bei der. das Prüfobjekt oder Teile des Prüfobjektes außer
mit der Stoßspannung gleichzeitig mindestens noch mit der betriebsmäßig vorhandenen
Wechselspannung beansprucht wird bzw. werden. Um bei solchen mehrphasigen Geräten
oder Maschinen während der Stoßprüfung die Wechselspannungserregung aufrechtzuerhalten,
ist man bisher so vorgegangen, daß man an Stelle einer Drehstromerregung unter entsprechender
Änderung der Schaltung der Unterspannungswicklung eine Einphasenerregung verwendete.
Unter diesen Bedingungen konnte man dann wenigstens auf der Hochspannungsseite die
Schaltung der jeweils nicht gestoßenen Maschinen-- oder Transformatorenklemmen so
treffen, wie sie den betriebsmäßigen Verhältnissen, z. B. bei Erdung über den Wellenwiderstand
abgehender Freileitungen, hinsichtlich der Stoßspannungsbeanspruchung entsprach.
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Nachheilig ist bei diesen bekannten Prüfungsverfahren, daß die Erregung
der Mehrphasenwicklungdurch Einphasenwechselstrom gegenfiber den wirklichen im Betrieb
vorhandenen Verhältnissen abweichende Versuchsbedingungen schafft. Wollte man zur
Vermeidung dieses Nachteils aber an Stelle einer Einphasenerregung die normale Drehstromerregung
verwenden, -so. war man bisher gezwungen, z. B. bei einpoligem Stoß auf die Hochspannungswicklung
zur Vermeidung von Kurzschlüssen, wenigstens eine der :nicht gestoßenen Hochspannungsklemmen
frei zu lassen. Damit entsprach aber dann die Schaltung der Hochspannungswicklung
nicht mehr den betrieblichen Verhältnissen, und auch .die Beanspruchungen der freien
Klemmen waren wesentlich höher als im wirklichen Betrieb.
Die Erfindung
hat sich die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der angeführten Nachteile eine Schaltung
anzugeben., welche sowohl hinsichtlich der Beanspruchung der Hochspannungswicklung
durch Stoßspannung als. auch hinsichtlich der Erregung durch die betriebsfrequente
Wechselspannung Versuchsbedingungen schafft, die weitgehend den im praktischen Betrieb
vorkommenden Verhältnissen entsprechen.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß in der Stoßprüfschaltung
außer der Entladefunkenstrecke, durch die der Stoßgenerator mit dem Prüfobjekt gekoppelt
wird, eine oder mehrere vom Spannungsstoß oder von einem durch die Stoßspannung
ausgelösten Hilfsstoß gesteuerte Hilfsfunkenstrecken vorgesehen sind, durch die
kurz vor dem Spannungsstoß oder während des Spannungsstoßes die Schaltung des Prüfobjekts
so geändert wird, wie es den praktischen Betriebsverhältnissen entspricht.
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Es ist zwar schon bekanntgeworden, daß man den Einsatz der Prüfspannung
durch die Strom- oder Spannungsvorgänge z. B. am Lichtbogen des Hauptstromkreises
steuert. Diese Aufgabe entspricht etwa der Funktion einer Dreifachfunkenstrecke,
wie sie in der untersten Stufe eines Marxschen Stoßgenerators- zur Beeinflussung
des Zündzeitpunktes durch -die Phasenlage der Wechselspannung des Prüflings benutzt
wird. Gegenüber der Aufgabe der Erfindung unterscheiden sich diese bekannten Maßnahmen
dadurch, daß bei ihnen der Schaltzustand des Prüflings völlig unverändert bleibt.
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Zum besseren Verständnis und zur Überleitung auf die erfindungsgemäße
Anordnung soll an Hand der Fig. i eine Schaltung besprochen werden, mit der aber
das erfindungsgemäße Ziel noch nicht erreichbar ist, obwohl auch mit dieser Schaltung
unter Betriebsspannung stehende Drelistromtransformatoren einphasig gestoßen werden
können. Der Stoßgenerator ist bei dieser Schaltung mit C, bezeichnet. Dieser ist
über die z. B. mit Spitzelektroden ausgerüstete Entladefunkenstrecke SF, die je
nach der Größe der Stoßspannung eingestellt wird, und über den Widerstand R1 an
die zu prüfende Phasenwicklung V eines Drehstromtransformators angeschlossen. Die
im Stoßkreis liegende Hilfsfunkenstrecke HF, ist so beschaffen, daß sie die in die
Wicklung einziehende Stoßspannung US ungehindert durchläßt, während sie der Betriebsspannung
Up" den Weg zum, Stoßgenerator versperrt. Es empfiehlt sich also hier eine
Löschfunkenstrecke, gegebenenfalls unter Ö1, einen Kathodenfallableiter oder eine
mit Preßluft beblasene Funkenstrecke zu verwenden. Über Erdungsfunkenstrecken HF,
und HF3 gleicher Bauart und über die Widerstände Z sind die nicht gestoßenen Wicklungen
U und W an
Erde angeschlossen. Die Widerstände R1 und Z sind untereinander
ungefähr gleich groß und dem Wellenwiderstand der an die Hochspannungswicklungen
UVW angeschlossenen Leitungen angepaßt. Sie können etwa ,5oo Olim betragen.
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Wenn nun der Transformator durch die Niederspannungswicklungen uvzcr
so stark erregt wird, daß sich an den Wicklungsenden seiner Hochspannungswicklungen
UVW die volle Betriebsspannung ergibt, muß, um den ungünstigsten in der Praxis auftretenden
Fall nachzuahmen, die Stoßspannung in dem Augenblick auf die zu prüfende Wicklung
auftreffen, in welchem die Phasenspannung Uh dieser Wicklung gerade den Maximalwert
entgegengesetzter Polarität erreicht. Zu diesem Zweck wird die den Stoßgenerator
C, zündende Funkenstrecke ZF mit drei Elektroden ausgerüstet. Die Mittelelektrode
wird über die Steuerleitung Lst von der Betriebsspannung L?ph gesteuert. Um die
richtige Polarität zu erzielen, wird ;die Steuerleitung Lt an die Verbindungsleitung
zweier von der Betriebsspannung LTph aufgeladener Steuerkondensatoren K angeschlossen.
In dem Augenblick, wo nun die Betriebsspannung L7ph in der dein Stoß entgegengesetzten
Polarität gerade ihren Höchstwert erreicht hat, spricht die Zündfunkenstrecke an,
und die Stoßspannung (l, zieht in die zu prüfende Wicklung ein. Im gleichen Augenblick
müssen aber die beiden anderen Phasenwicklungen U und LT,, welche gerade die halbe
Phasenspannung entgegengesetzten Vorzeichens wie G' führen, über die Wellenwiderstände
Z geerdet sein, um die wahren Betriebsbedingungen nachzuahmen. Es müssen also gleichzeitig
mit dem Einziehen der Wanderwelle oder schon etwas vorher die Funkenstrecken HF.,
und HF, ansprechen, um diesen den wahren Verhältnissen entsprechenden Betriebsfall
zu erhalten.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung würden die genannten Funkenstrecken
HF, und HF3 jedoch viel zu spät ansprechen, weil die von Phase L' her einziehende
Wanderwelle durch die vor den Funkenstrecken HF., und HF3 liegenden Wicklungsteile
verzögert wird. Es werden daher gemäß der Erfindung die Hilfsfunkenstrecken HF.,
und HF, die die Erdverbindung der nicht an den Stoßgenerator angeschlossenen
freien Wicklungsenden herzustellen haben, mit einer Hilfsspannung so gesteuert,
daß sie während der Dauer der Stoßspannung geerdet sind. Die Hilfsfunkenstrecken
sprechen dabei gleichzeitig mit dem Auftreffen der Stoßspannung auf den zu prüfenden
Wicklungsteil, vorteilhaft jedoch sogar
früher an. Natürlich kann
die Hilfsspannung auch so gesteuert werden, daß die Funkenstrecken in jedem beliebigen.
Augenblick der Betriebsspannung, unter der das Prüfobjekt steht, ansprechen. R2
stellt den Entladewiderstand dar.
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In Fig.2 ist eine der erfindungsgemäßen Schaltmöglichkeiten für einen
Hilfsstromkreis dargestellt, durch die das genannte Ziel erreicht wird. Die zweite
Kondensatorgruppe des Hauptstoßgenerators CS, der von einer Gleichspannungsladequelle
über die Leitungen L@ gespeist wird, ist über die Kondensatoren C1 und C., und die
Mittelelektrode einer Dreielektrodenfunkenstrecke F3, F4 mit einem Hilfsstoßkreis
verbunden, der den Kondensator CH enthält. Die Kondensatoren Cl und C2 dienen
dabei zur Einstellung der Spannungshöhe des aus dem Hauptgenerator abgeleiteten
Hilfsstoßes. Der Hilfsstoßkres wird ebenfalls an die Ladequelle mit einer Leitung
L, angeschlossen; er liefert den Hilfsstoß UH, dessen Polarität der Spannung
an den Phasen U und W im Augenblick des Stoßes entgegengesetzt ist.
Der Steuerelektrode der Mehrfachfunkenstrecke F3, F4 ist noch ein Widerstand RH
vorgeschaltet, der zur Trennung von Hauptstoßgenerator und Hilfsstoßkreis dient.
Die Steuerspannung uz ist zweckmäßig so zu wählen, daß u., kleiner als
UH ist. Die Einstellung der Funkenstrecke F3 und F4 muß folgender Bedingung
genügen: F3 muß auf eine Ansprechspannung eingestellt werden, die gleich oder kleiner
ist als die Summe von UH und uz. F4 wird so eingestellt, daß ihre Ansprechspannung
kleiner wird als UH, jedoch größer als uz ist.
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Die Einstellung der Hilfsfunkenstrecken HF, und HF, muß folgenden
Bedingungen genügen: Die Summe von UH -f-
größer als UHF., bzw. UHF3 größer als Up". Die Hilfsspannung UH muß größer
sein als Up", da ja UHF2 und UHF, unbedingt größer als Uph eingestellt sein
müssen: Die Hilfskapazitäten C1 und C2 können einige ioo pF betragen.
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Unter derAnnahme einerpositivenPolarität für die :einziehende Stoßspannung
US muß für den ungünstigsten Betriebsfall bei negativem Maximum der Phasenspannung
Uph die Polarität des Hilfsstoßes UH ebenfalls negativ und die Steuerspannung
uz positiv sein, wie in Fig. 2 eingetragen ist. Dann wird unmittelbar nach dem Ansprechen
von F1 und F2 auch zunächst F3 uniddann F4 gezündet und damit der "Hilfsstoß auf
HF, und HF, geschaltet. St ist die normale Zündfunkenstrecke, die den Generator
beim Ansprechen an Erde legt.
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Bei der in Fig.2 dargestellten Schaltung werden die Phasenwicklungen
U und W mit dem Hilfsstoß UH beansprucht. Um auch diese Beanspruchung, die den tatsächlichen
Betriebsbedingungen nicht entspricht, zu vermeiden, empfiehlt es sich, gemäß Fig.3
die Funkenstrecken HF, und HF3 ebenfalls als Mehrfachfunkenstrecken auszubilden
und den Hilfsstoß auf die Mittelelektroden zu geben. Der Aufbau des Hilfs_stoßkreises
entspricht der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung. Es sind lediglich noch die
Hilfswiderstände RH, und RH2 vorgesehen. Dabei dient RHl zum Festhalten des Erdpotentials
an der rechten Elektrode der Funkenstrecke F4 vor dem Zünden. RH, ist ein
Verriegelungswiderstand des Hilfskreises gegen den Hauptkreis. Die Hilfsspannung
UH muß wie in Fig. 2 der Bedingung genügen: UH größer als Uph.
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Ferner muß die Ansprechspannung von F" größer sein als U "h,
jedoch kleiner sein als die Summenspannung aus UH -f- -
Die Ansprechspannung von F6 muß angenähert gleich der Ansprechspannung von
F5 sein. Dann schlägt zuerst FS über und F8 folgt unmittelbar nach: Will man sichergehen,
so kann man auch die Ansprechspannungen von F5 und F" gleich der Hilfsspannung
UH einstellen.
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Bei den Hilfsfunkenstrecken HF2 und HF3 kann man an Stelle der Teilfunkenstrecke
F5 auch Kathodenfallableiter verwenden. Hierbei liegt, wie Fig. 3 a zeigt, F5 im
Gehäuse io des Widerstandsplattensatzes i i, während FG außerhalb angeordnet ist.
Die an den Hilfsstoßkrei.s angeschlossene Mittelelektrode ist mit 12 bezeichnet.
Reicht die Spannung der Ladequelle als Hilfsspannung nicht aus, so kann der Hilfsstoßkreis
auch, wie in Fig. 4. gezeigt ist, einen Hilfsstoßgenerator enthalten. Man kann dann
den Augenblick des Ansprechens von HF, und HF, gegenüber HF, des Hauptkreises bequem
durch Ändern der Überschlagsverzögerung der Spitzenfunkenstrecke SFH, z. B. durch
Einstellen der Schlagweite von SFH, verschieben. An den übrigen im Hilfsstoßkreis
enthaltenen Apparaten ändert sich gegenüber Fig. 3 ni-ehts. Die Funkenstrecken F3
und F4 zum Steuern des Hilfsstoßes sind lediglich in den Hilfsgenerator verlegt.
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Um eine bessere Verriegelung des Hilfsstoßkreises gegen den Prüfkreis
zu erzielen, können beide Kreise auch transformatorisch miteinander gekoppelt werden.
Ein Beispiel dieser Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Der Stoßkreis hat einen
ganz ähnlichen Aufbau wie in der vorhergehenden Schaltung (Fig.3). Es wird lediglich
an- Stelle der Widerstände . RH, und RH, der Transformator
T eingeschaltet, der als Teslatr*ansformator ausgeführt sein kann. Die Entladung
des Hilfskondensators CH stößt die Teslaschwingung an. Die
Entladung
von CH ist dabei schwingend, wenn R' im Stoßkreis gleich Null ist; sie ist aperiodisch,
wenn R' gleich oder größer als
ist, wo I_ die auf der Primärseite wirksame Induktivität der Teslawicklung bedeutet.
Für die Funkenstrecken F, und F, gilt wieder die Bedingung: Up", kleiner
als Ur, = Ur; kleiner als UH
Eine vereinfachte Schaltung ergibt sich, wenn man gemäß Fig. 6 für den Abgriff der
Hilfsstoßspannung UH unmittelbar den Entladewiderstand R2 des Hauptgenerators C,
verwendet. Da aber an F, wegen der gleichsinnigen Polarität von UH und
dann nur die Differenzspannung UH -
entsteht, muß (Tu diesmal wesentlich ,größer als das 1,5 fache von U,1,
sein, da ja UF, stets größer als LTn1t eingestellt werden muß. Damit F, und erst
darauf F, anspricht, muß ferner die Ansprechspannung Ur, größer sein als
die Summenspannung UF -f-
Daraus ergibt sich dann für UH. die Forderungeiner genügenden Spannungsreserve,
so daß UH größer als oder ungefähr gleich 2 Up" sein muß. Der
Abgriff derHilfsstoßspannungvomEntladewiderstand R. kann noch verbessert, d. h.
die Hilfsstoß-Spannung kann niedriger werden, wenn man ihr ein negatives Vorzeichen
gibt. Die Mittel hierzu sind in Fig.7 angegeben. Ein Hilfskondensator CH wird über
die Verriegelungswiderstände RH, und RHG an R. angeschlossen. HF, wird zweckmäßig
als Spitzenfunkenstrecke mit großer Verzögerung ausgebildet. Der Entladewiderstand
RH, der Hilfskapazität muß wesentlich kleiner als RH, sein.. CH beträgt vorteilhaft
einige i oo pF. Die Funkenstrecke 1#H wird kleiner als UH eingestellt. Die
Einstellbedingungen für F, und F, bleiben die gleichen wie bei den Schaltungen gemäß
Fig. 3: Up" kleiner als Ur, = Ur,; kleiner als UH -!-
. UN braucht aber nur größer als Uph zu sein. Die Schaltung gemäß Fig. 7
hat gegenüber derjenigen nach Fig. q. den Vorteil, daß die erforderliche hohe Stoßspannung
UH ohne Vervielfachungsschaltung sofort an CH
zur Verfügung steht. Durch die
Wahl des Abgriffes auf dem Entladewiderstand R_. kann ihre Höhe in gewünschter Weise
eingestellt werden.
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Bei den beschriebenen Beispielen können die aus zwei oder drei Elektroden
bestehenden Hilfs- oder Steuerfunkenstrecken grundsätzlich entweder kugelförmige
Elektroden besitzen oder die Form aller oder einzelner Elektroden kann so abgeändert
werden (Kugel, Spitze, Platte), daß die Funkenstrecken die erforderlichen Eigenschaften,
wie Entladungsverzug usw., erhalten. Dabei kann dc#r 1?ntladeverzug der einzelnen
Funkenstrecken in Beziehung zueinander gesetzt werden, so claß sich die gewünschte
Reihenfolge des Ansprechens der einzelnen Funkenstrecken ergibt, welche für die
richtige Beanspruchung des zu prüfenden Apparates erforderlich ist.
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Wenn auch die abgebildeten Schaltungen nur für Drehstrornsvsteme mit
freiem \ullpunkt dargestellt wurden, so ist die Erfindung weder auf Drehstromsvsteme
noch :iuf die Anordnung eines freien Nullpunktes eingeschränkt. Bei geerdetem _Nullpunkt
ist die erfindungsgemäße Anordnung mit schaltungstechnischen Abänderungen natürlich
ebenfalls verwendbar.
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Außer der Erdung der nicht gestoßenen \Vickltingsteiledurch gesteuerte
Funkenstrecken können durch diese mit Hilfsspanmin- in Abhängigkeit vom Hauptsto@fl
@;esteuerten Hilfsfunkenstrecken natürlich auch andere- Schaltungen vorgenommen
«-erden, beispielsweise Parallel- oder Reihenschaltung (-)der Kurzschluß von Wicklungsteilen
oder Verbindungen der Hochspannungs%vickluiigeii mit den Niederspannungswicklungen.
Anschluß von Kondensatoren, Kabeln, überspannungsableitern usw. an die zu prüfende
Wicklung.