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Verfahren und Anordnung zur Prüfung elektrischer Apparate und Einrichtungen
mit einer abgeschnittenen Stoßspannung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Anordnung zur Prüfung elektrischer Apparate und Einrichtungen mit einer abgeschnittenen
Stoßspannung, wobei an dem Prüfling und an einem elektriNsch gleichwertigen Vergleichsohjekt
gleichzeitig die Stoßspannung angelegt und im genau gleichen Zeitpunkt abgeschnitten
wird.
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In der gesamten Elektrotechnik erlangt die Prüfung elektrischer Einrichtungen
und Geräte mit elektrischen Spannungsstößen zunehmende Bedeutung. Man unterscheidet
hierbei einmal die Prüfung mit sogenannten Vollwellen, die in ihrer Einführung schon
ziemlich weit gediehen ist, zum andern eine Prüfung mit abgeschnittenen Stoßspannungen.
Eine solche abgeschnittene Stoßspannung liegt vor, wenn infolge eines Durchsehlages
im Prüfkreis ein Spannungszu,sfammenbruch erfolgt. Der Spannungszusammenbruch selbst
wird in der Regel durch die Parallel schaltung einer entsprechend eingestellten
Stabfunkenstrecke parallel zum Prüfling erzwungen.
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Die Prüfung mit abgeschnittener Stoßspannung ist deshalb noch nicht
in größerem Umfang zur Einführung gekommen, weil es, vor allem bei der Prüfung von
Geräten mit elektrischen WickLungen, z. B. Transformatoren, Spannungswandlern und
Relais spulen sehr schwierig ilst, einen bei der Prüfung aufgetretenen Fehler, im
Gegensatz zur Prü-
fung mit voller Stoßspannung, zu erkennen. Für
letztere Prüfungen sind verschiedene zuverlässige Anordnungen bekanntgeworden, die
einen aufgetretenen Fehler im allgemeinen recht deutlich erkennen lassen.
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Die erwähnten, bei der Vollwellenprüfung verwendeten Fehleranzeigemethoden
basieren im allgemeinen darauf, daß eine bei einer Teilprüfspannung mit dem Kathodenstrahloszillographen
aufgenommene Meßspannung nachträglich mit einer Meßspannung verglichen wird, die
bei der vollen Prüfspannung aufgenommen wurde. Ist die eigentliche Vollwellenprüfung
einwandfrei verlaufen, können die Oszillographen der beiden Meßspannungen zur Deckung
gebracht werden, andernfalls ergeben sich entsprechende Abweichungen.
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Diese Methode ist bei der Prüfung mit abgeschnittener Welle nicht
möglich, da sich schon erhebliche Änderungen der Oszillogramme rein dadurch ergeben,
daß der Spannungszusammenbruch bei zwei aufeinanderfolgenden Stößen nicht immer
im gleichen Zeitpunkt erfolgt.
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Diese Mängel werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß zur Erzielung
eines abgeschnittenen Stoßes am Vergleichsobjekt eine steuerbare Kugelfunkenstrecke
dient, die von der dem Prüfung zugeordneten S;tabfuntkenstrecke aus gesteuert wird.
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Dadurch wird erreicht, daß an den Prüfling und an ein elektrisch gleichwertiges
Vergleichsobjekt gleichzeitig die Stoß spannung angelegt und in genau gleichem Zeitpunkt
abgeschmtten wird, wobei die Fehlerfeststellung durch unmittelbaren elektrischen
Vergleich von zwei Meßspannungen gewonnen wird, die einmal für den Prüfling und
das andere Mal für das Vergleichsobjekt charakteristisch sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur schematisch
dargestellt. Dort bezeichnet I die Stoßkapazität eines im dargestellten Beispiel
einstufigen Stoßgenerators, die über das Ventil 2 mit Gleichspannung aufgeladen
wird. 3 ist eine Kugelfunkenstrecke, über die der - Stoßkondensator I sich auf den
Dämpfungswiderstand 4, die beiden in Serie geschalteten Belastungskondensatoren7
und 8 und die beiden in Serie geschalteten Entladewiderstände 5 und 6 entlädt. Durch
Anschluß an den Punkt 9 wird die dort auftretende Stoßspannung auf das Prüfobjelçt
I0, etwa die Wicklung eines Transformators, gegeben.
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Zwischen dem erdseitigen Ende dieser Wicklung 10 und der Erdung 22
des Stoßgenerators ist ein Meßwiderstand 15 eingeschaltet. Aus einem weiter unten
noch erläuterten Grund ist zwischen g und der Wicklung 10 ein niederohmiger Dämpfungswiderstand
II vorgesehen. Das elektrisch dem Prüfling 10 gleichwertige Vergleichsobjekt I2
wird über einen Dämpfungswiderstand I3 an Punkt 14 angeschlossen und erhält damit
einen Teil- der an Punkt 9 auftretenden Stoßspannung, der bedingt ist durch die
Größe der Kondensatoren 7 und 8 bzw. der Widerstände 5 und 6. Diese eben genannten
Kondensatoren und Widerstände sind so ausge legt, daß ihr Teilverhältnis genau gleich
ist. In Reihe mit dem Vergleichsobjekt 12 ist der Widerstand I6 als Meßwiderstand
nach Erde 22 geschaltet. Das Abschneiden der an dem Prüfling auftretenden Stoßspannung
wird nun durch die Stabfunkenstrecke I7 erzielt, die aber nicht direkt, sondern
über einen Widerstand 18 nach Erde geschaltet ist. Parallel zu diesem Widerstand
I8 ist eine kleine 5 icherheitsfunken'strecke 19 vorgesehen.
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Das Abschneiden der am Vergleichsobjekt 12 auftretenden Stoß spannung
erfolgt durch eine steuerbare Kugelfunkenstrecke 20, deren untere Kugel 21 durchbohrt
ist. und die Stiftelektrode 23 enthält.
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Die Kugel 2I ist mit ihrem Ruhepotential über den Widerstand 24 an
Erde angeschlossen. Sobald die Abschneid-Funkenstrecke I7 anspricht, tritt an dem
Widerstand 18 eine Stoßspannung auf, die sich über den Koppelkondensator 25 der
durchbohrten Kugel 21 mitteilt und dort zu dem Stift 23 überschlägt. Dieser Funke
dient als Zündfunke und bringt nun die Abschneidefunkenstrecke 20 mit einer Verzögerung
in der Größenordnung von etwa Io-9 Sekunden gegenüber der Funkenstrecke 17 zum Ansprechen,
d: h. die Funkenstrecke 20 spricht für alle hier interessierenden Fälle ausreichend
genau zum gleichen Zeitpunkt an wie die Abschneidefunkenstrecke I7.
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Eine Überlastung des Koppelkonden,sators 25 und des Widerstandes
I8 wird durch die Parallelfunkenstrecke 19 verhindert. Der elektrische Vergleich
der am Prüflings-Meßwiderstand 15 auftretenden Meßspannung mit der am Meßwiderstand
des Vergleichlsobjekts I6 auftretenden Spannung erfolgt unmittelbar dadurch, daß
zwischen eine Anzapfung auf dem Widerstand 1 und den Meßwiderstand I6 die Ablenkplatten
eines Hochleistungs-Kathodenstrahloszillographen 26 eingeschaltet werden.
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Damit nun an dem Prüfling der Zu,sammenbruch der Stoßspantng in einer
definierten Weise auftritt, wird man, unmittelbar vor den Prüfling, zwischen diesem
und dem Stoßgenerator einen Dämpfungswiderstand mit einem relativ niedrigen Widerstandswert
einschalten. Damit wird vermieden, daß in der Figur die Beiastungskondensatoren
7 und 8 des Stoßgenerators sich über die Stabfunkenstrecke I7 in Form einer Schwingung
entladen, die an dem Prüfling 10 eine Uberbeanspruchung zur Folge haben könnte.
Man wird den Widerstand, in der Figur mit II bezeichnet, so auslegen, daß ein aperiodischer
-Spannungszusammenbruch, allerdings sehr kurzer Dauer, auftritt Dem gleichen Zweck
wie der Dämpfungswiderstand II vor dem Prüfling 10 dient auch der Dämpfungswiderstand
13 vor dem Vergleichsobjekt 12.
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Weiter wird aber durch die beiden Dämpfungswiderstände II und I3 erreicht,
daß nach Zusiammenbruch der Spannung an der Funkenstrecke I7 auch noch an der steuerbaren
Kugelfunkenstrecke 20 ein Spannungszusammenbruch in Form eines Durchschlages erzwungen
werden kann, da trotz des Spannungszusammenbruchs an der Funkenstrecke I7 die Belastungskondensatoren
7 und 8 noch kurzzeitig ihre Spannung behalten.
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Wie schon erwähnt, wird der Spannungszusammenbruch am Vergleichsobjekt
12 dadurch im richtigen Augenblick ausgelöst, daß durch eine entsprechende Schaltung
in Verbindung mit der primär durchschlagenden Stabfunkenstrecke I7 eine Steuerspannung
gewonnen wird, die die steuerbare Funkenstrecke 20 zum Ansprechen bringt.
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Das sichere Ansprechen der Funkenstrecke 20 kann darüber hinaus noch
dadurch gefördert werden, daß die Stabfunkenstrecke I7 unid die Funkenstrecke 20
räumlich so angeordnet werden, daß der Entladungsfien an I7 die Enflndungsstrecke
von 20 vorbelichtet.
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Eine weitere Möglichkeit, das gleichzeitige Abschneiden der Stoß
spannung am Prüfling und am Vergleichsobjekt zu erreichen, besteht noch darin, parallel
zu beiden Objekten eine steuerbare Eugelfunkenstrecke anzuordnen und diese durch
eine gemeinsame Steuerspannung im vorgesehenen Zeitpunkt zu zünden. Zweckmäßig wird
diese Steuerspannung aus jener Steuerspannung abgeleitet, die zur gegenseitigen
Auslösung von Kathodenstrahloszillograph und Stoßgenerator beim Anlegen der Stoßspannung
an die Prüfobjekte dient.
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In der Figur erhielt-man die den Verlauf der die Prüfung charakterisierenden,
Meßspannungen dadurch, daß zwischen Prüfling und Erde bzw. zwischen Vergleichsobjekt
und Erde ohmsche Widerstände 15 und I6 eingeschaltet wurden. In vielen Fällen wird
es sich empfehlen, daß man nicht rein ohmsche, sondern Widerstände komplexer Art
verwendet. Wichtig ist dabei, daß die beiden Widerstände dann nach Betrag und Phasenlage
einander gleich sind.
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Die Anpassung der beiden Meßspannungen ist in der Schaltung nach
der Figur dadurch erwirkt worden, daß man die Meßwiderstände r5 und I6 gleich groß
machte (gegebenenfalls nach Betrag und Phase), daß aber an dem dem Prüfling zugeordneten
Widerstand 15 nur eine solche Teilspannung abgegriffen wurde, wie sie, zufolge des
Stoßes des Vergleichsobjekts mit verringerter Spannung, an dem diesem Vergleichsobjekt
zugeordneten Meßwiderstand I6 auftritt.
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In anderen Fällen kann man die Anpassung auch so vornehmen, daß der
dem Prüfobjekt zugeordnete Meßwiderstand wohl der Phase nach dem Meßwiderstand des
Vergleichsobj ektes exakt gleich gemacht wird, seinem Betrag-nach aber im Verhältuis
der Stoß spannung des Vergleichsobjelctes zu jen!em des Prüflings reduziert wird.
Auch dann wird bei gut verlaufener Prüfung der an die beiden Meßwiderstände angeschlossene
Kathodenstrahloszillograph eine glatte Nullinie zeigen. Selbstverständlich kann
man auch die beiden grundsätzlich möglichen Angleichsmethoden kombinieren.
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An Stelle des Kathodenstrahloszillographen läßt sich auch eine andere
zur Anzeige lçurzer elektris scher Impulse geeignete Einrichtung verwenden, etwa
ein Spitzenspannungsmesser mit Diode und elektrostatischem Voltmeter oder auch ein
Impulsrelais. Aus einem von Null abweichenden Ausschlag des Spitzenspannungsmessers
kann dann auf das Auftreten eines Fehlers geschlossen werden.
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Über das Impulsrelais hinweg kann eine Signalisierung vorgenommen
werden, bzw. es lassen sich mit Hilfe eines solchen Relais Umsteuerungen erzielen,
wie sie etwa bei einer Massenprüfung erforderlich sind, bei der ein beschädigtes
Objekt aus dem normalen Fertigungsfluß herausgenommen werden soll.
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Es ist nun nicht unbedingt notwendig, das Vergleichsobjekt an den
gleichen Stoß generator anzuschließen, an dem der Prüfling angeschlossen ist.
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Es lassen sich auch Schaltungen angeben, bei denen zum Stoßen des
Prüflings ein Stoßgenerator und zum Stoßen des Vergleichsobjekts ein zweiter Stoßgenerator
verwendet wird. Es ist dann dafür Sorge zu tragen, daß die beiden Stoßgeneratoren
exakt im gleichen Moment ausgelöst werden und daß der Spannungszusammenbruch am
Prüfling und am Vergleichsobjekt in genau demselben Zeitpunkt erfolgt. Wie praktische
Versuche erwiesen haben, ist eine derartige Synchronisierung mit genügender Genauigkeit
ohne Schwierigkeit durchzuführen.
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Zum Abschneiden der Stoß spannungen werden dabei zweckmäßig steuerbare
Funkenstrecken verwendet.
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Besonders vorteilhaft ist die zuletzt beschriebene Prüfanordnung
dann, wenn PriifEng und Vergleichsobjekt mit Stoß spannungen verschiedener Polarität
gestoßen werden, da sich in diesem Fall die an den Meßwiderständen ergebenden Meßspannungen
sehr leicht gegenseitig kompensieren lassen, und zwar so, daß bei einwandfrei verlaufender
Prüfung die beiden Vorgangsablenkplatten des Kathodenstrahloszillographen- -auf
dem Potential Null bleiben, während bei Auftreten eines Fehlers an diesen Platten
eben die Differenzspannung auftritt. Auch bei dieser Schaltung mit zwei getrennten
Stoßgeneratoren wird man das Vergleichsobjekt nur mit einem Bruchteil der eigentlichen
Prüfstoß spannungen beanspruchen.