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Verfahren zur Bestimmung des Verlaufs von Stoßspannungen
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung kleiner Verformungen einer an einem
Prüfling angelegten Stoß spannung, die aus einer ersten Hochspannungsquelle stammt.
In der Hochspannungstechnik werden in steigendem Maße Messungen mit 5 toß.spannungen
durchgeführt. Zur Messung des Verlaufs solcher Stoß spannungen bedient man sich
im allgemeinen der Kathodenstrahloszillographen, an deren Ablenkplatten - meist
über geeignete Spannungs teiler - die zur Messung benutzte Stoß spannung angelegt
wird.
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So ist es beispielsweise bekannt, die dielektrischen Eigenschaften
von Isolierstoffen und Isolieranordnungen mittels Stoßspannungen oder ähnlicher
einmaliger Vorgänge in einer Brücke oder einer brückenähnlichen Anordnung zu untersuchen,
wobei als Anzeigeinstrument ein Kathodenstrahloszillo graph verwendet wird.
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Die Stoßspannungsprüfung wird aber nicht nur in abgeglichenen Anordnungen
verwendet, sondern auch zur direkten Untersuchung von Wicklungsteilen, um festzustellen,
in welchem Maße die einzelnen Abschnitte einer Wicklungsspule beansprucht werden.
Dabei ist der Kathodenstrahloszillograph mit der die Stöße auslösenden Steuerung
synchronisiert, damit auf dem Oszillographen ein stehendes Bild erscheint. Die Prüfung
wird, wie auch im oben angeführten Beispiel, mit nur
einer Stoßspannungsquelle
durchgeführt. Zu diesem Zweck werden beispielsweise am Prüfobjekt zwei Punkte herausgegriffen,
die zwischen diesen Punkten bestehende Differenzspannung gemessen und damit die
Beanspruchung des zwischen den beiden Punkten gelegenen Wicklungsteiles bestimmt.
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Werden solche Prüfungen mit Stoßspannungen durchgeführt, so ist meist
das Verhalten des Prüflings an einer mehr oder weniger starken Änderung der ,ursprünglich
angelegten Stoß spannung zu erkennen. Ein Gesamtüberschlag äußert sich dann oft
so, daß die Stoßspannung überhaupt zusammenbricht. Solche kräftigen Änderungen sind
ohne Schwierigkeiten am Kathodenstrahloszillographen, der der Kontrolle der an den
Prüfling angelegten Stoß spannung dient, erkennbar; handelt es sich dagegen um Teildurchschläge
mit kleiner Spannung -innerhalb des Prüflings, wie sie etwa bei der Stoßprüfung
von Transformatoren mögl.ich sind, dann ist diese Änderung in der Form der angelegten
Welle, da sie nur eine prozentual sehr kleine Spannungsänderung bewirkt, sehr häufig
nicht mehr erkennbar. In solchen Fällen sind schon andere Meßverfahren vorgeschlagen
worden, die aber meist einen zusätzlichen Aufwand erfordern und oft nicht einfach
deutbare Ergebnisse zur Folge haben.
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Die Feststellung auch sehr kleiner Veränderungen in der Form einer
an einen Prüfling angelegten Stoßwelle wird dadurch möglich gemacht, daß erfindungsgemäß
eine, einer zweiten, von der unten unabhängigen Stoßspannungsquelle entnommene Vergleichsstoßspannung
der bei gutem Verlauf der Stoßprüfung auftretenden Stoßspannung so genau angepaßt
wird, daß der zur Registrierung der Differenzspannung dienende Kathodenstrahloszillograph
bei gutem Verlauf eine oder etwa eine Nullinie schreibt und eine bei der eigentlichen
Stoßprüfung durch den Prüfling verursachte Verformung der Prüfstoßspannung gegen
die in der Form unveränderte Vergleichsstoßspannung eine wesentliche Abweichung
des Anzeigegerätes von der Nullinie ergibt.
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Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Erfindungsgedankens
ist in der Zeichnung dargestellt.
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Darin bezeichnen I und 2 die Stoßkondensatoren des Stoßgenerators,
der die an dem Prüfling I3 angelegte Stoßspannung erzeugt Diese beiden Stoßkondensatoren
werden aus dem Hochspannungstransformator 3 über das Ventil 4 und den Dämpfungswiderstand
5 aufgeladen. Als Schaltfunkenstrecken des Stoßgenerators dienen die Funkenstrecken
6 und 7. Zur Messung der an dem Prüfling I3 anliegenden Stoß spannung dient der
Hochspannungskondensator 8, der als Hochspannungsteil eines kapazitiven Spannungsteilers
anzusehen ist. Soll die Stoßspannung am Prüfling gemessen werden, dann ist der Schalter
9, wie in der Zeichnung dargestellt, einzuschalten, der Schalter 11 zu öffnen und
der Schalter 10 einzulegen. Zusammen mit dem Kondensator I2 bildet der Kondensator
8 dann einen kapazitiven Spannungsteiler, wobei die Spannung mittels des Kathodenstrahloszillographen
29 gemessen wird, dessen eine Ablenkplatte in dem gezeigten Beispiel an Erde liegt.
In dieser eben dargestellten gebräuchlichen Schaltung würde eine Änderung der an
dem Prüfling I3 Liegenden Stoßspannung in Höhe von etwa I O/& ebenfalls nur
mit 1 O/o des Aus schlages am Kathodenstrahloszillographen in Erscheinung treten,
d. h. aber praktisch nicht mehr erkennbar sein.
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Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens wird ein zweiter Stoßgenerator
entgegengesetzter Polung gegenüber dem Prüfgenerator verwendet.
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Die Stoßkapazität dieses Vergleichsgenerators ist mit I4 bezeichnet,
er wird über den Hochspannungstransformator I5, das Ventil I6 und den Vorwiderstand
I7 aufgeladen. Die Schaltfunkenstrecke dieses Vergleichsgenerators, die als bestrahlte
Koppelfunkenstrecke vorgesehen list, ist mit 20, der Entladewiderstand des Vergleichsgenerators
mit 21 bezeichnet. Der Belastungskondensator desselben ist in die veränderlichen
Kondensatoren 23 und 24 aufgeteilt, der Dämpfungswiderstand ist mit 22 bezeichnet.
Die Ladespannung des Kondensators 14 wird über den Vorwiderstand I8 am Instrument
19 abgelesen.
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Die von diesem Vergleichsgenerator erzeugte Stoß spannung läßt sich
mittels des Kathodenstrahloszillographen 29 ebenfalls ermitteln. Zu diesem Zweck
muß der Schalter g geöffnet und die Schalter 10 und II eingeschaltet werden. Der
Kondensator I2 bildet jetzt zusammen mit dem Kondensator 24 einen kapazitiven Spannungsteiler
für den Vergleichsgenerator. Diese Schaltelemente sind vorgesehen, um die Abgleichung
der Prüf- und der Vergleichsstoßspannung nacheinander zu ermöglichen.
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Durch entsprechende Einstellung des variablen Kondensators 24 läßt
sich erreichten, daß der Kathodenstrahloszillograph 29 eine Stoßspannung anzeigt,
die genau jener entspricht, die bei einer gut verlaufenen Prüfung des Prüflings
I3 angezeigt wird, wenn in der oben beschriebenen Weise die Spannung am Prüfling
gemessen wird.
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Voraussetzung ist hierbei, daß die Stoßwellenform des Vergleichsgenerators
genau so gewählt wurde wie die durch den Prüfgenerator am Prüfling erzeugte Welle.
Wählt man nun die Empfindlichkeit des Kathodenstrahloszillographen 29 so, daß er
bei Ausmessung der am Prüfling liegenden Stoßspannung den vollen möglichen Ausschlag
ergibt und bei der Anlegung der Vergleichswelle der oben beschriebenen Schaltung
ebenfalls den vollen Ausschlag aber entgegengesetzter Polung, und hat man weiter
die Spannung des Vergleichsgenerators so hoch gewählt, daß sie den etwa 1 fachen
Betrag der am Kathodenstrahloszillographen auftretenden Spannug ist, d. h. daß der
Kondensator 24 etwa den zehnten Teil der Kapazität besitzt wie der Kondensator I2,
dann wird bei Schließen der Schalter g und ii und nach Offnen des Schalters 10 jede
Änderung im Verlauf der an I3 liegenden Stoßspannung gegenüber dem Verlauf der vom
Vergleichsgenerator erzeugten Stoßspannung mit
1 nach erhöhter Empfindlichkeit
angezeigt. Zum Vergleich ist hier die Anzeige bei der Abstimmung der Meßeinrichtung
genommen, die ja so vorgenommen wurde, daß der Schalter 11 geöffnet und die Schalter
g und 10 geschlossen waren. Diese Erhöhung der Empfindlichkeit ergibt sich daraus,
daß jetzt der Hochspannungskondensator 8 nicht mehr mit dem Kondensator I2 in Serie
liegt, sondern mit dem Kondensator 24, der ja nur etwa ein Zehntel der Größe des
Kondensators 12 hatte. Das heißt, würde nach dem vorstehend beschriebenen Abgleich
und dem Schließen des Schalters g und 11 und nach Öffnen des Schalters 10, d. h.
nach Herstellen der zum vorgeschlagenen Verfahren gehörenden Vergleichsschaltung,
die Prüf- oder Vergleichsstoßspannung vollständig ausfallen, dann würde bei einem
Stoß der noch übrigbleibenden Spannung der Schirm des Kathodenstrahloszillographens
mehrfach überschrieben werden. Ergibt sich im Verlauf der an Prüfling I3 liegenden
Stoßspannung keine Änderung gegenüber der vom Vergleichsgenerator erzeugten Spannung,
dann schreibt der Kathodenstrahloszillograph 29 eine Nullinie, andernfalls die Differenz
der beiden Stoßspannungen mit der erwähnten erhöhten Empfindlichkeit.
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Um eine derartige Messung erfolgreich durchführen zu können, ist
es wichtig, daß der Vergleichsstoßgenerator im gleichen Moment gezündet wird wie
der Pfüfstoßgenerator. Diese Synchronisierung ist dadurch sichergestellt, daß bei
mehrstufigen Prüfstoßgeneratoren die Auslösung des Vergleichsstoßes von der ersten
Stufe aus erfolgt.
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Sobald die Schaltfunkenstrecke 6 anspricht, wird im selben Augenblick
über den Koppelkondensator 25 und den Widerstand 26 die als bestrahlte Koppelfunkenstrecke
20 ausgebildete Schaltfunken strecke des Vergleichsstoßgenerators gezündet. Die
Auslösung des Vergleichsstoßgenerators erfolgt also vom Prüfstoßgenerator aus synchron.
Um einen verzögerungsfreien Einsatz der Koppelfunkenstrecke und damit eine einwandfreie
Synchronisierung des Vergleichsstoßgenerators zu erreichen, wird eine Koppelfunkenstrecke
mit vorgespannten Auslöseeiektroden verwendet. Zu diesem Zweck wird ein Kondensator
28 vom Hochspannungstransformator 15 über das Ventil I6 und über den Vorwiderstand
27 parallel zum Stoßkondensator 14 aufgeladen. Sobald die Schaltfunkenstrecke 6
anspricht, kommt über den Kondensator 25 ein Impuls auf die Auslöseelektroden, der
die Spannungsdifferenz erhöht und diese und damit die Hauptfunkenstrecke der Schaltfunkenstrecke
20 zum Ansprechen bringt. Eine etwa auftretende kleine Zeitdifferenz im Beginn der
an dem Prüfling liegenden Stoß spannung und dem Beginn der Vergleichsstoßspannung
ist ohne störenden Einfluß, da dieser erfahrungsgemäß in der Größenordnung kleiner
als etwa 5 °/o der Stirnzeit der meist zur Verwendung kommenden Stoßspannung mit
I ,usec Stirazeit und 50 ,usec Rückenhalbwertzeit gehalten werden kann. Es ergibt
sich so unter Umständen bei störungsfrei verlaufender Prüfung eine kleine Abweichung
des vom Kathodenstrahloszillographen 29 aufgezeichneten Spannungsverlaufs von der
Nullinie, die aber sehr deutlich von einer Störspannung unterschieden werden kann.
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Um die Feststellung eines abweichenden Stoßspannungsverlaufs am Prüfling
mit möglichst großer Empfindlichkeit festzustellen, empfiehlt es sich, den Vergleichsstoßgenerator
mit einer möglichst hohen konstanten Spannung zu betreiben und die Anpassung an
die verschieden hohen Prüflingsspannungen dadurch vorzunehmen, daß - wie bereits
angedeutet - der Kondensator 24 variabel ausgeführt wird. Es muß dann auch der zum
Abgleich verwendete Kondensator 12 ebenfalls variabel ausgeführt werden, da ja das
Teilverhältnis zwischen 24 und 12 im vorliegenden Fall konstant sein muß.
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Andererseits ist der Kondensator 24 ein Teil der Belastungskapazität
des Vergleichsstoßgenerators.
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Um die Gesamtbelastungskapazität dieses Stoßgenerators konstant zu
halten, muß die Änderung im Wert von 24 durch eine entgegengesetzte Anderung des
Restbelastungskondensators 23 ausgeglichen werden.
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Da bei einem Uberschlag am Prüfling I3 die am Kathodenstrahloszillographen
auftretende Differenzspannung diesen gefährden könnte, ist zum Schutz des Kathodenstrahloszillographen
parallel zu den Ablenkplatten eine Schutzfunkenstrecke 30 nach Erde zu eingeschaltet.
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Zur Auslösung des Prüfstoßgenerators und des Kathodenstrahloszillographen
29 ist die Schaltfunkenstrecke 6 des Prüfstoßgenerators als gesteuerte Funkenstrecke
vorgesehen, die über die Koppeleinrichtung 3I in bekannter Weise gezündet werden
kann.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Feststellung kleiner Verformungen
einer an einem Prüfling angelegten Stoßspannung, die aus einer ersten Stoßspannungsquelle
stammt, dadurch gekennzeichnet, daß eine, einer zweiten, von der ersten unabhängigen
Stoßspannungsquelle entnommene Vergleichsstoßspannung der bei gutem Verlauf der
Stoßprüfung auftretenden Stoßspannung so genau angepaßt wird, daß der zur Registrierung
der Differenzspannung dienende Kathodenstrahloszillograph bei gutem Verlauf eine
oder etwa eine Nullinie schreibt und eine bei der eigentlichen Stoßprüfung durch
den Prüfling verursachte Verformung der Prüfstoßspannung gegen die in der Form unveränderte
Vergleichsstoß spannung eine wesentliche Abweichung des Anzeigegerätes von der Nullinie
ergibt.