EP2404177A1 - Abschneidefunkenstrecke - Google Patents

Abschneidefunkenstrecke

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Publication number
EP2404177A1
EP2404177A1 EP10700700A EP10700700A EP2404177A1 EP 2404177 A1 EP2404177 A1 EP 2404177A1 EP 10700700 A EP10700700 A EP 10700700A EP 10700700 A EP10700700 A EP 10700700A EP 2404177 A1 EP2404177 A1 EP 2404177A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark gap
voltage
cut
damping unit
series
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10700700A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Hinow
Ralf Pietsch
Thomas Steiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP2404177A1 publication Critical patent/EP2404177A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
    • H01T4/20—Arrangements for improving potential distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/537—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a spark gap

Definitions

  • the present invention relates to a clipping spark gap for a high voltage pulse testing system, preferably for quality assurance of power transformers.
  • the purpose of the high-voltage test is to simulate transient overvoltages in three-phase networks by means of artificially generated pulsed surges.
  • Classically a distinction is made between external overvoltages, which are caused, for example, by a lightning strike, and internal circuit overvoltages, which arise as a result of switching operations in the network.
  • the multitude of overvoltage phenomena are reduced to standardized lightning and switching impulse voltages for testing purposes.
  • parameters are defined which describe the increase of the voltage, the peak value and the back drop within certain tolerances.
  • the cut lightning impulse which is to simulate the effect of very fast voltage changes, is added as a further parameter, the cut-off time.
  • the requirements, voltage forms as well as the determination of these parameters are defined in the ICE 60060-1.
  • the high-voltage pulse testing system includes a pulse generator and auxiliary components such as a cut-off spark gap, a voltage divider and overshoot compensation.
  • Marx 's multiplication circuits also called Marx generators
  • the circuit type is constructed in a plurality of circuit stages, each of the stages connected in series having a surge capacitance and a switching device, in particular a switching spark gap, and a shunt capacitor and switching element in parallel Resistor and this connected in series has a resistor.
  • two successive stages are connected to one another such that they can be charged in parallel and can be discharged in series.
  • the surge capacitors are charged by means of a DC charging voltage. Inserted charging resistors not only limit the charging current, but also allow a short-term series connection of the capacitors by means of the spark gaps. The range of the spark gaps are chosen so that they just barely penetrate when reaching the maximum charging voltage. After all the surge capacitors are charged to their quasi-stationary end value of the voltage, the ignition of the lowest spark gap, which then breaks through. At the next spark gap is now the double charge voltage, so that it will certainly ignite. Regardless of the number of stages installed, the discharge process continues due to the addition of the charging voltages of previously fired stages to the last stage.
  • impulse voltage pulses of very short duration and simultaneously large amplitude can be generated, which are particularly suitable for testing purposes and experiments in high-voltage technology to verify the insulation resistance and immunity to electromagnetic compatibility.
  • the circuit addition also referred to as serial overshoot compensation, thus does not reduce the cause of the overshoot, but compensates for the overshoot in the load capacity, ie in particular on the DUT.
  • the overshoot compensation comprises a compensation capacitor and at least one parallelgelope to this discharge resistor or a discharge spark gap, wherein the additional circuit 'sche in serial construction to the test object in the Marx multiplication circuits is grind.
  • All of these installed system components of the high-voltage pulse testing system have a considerable spatial extent and must be arranged in a predetermined, dependent on the voltage level minimum distance from each other in the test field.
  • defined voltage-dependent minimum distances between voltage-carrying elements and the test field limitation must also be adhered to.
  • the space requirement of the entire high-voltage pulse testing system is therefore considerable.
  • many transformer manufacturers need to shift the entire high-voltage pulse testing system to change the test object. In this case, the Marx generator and the three other auxiliary components must be individually moved through the test hall and reassembled and set up as a high voltage pulse testing system. This process is time consuming and difficult to handle.
  • the object of the present invention is to reduce the voltage-related spatial extent of the auxiliary components, in particular the cut-off spark gap and the overshoot compensation, and thus to reduce the space requirement of the entire high-voltage pulse testing system in order to operate the test hall more efficiently. Furthermore, it is an object of the invention to reduce the capacitive loads of the test circuit as compared to prior art high voltage pulse testing systems.
  • the controlled clipping spark gap for this purpose is provided with an additional damping unit consisting of a series-connected damping resistor and a damping inductance and a spark gap connected in parallel thereto.
  • the additional damping unit is at least one stage of the cut-off spark gap upstream or downstream of a series circuit, that is electrically connected in series with at least one of the stages of the cut-off spark gap.
  • the damping unit absorbs the energy of the oscillation in the maximum voltage of the flash pulse and returns it in the backslash, whereby the effective oscillation is reduced in the maximum voltage of the flash pulse.
  • the cut-off spark gap If the cut-off spark gap ignites, it brings the voltage potential along the column to zero. The built-in capacitors of the cut-off spark gap are thus virtually bridged. In addition, the voltage potential that drops across the damping unit must also be brought to zero, which is caused by a short circuit, so an ignition, the parallel to the serial damping resistor and the damping inductance arranged spark gap. Depending on the particular application, the components of the additional damping unit used are interchangeable and thus cover a wide range of parameters of the test standards.
  • the additional damping unit is switched on;
  • the clipping spark gap according to the invention works like an overshoot compensation.
  • the damping unit is bridged and thus ineffective, since due to the short pulse duration no damping by the overshoot compensation is needed.
  • the pulse can be cut off after the predetermined period of time with the cut-off spark gap.
  • the cut-off spark gap with additional damping unit can be taken out of the test circuit since its functionality is not required for such a test.
  • the series circuit of the damping unit consisting of damping resistor and damping inductance, extended by an additional damping capacity, which causes a homogenization of the voltage distribution along the capacitors of the Abschneidefunkenrange.
  • another auxiliary component in particular a voltage divider
  • Figure 1 shows the circuit diagram of a known from the prior art
  • Figure 2 shows the circuit diagram of a damping unit according to the invention
  • Figure 3 shows the circuit diagram of a preferred embodiment of an inventive
  • Figure 4 shows a preferred embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a controlled cut-off spark gap which has become known from DD 143 130. This describes in principle the control of a cut-off spark gap 1 by a capacitive voltage divider 2. The entire arrangement is in the vicinity of a test specimen not shown here in parallel to a high voltage test generator. The test voltage to be cut is divided according to the uniformly selected capacitances uniformly on the capacitors 3 of the voltage divider 2 and thus also on each Einzelfunkenrange 4 of the Abschneidefunkenrange 1 on. The intermediate potentials at the individual capacitor terminals 5 of the capacitive voltage divider 2 are connected to a main electrode 6 of the associated individual spark gap 4 by cross connections 7 for potential control. A second connection to the same single spark gap 4 is made by a cable 8 with an auxiliary electrode 9, which is inserted into said main electrode 6 for triggering the Einzelfunkengroup 4.
  • the firing of the cut-off spark gap 1 takes place by externally firing the lowermost individual spark gap 4a with the aid of a trigger pulse applied to the auxiliary electrode 9a, so that the capacitor 3a of this first stage discharges via the single spark gap 6a.
  • the discharge current also flows through the transverse connection 7.
  • both the cross connection 7, as well as the cable 8 in the condenser 5 have a common connection point, the voltage difference leads to the associated single spark gap 4 between the auxiliary electrode 9 and the main electrode 6 for breakdown and thus triggering this single spark gap 4.
  • the continuation of the further stages and thus the entire cut-off spark gap 1 takes place.
  • Figure 2 shows the damping unit 20, consisting of a series compensation resistor 21 and a compensation inductor 22 and a parallel connected spark gap 23, which is formed from two opposing calotte 24 and 25.
  • the additional damping unit 20 is connected upstream or downstream of at least one stage of the cut-off spark gap 1 to a series circuit, i. electrically connected in series with at least one of the stages of the cut-off spark gap 1.
  • the damping unit 20 is arranged at the first stage of the cut-off spark gap 1, the grounding 26 otherwise present there must be routed to the additional damping unit 20.
  • the electrical dimensioning of the individual components can be adapted by simple replacement to the external conditions.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of the invention, in which the cut-off spark gap 1 with additional damping unit 20 together with another auxiliary component, namely the voltage divider 32, are arranged on a common base frame 30 with only one head electrode 35 for both auxiliary components.
  • the two auxiliary components are shown only schematically in FIG. 4 for reasons of clarity.
  • the base frame 30 is thereby formed from, for example, a longitudinally extending, thus linearly constructed and additionally provided laterally mounted arms frame structure. Attached to this base frame 30 and connected to this conductive are the auxiliary components.
  • the upper ends of the corresponding auxiliary components are mechanically fixed by means of electrically conductive cross struts 33 and 34. Again with the cross struts 33 and
  • the conductive cross struts 33 and 34 thus fulfill both the task of mechanically holding the top electrode 35 and a potential equalization between the auxiliary components and the top electrode
  • auxiliary components are electrically connected to one another via a common connection point in the region of the conductive cross struts 33 and 34 and thus have the same voltage level in this area.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gesteuerte Abschneidefunkenstrecke für ein Hochspannungs-Impulsprufsystem, vorzugsweise zur Qualitätssicherung von Leistungstransformatoren Erfindungsgemäß wird die Abschneidefunkenstrecke mit einer zusätzlichen Dämpfungseinheit, bestehend aus einem seriellen Dämpfungswiderstand und einer Dämpfungsinduktivitat mit einer parallel dazu geschalteten Funkenstrecke, erweitert und vereint damit die Funktionalitäten einer Abschneidefunktenstrecke und einer Overshoot-Kompensation in nur einer Hilfskomponente

Description

Abschneidefunkenstrecke
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschneidefunkenstrecke für ein Hochspannungs- Impulsprüfsystem, vorzugsweise zur Qualitätssicherung von Leistungstransformatoren.
Die Hochspannungsprüfung verfolgt den Zweck, transiente Überspannungen in Drehstromnetzen mittels künstlich erzeugten impulsförmigen Stößen zu simulieren. Dabei wird klassischerweise zwischen äußeren Überspannungen, die beispielweise durch einen Blitzschlag hervorgerufen werden, und inneren Schaltungsüberspannungen, die auf Grund von Schaltvorgängen im Netz entstehen, unterschieden. Die Vielzahl der Überspannungserscheinungen werden für Prüfzwecke auf genormte Blitz- und Schaltstoßspannungen reduziert. Für diese Prüfspannungen werden Kenngrößen festgelegt, die den Anstieg der Spannung, den Scheitelwert und den Rückenabfall innerhalb bestimmter Toleranzen beschreiben. Bei der abgeschnittenen Blitzstoßspannung, die die Wirkung sehr schneller Spannungsänderungen simulieren soll, kommt als weitere Kenngröße die Abschneidezeit hinzu. Die Anforderungen, Spannungsformen sowie die Bestimmung derer Parameter sind in der ICE 60060-1 definiert. Je nach durchgeführter Normprüfung umfasst das Hochspannungs- Impulsprüfsystem dafür einen Impulsgenerator und Hilfskomponenten wie eine Abschneidefunkenstrecke, einen Spannungsteiler und eine Overshoot-Kompensation.
Zur Erzeugung der erforderlichen impulsförmigen Stoßspannungen haben sich im Laufe der Jahre besonders Marx'sche Vervielfachungsschaltungen, auch Marx-Generatoren genannt, auf dem Markt etabliert. Der von dem gleichnamigen Erfinder 1923 entwickelte und unter der Nummer DE 455 933 zum Patent erteilte Schaltungstyp ist in mehreren Schaltungsstufen aufgebaut, wobei jede der Stufen in Serie geschaltet eine Stoßkapazität und ein Schaltorgan, insbesondere eine Schaltfunkenstrecke, und zu der Stoßkapazität und dem Schaltorgan parallelgeschaltet einen Widerstand sowie hierzu in Serie geschaltet einen Widerstand aufweist. Dabei sind zwei aufeinanderfolgende Stufen derart miteinander verbunden, dass sie parallelgeschaltet aufladbar und in Serie geschaltet entladbar sind.
Die Stoßkondensatoren werden mittels einer Ladegleichspannung aufgeladen. Eingeschleifte Ladewiderstände begrenzen hierbei nicht nur den Ladestrom, sondern erlauben auch eine kurzzeitige Reihenschaltung der Kondensatoren mittels der Funkenstrecken. Die Schlagweiten der Funkenstrecken sind so gewählt, dass diese bei Erreichen der maximalen Ladespannung gerade noch nicht durchschlagen. Nachdem alle Stoßkondensatoren auf ihren quasistationären Endwert der Spannung aufgeladen sind, erfolgt die Zündung der untersten Funkenstrecke, die daraufhin durchschlägt. An der nächsten Funkenstrecke steht nunmehr die doppelte Ladespannung an, so dass diese mit Sicherheit zünden wird. Unabhängig von der Anzahl der verbauten Stufen setzt sich der Entladungsvorgang auf Grund der Addition der Ladespannungen vorherig gezündeter Stufen bis zur letzten Stufe fort.
Auf diese Weise sind Stoßspannungsimpulse sehr kurzer Zeitdauer und gleichzeitig großer Amplitude erzeugbar, die sich insbesondere für Prüfzwecke und Versuche in der Hochspannungstechnik zum Nachweis der Isolationsfestigkeit sowie Störfestigkeit in der elektromagnetischen Verträglichkeit eignen.
Auch ist es beispielsweise aus der DE 196 39 023 bekannt, die Grenzbelastungskapazität des eben beschriebenen Marx-Generators mittels eines Schaltungszusatzes zu erhöhen, indem man während des Überschwingens an der Belastungskapazität, d. h. am Prüfling, eine Spannungsverringerung erreicht, die nach dem Abklingen des Überschwingens wieder aufgehoben wird. Der Schaltungszusatz, auch als serielle Overshoot-Kompensation bezeichnet, reduziert damit nicht die Ursache des Überschwingens, sondern kompensiert das Überschwingen an der Belastungskapazität, d. h. insbesondere am Prüfling. Die Overshoot-Kompensation besteht aus einer Kompensationskapazität und zumindest einem zu dieser parallelgeschalten Entladungswiderstand oder einer Entladungsfunkenstrecke, wobei der Schaltungszusatz in serieller Bauweise zu dem Prüfobjekt in die Marx'sche Vervielfachungsschaltungen einzuschleifen ist. Neben der zum Prüfobjekt seriell geschalteten Overshoot-Kompensation ist es auch bekannt, diese in parallel geschalteter Bauform zum Prüfling auszugestalten. Anders als bei der eben beschriebenen Bauform sind bei einer derart ausgebildeten Overshoot-Kompensation die Kompensationskapazität und der zumindest eine Entladungswiderstand oder Entladungsfunkenstrecke seriell angeordnet.
Weiterhin ist es für die Nachbildung einer betriebsmäßigen Überspannungsbeanspruchung und zum Nachweis der Isolationsfestigkeit von Hochspannungsbauteilen auch erforderlich, die Prüfobjekte wie bereits erwähnt mit einer abgeschnittenen Stoßimpulsspannung zu beaufschlagen. Für einen erfolgreichen Verlauf einer derartigen Normprüfung ist es notwendig, dass die angelegte Spannung innerhalb einer Toleranz von wenigen Mikrosekunden der gewünschten seit Beginn der Spannungswelle verflossenen Zeit unterbrochen wird. Technisch realisiert wird dies mit Abschneide- Funkenstrecken, wie sie bereits seit Langem aus dem Stand der Technik, z. B. aus der DD 143 130 oder der DE 1 255 192, bekannt geworden sind. Zudem wird in einem Hochspannungs-Impulsprüfsystem an die letzte Stufe der Marx'schen Vervielfachungsschaltung neben dem Prüfobjekt auch ein kapazitiv gedämpfter Impulsspannungsteiler angeschlossen, der die beim Entladen der Stufen erzeugte Blitzstoßpannung auf werte reduziert, die von den Mess- und Aufzeichnungsgeräten verarbeitet werden können.
All diese verbauten Systemkomponenten des Hochspannungs-Impulsprüfsystems haben eine beachtliche räumliche Ausdehnung und müssen in einem vorgegebenen, vom Spannungspegel abhängigen Mindestabstand zueinander im Prüffeld angeordnet werden. Darüberhinaus müssen ebenfalls definierte spannungsabhängige Mindestabstände zwischen spannungstragenden Elementen und der Prüffeldbegrenzung eingehalten werden. Der Platzbedarf des gesamten Hochspannungs- Impulsprüfsystems ist damit erheblich. Weiterhin muss bei vielen Transformatorenherstellern zum Wechseln des Prüfobjekts das gesamte Hochspannungs-Impulsprüfsystem verschoben werden. In diesem Fall müssen der Marx-Generator und die drei weiteren Hilfskomponenten einzeln durch die Prüfhalle bewegt und als Hochspannungs-Impulsprüfsystem wieder neu zusammengebaut und eingerichtet werden. Dieser Vorgang ist zeitaufwändig und in der Handhabung umständlich.
Auch ergeben sich aus der bekannten Anordnung des Hochspannungs-Impulsprüfsystems, bestehend aus Marx-Generator und den drei weiteren Hilfskomponenten, nicht zu vernachlässigende zusätzliche kapazitive Lasten, die die Nichterfüllung der Prüfnorm zur Folge haben können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die spannungsbedingte räumliche Ausdehnung der Hilfskomponenten, insbesondere der Abschneide-Funkenstrecke und der Overshoot-Kompensation, zu reduzieren und damit den Platzbedarf des gesamten Hochspannungs-Impulsprüfsystems zu verringern, um die Prüfhalle effizienter betreiben zu können. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, die kapazitiven Lasten des Prüfkreises im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Hochspannungs-Impulsprüfsystemen zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine gesteuerte Abschneidefunkenstrecke mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht dabei darin, die Funktionalitäten einer gesteuerten Abschneidefunkenstrecke und einer Overshoot-Kompensation in nur einer einzigen Hilfskomponente zu vereinen. Erfindungsgemäß wird die gesteuerte Abschneidefunkenstrecke dafür mit einer zusätzlichen Dämpfungseinheit, bestehend aus einem in Reihe geschalteten Dämpfungswiderstand und einer Dämpfungsinduktivität und einer parallel dazu geschalteten Funkenstrecke, erweitert. Die zusätzliche Dämpfungseinheit ist dabei mindestens einer Stufe der Abschneidefunkenstrecke zu einer Reihenschaltung vor- oder nachgeschaltet, d.h. mit mindestens einer der Stufen der Abschneidefunkenstrecke seriell elektrisch verbunden. Die Dämpfungseinheit nimmt die Energie der Oszillation im Spannungsmaximum des Blitzimpulses auf und gibt sie in dessen Rückenabfall wieder ab, wodurch die effektive Oszillation im Spannungsmaximum des Blitzimpulses reduziert wird. Zündet die Abschneidefunkenstrecke durch, so bringt sie das Spannungspotential entlang der Säule auf Null. Die verbauten Kondensatoren der Abschneidefunkenstrecke werden damit quasi überbrückt. Zudem muss das Spannungspotential, das über die Dämpfungseinheit abfällt ebenfalls auf Null gebracht werden, was durch einen Kurzschluss, also eine Zündung, der parallel zum dem seriellen Dämpfungswiderstand und der Dämpfungsinduktivität angeordneten Funkenstrecke bewirkt wird. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall sind die verwendeten Bauteile der zusätzlichen Dämpfungseinheit austauschbar und decken somit einen großen Parameterbereich der Prüfnormen ab.
Für die einzelnen Normprüfungen ergeben sich folgende funktionalen Kombinationsmöglichkeiten der Abschneidefunkenstrecke mit zusätzlicher Dämpfungseinheit:
Für einen Blitzstoßimpuls ist die zusätzliche Dämpfungseinheit zugeschaltet; die erfindungsgemäße Abschneidefunkenstrecke funktioniert wie eine Overshoot-Kompensation.
Für einen abgeschnittenen Blitzstoßimpuls wird die Dämpfungseinheit überbrückt und damit wirkungslos, da auf Grund der kurzen Impulsdauer keine Dämpfung durch die Overshoot- Kompensation benötigt wird. Der Impuls kann nach der vorgegebenen Zeitdauer mit der Abschneidefunkenstrecke abgeschnitten werden.
Für die Normprüfung von Schaltstoßimpulsen kann die Abschneidefunkenstrecke mit zusätzlicher Dämpfungseinheit aus dem Prüfkreis genommen werden, da für eine derartige Prüfung ihre Funktionalitäten nicht benötigt werden.
Bisher werden nach dem Stand der Technik Abschneidefunkenstrecke und Overshoot-Kompensation als separate Komponenten betrieben und müssen in einem definierten Abstand zueinander im Prüffeld stehen. Durch die erfindungsgemäße funktionale Integration der Abschneidefunkenstrecke und der Overshoot-Kompensation in einer einzigen Hilfskomponente wird es dem Prüffeldbetreiber erstmals möglich, die Anzahl der notwendigen Hilfskomponenten zu reduzieren und damit den Platzbedarf des ganzen Prüffeldes zu optimieren. Das Prüffeld kann damit effektiver betrieben werden. Auch verursacht die erfindungsgemäße Abschneidefunkenstrecke mit zusätzlicher Dämpfungseinheit eine geringere kapazitive Last im Prüfkreis als die aus dem Stand der Technik separaten Hilfskomponenten. Indem der Anlagenbetreiber nurmehr eine funktional erweiterte Hilfskomponente zu kaufen hat und bei dieser auf die hohen Kosten der zusätzlichen Kondensatoren der ansonsten separaten Overshoot-Kompensation verzichtet werden kann, ist durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erhebliche Kostenersparnis in der Produktion zu erwarten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Reihenschaltung der Dämpfungseinheit, bestehend aus Dämpfungswiderstand und Dämpfungsinduktivität, um eine zusätzliche Dämpfungskapazität erweitert, was eine Homogenisierung der Spannungsverteilung entlang der Kondensatoren der Abschneidefunkenstrecke bewirkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Abschneidefunkenstrecke mit zusätzlicher Dämpfungseinheit und eine weitere Hilfskomponente, insbesondere ein Spannungsteiler, an einem gemeinsamen Grundrahmen mit nur einer für beide Hilfskomponenten einzigen Kopfelektrode angeordnet. Damit ist es möglich, die an sich separaten Hilfskomponenten räumlich zusammenzuführen und den einen einzigen gemeinsamen Grundrahmen in besonders einfacher Weise in der Prüfhalle zu verfahren.
Die Vorrichtung soll nachstehend beispielhaft an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 den Schaltplan einer aus dem Stand der Technik bekannten
Abschneidefunkenstrecke
Figur 2 den Schaltplan einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit
Figur 3 den Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Dämpfungseinheit
Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Abschneidefunkenstrecke mit zusätzlicher Dämpfungseinheit.
In Figur 1 ist ein aus der DD 143 130 bekannt gewordener Schaltplan einer gesteuerten Abschneidefunkenstrecke gezeigt. Dieser beschreibt prinzipiell die Steuerung einer Abschneidefunkenstrecke 1 durch einen kapazitiven Spannungsteiler 2. Die gesamte Anordnung befindet in der Nähe eines hier nicht näher dargestellten Prüflings parallel zu einem Hochspannungsprüfgenerator. Die abzuschneidende Prüfspannung teilt sich entsprechend den gleichgroß gewählten Kapazitäten gleichmäßig auf die Kondensatoren 3 des Spannungsteilers 2 und damit auch auf jede Einzelfunkenstrecke 4 der Abschneidefunkenstrecke 1 auf. Die Zwischenpotentiale an den einzelnen Kondensatoranschlüssen 5 des kapazitiven Spannungsteilers 2 sind mit einer Hauptelektrode 6 der zugehörigen Einzelfunkenstrecke 4 durch Querverbindungen 7 zur Potentialsteuerung verbunden. Eine zweite Verbindung zur gleichen Einzelfunkenstrecke 4 erfolgt durch einen Leitungszug 8 mit einer Hilfselektrode 9, die in die besagte Hauptelektrode 6 zur Triggerung der Einzelfunkenstrecke 4 eingesetzt ist.
Die Zündung der Abschneidefunkenstrecke 1 geschieht, indem die unterste, erdnächste Einzelfunkenstrecke 4a mit Hilfe eines an die Hilfselektrode 9a gelegten Triggerimpulses in üblicher Weise extern gezündet wird, so dass sich der Kondensator 3a dieser ersten Stufe über die Einzelfunkenstrecke 6a entlädt. Der Entladestrom fließt dabei auch durch die Querverbindung 7. Dies hat zum einen eine Selbstinduktionsspannung in der Querverbindung 7 zur Folge und ruft zum anderen in dem in hinreichend großem Abstand geführten Leitungszug 8 eine Gegeninduktionsspannung hervor, die jedoch kleiner ist als die Spannung in der Querverbindung 7. Da sowohl die Querverbindung 7, als auch der Leitungszug 8 im Kondensatorschluss 5 einen gemeinsamen Verbindungspunkt besitzen, führt die Spannungsdifferenz an der zugehörigen Einzelfunkenstrecke 4 zwischen der Hilfselektrode 9 und der Hauptelektrode 6 zum Durchschlag und damit zu einer Triggerung dieser Einzelfunkenstrecke 4. In analoger Weise erfolgt das Durchzünden der weiteren Stufen und damit der gesamten Abschneidefunkenstrecke 1.
Figur 2 zeigt die Dämpfungseinheit 20, bestehend aus einem seriellen Kompensationswiderstand 21 und einer Kompensationsinduktivität 22 und einer parallel dazu geschalteten Funkenstrecke 23, die aus zwei gegenüberstehenden Kalotten 24 und 25 gebildet wird. Die zusätzliche Dämpfungseinheit 20 ist dabei mindestens einer Stufe der Abschneidefunkenstrecke 1 zu einer Reihenschaltung vor- oder nachgeschaltet, d.h. mit mindestens einer der Stufen der Abschneidefunkenstrecke 1 seriell elektrisch verbunden. Für den Fall, dass die Dämpfungseinheit 20 an der ersten Stufe der Abschneidefunkenstrecke 1 angeordnet wird, muss die ansonsten dort vorhandene Erdung 26 an die zusätzliche Dämpfungseinheit 20 verlegt werden. Zudem kann die elektrische Dimensionierung der einzelnen Bauteile durch einfachen Austausch an die äußeren Rahmenbedingungen angepasst werden.
Im Unterschied zu Figur 2 weist die in Figur 3 dargestellte Dämpfungseinheit 20 eine zu dem Dämpfungswiderstand 21 und der Dämpfungsinduktivität 22 zusätzlich in Reihe geschaltete Dämpfungskapazität 27 auf, die eine Homogenisierung der Spannungsverteilung entlang der Kondensatoren 3 der Abschneidefunkenstrecke 1 bewirkt. Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die erfindungsgemäße Abschneidefunkenstrecke 1 mit zusätzlicher Dämpfungseinheit 20 zusammen mit einer weiteren Hilfskomponente, nämlich dem Spannungsteiler 32, an einem gemeinsamen Grundrahmen 30 mit nur einer für beiden Hilfskomponenten einzigen Kopfelektrode 35 angeordnet sind. Die beiden Hilfskomponenten finden sich in Figur 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch dargestellt wieder. Der Grundrahmen 30 wird dabei aus einem beispielsweise sich längs ersteckenden, also linear aufgebauten und mit zusätzlich seitlich befestigten Auslegern versehenen Rahmenkonstruktion gebildet. An diesem Grundrahmen 30 befestigt und mit diesem leitend verbunden sind die Hilfskomponenten. Zudem sind die oberen Enden der entsprechenden Hilfskomponenten mittels elektrisch leitenden Querstreben 33 und 34 mechanisch fixiert. Wiederum mit den Querstreben 33 und
34 verbunden ist die Kopfelektrode 35, die beispielsweise als Toroid ausgebildet sein kann. Die leitenden Querstreben 33 und 34 erfüllen somit sowohl die Aufgabe, die Kopfelektrode 35 mechanisch zu halten, als auch einen Potentialausgleich zwischen den Hilfskomponenten und der Kopfelektrode
35 zu schaffen. Zudem sind die Hilfskomponenten über einen gemeinsamen Verbindungspunkt im Bereich der leitenden Querstreben 33 und 34 untereinander galvanisch verbunden und weisen damit in diesem Bereich das gleiche Spannungsniveau auf.

Claims

Patentansprüche
1. Gesteuerte Abschneidefunkenstrecke (1 ), bestehend aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelfunkenstrecken (4, 4a), denen zur Potentialsteuerung eine Kette von Kondensatoren (3, 3a) und/oder ohmschen Widerständen parallelgeschaltet ist und bei der wenigstens an einer Einzelfunkenstrecke (4, 4a) zur Fremdtriggerung eine Hilfselektrode (9, 9a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Dämpfungseinheit (20), bestehend aus einem in Reihe geschalteten Kompensationswiderstand (21 ) und einer Kompensationsinduktivität (22) mit einer parallel dazu geschalteten Funkenstrecke (23), mindestens einer Stufe der Abschneidefunkenstrecke (1 ) zu einer Reihenschaltung vor- oder nachgeschaltet ist.
2. Gesteuerte Abschneidefunkenstrecke nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung der Dämpfungseinheit (20), bestehend aus Kompensationswiderstand (21 ) und Kompensationsinduktivität (22), um eine weitere Dämpfungskapazität (27) erweitert wird.
3. Gesteuerte Abschneidefunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschneidefunkenstrecke (1 ) mit zusätzlicher Dämpfungseinheit (20) zusammen mit einem Spannungsteiler (32) an einem gemeinsamen Grundrahmen (30) mit einer für diese Hilfskomponenten einzigen Kopfelektrode (35) befestigt sind.
EP10700700A 2009-03-06 2010-01-12 Abschneidefunkenstrecke Withdrawn EP2404177A1 (de)

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DE102009012114.5A DE102009012114B4 (de) 2009-03-06 2009-03-06 Gesteuerte Abschneidefunkenstrecke sowie elektrische Anlage mit einer gesteuerten Abschneidefunkenstrecke
PCT/EP2010/000096 WO2010099842A1 (de) 2009-03-06 2010-01-12 Abschneidefunkenstrecke

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EP2404177A1 true EP2404177A1 (de) 2012-01-11

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