DD228361B3 - Schaltungsanordnung zur erzeugung einer schwingenden schaltspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer schwingenden Schaltspannung für die Hochspannungsprüftechnik. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schaltungsanordnung zur Schaltspannungserzeugung, wo der Spannungsverlauf symmetrisch zur Nullinie und mittels eines Hochspannungsprüftransformators erfolgt, über dessen Niederspannungswicklung ein Kondensator entladen wird und dessen Überspannungswicklung mit einem Prüfling belastet ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schaltelement, z. B. ein Thyristorschalter, welches parallel zur Unterspannungswicklung liegt, diese in dem Augenblick kurzschließt, in dem der Strom in der Primärwicklung seinen ersten Nulldurchgang hat, wodurch ein Reihenschwingkreis gebildet wird. Durch Einschaltung von Induktivitäten und Widerständen in diesen Kreis kann die Schwingungsform verändert werden.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer schwingenden Schaltspannung, deren Hüllkurve symmetrisch zur Nullinie ist, durch Entladung einer Kondensatorbatterie über ein Schaltelement, z. B. eine Plasmafunkenstrecke oder einen Thyristorschalter, auf die Primärwicklung eines Hochspannungsprüftransformators, derauf seiner Sekundärseite mit einem stark kapazitätsbehafteten Prüfling in Verbindung steht.

Es ist bekannt, mittels Hochspannungstransformatoren oder Wechselspannungs-Hochspannungsprüfanlagen Schaltüberspannungen in Höchstspannungsnetzen nachzubilden. Bei einer Anordnung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, insbesondere zur Prüfung von Isolieranordnungen und Hochspannungsgeräten, wird ein Prüftransformator verwendet, dessen Primärwicklung mittels eines elektronischen Schalters weniger als eine halbe Periode einer Wechselspannung eingeschaltet ist. Das Einschalten erfolgt bei Spannungswerten in der Nähe oder beim Scheitelwert und das Ausschalten in der Nähe oder im Nulldurchgang der Primärspannung, womit Ausgangsspannugnen mit dem doppelten Scheitelwert der Nennspannung, die auch schwingenden Verlauf haben können, entstehen (DD-PS 50683). Die Nachbildung der in Höchstspannungsnetzen der Energieversorgung auftretenden Schaltüberspannungen verlangt jedoch immer leistungsfähigere Anlagen, die höhere Spannungen mit kürzeren Stirnzeiten und auch längeren Rückenhalbwertszeiten liefern. Weiterhin ist es bekannt, modifizierte Stoßspannungsanlagen zur Schaltspannungserzeugung zu benutzen {Mosch, W.: Die Nachbildung von Schaltüberspannungen in Höchstspannungsnetzen durch Prüfanlagen, Wiss. Zeitschr. d.TUD 18 (1969) H.2., S. 513 ff.). Durch Einschaltung von L-R-C-Kreisen werden mehr oder weniger stark gedämpfte periodische Schwingungen erzeugt. Bei einer Schaltung nach W. L.lvanov werden zwei unterschiedlich abgestimmte Schwingkreise entgegengeschaltet, wobei sich zwei gedämpfte Cosinusschwingungen mit einem Frequenzverhältnis von z.B. 1:4 überlagern. Diese Schaltung ist relativ kompliziert; auch werden für Änderungen der Form der Schaltspannung immer andere Induktivitäten notwendig. Es ist auch bekannt, die o. g. Schaltungsanordnung im Zusammenwirken mit einem Transformator zu benutzen, der auf seiner Sekundärseite naturgemäß mit der Prüflingskapazität belastet ist (GOST 1516.2-76 Seite 46). Im Gegensatz zu der o.g. Schaltungsanordnung treten dabei infolge des Zustandekommens eines weiteren Schwingkreises - hervorgerufen durch die Prüflingskapazität und die Hochspannungstransformatorstreuinduktivität —noch stärkere Oberwellen im Schwingungsverlauf auf, wobei eine nicht norm bare Folge von unregelmäßig wechselnden größeren und kleineren Scheitelwerten im Verlauf auftreten.

Als entscheidende Nachteile der bekannten Schaltungen sind jedoch der geringe Ausnutzungsgrad der Spannung und die Unsymmetrie des Schwingungsverlaufes zur Nullinie zu nennen. Unabhängig von den o.g. Lösungen zur Erzeugung von Schaltspannungen ist auch z. B. für die Zwecke der Plasmaphysik eine Schaltung unter der Beziehung „Crow-Bar-Schaltung" bekannt. Ihre Wirkungsweise besteht darin, daß in dem Augenblick, in dem die gesamte Energie eines Kondensators in eine Spule hinübergewandert ist und damit die Stromänderung nach der Zeit den Wert 0 angenommen hat, ein Schalter die Spule kurzschließt. Damit wird jedoch in der Spule ein Stromverlauf erzeugt, der einer aperiodischen, exponentiellen Funktion entspricht (DE-AS 1246113).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches so zu verbessern, daß sie zur Erzeugung hoher und symmetrisch zur Nullinie schwingender Schaltspannungen geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebene Schaltungsanordnung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungskonzeptes sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: Eine Schaltungsanordnung für die Schaltspannungserzeugung Fig.2: Kurvenverläufe.

In der Figur 1 ist ein für 50-Hz-Betrieb bemessener Hochspannungs-Prüftransformator 1 mit z. B. einer Übersetzung 10 kV/1000 kV dargestellt. An dessen Sekundärwicklung 2 ist ein als Kapazität wirkender Prüfling 3 angeschlossen. Als Energiespeicher der Schaltungsanordnung dient ein Kondensator 4, der durch eine in der Figur nicht dargestellte Gleichspannungsquelle aufgeladen werden kann. Die Gleichspannungsquelle ist von der Kondensatorbatterie 4 so entkoppelt, daß sie das Verhalten der dargestellten Schaltung praktisch nicht beeinflußt. Mit Hilfe eines Thyristorschalters 5 kann der geladene Kondensator 4 unter Zwischenschaltung von Induktivitäten 6 und 7 und eines Ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 an die Primärwicklung 9 des Hochspannungs-Prüftransformators 1 geschaltet werden. Durch Zünden eines antiparallel zu einer Diode 10 geschalteten Thyristorschalters 11 können die links und rechts hiervon liegenden Schaltungsteile voneinander entkoppelt werden. Da Hochspannungs-Prüftransformatoren meist mehrere Unterspannungswicklungen besitzen, z. B. die der Einspeisung dienende Primärwicklung, die sogenannten Schubwicklungen u/o, die der Speisung des nächsten Transformators in der Kaskadenschaltung dienende Überkopplungswicklung, kann an eine oder an mehrere dieser Unterspannungswicklungen der geladene Kondensator angeschaltet werden.

Die wichtigsten zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung in vorstehend beschriebener Schaltung zeigt Fig. 2. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird die Übersetzung des Hochspannungsprüftransformators 1 mit ü = 1 angenommen. Für das gewählte Beispiel sei weiterhin angenommen, daß die Kapazität des Kondensators 4 doppelt so groß wie die Kapazität des Prüflings 3; die Induktivität 6 soll wesentlich kleiner als die Induktivität 7 sein. Im Ausgangszustand ist nur der Kondensator 4 auf eine gegen über Erde positive Spannung aufgeladen. Mit dem Zünden des Thyristorschalters 5 zum Zeitpunkt t, beginnt ein Stromfluß, dargestellt durch den Kurvenverlauf a von dem Kondensator durch die Induktivitäten 6,7, den Thyristorschalter 5, den Dämpfungswiderstand 8 und den Hochspannungsprüftransformator 1 in die Kapazität des Prüflings 3. Während hierbei die Spannungskurve b am Prüfling 3 im Verlauf einer Cosinusfunktion ansteigt, fällt die Spannung an dem Kondensator 4 ebenfalls nach einer Cosinusfunktion, deren zeitlicher Verlauf in Kurve с dargestellt ist. Bei Erreichen des ersten Scheitelwertes der Spannung nach dem Kurvenverlauf b am Prüfling 3 zum Zeitpunkt t₂ wird der Strom zu Null (Kurve a) und der Thyristorschalter 5 verlischt. Unmittelbar nach Löschen des Thyristorschalters 5 wird der Thyristorschalter 11 gezündet. Hierdurch entsteht ein Reihenschwingkreis, gebildet aus der Induktivität?, dem Dämpfungswiderstand 8, der Diode 10 mit dem parallel liegenden Thyristorschalter 11, dem Hochspannungsprüftransformator 1 und dem Prüfling 3. Die Spannung am Prüfling 3 schwingt in Form einer gedämpften Cosinusschwingung, wie in Kurve b dargestellt ist, symmetrisch um die Nullinie aus. Frequenz und Dämpfung des Spannungsverlaufes am Prüfling 3 können mit Hilfe der Induktivität? und des ohmschen Dämpfungswiderstandes 8 eingestellt werden. Die Induktivität 6 dient als Überstromschutz für die Thyristorschalter 5 und 11 in Havariefällen. Der Kondensator 4 kann selbstverständlich durch Parallel- u/o Reihenschaltung einzelner Kondensatoren zusammengeschaltet sein.

Claims (3)

1. Schaltunganordnung zur Erzeugung einer schwingenden Schaltspannung, deren Hüllkurve symmetrisch zur Nullinie ist, durch Entladung einer Kondensatorbatterie über ein Schaltelement, z. B. eine Plasmafunkenstrecke oder einen Thyristorschalter auf die Primärwicklung eines Hochspannungsprüftransformators, der auf seiner Sekundärseite mit einem stark kapazitätsbehafteten Prüfling in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Schaltelement parallel zur Primärwicklung (9) angeordnet ist, das im ersten Stromnulldurchgang des Primärstromes oder zumindest in seiner Nähe schließt, wodurch sich ein Reihenschwingkreis, bestehend aus der Streuinduktivität des Hochspannungsprüftransformators (1), der Kapazität des Prüflings (3) und der Eigenkapazität des Hochspannungsprüftransformators (1) bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reihenschwingkreis einzeln oder gemeinsam Zusatzinduktivitäten (7), Zusatzkapazitäten und Dämpfungswiderstände (8) eingeschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Schaltelement ein Thyristorschalter (11) Anwendung findet und diesem eine Diode (10) antiparallel geschaltet ist.