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Synthetische Prüfschaltung zur Prüfung von Hochspannungs-Hochleistungsschaltern
Es sind synthetische Prüfschaltungen (vgl. den Aufsatz von Slamecka in der »ETZ-A«,
1963, S. 581 bis 586, Bilder 9 und 12) nach dem Prinzip der gesteuerten Spannungsüberlagerung
bekannt. Bei diesen bekannten synthetischen Prüfschaltungen liefert zunächst der
Hochstromkreis nach dem Nulldurchgang des Hochstromes die wiederkehrende Spannung,
und es wird erst nach dem Nulldurchgang die Hochspannungsquelle wirksam, wodurch
ohne spannungslose Pause der geforderte weitere Verlauf der wiederkehrenden Spannung
erreicht wird.
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Die Hochspannungsquelle wird über eine Schalteinrichtung, sobald die
vom Hochstromkreis erzeugte wiederkehrende Spannung einen bestimmten Wert erreicht
hat, eine Drosselspule und einen ohmschen Dämpfungswiderstand an den zu prüfenden
Schalter oder an den in Reihe mit dem zu prüfenden Schalter liegenden Hilfsschalter
gelegt.
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Gemäß der Erfindung wird parallel zur Drosselspule der ohmsche Dämpfungswiderstand
geschaltet.
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Man erreicht dadurch gegenüber der bekannten Anordnung, wie Versuche
gezeigt haben, in einfacher Weise einen noch glatteren Verlauf des ersten Spannungsanstiegs
der wiederkehrenden Spannung, d. h., beim Zuschalten der Hochspannungsquelle tritt
keine Anderung der Steilheit der wiederkehrenden Spannung an dem zu prüfenden Schalter
ein. Ein ohmscher Widerstand parallel zur Drosselspule im Hochspannungskreis stellt
eine neuartige Dämpfungsmethode im Hochspannungskreis dar, und zwar ist dieser Widerstand
einerseits als Paralleldämpfung wirksam, andererseits sorgt er wegen Überbrückung
der Drosselspule für eine aperiodische Aufladung des Kondensators, der parallel
zum Hilfsschalter bzw. dem zu prüfenden Schalter liegt. Da ein aperiodischer Spannungsanstieg
zuerst seine größte Steilheit, ein parallel gedämpfter Einschwingvorgang aber zuerst
seine geringste Steilheit erreicht, ergibt sich am Anfang noch eine Steilheit der
Einschwingspannung des Hochspannungskreises mit annähernd geradlinigem Verlauf.
Durch diese neuartige Dämpfungsmethode wird, wie bereits erwähnt, erreicht, daß
der Verlauf der Einschwingspannung verbessert wird, d.h., wenn die vom Hochspannungskreis
gelieferte Einschwingspannung wirksam wird, hat diese eine große Anfangssteilheit,
wodurch die gesamte Einschwingspannung, die aus der Einschwingspannung des Hochstromkreises
und der des Hochspannungskreises gebildet wird, glatt verläuft.
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Die Bemessung des Dämpfungswiderstandes parallel zur Drosselspule
richtet sich nach der gewünschten Dämpfung bzw. dem gewünschten Über-
schwingfaktor
der vom Hochspannungskreis gelieferten Einschwingspannung. Wie bereits erwähnt.
liegt bei den bekannten Schaltungen mit gesteuerter Spannungsüberlagerung parallel
zu dem Schalter, an welchen die Hochspannungsquelle über die Drosselspule und die
Schalteinrichtung angeschlossen wird ein Kondensator in Reihe mit einem ohmschen
Widerstand. Es ist zweckmäßig, bei der Schaltung nach der Erfindung diesen ohmschen
Widerstand möglichst klein zu machen, so daß der Überschwingfaktor der wiederkehrenden
Spannung im wesentlichen nur durch den parallel zur Drosselspule liegenden ohmschen
Dämpfungswiderstand und den gegebenenfalls in Reihe zur Drosselspule liegenden ohmschen
Widerstand bestimmt wird. Vorteilhaft ist es, keinen ohmschen Widerstand in Reihe
mit dem Kondensator zu schalten und dafür einen ohmschen Widerstand in eine der
Verbindungsleitungen zwischen Schalter und Kondensator zu legen und die Hochspannungsquelle
über die Drosselspule und die Schalteinrichtung an den Kondensator anzuschließen.
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Durch diesen ohmschen Widerstand wird der Kondensator, wenn der Schalter
bei der Prüfung versagt, vor einem zu hohen Entladestrom geschützt. Die Dämpfung
des Spannungsverlaufs am Schalter wird durch diesen Widerstand nicht beeinflußt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In F i g. 1 wird die Hochspannungsquelle über eine Drosselspule und
eine gesteuerte Funkenstrecke nach dem Nulldurchgang des Hochstromes an den Hilfsschalter
angeschlossen. Mit 1 ist der zu prüfende Schalter, mit 2 der mit ihm in Reihe liegende
Hilfsschalter bezeichnet. Diese Reihenschaltung liegt parallel zur Sekundärwicklung
eines Transformators 3.
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Die Primärwicklung dieses Transformators ist über eine Drosselspule
4 und einen Draufschalter s mit
dem Generator 6 verbunden. Im Hochstromkreis
liegt in an sich bekannter Weise parallel zur Sekundärwicklung des Transformators
ein ohmscher Widerstand 8 und die Reihenschaltung aus einem Kondensator 9 und einem
ohmschen Widerstand 7. Der Generator bildet mit dem Transformator 3 die Hochstromquelle.
die den geforderten Ausschaltstrom für den zu prüfenden Schalter 1 bei einer gegenüber
der Nennspannung des Schalters geringeren Spannung liefert. Der Hochspannungskreis
besteht aus dem geladenen Kondensator 10, der die Hochspannungsquelle bildet, dem
Kondensator 13, der parallel zum Hilfsschalter 2 liegt der Drosselspule 15, zu der
erfindungsgemäß ein ohmscher Dämpfungswiderstand 21 parallel geschaltet ist, und
der gesteuerten Funkenstrecke 16. Außerdem liegt im Ausführungsbeispiel noch in
Reihe mit dem Kondensator 10 ein ohmscher Widerstand 22 von kleinem Ohmwert, der
als Schutzwiderstand für den Kondensator 10 dient, wenn die Drosselspule 15 Erdschluß
bekommt. In eine der Verbindungsleitungen zwischen Kondensator 13 und Hilfsschalter
2 ist ein Schutzwiderstand 23 eingeschaltet, und zwar im Ausführungsbeispiel zwischen
den gemeinsamen Anschlußpunkt der Schalter 1 und 2 und der unteren Klemme des Kondensators
13 Man könnte ihn aber auch zwischen die obere Klemme des Hilfsschalters 2 und die
obere Klemme des Kondensators 13 legen. Dieser Schutzwiderstand ist klein gegenüber
dem bei der bekannten Schaltung, die durch die Erfindung verbessert wird, ange-wendeten
ohmschen Widerstand in Reihe mit dem Kondensatorl3. Die Funkenstrecke 16 besitzt
eine Zündelektrode 17. Sie ist in an sich bekannter Weise über ein Steuergerätl8
an einen Widerstand 20 angeschlossen, der in Reihe mit der Funkenstrecke 19 parallel
zu der Reihenschaltung aus zu prüfendem Schalter 1 und Hilfsschalter 2 liegt.
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Zur Prüfung werden die Schalter 1 und 2 geschlossen. Hierauf wird
der Schalter 5 geschlossen.
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Dann erhalten die beiden Schalter 1 und 2 den Ausschaltbefehl. Sie
werden von einem Strom durchflossen, der von der Hochstromquelle geliefert wird,
dessen treibende Spannung aber geringer als die Nennspannung des Schalters ist.
Beim ersten oder einem der folgenden Nulldurchgänge des Hochstromes haben die Kontakte
der Schalter die Löschdistanz erreicht, wobei in an sich bekannter Weise dafür gesorgt
werden muß, daß bis zu diesem Zeitpunkt die Lichtbögen in beiden Schaltern brennen.
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Es tritt nunmehr nach dem Nulldurchgang des Hochstromes an den beiden
Schaltern 1 und 2 die wiederkehrende Spannung des Hochstromkreises auf.
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Sie teilt sich auf die beiden Schalter 1 und 2 im Verhältnis der Kapazität
des Kondensators 13 zur Eigenkapazität des Schalters 1 auf. Man wird die Kapazität
des Kondensators 13 in bekannter Weise wesentlich, z.B. hundertmal größer machen
als die Eigenkapazität des Schalters 1, so daß die wiederkehrende Spannung, die
vom Hochstromkreis geliefert wird, praktisch vollständig am Schalter 1 liegt.
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Durch entsprechende Wahl der Spannung des Hochstromkreises, d. h.
der Sekundärwicklung des Transformators 3, der Frequenz und Dämpfung des Hochstromkreises,
wird erreicht, daß die wiederkehrende Spannung am Schalter 1, die vom Hochstromkreis
geliefert wird, den geforderten Anfangsverlauf besitzt, wie er durch Prüfvorschriften
oder Auflagen des Verbrauchers vorgeschrieben wird.
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Die Frequenz des Hochstromkreises wird im wesentlichen bestimmt durch
die Induktivität der Drosselspule 4 einschließlich der Streuinduktivität des Transformators
3 und des Generators 6 und die Kapazität des Kondensators 9, während die Dämpfung
im wesentlichen durch die ohmschen Widerstände 7 und 8 bestimmt wird.
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Sobald diese vom Hochstromkreis gelieferte wiederkehrende Spannung
einen bestimmten Wert erreicht hat, also nach dem Nulldurchgang des Hochstromes,
beispielsweise kurz vor Erreichen ihres ersten Maximums, schlägt die Funkenstrecke
19 durch, und es entsteht am Widerstand 20 impulsartig eine Spannung. Dieser Spannungsimpuls
wird über das Steuergerät 18, z. B. einen Kondensator oder ein Ventil, der Zündelektrode
17 zugeführt, so daß die Funkenstrecke 16 durchschlägt.
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Der aufgeladene Kondensator 10 wird dadurch über die Parallelschaltung
von Drosselspule 15 und ohmschem Dämpfungswiderstand 21 und den ohmschen Widerstand
22 an den Kondensator 13 angeschlossen. Die Ladung des Kondensators 10 wird dabei
so getroffen, daß sich die vom Hochstromkreis herrührende Wiederkehrspannung und
die am Kondensator 13 in Zusammenwirken mit den Elementen 10, 22, 15, 21 auftretende
wiederkehrende Spannung zum gewünschten Verlauf addieren. Wie Versuche gezeigt haben,
wird durch die Parallelschaltung des ohmschen Dämpfungswiderstandes 21 zur Drosselspule
15 erreicht, daß beim Zuschalten der Hochspannungsquelle keine Anderung der Steilheit
der wiederkehrenden Spannung am Schalter auftritt, so daß auf einfache Weise ein
glatter Anfangsverlauf der wiederkehrenden Spannung erreicht wird.
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Der Widerstand 23 schützt den Kondensator 13, wenn der Schalter 2
bei der Prüfung durchschlägt, da durch ihn der Entladestrom des Kondensators 13
begrenzt wird.
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Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist der Hochspannungskreis parallel
an den Hilfsschalter angeschlossen. Man kann den Hochspannungskreis aber auch in
an sich bekannter Weise parallel zu dem zu prüfenden Schalter legen, wie es in Fig.2
dargestellt ist. Soweit die Teile mit denen der F i g. 1 übereinstimmen, sind die
gleichen Bezugszeichen gewählt.
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Parallel zum Hilfsschalter 2 liegt ein Kondensator 13. Parallel zum
zu prüfenden Schalter liegt ein Kondensator 24. Mit keinem der Kondensatoren ist,
wie sonst üblich, ein ohmscher Widerstand in Reihe geschaltet, sondern zwischen
dem Verbindungspunkt der Schalter 1 und 2 und dem Verbindungspunkt der Kc:'.densatoren
13 und 24 liegt ein Widerstand 23. An den Kondensator 24 ist über die Drosselspule
15, eine gesteuerte Funkenstrecke 16 mit der Zündelektrode 17 und den ohmschen Widerstand
22 der geladene Kondensator 10 angeschlossen. Parallel zur Drosselspule 15 liegt
erfindungsgemäß ein obmscher Dämpfungswiderstand 21. Der Widerstand 23 schützt in
der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel den Kondensator 24 vor einem zu hohen
Entladestrom beim Versagen des zu prüfenden Schalters 1 bzw. den Kondensator 13
bei einem Versagen des Hilfsschalters 2.
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Die Reihenschaltung aus Funkenstrecke 19 und ohmschem Widerstand
20 ist im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 1 so angeschlossen, daß die obere
Elektrode mit der oberen Klemme des Schalters 2 verbunden ist.
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Zur Prüfung sind zunächst die beiden Schalter geschlossen, die nach
Schließen des Schalters 5 den Ausschaltbefehl erhalten. Nach Erreichen der Löschdistanz
liefert nach dem Nulldurchgang des Stromes in an sich bekannter Weise zunächst der
Hochstromkreis die wiederkehrende Spannung. Im Bereich des Maximums dieser Spannung
schlägt die Funkenstrecke 19 durch, und es wird dadurch ein Spannungsimpuls auf
die Zündelektrode 17 gegeben, so daß die Funkenstrecke 16 durchschlägt und jetzt
der Hochspannungskreis im Zusammenwirken mit dem Hochstromkreis den gewünschten
weiteren Verlauf der wiederkehrenden Spannung am Schalter 1 liefert.
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Dadurch, daß der Dämpfungswiderstand 21 parallel zur Drosselspule
15 liegt. tritt praktisch keine Änderung der Steilheit im ersten Anstieg der wiederkehrenden
Spannung am Schalter 1 auf.