Untersuchungen über die Ultrakorona

Research Collection
Doctoral Thesis
Untersuchungen über die Ultrakorona-Entladung
Author(s):
Uhlig, Charles Arthur Edward
Publication Date:
1954
Permanent Link:
https://doi.org/10.3929/ethz-a-000087745
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Prom. Nr. 2237
über die
Untersuchungen
Ultrakorona-Entladung
Von der
Technischen
Eidgenössischen
Hochschule
zur
in
Zürich
Erlangung
der Würde eines Doktors der
technischen Wissenschaften
genehmigte
PROMOTIONSARBEIT
vorgelegt
von
CHARLES ARTHUR EDWARD UHLIG
Britischer Staatsangehöriger
Berger
Referent :
Herr Prof. Dr. K.
Korreferent
Herr Prof. E. Gerecke
Juris-Verlag Zürich
1954
:
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-
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Meinen lieben Eltern
-
VI
-
Die alle übrigen Versuchsanordnungen umfassende Gruppe b, die durch
Möglichkeit der Ausbildung stationärer Vorentladungen gekenn¬
zeichnet ist, zeigt bei negativer Polarität, sowohl bezüglich der Ausbildung
der Vorentladungen, sowie auch bezüglich der Höhe der erreichten ziemlich
hohen
Uebe r s chlagspannungen,
einheitliches Verhalten. Die allge¬
meine Auffassung, wonach die Ueberschlagspannung mit wachsender Prüfspannungssteilheit dauernd steige, bedarf einer Korrektur, denn bei grossen
Schlagweiten tritt vielmehr ein vorübergehendes Fallen ein,
die
bevor dann die erwartete dauernde Zunahme der
Ueberschlag¬
folgt.
spannung
Bei positiver Polarität zeigen Spitze, Stab und alle technischen Objekte
(Untergruppe bj) bei geringen Steilheiten der Prüfspannung die bekannte
Büschelentladung, aus der sich dann bei sehr kleiner Spannungs¬
höhe
der
Ueberschlag
entwickelt.
Ganz
verhalten sich dagegen
neuartige Entladungserscheinung
zeigen, die als "Ultrakorona" bezeichnet werden soll. Diese Entladung
besteht aus einer ganz dünnen, der Leiteroberfläche eng anliegenden,
intensiv rötlich violett strahlenden, strukturlosen Leuchtzone,
in der
sehr
starke
die
sich
im
Raumladungen gebildet werden,
übrigen Feldraum so anordnen, dass die Feldstärke an allen
Stellen
Hierdurch
wird
die
Gas¬
praktisch gleich wird.
strecke
ausserordentlich durchschlagsfest und die Ueber¬
überraschend
hoch.
Bei
schlagspannung
liegt
grösseren
Steilheiten weicht die Ultrakorona der Büschelentladung, womit ein hefti¬
ger Rückgang der Ueberschlagspannung einsetzt und die Kurven
der
Untergruppe b2 schmiegen sich allmählich denjenigen der Unter¬
gruppe bi an. Bei sehr grossen Steilheiten folgt dann für die ge¬
samte Gruppe b der erwartete, erneute Anstieg der Ueberschlag¬
Unter
spannung.
zusammengesetzter Beanspruchung nimmt
die Untergruppe b2 bei positiver Polarität wieder eine Sonderstel¬
lung ein, als nur bei ihr die resultierende Ueberschlagspannung
bedeutend kleiner als ihre Vorspannung sein, bei den Objektgruppen
b. und a hingegen die Ueberschlaggleichspannung höchstens erreichen kann.
dünne Drähte
(Untergruppe b2),
anders
die eine
-
II.
Objektschonende
Prüf
Schaltungen
Zur Schonung der Prüfobjekte, speziell der dünnen Drähte, beim Ueber¬
schlag, sowie zur Erzeugung sehr flacher Stosspannungen, wurden folgende
neue Schaltungen entwickelt:
1)
Die elektronische
2)
Der
3)
Die automatische
Schnellabschaltung
spannungsprüfungen,
lage
der
Speisung
bei Gleich- und Wechsel¬
Flachwellengenerator,
bei der
Steuerung einer Gleichspannungs- und einer StossprüfanErzeugung zusammengesetzter Beanspruchung.
<»
vn
-
-
INHALTSVERZEICHNIS
Abschnitt
1
Titel
Seite
Einleitung
1
1.1
Historischer Rückblick
1
1.2
Gegenstand
2
1.3
Versuchsleitung,
2
der
vorliegenden Arbeit
Ort und
Zeitpunkt der Versuchsdurchführung
Beschreibung der Versuchseinrichtungen
2.1
Objekte, Spannungsformen
2.2
Prüf Objektbeschreibung
2.3
Spannungserzeugung
2.3.1
2.3.1.1
und
und Messmittel
2
3
3
3
13
Messung
Wechselspannungserzeugung und-messung
Vereinfachtes Schema des Hauptkreises
13
15
2.3.1.2
Ersatzschema des Hauptkreises
16
2.3.1.3
Die
18
2.3.1.4
2.3.1.5
2.3.1.6
2.3.1.7
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.4.1
2.3.4.2
2.3.4.3
2.3.5
2.3.5.1
2.3.5.2
2.3.5. 3
2.3.5.4
2.4
2.4.1
2.4.1.1
2.4.1.2
2.4.1.3
2.4.1.4
2.4.1.5
2.4.2
Bedingung für eine möglichst oberwellenarme Prüf Spannung
Die Bedingungen für günstige elektronische Abschaltung eines
Wechselspannungsprüfkreises
Die im Ueberschlagsfunken eines Wechselspannungsprüfkreises
frei werdende Energie
Die UeberSetzung des Prüftransformators und sein Ersatzbild
Die Charakteristik des Transformators
Besprechung
42
45
49
49
56
71
77
77
77
78
91
95
Prinzipschemata
Schaltung für Wechsel- und Gleichspannungsmessungen (Abb. 47)
Zusammenfassung
95
95
95
Der stationäre Betriebszustand
Die Schnellabschaltung
Wiedereinschaltung
Gleichspannungsbetrieb
Schaltung zur Erzeugung und Messung
lerer Steilheit (Abb. 48)
25
28
39
Gleichspannungserzeugung und-messung
Erzeugung und Messung einer quasilinear mittelsteil ansteigenden
Spannung
Erzeugung und Messung einer quasilinear flach ansteigenden
Spannung
Erzeugungsmöglichkeiten einer quasilinear flach ansteigenden
Spannung
Allgemeine, vereinfachte Berechnung des Flachwellengenerators
Messung von flach ansteigenden quasilinearen Spannungen
Erzeugung und Messung einer Stosspannung, der eine Gleich¬
spannung überlagert ist
Spannungsform
Schaltungsprinzip und Kopplungsmöglichkeiten
Schaltung zur Erzeugung und Messung einer aus Gleichspannung
und steiler Stosspannung zusammengesetzten Beanspruchung
Schaltung zur Erzeugung und Messung einer aus Gleichspannung
und mittelsteiler Stosspannung zusammengesetzten Beanspruchung
der
21
98
98
Die synchrone
99
von
Spannungsstössen mitt¬
99
-
2.4.4.1
2.4.4.2
2.5
-
Titel
Abschnitt
2.4.3
2.4.4
vni
Seite
Der Flachwellengenerator (Abb. 49)
Die aus Gleichspannung und Stoss zusammengesetzte Bean¬
102
spruchung (Abb. 50)
Allgemeines
102
102
Die elektronische
Ueberlegungen
zu
den
Steuerschaltung
105
vollständigen Schaltschemata
106
2.5.1
Die Maschinengruppe
106
2.5.1.1
2.5.1.2
2.5.2
Beschreibung der Anlage
Verwendungszweck bei den einzelnen Prüf Schaltungen
Die Unterspannungsschaltung bei Wechsel- und Gleichspan¬
nungsbetrieb
Der Hauptkreis
106
2.5.2.1
2.5.2.2
2.5.2.3
2.5.2.4
2.5.2.5
2.5.2.6
2.5.3
2.5.3.1
2.5.3.2
2.5.3a
2.5.4
Die
Gewinnung eines polarisierten Abschaltimpulses
dem Prüfobjektüberschlag
Der synchronisierte Einschaltimpuls
Uebertragung der Steuer Spannung auf die Mutator gitter
Spann un gs- und Stromverläufe
Oberspannungsschaltung bei Wechselnungsbetrieb; Messung der Prüf spannung
123
126
126
und
127
Gleichspan¬
128
Der
Hauptkreis
Die Messeinrichtungen
Messchaltung für die Aufnahme der
rakteristiken bei Gleichspannung
Schaltung zur Erzeugung und Messung
128
130
Strom Spannungscha¬
135
von
Stössen mittlerer
Die Speisung des Stossgenerators
Die Marx'sche Stosschaltung
Der Hochspannungskaltkathodenzweistrahloszillograph
2.5.5.1
Steilheit
Die Speisung des Flachwellengenerators
Der Flachwellengenerator
Die
Erzeugung und Messung
Die Unterspannungsschaltung
2.5.7
spruchung
Die
Oberspannungsschaltung
2.5.7.1
spannungen
Die Schaltung
2.6
2.6.1
2.6.2
3
3.1
3.1.1
von
Stössen kleiner
147
147
153
174
Messeinrichtungen
2.5.6
2.5.7.2
141
Sy¬
143
Schaltung
2.5.5.2
2.5.5.3
137
137
Berger/Trüb-Täuber
2.5.5
zur
bei
zusammengesetzter Bean¬
176
bei
zusammengesetzten
Prüf¬
181
zur
Erzeugung
spruchung
Schaltungsteil zur Erzeugung
Stosspannungen
Zusammenstellung
der
Gleichspannungsvorbean¬
182
und
der verwendeten
Messung der überlagerten
183
201
Prüfspannungen
201
Einfache
Prüfspannungsformen
Zusammengesetzte Prüfspannungsformen
Messresultate
und
201
202
Beobachtungen
202
Ueberschlagspannungen
Mit
einfachen
Formen
der
Prüfspannung
erhaltene
Mess¬
resultate
3.1.1.1
112
aus
den Mutatoren
an
Die
stem
112
119
Der Mutatorsteuerkreis
Steilheit
2.5.4.1
2.5.4.2
2.5.4.3
109
Messungen der Ueberschlagspannungen von Versuchsan¬
ordnungen der Gruppe bj, bei denen sich der Ueberschlag
für langsam ändernde positive Spannung aus der Büschel¬
entladung entwickelt
204
207
-
-
Seite
Titel
Abschnitt
3.1.1.2
IX
Messungen der Ueberschlagspannungen von Versuchsan¬
ordnungen der Gruppe a, bei denen sich der Ueberschlag
Vorentladungen entwickelt
Messungen der Ueberschlagspannungen von Versuchsan¬
ordnungen der Gruppe b2, bei denen sich der Ueberschlag
für langsam ändernde positive Spannung aus einer Ultra¬
koronaentladung entwickelt
Mit zusammengesetzten Formen der PrüfSpannung erhaltene
215
Messresultate
232
ohne
3.1.1.3
3.1.2
3.1.2.1
Ueberschlagspannungen an Versuchsan¬
der Gruppe bj, bei denen sich der positive
Gleichspannungsüberschlag aus einer Büschelentladung
der
Messungen
ordnungen
246
entwickelt
3.1.2.2
3.1.2.3
3.1.2.4
217
Messungen der Ueberschlagspannungen einer Versuchs¬
anordnung der Gruppe a, bei der sich der Ueberschlag
ohne Vorentladungen entwickelt
Messungen der Ueberschlagspannungen von Versuchsan¬
ordnungen der Gruppe b2, bei denen sich der Ueberschlag
bei positiver Gleichspannung aus einer Ultrakoronaentla¬
dung entwickelt
Zusammenfassung der Merkmale bei zusammengesetzter
Beanspruchung
257
258
266
3.2
Gleichstrom-Spannungs-Charakteristiken
266
3.3
Spezialversuche
271
3.3.1
3.3.1.1
3.3.1.2
3.3.1.3
Beobachtungen von Entladungserscheinungen
Die Kugelelektrode
Die Spitze
Die Kegelmantel-oder Schirmelektrode
272
272
272
273
3.3.1.4
Das Rohr
273
3.3.1.5
Das Drahtkreuz
Dünner Draht und Spitze
Der dünne isolierte Draht
Der metallisch reine, dünne blanke Draht
274
3.3.1.6
3.3.1.7
3.3.1.8
3.3.1.9
3.3.1.11
auf Isoliermaterial aufliegender oder in dessen
Nähe befindlicher Draht
Büschelfreie Armaturen
Der längsbeanspruchte Isolierstab mit büschelnden oder
3.3.1.12
3.3.2
Wechselspannungsdauerbeanspruchung
Ueberschlagwechselspannungen einfacher Anordnungen bei
3.3.1.10
Dünner,
büschelfreien Elektroden
Der dünne Draht bei
grossen Schlagweiten
4
Ergänzung der Messresultate und Beobachtungen
durch
Veröffentlichungen auf verwandten For¬
schungsgebieten
4.1
Uebersieht über den Teil 4
4.2
Kommentar
4. 2.1
4. 2.2
275
276
276
277
277
278
278
280
280
den Messungen und Beobachtungen
281
Ueberschlagspannung im inhomogenen Feld
Erhöhung
durch scharfkantige Elektroden
Erhöhung der Ueberschlagspannung des inhomogenen Feldes
281
zu
der
durch dünne Isolier schirme
4.2.3
274
Erhöhung
der
Ueberschlagspannung
durch büschelfreie Elektroden
des
281
inhomogenen Feldes
282
-
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.2.8
4.2.9
4.2.10
4.2.11
4.2.12
4. 2.13
4. 2.14
4. 2.15
-
Seite
Titel
Abschnitt
4.2.4
X
Erhöhung der Durchschlagspannung einer Durchführung mit
atmosphärischer Luft als Dielektrikum durch Raumladungs¬
steuerung
Ueberspannungsventil mit Stossfaktor < 1
Schaltung zur Messung des Scheitelwertes hoher Wechsel¬
spannungen
Methoden zur Feststellung der Polarität der
führenden Halbwelle einer Wechselspannung
4.2.17
4.2.18
4.2.19
4.2.20
4.2.21
4. 2.22
4.2.23
4.2.24
4. 2. 25
4.2.26
4. 2. 27
4. 2.28
4.2.29
282
282
zum
Ueberschlag
Schnellabschaltung der Prüfwechselspannung beim Objekt¬
überschlag
Beeinflussung der Ueberschlagspannung eines unter Ultra¬
koronaentladung stehenden Objekts durch der Prüf Spannung
überlagerte hochfrequente Schwingungen
Die Abweichungen der Eichkurven der benutzten horizontalachsigen Kugelfunkenstrecke 250 mm £ von den SEV-Kurven
Eichkurven für die vertikalachsige Kugelfunkenstrecke 750mm <S
Beeinflussung der Ueberschlagspannung einer Messfunken¬
strecke durch Baumladungen
Behandlung einer Kugelfunkenstrecke vor den Messungen
Einfluss längerer Messunterbrüche auf die Ueberschlagspan¬
nung von Kugelfunkenstrecken
Fälschung der Ueberschlagspannung des Dünndrahtfeldes durch
283
283
283
283
284
284
284
285
285
Randeffekte
4.2.16
282
Stosserdung für die einwandfreie oszillo¬
graphische Aufnahme rascher Vorgänge
Entionisierungszeit der Schaltfunkenstrecke eines Stosskreises
Stationäre Vorentladungen an Messfunkenstrecken
286
Homogenisierung des Dünndrahtfeldes
287
Homogenisierung des Spitzenfeldes
Die Koronastromstösse (Corona Pulses)
288
Wichtigkeit
der
Vorarbeiten zu den Untersuchungen über Ultra¬
koronaentladung
Systematische Untersuchungen mit Keilwellen
Beeinflussung von Vorentladungen, Anfangs- und Ueberschlag-
286
286
287
Klassische
spannungen durch das Klima
Verschiedenheit der Ueberschlagspannung bei Beanspruchung
mit Keilwellen oder vollständigen Stössen gleicher IEC-Steilheit
Entwicklung von Vorentladungen und Funken bei den Prüf¬
objekten der Gruppe bj
Aussergewöhnliche Streuung der positiven statischen Ueber¬
schlagspannung im inhomogenen Feld
Das Stossverhältnis von kantigen und abgerundeten Elektroden
Hohe Ueberschlagspannungen an gerundeten Elektroden bei
relativ zu ihrem Krümmungsradius nicht zu grossen Schlag¬
weiten
289
289
289
291
291
296
296
296
4.2.30
Steilheitsabhängigkeit des Spannungszusammenbruchs beim
Ueberschlag, allgemein und in Feldern der Gruppe bj im be¬
sonderen
297
4.2.31
297
4.2.32
Entionisierung nach Stossdurchschlägen
Ergänzende Messwerte von Ueberschlagspannungen an Prüf¬
objekten der Gruppe b^ bei Anwendung von Prüf Spannungen der
4.2.33
Die den tiefsten Wert der
Klasse la
4.2.34
Ueberschlagspannung an Prüfobjekten
der Gruppe bj ergebende Form der Beanspruchung
Die Polarität der zum Ueberschlag führenden, industriefrequenten Wechselspannungshalbwelle bei den verschiedenen
Prüfobjektgruppen
297
298
299
-
-
Seite
Titel
Abschnitt
4.2.35
XI
des Mittelwertes der negativen Ueberschlagstossspannung bei Steigerung der Steilheit der verwendeten Keil¬
Abnahme
300
wellen
300
4. 2.37
der Funkenausbildung bei positiver
und negativer Polarität im inhomogenen Feld
Das Verhalten der Kugelfunkenstrecke bei steilen Spannungsstössen
301
4.2.38
Das
4. 2.39
Einfluss
4.2.40
Photoelektronen, Klebeelektronen und Anfangselektronen
Senkung der Ueberschlagspannung im homogenen Feld durch
304
künstliche Ionisation
304
4.2.36
4.2.41
4.2.42
4.2.43
Unterschiedliche
Wesen
Zeit in
Lage der Toepler'schen Knickstelle bei
und die
Kugelfunkenstrecken
302
Lichtes auf die Ueberschlagspannung
einer Kugelfunken strecke
303
ultravioletten
Streuung der Ueberschlagspannung durch
Beeinflussung der
Bestrahlung
Funkenbildung im
Gruppe a)
305
homogenen
Feld
(an
Prüfobjekten
der
306
4.2.44
Ultrakoronaähnliche
4.2.45
Vorentladungen
4.2.46
Abnahme der positiven Ueberschlagstosspannung an Objekten
der Gruppe b2 bei Steigerung der Steilheit der verwendeten
an
Vorentladungen an Spitzen
Prüfobjekten der Gruppe b2 bei positiver
Polarität
4. 2.47
4.2.48
Keilwellen oder vollständigen Stosspannungen
Stosskoeffizienten und Stossfaktoren mit Werten weit unter 1
Vorentladungen an Prüfobjekten der Gruppe b2 bei negativer
Polarität
4.2.49
4.2.50
4.2.51
Ueberschlagspannungen bei zusammengesetzter Prüfspannungsform
Einfluss von Trägern einer glimmenden negativen Spitze und
von Thermionen auf die Ueberschlagstosspannung
Einfluss
des
Klimas
auf
die
Gleichstromspannungscharak¬
teristiken
4. 2.52
4.2.53
4.2.54
positiver und negativer Anfangsspannung zueinander
am dünnen Draht und an der Spitze
Beeinflussung der Korona verlustkurve von Drähten durch
Alterung
der Gleichstromspannungscharakteristik eines
Form
Die
Lage
4.2.56
4.2.57
4.2. 58
4.2.59
309
310
310
311
312
312
313
von
Drahtes
4.2.55
308
Ionenbeweglichkeiten im Dünndrahtfeld unter Gleichspannung
Vorentladungen an der Kugelelektrode
Ansatzstellen der positiven Büschelentladung an der feinen
Spitze
Sonderformen der Korona an Spitzen bei Gleichspannung
Der senkrecht zur Achse abgeschnittene Rundstab, eine ab¬
4.2.60
geartete Schirmelektrode
Vorentladungen an dünnen
Gleichspannung
4. 2. 61
Einfluss der
4. 2.62
auf die Vorentladungen am positiven dünnen Draht
Die verstärkte mechanische Koronabewegung eines
4.2.63
Dauerversuch mit Ultrakoronaentladung
4.2.64
Bipolare
isolierten
Spannungsreinheit
Drähten bei
314
315
315
316
316
317
317
positiver
317
und des Oberflächenzustandes
Leiters und seine Kühlung
Korona
314
318
geheizten
318
319
319
-
5.1
-
Titel
Abschnitt
5
XII
Seite
320
Nachwort
der
Sonderformen
Zwei
Glimmentladung
in
Luft
von
Atmos¬
320
phärendruck
Die stromstarke
5.1.2
Die
5.2
6
Die
bei
Glimmentladung
abgeschirmte Spitzenentladung
5.1.1
Atmosphärendruck
321
321
Ultrakoronaentladung
Ausblick
323
6.1
Vorschläge für weitere Untersuchungen
6.2
Vorschläge für die Entwicklung weiterer
Prüf Schaltungen
7
323
Messmethoden
Verzeichnis der erwähnten Literaturstellen
Liste der im Literaturverzeichnis benutzten
8. 2
Gliederung des Stoffes
8.3
Neuentwickelte
8.4
Hauptergebnisse
8.4. 3.2
Abkürzungen
und Prüf Spannungen
Hauptergebnisse
336
337
Messungen
Messungen von Ueberschlagspannungen
bei einfachen Formen der Prüfspannung
Hauptergebnisse der Messungen von Ueberschlagspannungen
bei zusammengesetzten Formen der Prüfspannung
Sonstige wichtige Ergebnisse
Die Gleichstromspannungscharakteristiken dünner Drähte
Die Eigenschaften der Ultrakoronaentladung
Dank
an
die
335
336
Schaltungen
der
333
335
Aufgabenstellung, Objekte
8.4.3
8.4.3.1
325
Zusammenfassung
8.1
8.4.2
324
325
7. 2
8.4.1
und
Literaturverzeichnis
7.1
8
320
der
Förderer
dieser
Dissertation
337
338
339
339
339
341
-
xm
-
I. Schaltelemente
Au
R
Ohm'scher Widerstand
L
Induktivität, nicht ferromagnetisch
Induktivität, ferromagnetisch
Lf
C
!
H. Indices
Ohne Index:
in.
u
l
Kapazität
Impedanz
Z
X
!
u
u
il
il!
c
c.
fß
T 1
L>
ï
U
U
lt.
MM
c
c
J- J- -L .L
T T T T
Lineare Grösse
s
Lineare Streugrösse
n
Nicht lineare Grösse
ns
Nicht lineare
Streugrösse
Beispiel
Lfns
Ferromagnetische,
nicht lineare Streuinduktivität
Zeichenerklärungen
a) Rechtsumklammerte, nicht hochgestellte Zahlen im Text, speziell des 4.
Teiles, sind die laufenden Nummern des nach Autoren in alphabetischer Reihen¬
folge geordneten Literaturverzeichnisses (7. Teil). Die in letzterem gebrauchten
Abkürzungen, sind anschliessend auf den Seiten 333 und 334 zu finden.
Beispiel:
29,
Seite
raturstelle
280,
.wie sie
.
von
S.J.Drabkina
29)...
Dies bedeutet:
Lite-
Seite 326.
b) Rechtsumklammerte, hochgestellte
deuten die letzte
Zahlen im Text der Teile 1 bis
Zahl des Unterabschnittes
4.2...;
dort finden sich
3,
be¬
bezügliche
Lite raturangaben.
messerscharfen Kanten
Die Erläuterung hierzu
Beispiel: Seite 1,
gibt der Abschnitt 4.2.1, Seite 281: Erhöhung der Ueberschlagspannung im in¬
homogenen Feld durch scharfkantige Elektroden.
...
c)
...
Rechtsumklammerte
Zahlen mit Schrägstrich auf der linken Seite
sind
laufende Gleichungsnummern desjenigen Abschnitts, in dem sie stehen. Werden
Gleichungen aus anderen Abschnitten verwendet, so steht noch die Dezimalzahl des
Ursprungsabschnittes der betreffenden Gleichung links vor dem erwähnten Schräg¬
strich.
Beispiele: Seite 23, ...Werte der Gleichungen /3) und (2.3.1.3/8)...
Gleichung auf die Bezug genommen wird, hat die Nummer (2.3.1.4/3)
auf Seite 23, die zweite auf Seite 20.
erstere
steht
Die
und
d) Eingeklammerte, dreistellige Zahlen im Abschnitt 2.4, bzw. dreistellige
tiefgestellte Zahlen mit ein oder zwei vorausgehenden Buchstaben im Abschnitt
2.5, sind Kurzbezeichnungen von Schaltelementen; sie beziehen sich auf die zum
betreffenden Abschnitt gehörigen Schaltschemata und Legenden *).
(110)... Dies ist die Bezeichnung
47; er ist in der dazugehörigen Legende zu
beiden Drehstrom-Synchrongeneratoren G135 und GJ36finden. Seite 106,
Die beiden Synchrongeneratoren G135 und Gj36 sind auf der Abb. 51 angegeben;
Beispiele:
95,
(110) auf
Seite
des Drehtrenners
..
.bei der Drehtrenner
der Abb.
•
....
ihre Daten können aus der
*) Nähere Erklärungen
anschliessend
an
zu
Abb.
•
zugehörigen Legende entnommen werden.
den Kurzbezeichnungen des Abschnitts 2.5 befinden sich
auf den Seiten 108 und 109.
51,
-
1
-
1. Teil
EINLEITUNG
1.1
Historischer Rückblick
Als im Jahre 1942 das
neue Hochspannungslaboratorium der Firma A. G.
Baden, Schweiz, mit einer industriefrequenten Wech¬
selspannungsanlage von 1600 kVeff gebaut werden sollte, standen zur Festsetzungder nötigen Isolierdistanzen lediglich die damals nur bis zu einer Span¬
nung von ca. 1000 kVeff bekannten Mittelwertskurven der Ueberschlagwechselspannung der Anordnung Spitze gegen Platte zur Verfügung. Man erachtete einen
Isolationsabstand von ca. 6,5 m als genügend. Als das Laboratorium vollendet
war, zeigten sich unvorhersehbare Schwierigkeiten, denn bereits bei ca. 1000
kVeff traten an allen exponierten Anlageteilen meterlange, unruhig sich be¬
wegende, von starkem Geräusch begleitete Büschelentladungen auf, die bei nur
ge ringe r weite rerSpannungs steige rung zu Ueberschlägen führten. Als günstigste
Elektrodenformen für exponierte Anlageteile galten damals solche mit messer¬
scharfen Kanten^. Diese blieben bis ca. 800 kVeff büschelfrei. Für Spannungen
oberhalb 1000 kVeff versagten sie aber wie alle anderen bis dahin bekannten
Brown Boveri & Cie. in
Elektrodenformen,
ausgenommen natürlich die
vorentladungsfreien,
deren Ver¬
wendung der grossen Abmessungen wegen nicht in Frage kommen konnte.
Mit der seit
langem bekannten Erhöhung der UeberSchlagspannung durch
Isolierschirme 2), die bei den in Frage kommenden Spannungen im
günstigsten Falle wenige Prozente ausmachen konnte, wurden keine Versuche
unternommen, da es sehr unwahrscheinlich schien, genügend hohe Ueberschlagspannungen zu erreichen. Es wurde nach neuen Wegen gesucht, um Büschel¬
bildung überhaupt zu vermeiden.
dünne
Die
genaue
Beobachtung
des
Büscheleinsatzes
an
der messerscharfen
Kante mit dem Fernrohr liess
vermuten, dass die Büschelentladung nicht an
der schärfsten Stelle der Schneide, sondern etwas davon entfernt erfolgte. Zur
genaueren Abklärung wurden sehr schlanke, mit äusserster Sorgfalt geschliffene
Spitzen hergestellt, die in einwandfreier Weise beobachten Hessen, dass an
ihrem vordersten Punkte stets ein ruhiges Glimmen stattfand, weiter hinten
dagegen bei genügender Spannungshöhe Büschel ansetzten. Der bei weiterer
schliesslich auftretende Ueberschlag erfolgte seitlich aus
der Spitze heraus unter Umgehung der unmittelbar vor ihrem vordersten Punkt
liegenden Gaszone. Der sich in dieser Zone abspielende Entlademechanismus
ist offenbar ganz andersartig als der der Büschelentladung. Die Vermutung lag
den soeben erwähnten Glimmentladungsmechanismus am dünnen
nun nahe,
zylindrischen Leiter in reiner Form, ohne Begleitung von Büschelentladungen,
Spannungssteigerung
vorzufinden. Dies
war
tatsächlich auch der Fall.
Der frei
ruhigen,
konnte,
ausgespannte, dünne zylindrische Leiter umgab sich mit einer
leuchtenden Glimmhülle und, wie später gezeigt werden
einer starken Raumladung und blieb bis zum Erreichen seiner
schwach
mit
Erklärung siehe Seite 281.
Siehe sämtliche Textzeichen Seite XIII.
-
ausserordentlich
grosse
haben,
Glück
hohen
vergönnt,
2
-
UeberSchlagspannung
im Herbst
für die ich den Namen
1943 eine
büschelfrei. Damit
war
Entladungsform
"Ultrakoronaentladung" vorschlage.
neue
mir das
entdeckt
zu
den zylindrischen Leiter unter Wahrung der
Es war nur noch nötig,
Existenzgesetze der Ultrakoronaentladung zur Formung passender Elektroden
zu verwenden, um die Raumschwierigkeiten im neuen Laboratorium zu lösen.
Mit einer Ultrakoronaentladungen erzeugenden Elektrode war es möglich, die
zur Verfügung stehende Spannung von 1600 kVeff auf einer Schlagweite von 1,2 m
ohne Ueberschlag zu beherrschen. Von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet,
erscheint es nicht als unmöglich, glatte ebene Wände als Gegenelektrode vor¬
ausgesetzt, eine Wechselspannungsanlage von 8000 kVeff im vorhandenen Labo¬
ratorium unterbringen zu können.
Ultrakoronaentladung
Die
wurde dann ausser
zur
Herstellung büschelfreier
raumladungsgesteuerten Durchführung4) und zur Her¬
stellung eines Ueberspannungsventils mit einem unterhalb 1 liegenden Stossfaktor^ praktisch angewendet.
Elektroden 3)noch bei der
1.2
Gegenstand der vorliegenden Arbeit
Es besteht der
dünnen
Wunsch, weitere Eigenschaften
zylindrischen Leitern
der
Vorentladungserschei¬
bei den
verschiedenartigsten elektri¬
schen Beanspruchungen zu erforschen und entsprechende Vergleiche mit den an
Stab und Spitze auftretenden Vorgängen anzustellen. Aus der Fülle der For¬
schungsmöglichkeiten wird für die vorliegende Arbeit die Messung der Ueberschlagswerte bei den verschiedenartigsten Spannungsformen, sowie die Aufnahme
der Gleichstrom-Spannungscharakteristiken herausgegriffen.
nungen
1.3
an
Versuchsleitung,
Ort und Zeitpunkt der
Versuchsdurchführung
experimentelle Teil der vorliegenden Arbeit ist unter Leitung von
Prof. Dr. K. Berger in den Hochspannungslaboratorien der Eidgenössi¬
schen Technischen Hochschule in Zürich, Schweiz, in den Jahren 1948 bis 1950
Der
Herrn
durchgeführt
worden.
-
3
-
2. Teil
BESCHREIBUNG
2.1
DER
VERSUCHSEINRICHTUNGEN
Objekte, Spannungsformen
und Messmittel
folgenden Abschnitt noch genauer zu er¬
ausgespannter zylindrischer Leiter, bzw. eine
senkrecht angeordnete Spitze oder ein Stab gegenüber einer grossen Kugel und
gelegentlich auch eine Kugelfunkenstrecke benutzt.
Als Prüfobjekte
klären sein
wird,
werden,
wie im
ein horizontal
Als gut reproduzierbare Spannungsformen werden gewählt: Gleichspannung,
sinusförmige Wechselspannung, quasilinear von Null aus ansteigende Spannung
und eine einer Gleichspannung überlagerte quasilinear ansteigende Spannung.
Die
Ermittlung der Ueberschlaggleichspannung erfolgt durch Messung
algebraischen Mittelwertes und ihrer Welligkeit. Die Eichung der Mess¬
mittel geschieht mit Hilfe einer Kugelfunkenstrecke. Die Ueberschlagwechselspannung wird nach der Berger-Scheitelwertsmessmethode 6) *) bestimmt, die
Polarität beim Ueberschlag mit Hilfe einer elektronischen Schaltung ermittelt
und der Oberwellengehalt der Prüfspannung durch elektrische Analyse der Kur¬
venform festgestellt. Zur Eichung der Messeinrichtungen steht wiederum die
Kugelfunkenstrecke zur Verfügung. Die quasilinear ansteigende Spannung wird
kapazitiv bzw. ohm'sch geteilt und die Teilspannung oszillographiert, um ihren
Ueberschlagswert festzustellen. Die Eichung erfolgt ebenfalls mit Hilfe der
Kugelfunkenstrecke. Bei der aus Gleichspannung und überlagerter quasilinear
ansteigender Spannung zusammengesetzten Beanspruchung werden die beiden
Spannungskomponenten getrennt in der soeben angedeuteten Weise gemessen und
als Eichmittel wiederum die Kugelfunkenstrecke benutzt.
ihres
2.2
Prüfobjektbeschreibung
Für den zylindrischen Leiter wäre die theoretisch ideale Prüfobjektan¬
ordnung der gerade, unendlich lange, parallel einer unendlich grossen Ebene
ausgespannte Draht. Infolge der unvermeidlichen Einflüsse der Einspannstellen,
die notgedrungenermassen die Schlagweite verringern und auch im Falle ihrer
Büschelfreiheit kleinere Ueberschlagsfestigkeit als der freigespannte Leiter
haben, ist eine Vergrösserung der Schlagweite an diesen Stellen nötig.
Dies lässt sich auf drei Arten erreichen. Man kann entweder den Draht
krümmen,
indem
man
ihm grossen Durchhang gibt, die Gegenelektrode wölben,
erst- und letztgenannten Arten sind für sehr dünne
oder auch beides tun. Die
infolge der durch das Sprühen verursachten mechanischen Bewegungen
folglich nicht genau bekannten Schlagweite nicht geeignet. Andererseits
ist es wünschenswert, dieselbe Prüfanordnung für alle Drahtdurchmesser ver¬
wenden zu können. Aus diesem Grund wird die zweitgenannte Art der Anordnung
benutzt. Sie ist auf den Abb. 1 bis 4 dargestellt. Die Gegenelektrode ist eine
Drähte
und der
*) Erklärung
sämtlicher Textzeichen auf Seite XIH.
-
4
-
Abbildung
Prufobjekt
1
2
3
4
und
1
Messanordnung
Messfunkenstrecke mit 250 mm-Kugeln (FU301)
Fernsteuerbarer Antrieb mit Anzeigeuhr fur die Schlagweite
(Ku3oi)
Gleichspannungsmesswiderstand
Pru fob] ektt rage r
Diese
(R„1?
am
Prufobjekt
^.J
Abbildung zeigt die Prufobjektanordnung fur zylindrische Leiter Die ent¬
sprechende fur Stab oder Spitze ist auf den Abb 8 und 9 zu erkennen Die
Verstellung der Schlagweite erfolgt durch Heben und Senken der vom Kommando¬
pult aus ferngesteuerten Kugel Die Schlagweite ist auf der Uhr ablesbai. Die
Kugelfunkenstrecke (1) dient zur Eichung der Scheltelwerts- und der Gleichspannungsmesseinnchtung
Ai*"d/
•"
Abbildung
Prüfobjektanordnung
für
2
zylindrische Leiter
Halterung des zylindrischen Leiters ist so konstruiert, dass erstens ein
Schwingungen infolge Undefinierter Einspannlänge stark
vermindert und zweitens das Auftreten von Büschelentladungen an der Halterung
Die
Auftreten mechanischer
vermieden wird.
-
6
-
Abbildung
Drahtelektroden
1
Der
Gegenelektrode
am
3
Buschelfreimachung
zylindrischen Leiters
zur
nächsten
der
Halterung
des
gelegene Holzkante
Drahtringe weg, so erfolgt bei langsam ändernder Beanspruchung
Ueberschlag von der der Kugel am nächsten gelegenen Holzkante (1) aus
unter vorheriger Ausbildung von Büscheln.
Lässtmandie
der
-
7
-
Abbildung
4
Messtrecke der Prufobjektanordnung bei zylindrischem Leiter gegen
Kugelelektrode mit aufgeklebtem Messbelag fur die Aufnahme der
Stromspannungscharakteristiken
bei
Gleichspannung
Messung der Ueberschlagspannung erfolgte ohne Messbelag, da dieser nie
gut gemacht werden konnte, dass dadurch die Ueberschlagspannung nicht ge¬
Die
so
fälscht worden
ware.
koronaentladung.
Der Folienrand
stört offenbar die
Ausbildung
der Ultra¬
8
-
-
Kugel von 750 mm 6, die zur Veränderung der Schlagweite durch Fernantrieb
gehoben oder gesenkt werden kann. Darüber ist der Versuchsdraht an einem
Holzgestell horizontal ausgespannt. Der über die beiden angenähert viertelkreis¬
förmigen Presspanstreifen gespannte Draht hat keine definierte Einspannlänge,
sodass mechanische Schwingungen weitgehend unterdrückt werden (vgl. auch
Abb. 5 und 6). Bei dickeren Drähten sorgt die Elastizität des Holzgestells für
konstante mechanische Spannung. Die ganz dünnen Drähte sind an einem Ende
befestigt, währenddem das andere über eine Rolle läuft und mit einem geeigneten
Gewicht belastet wird, um eine genau definierte mechanische Spannung zu er¬
reichen.
Die Beobachtung mit einem Theodoliten ergibt, dass der Versuchsdraht
Wechselspannung eine vernachlässigbar kleine und bei Gleichspannung über¬
haupt keine wahrnehmbare Schwingung ausführt. Hingegen ist eine konstante,
von der Spannungshöhe abhängige Zusatzkomponente der Durchbiegung messbar.
Auch sie ist, ausser bei sehr kleiner Schlagweite, vernachlässigbar klein. Die
mechanischen Bewegungen unter der Wirkung von Stosspannungen, wie sie die
quasilinear ansteigende Spannung darstellt, sind sicher in allen Fällen ebenfalls
bei
unbedeutend und werden daher nicht beobachtet. Büschelfreiheit des Holzrahmens
wird durch die auf den Abb. 2, 3, 5 und 6 sichtbaren, zweckmässig angeordneten
Drahtringe und -Schlaufen erreicht. Lässt man sie weg, so bildet sich bei lang¬
veränderlicher Beanspruchung (Gleichspannung, industriefrequenter Wech¬
selspannung, langsam quasilinear ansteigender Spannung) an der der Kugel am
nächsten gelegenen Holzkante ((1) auf Abb. 3) ein Büschel und der Ueberschlag
erfolgt von hier aus, bei weit tieferer Spannung, als dem Ueberschlagswert des
frei ausgespannten zylindrischen Leiters entspricht. Die Durchmesser der un¬
sam
tersuchten Leiter wurden zwischen den Grenzen 8 und
zwar
bestand der 8
mm
Leiter aus
Kupferdrähte verwendet, der 0,1
mm
und beim
es
0,05
mm
Draht handelte
Draht
sich
um
Abbildung
Prüfanordnung
Messbelag
//
von
2 bis
war
aus
Messing,
0,05 mm verändert und
0, 2 mm hinunter wurden
Klaviersaiten- Stahldraht
Wolfram.
5
für zylindrische Leiter
'
r
\\
a-
-7b-t
Prufdraht
-
9
-
Abbildung 6
Träger für zylindrische Prüfdrähte
i
I
llllflllHf
I
Iliiliiili
o*
*•
*o
t^
^
»o
«o
-
10
-
entsprechenden Messungen an Stab und Spitze wurde der den zy¬
tragende Holzrahmen entfernt und, wie aus den Abb. 7, 8
und 9 ersichtlich, durch einen zentrisch und senkrecht angeordneten, gerade
abgeschnittenen Vierkantstab aus Messing von 10 mm Kantenlänge, bzw. eine
ebensolche Spitze von 10 mm fi1 an ihrem zylindrischen Teil und 30° Spitzen¬
winkel, ersetzt.
Für die
lindrischen
Leiter
Um den Einfluss der Beschädigung des Versuchsdrahtes bzw. der stabförmigen Elektroden beim Ueberschlag auf die nachfolgenden Messungen auszu¬
schalten, oder aber doch bedeutungslos zu machen, können zwei Wege einge¬
schlagen werden.
Erstens kann man den durch den Ueberschlagsfunken eingeleiteten Licht¬
bogen mit den üblichen mechanischen Schaltmitteln in der Speisung unterbrechen.
Da aus einer ergiebiger Energiequelle gespeist werden muss, wird der Ver¬
suchsdraht, je nach seiner Dicke, entweder abgeschmolzen oder mehr oder
weniger stark beschädigt. Entsprechendes gilt auch für die stabförmigen Elek¬
troden.
Man
muss
daher in diesem Falle die benutzte Elektrode nach
zelmessung ersetzen.
Dies ist sehr zeitraubend und
jeder
Ein¬
unbequem.
Möglichkeit besteht darin, durch sehr rasche Abschaltung die
Ueberschlagsfunkens bedeutungslos zu machen. Dieser Weg
wurde als der einzig brauchbare erkannt und mit Erfolg beschritten. Die Schnell¬
abschaltung wird auf rein elektronischem Wege ohne grosse Schwierigkeiten er¬
reicht. Es kann durch Vergleich der an einem Versuchsleiter von 0,1 mm ^,
Die zweite
Einwirkung
des
solchen von 1 mm fi bei Wechsel-, Gleich- und aus Gleich- und
quasilinear ansteigender, zusammengesetzter Spannung gemachten Messreihen
bewiesen werden, dass die durch viele Hundert Ueberschläge verursachten Be¬
schädigungen die Ueberschlagspannung um höchstens 0,5 % zu andern vermögen.
bzw. einem
Abbildung
Prüfanordnung
Messbelag
für
7
stabförmige Leiter
-
11
Abbildung
Stosspannungsteil
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
der
-
8
Schaltung für zusammengesetzte Beanspruchung
Marx'scher Stossgenerator
Belastungskapazität (C708 &
C709)
Kopplungskapazität (C711
Zuleitung der Gleichspannung zum Objekt
Prüfobjekt (Spitze gegen Kugel) (O701)
Messwiderstand für Gleichspannung (R735 & ^73«)
Erdungsbleche beim Abgang des Messkabels
Ladespannungstransformator (Tr7f)1)
Schubkapazität (C701)
Zweite und dritte Stufe der
Gestell
mit
Hochvakuum-Gleichrichterventilen
(Tr7Q2)
Mutator ^535)
transformator
11
12
Käfig mit
Dämpfungswiderstand
des
&
(V701
'-'712^
&
V702)
und Heiz-
und Hilfskreisen
Stossgenerators
(R793)
Zum Oszillographieren steiler Stosspannungswellen wird ein ohm'scher mit der
Belastungskapazität (2) geschirmter Spannungsteiler benützt. Da der Querschnitt
der Abschirmung des konzentrischen verlustarmen Kabels nur massig ist, muss
der in ihm fliessende Ausgleichsstrom durch gute induktionsarme Verbindungen
(7) mit der als Faradaykäfig ausgebildeten, das ganze Laboratorium umgebenden
Erde, möglichst klein gemacht werden.
-
12
-
Abbildung 9
Uebertragung
1
2
der
Stosspannung vom Generator zum Objekt bei
gesetzter Beanspruchung
zusammen¬
Kopplungskondensatoren (C710...712)
Dämpfungswiderstand (R726)
(R731 & R732)
(R728. .730'
Dâmpfungswiderstand (R727)
Prufobjekt (Spitze gegen Kugel) (O701)
3
Abieitwiderstände
4
Steuerwiderstande
.
5
6
7
8
Messkabel zwischen Stosspannungsteiler und
&
Belastungskapazitat
(C70„
C„og)
Oszillograph
(K,,^)
als Gleichspannungssperre dienende Kopplungskapazitàt besteht aus einer
Serieschaltung von drei Kondensatoren. Die hochohmigen Steuerwiderstande (4)
sorgen dafür, dass sie von der Gleichspannung gleichmassig beansprucht werden.
Die
-
13
-
Bei den Versuchen mit
quasilinear von Null aus ansteigender Spannung
Ueberschlagsfunken von selbst, wie aus der an späterer Stelle
noch zu beschreibenden Schaltung hervorgeht, sodass in diesem Falle keine
Schnellabschaltung erforderlich ist.
verlöscht der
2.3
Spannungserzeugung
und
Messung
Wir wollen hier die Möglichkeiten und die gewählten Lösungen, die zur
Erzeugung der gewünschten Spannungsformen dienen, nacheinander betrachten.
2.3.1
Wechselspannungserzeugung
und -messung
Kurvenform der
industriefrequenten Wechselspannung soll möglichst
weitgehend frei von hochfrequenten Ober¬
wellen sein. Da der Prüfobjektstrom stark von der Sinusform abweicht, ist
von diesem Gesichtspunkte aus betrachtet, ein niederohmiger Anschluss des
Objektes an einer genügend starken Spannungsquelle erwünscht. Anders liegt
hingegen die Forderung nach minimaler Beschädigung des Objektes beim UeDie
streng sinusförmig
und insbesondere
berschlag.
Für den Versuch stehen ein Generator mit den
und einer
einphasigen Leistung
250 kVA- Prüftransformator
von
250 kVA
Frequenzen
zusammen
50 und 150 Hz
mit einem 500
kV-,
Verfügung. Beim Ueberschlag am Prüfobjekt
wird mit Hilfe von zwei in Anüparallelschaltung im Primärkreis angeordneten
Quecksilberdampfventilen die Unterspannung des Prüftransformators unter¬
brochen.
Durch
zur
Serieresonanz der Kapazität des Hochspannungskreises mit
einer passenden Induktivität auf der
Niederspannungsseite des Prüftransforma¬
Abschaltung begünstigt, ferner die im Ueber¬
schlagsfunken frei werdende Energie sehr klein gemacht und schliesslich durch
Unterdrückung von Spannungsoberwellen die Kurvenform der Prüfwechsel¬
spannung verbessert. Zur Zeitersparnis bei der Versuchsdurchführung wird
die Wiedereinschaltung auf elektronischem Wege mit der speisenden Generator¬
spannung synchronisiert vorgenommen. Dadurch tritt kein Ueberschwingen der
Prüfspannung am Objekt ein und folglich muss zwischen zwei Einzelmessungen
die Generatorspannung nur unbedeutend zurückreguliert werden. Eine genaue
Beschreibung und Erklärung der entwickelten elektronischen Steuerschaltung
folgt an späterer Stelle. Diese Schaltung erlaubt auch auf einfache und zuver¬
lässige Art die Polarität der Halbwelle, in der der Ueberschlag erfolgt, fest¬
tors
wird
die
elektronische
zustellen.
Der für den
nach einer der
Scheitelwert der Spannung wird
sehr ähnlichen ermittelt. Für den hierfür
Spannungsteiler werden als Oberspannungskapazität die
Ueberschlag massgebende
Berger-Schaltung«)
benötigten kapazitiven
Resonanzkondensatoren verwendet. Die Eichung dieser
erwähnten
Messeinrichtung erfolgt in bekannter Weise mit der auf Abb. 10 dargestellten
horizontalachsigen Messfunkenstrecke mit 250 mm Kugeln, deren Messge¬
nauigkeit im dritten Teil dieser Arbeit angegeben ist. Ein Glühkathodenstrahloszillograph steht zur visuellen Betrachtung der Kurvenform der Prüf Spannung
zur Verfügung. Mit Hilfe des an späterer Stelle ebenfalls noch zu beschreibenbereits
-
den
elektrischen
nungsoberwellen
werden.
kann
Analysators
in
Prozenten
Dieser Wert
beträgt
der
-
Effektivwert der
Summe
aller
Span¬
Grundharmonischen gemessen
samtlichen Fällen weniger als 39t.
desjenigen
in
14
seiner
Abbildung 10
Horizontalachsige Messfunkenstrecke
mit 250
mm-Kugeln
Vergleichsmessungen sowohl mit anderen Funkenstrecken, wie
Messresultaten, ergeben, dass die Ueberschlagspannung
Werten abweicht. Dies wird
dieser Funkenstrecke bis zu 5 % von den JEC
einerseits von der räumlichen Anordnung, anderseits auch von der Abweichung
der Messkugeln von der geometrischen Idealform verursacht.
Verschiedene
auch
mit
direkten
-
-
2.3.1.1
15
-
Vereinfachtes Schema des Hauptkreises
Die für die elektronische Abschaltung günstigsten
Bedingungen, ferner die
Voraussetzungen für möglichst kleine Energie im Ueberschlagsfunken, sowie
für die Erzeugung einer oberwellenarmen Spannung am
Prüfobjekt, setzen die
theoretische Behandlung der dazu nötigen elektrischen Vorgänge voraus. Zu
diesem Zwecke entwerfen wir zunächst die Schaltung des Hauptkreises in ver¬
einfachter Form, aber unter Mitberücksichtigung massgebender Streugrössen.
Wir gelangen so zum Schema der Abb. 11.
Abbildung 11
Vereinfachtes Schema des Hauptkreises
R
i,
f
1
i
i
*
i
XA
\c 222e"
G
m"«
i
\2
\
\
i
i
i
i
i
i
Generator
R
Zusammenfassung
K
*a
Aeussere Resonanzinduktivität
Elektronisches Schaltorgan
Prüftransformator
Leerlaufinduktivität des Transformators
Streuinduktivität der Unterspannungswicklung des Transformators
Totalwerte der über die Wicklungslänge l gleichmässig verteilt gedach¬
S'
Tr
Lf
CS,
Ls
der ohm'sehen Widerstände des Kreises
Streukapazität und Streuinduktivität
Resonanzkapazität
Zusammenfassung der nichtlinearen Streukapazitäten
ten
C
Cns
und des
Rns
der
Schaltung
Prüfobjektes
Zusammenfassung
der
entsprechenden nichtlinearen Streuwiderstände
Zur
Schaffung günstiger Bedingungen für eine rasche elektronische Abschaltung
Ueberschlages an dem an der Transformatoroberspannung lie¬
genden Prüfobjekt, sowie zur Verbesserung der Kurvenform der Prüfspannung,
im
Moment des
wird der Kreis mit Hilfe von
La angenähert auf Resonanz abgestimmt. Hierdurch
wird ausserdem erreicht, dass die
Energie im Ueberschlagsfunken klein ist.
16
-
-
Ersatzschema des Hauptkreises
2.3.1.2
Aufstellung der Resonanzbedingungen für oberwellenarme Spannung,
Ermittlung der für die Schnellabschaltung günstigen Phasenbeziehungen
Voraussetzungen für minimale Funkenenergie, ist es zunächst notwen¬
brauchbares Ersatzschema für den Transformator festzulegen.
Zur
ferner
zur
und der
dig,
ein
Wir wählen hierfür
elemente wir
len.
Mit
einf-Glied,
nachträglich
Hilfe
aus
dessen
(')
Teil noch unbekannten Schalt¬
Uebersetzung bestimmen
dieses Transformatorersatzbildes lassen sich
spannungsseitigen Schaltelemente auf
Strich
zum
der tatsächlichen
bezeichnete
Grössen)
die
Unterspannungsseite
wol¬
alle oberreduzieren (mit
nun
12 darge¬
Klemmenpaaren I,
n und ni, W liegende Transformator besteht aus der Unterspannungsstreuin¬
duktivität Lu, der durch den Magnetisierungsstrom festgelegten Leerlaufin¬
duktivität Lf und den noch unbekannten, reduzierten Oberspannungsgrössen Cs*
stellten Ersatzschema des
und wir
gelangen
Hauptkreises.
dem auf Abb.
so zu
Der zwischen den
Abbildung 12
Ersatzschema des Hauptkreises
R
i. J
l.
Ù,
jy
Ü,
Lf und
Sa
C*, C'ns,
L's,
u
R'ns
haben gleiche
sind auf die
Bedeutung wie auf Abb. 11
Unterspannungsseite des Transformators re¬
duzierte Grössen mit analoger Bedeutung wie auf Abb. 11
Reduzierter Wert der konzentrierten Ersatzstreuinduktivität
Cs,
i, n
m, iv
der Oberspannungswicklung
Entsprechender Wert der Ersatzstreukapazität
Unterspannungsklemmenpaar des Prüftransformators
Oberspannungsklemmenpaar desselben
In diesem Ersatzschema erscheint der
wird
§*.
Transformator als IT-Glied.
Dadurch
möglich die Oberspannungsgrössen der Schaltung auf die Unter spannungs¬
seite zu reduzieren. An Stelle der verteilten Sekundärgrössen Ls und Cs des
Prüftransformators treten hier die konzentrierten Ersatzgrössen L's* und C's*,
es
deren Werte vorerst noch unbekannt sind.
17
-
-
Ls%, die die auf Abb. 11 angedeutete, verteilte Wicklungskapazität Cs und
ebenfalls verteilte Streuinduktivität der Wicklung Ls ersetzen sollen. Dies ist
möglich, wenn die Grössen dieser beiden Ersatzglieder durch Festlegung des
und
Stromes in und der
Spannung
an
ihnen
so
bestimmt
werden,
dass die
am
Trans¬
formator in einem bestimmten Betriebszustand vorhandene, reduzierte tatsäch¬
Uebersetzung auch im Ersatzschema da ist. Damit die Ersatzgrössen
Ls* die verlangten Bedingungen erfüllen können, werden sie frequenzabhängig sein und Ls* wird überdies noch eine Abhängigkeit von der Belastung
zeigen müssen.
liche
Cs*
und
nun nacheinander untersuchen, wie die äussere Induktivität La
ist, damit die Prüfspannung oberwellenarm wird und weiter welchen
Wert die Grösse La haben sollte, damit die Abschaltung rückzündungssicher
erfolgt. Es ergeben sich somit zwei verschiedene Werte für La, die aber, wie
die Berechnung zeigen wird, nur wenig voneinander abweichen. Schliesslich
interessiert uns noch, wie gross die im Ueberschlagsfunken frei werdende
Energie ist, wenn La den für die rückzündungssichere Abschaltung richtigen
Wir wollen
zu
wählen
Wert besitzt.
Zur
f
C und
Behandlung dieser Fragen fassen wir zunächst die Kapazitäten Cs*,
und die Induktivitäten L und L„ zu L zusammen,
zu C'
C'ns
o
(2.3.1.2/1)
/2)
au
C'0
=
L
=
C
Cs*
+
La
+
Cns
Lu
+
Weiter setzen wir das Schaltor gan S als ideal voraus. Es treten folglich an ihm
im Durchlasszustand keine Spannungsabfälle auf, sodass wir dieses in den
folgenden Betrachtungen weglassen können. Wir gelangen somit zu dem in
Abb.
des
13 dargestellten Ersatzschema. In dieses tragen wir die zur Aufstellung
Gleichungssystems nötigen Spannungen und Ströme ein. Damit sind wir in
der Lage das aus 10 Gleichungen mit 10 Unbekannten bestehende System auf¬
zuschreiben. Es lautet:
(2.3. 1.2/ 3)
q
/4)
uG
/5)
£l
/«)
JG
/7)
U*
/8)
?;
=
=
=
=
-
+
uR
+
uL
£co
+
fkns
Jj
+
J{
RÄS
"Ls*1 J{J^S*
/10)
UJ
UL
UR
/ll)
/12)
=
=
UJ
j«c0'
ÏRns ;
/»)
=
+
J'
Co
=
u-
uLs*
JjjooLf
JGJcoL
JG R
•
Berechnungen können nach der komplexen Methode
stationäre Vorgänge behandelt werden müssen. Es ist daher
weiter auch gestattet, die streng genommen nie genau sinusförmige Generator¬
spannung Üq in die Grundwelle und ihre einzelnen Oberharmonischen aufgeteilt
Die
erfolgen,
zu
anzustellenden
da
denken,
nur
die
Berechnung
für die einzelnen
sinusförmigen Spannungskompo¬
Superposition der Einzel¬
nenten getrennt durchzuführen und das Resultat durch
lösungen zu finden.
-
18
-
Abbildung 13
Berechnung
Schema für die
des
Hauptkreises
<*% 4
C'
Summe der Kapazitäten C's„ C und C'ns
Summe der Induktivitäten La und L„
L
Die Bedeutung aller übrigen Schaltetemente 1st die Gleiche, wie im Schema der Abb. 12
Vq, JTq
Spannung
und Strom des Generators
Magnetisierungsstrom des Prüftransformators (ohne Wirkkomponente)
Reduzierte induzierte
TJ=
an
U.
Spannung
über L
ffi
7? Spannung
u*
Spannung
R
Spannung
und Strom
an
L's»
Reduzierte Prüf spann un g
Strom in R'ns
Strom in C'
"Co
Dieses Schema dient
zur
Resonanzinduktivität
sere
Berechnung der beiden angenähert gleichen Werte für die äus¬
1^ bei oberwellenarmer Spannung (Resonanz) und für günstige
sowie zur Berechnung der Energie des
Bedingungen der elektronischen Abschaltung,
Ueberschlagfunkens.
2.3.1.3
Die
Bedingungfür
Nach dem
aus
eine
möglichst oberwellenarme
Prüf Spannung
Superpositionsprinzip gilt für die Generatorspannung Uqq,
besteht, die Beziehung:
die
der Grund- und den Oberwellen
(2.3.1.3/1)
wenn
UGo
wir dabei die
=
UG
Xf
/2)
+
UG2
+...+
UGn
=
UG
+
^%
Gn
Oberwellenbeiträge
rende Grösse mit dem Index
spannung
UG1
+
o
mit den Indices 1 bis n und die resultie¬
bezeichnen. Entsprechend können wir die Prüf¬
in der Form:
Û0
=
U'
+
Û'i
+
ÏÏ2
+
•
•
•
+
Ün
=
]T
U*n
1
schreiben. Der Zusammenhang beider Spannungen ist durch ^gin durch die
Schaltung festgelegtes System von Grössen gegeben, die wir mit C(co)bezeich¬
nen wollen. Es sollen hierfür folgende Gleichungen gelten:
19
-
U*
(2.3.1.3/3)
man
dieses
uG
_
C(co)
Î1
=
/5)
tr2
=
/•>
tt
/4)
Setzt
-
System
in
%
Ci(u.)
^G2
<52(iu)
"G"
?nM
Gleichung /2) ein,
so
ergibt
sich für die
Prüfspan¬
nung der Ausdruck:
..
Die
zu
lösende
Aufgabe
^
uG
uG1
üG2
u^
CM
CjM
C2(iu)
C*n(tu)
besteht
nun
_UfiL_
darin,
die Oberwellenbeiträge
yc,?,
+
5lM
+ ....+
"On
?n(u>)
C2(ou)
gegenüber dem Ausdruck
UG
möglichst klein zu machen. Die Zähler der genannten Ausdrücke
geben. Dies bedingt, dass das Verhältnis der Grössen
C(cu)
möglichst
rasch
abklingen
Bedingung:
ctM
cnM
C2(u>)
soll. Dies ist der Fall bei
jî,
=
C(tu)
sind fest ge¬
=
Resonanz,
also
wenn
die
Minimum
erfüllt ist.
Die
gibt
sich
Abhängigkeit der Prüfspannung U' von der Generatorspannung UG
dem Gleichungssystem des vorhergehenden Abschnittes zu:
aus
er¬
-
(J5-
CM
(2.3.1.3/8)
.
+
20
-
oo2C'L)(l+i^*-)
-
°
Rhs
Ls*
jcu
+
-L-
+
l-co2C'Ls,
Lf
Lf
R
+-ÜLs*
»
.
(RC0+-i^-)(l+i^)
Lf
Rns
oo2u
Rns
L^ und damit auch L, ist so zu bestimmen, dass C(u>)für die Kreis¬
grundfrequenz co der speisenden Quelle minimal wird. Diese Frequenz ist dem¬
zufolge diejenige der im allgemeinen mehreren Resonanzfrequenzen, die das
absolute Minimum von CM verursacht. Um die Lösung zu finden, betrachtet
man vorteilhafterweise die Schaltungsgrössen als fest, variiert die Kreisfrequenz
Die Grösse
co
und bestimmt die
zu
den dabei auftretenden Extremwerten
gehörigen Resonanz-
kriesfrequenzen. (Es sei ausdrücklich darauf |hingewiesen, dass auch die an sich
frequenzabhängigen Ersatzgrössen L's* und Cs* genauso wie die anderen Schalt¬
elemente, als fest betrachtet werden. Dies ist, wie sich beweisen lässt, in der
Nähe des absoluten Minimums von C*M ) mit praktisch genügender Genauigkeit
zulässig). Wird nun La so gewählt, dass die zum absoluten Minimum von C(<-o)
gehörige Kreisfrequenz gleich derjenigen der Grundkreisfrequenz der speisen¬
den Spannung ist, so hat man die gesuchte Lösung.
Die
aus
Komponenten bestehende Grösse C(u>)
Imaginärteil B(co) zerlegt, abgekürzt auch
zwei zueinander senkrechten
sich, in Realteil A(w)
folgendermassen schreiben:
lässt
/ 9)
und
C(co)
Ihr Absolutwert ist
AM
=
BM
+
folglich:
/10)
CM
Dieser
Amplitudenwert ist nach
chung Null zu setzen. Daher gilt:
/ll)
o
=
=
|/Äm^
co zu
+
differentieren und die
a-A^
AM
BM2
+
BM
3 co
so
erhaltene Glei¬
a-^
3
u>
Setzt
man Real- und Imaginärteil, sowie deren partielle Ableitungen in diese
Gleichung ein, löst die so erhaltene Beziehung nach L auf und berücksichtigt
schliesslich noch Gleichung 2.3.1.2/2), so erhält man für den Resonanzwert
der Induktivität
/12)
mit
La
bei der
La=
-
Grundkreisfrequenz
_£_
2°C
+
to
^JSL.
( 4oC2
.
JL
oC
-lu
21
-
(2.3.1.3/13)
ot
/14)
2n2C'2tt)6
=
A
4ntf02lV-6
=
'
/15)
y
/16)
2C02lV
=
n
1
=
+
n„
(
+
+
-
2n
-
Rhs2
(--
2nC,0-2C*0i^)l
-
Rns2
«6
+
Lf
(n2cf02R2
-
ac^li*
L's 2
+^^7*2
Rhs2
} ^,4
R2
"
^
Lf2
-^±
Lf
Abschliessend seien noch zwei Spezialfälle behandelt.
00
Sind Koronadämpfung und Magnetisierungsstrom vernachlässigbar (Rns
00 ), so lautet der Ausdruck für die äussere Resonanzinduktivität:
; Lf
=
=
/VI)
Für den
Rhs =00,
Lf
La
=
—i-ç2CJ,«2
+1/
,i_
4C'02Co4
f +"|f<aco4
^
,
ir-1
-
^V
-
L*s,-Lu
2<jü2
dämpfungsfreien
=
00, R
/W)
La
=
Serieresonanzkreis ergibt sich schliesslich für
0 der bekannte Wert für die Resonanzinduktivität:
"
~~^-
-
L'8*
"
Lu
0
2.3.1.4
Die Bedingungen für günstige elektronische Abschaltung
eines
Wechselspannungsprttfkreises
2.3.1.4.1
Allgemeines
Beim Scheitelwert der Prüf Spannung 1?, wo der Ueberschlag zu erwarten
ist, soll erstens der Generatorstrom Sq klein und abnehmend (im Extremfall 0)
sein, damit die Abschaltung sehr rasch erfolgen kann, und zweitens die Genera¬
torspannung XSq ebenfalls klein und abnehmend (im Extremfall 0) sein, um ein
Zufrühkommen der wiederkehrenden Spannung
z?u vermeiden. Der Phasenwinkel
q> zwischen U und Jq wird, solange Lf und C'0 als konstant angesehen werden
dürfen, einzig und allein durch den nichtlinearen Widerstand Rns, also praktisch
ausschliesslich durch die Koronadämpfung bestimmt; der Winkel wird vom Ver¬
such automatisch diktiert und weicht umsomehr von 90° ab, je stärker die Vor¬
entladungen sind. Der Phasenwinkel
tfo zwischen Uq und JG kann hingegen
durch Wahl der äusseren Resonanzinduktivität La beliebig eingestellt werden.
Mit Rücksicht auf die wiederkehrende Spannung, die langsamer ansteigen soll,
als die Wiederverfestigung der sich entionisierenden Gasstrecke des elektroni¬
schen Schaltgefässes, wird der Kreis vorteilhaft etwas kapazitiv verstimmt;
der günstigste Wert hierfür ist von den jeweiligen Versuchsbedingungen abhängig
und lässt sich
nur
experimentell
ermitteln.
-
22
-
Zusammenfassend gilt:
1) Jq
soll U'
2) Uq
ist mit
um
90°
oder weniger
vorauseilen;
diese
Bedingung ist automatisch
Koronabelastung ab.
enüllt und der Phasenwinkel tf nimmt mit wachsender
Jq
in Phase
zu
bringen, oder soll letzterem ein wenig nacheilen;
q>Q wird durch passende Wahl von La rich¬
die Grösse dieses Phasenwinkels
tig eingestellt.
Abbildung 14
Diagramm
zur
Bestimmung der Phasenwinkel
W
U
Uqi
GH
_,
Jq,
Komponenten _yon Uq parallel
senkrecht
zu
Ü'
und
_
Komponenten_yon Jq parallel
senkrecht
zu
U'
_^
Phasenwinkel zwischen Uq und
Phasenwinkel zwischen U' und
und
_^
Jq
7q
Phasenwinkel zwischen V' undTTc
Bedeutung aller übrigen Grössen gleich wie auf
<f>l
Abb.
Die
13
elektronische
Abschaltung erfolgt beim Ueberschlag im Scheitelwert der
momentan, wenn der Winkel f gleich 1T /2 ist und die
wiederkehrende Spannung, die mit IÎq identisch ist, in diesem Augenblick ver¬
schwindet, der Winkel CpQ also null ist.
Prüf Spannung
nur
dann
23
-
2.3.1.4.2
Berechnung der Phasenwinkel
Berechnung
Aus der Abb.
(2.3.1.4/1)
Das
-
Cf g
und
tf
ü>
von
14 folgt:
Cf
iGX
I
arctg
=
1
Gleichungssystem 2.3.1.2/3
JGII
bis
I
'
/12)
liefert folgenden Ausdruck für den
Generatorstrom:
hieraus
jg
ü-f
=
-J_u J^)
+
L
Rns
ergibt sich unmittelbar für
a,
<f=
*
arctg
J
+
(J
Bevor wir den Winkel
in der Abb.
wir ab:
q> 1
=
„ctg
cp
die
1
x
co2Lf
Gleichung:
|
L^-j
Lf
Cf g
von
cQq berechnen
14 eingetragenen Hilfswinkel
/4)
L
^) --^-
Rns
Berechnung
L's*
-^>
jco[c;a+
den gesuchten Winkel
u>Cq(1
/«
/3)
+
Lf
LfLf
/2)
müssen wir zuerst noch den
können,
Cj>j
bestimmen. Aus der Figur lesen
|-2&k.
'
tfoii
Gleichung vorkommenden Grössen sind aber nichts anderes,
die uns bereits bekannten Komponenten von C(u>). Für den gesuchten Winkel
finden wir aus der Skizze schliesslich die Gleichung:
Die in dieser
/5)
<fG
=
«f
-
als
cpG
<f 1
oder nach Einsetzen der Werte der
Gleichungen /3)
und
(2.3.1.3/8)
lautet dieser
Ausdruck:
/B\
/o)
u>C'on
tf G
arctg
n
J^
tüLF
o>n(RC0
.
arctg
Rhs
Hierbei sind L und
_m<-'
i
-
.
=
(_£Rns
-'
.
+
L
\
+
-y-)
Rns
u,2c'„L)
°
R
"Ls*
-£—
-
n +— +
Lf
—
u>Lf
Rns
1-
«A^Ls*
Abkürzungen nach den Gleichungen (2.3.1.2/2) und (2.3.1.3/16).
-
2.3.1.4.3
Die
Jq
l? steht,
muss offenbar der Realteil der Gleichung
Prüfspannung parallele Vektorkomponente des
sein. Es muss somit gelten:
also die der
Generator ströme s gleich Null
(2.3.1.4/7)
0
(1+ i£t
=
Lf
Rns
bedingt aber,
existiert.
2.
in ihrer extremsten Form
(Momentane Abschaltung).
Jr. -L U'
senkrecht auf
/2) verschwinden,
Dies
-
günstigsten Abschaltbedingungen
1. Bedingung:
Damit
24
dass
Rns
»=
=
Diese Grösse ist durch die
Bedingung:
Die Vektoren
Uq
Jp,
ist, d.h., dass keine Paralleldämpfung
Versuchsbedingungen gegeben.
(Momentanwert
Uq und Jq sind zueinander parallel, wenn der Winkel cpo
q> und aus Gleichung /6) folgt die Beziehung:
cpj
ist. Dann ist weiter
R
Co
nC'0L
+
go2c,0Ls„,
-
0
conCr
cuLf
Lf
>nRC,(
o
+
+ Kon
R
*-
CD
Rhs
Rhs
man
1
+
—
Rns
Löst
=
=
m
chung
Null der wiederkehrenden
Spannung).
coli
Rhs
diesen Ausdruck nach L auf und
berücksichtigt gleichzeitig noch Glei¬
erhält man als Parallelitätsbedingung der Vektoren
Ausdruck für die erforderliche Grösse der äusseren Resonanz¬
(2.3.1.2/2),
und Jqfolgenden
Ur,
so
induktivität:
(l-^C'oL's^C'on
/»)
La
1
)
"
+
(Ä
1
(u>2c'on
+
Lf
mit
den
Abkürzungen
L
und
n
gemäss
den
(2.3.1.3/16).
Ist keine
Koronabelastung vorhanden,
La um Parallelität von Uq und
herigen Gleichung /8) hervorgeht.
für
7q
-
RnsLf
=
so
J^) nco2+^_
Rns2
RnsLf2
Rh?Uj2n
Gleichungen (2.3.1.2/2)
bedarf
es
eines höheren Wertes
ohne, wie aus der vor¬
Für fest eingestellte äussere Resonanzin¬
duktivität La wird der Kreis demnach mit steigender Koronabelastung, also mit
anderen Worten auch mit steigender Prüfspannung, immer stärker induktiv
werden müssen, sofern man die gleichzeitige Zunahme der Kapazität Chs und
damit auch der resultierenden Grösse C'0 nicht mitberücksichtigt.
zu
erreichen als
und
25
-
-
Spezialfälle:
1)
Rhs
=
Sind
oo
gleichzeitig die vorher genannten Bedingungen 1 und 2 erfüllt,
so vereinfacht sich Gleichung /9) auf:
(2.3.1.4/10)
La
1
-
=
cü2c'0
(1
+
o^CoL's«
-ï£* )
-
Für
werden
darf,
für
tf G
gilt
Lu
-1
Lf
Lf
2)
also
(keine Koronabelastung),
Spezialfall, dass der Magnetisierungsstrom vernachlässigt
Koronabelastung aber vorhanden ist, also Lf =oo, Rhs ^oo ,
den
=
0
.Ufo
C-p-coac^L^
/ll)
-Lu
'nc2
Rns
3)
Sind
sowohl
lässigen, also Lf
folgenden Gleichung:
=
Magnetisierungsstrom wie Koronabelastung zu vernach¬
oo
0 den in der
Rhs
so muss La für
tf q
,
,
oo
=
=
1
/12)
Ls+
2„<
-
Lu
wC0
angegebenen
Wert haben. Dies ist wieder der bekannte Ausdruck für den Serie¬
resonanzkreis.
2.3.1.5
Die im
Ueberschlagsfunken
eines
frei werdende
Wechselspannungsprüfkreises
Energie
Für die Berechnung der im Ueberschlagsfunken unseres Wechselspan¬
nungsprüfkreises, gemäss Ersatzschema auf Abb. 13 nehmen wir an, dass der
Ueberschlag genau zur Zeit des Scheitelwertes der Prüfwechselspannung U*
erfolgt und ein Nachflies sen von Energie aus dem Speisekreis durch momentane
Abschaltung verhindert wird. Die im Ueberschlagsfunken umgesetzte Energie
besteht demnach aus der Summe der magnetischen Energien in den Schalt¬
elementen L's„ und Lf und der elektrischen Energie in der Kapazität Co bei
stationärem Betrieb zur Zeit des Scheitel werte s der Prüfspannung U'.
Um die
können,
in den genannten Induktivitäten bestimmen zu
Abhängigkeit der sie durchmessenden Ströme j[
magnetische Energie
müssen wir erst die
liefert wie¬
kennen. Die gesuchten Gleichungen
von der Prüf Spannung 15
derum das schon mehrfach benutzte Grundgleichungssystem (2.3.1.2/3) bis
und
Tj
'
Wir finden:
(2.3.1.5/1)
J{
=
U'
+
Rns
J<
/12).
26
-
(2.3.1.5/2)
Wir haben
=
Die
L Rns
j
+
L's
«ff,,
/3)
Jln
/4)
7i(|
und
=
in
-
co2Lf
magnetischenJSnergie
Spannung
î{
stationären Momentanwerte der Ströme
Zeigerkomponenten
demzufolge:
C'oLs*
Lf
Lf beim Scheitelwert der
und
(
u>
Lf
weiter den Momentanwert der
nun
duktivitäten
I L's*.
u'
-
Richtung
und
der
7j
U'
sind
so
zu
in den In¬
bestimmen.
gross, wie ihre
Spannung 13' angeben.
Es
gilt
l
U'
Rns
Jin
=
Ls*
îf'
Rns Lf
Versteht
man
unter
|U'|
den Scheitelwert der
Momentanwert der magnetischen
1
/5)
Energie
Ji„2Lf
2
zur
J
+
Ls«
Rhs2
2
so
ist der
gesuchte
Ueberschlages:
^s*
Hl
U'2
/6)
Spannung,
Zeit des
+
1
Lf
Für den Momentanwert der elektrischen
Energie,
die ihrem maximalem
Betrag entspricht, gilt:
U'2
/7)
Die
totale,
im
Ueberschlagsfunken umgesetzte Energie
/8)
pe
/9)
U^2_
/Ls4
.
*
»
Lf
1&
A.
Gleichung
ist U' der
Energie
*
d°]
T
Scheitelwert,
spannung.
Die
folglich:
P
m
+
2
In dieser
ist
also
Ueff "fïT,
der Prüfwechsel¬
im
Ueberschlagsfunken ist unabhängig von der Grösse der
L~; sie ist begreiflicherweise^nur eine Funktion
Jj und 3i mit der Spannung 0'. Ohne Sprühab¬
oo
leitung, oder anders gesagt, ohne Koronabelastung (Rns
) sind diese
Phasenwinkel 90°, d.h. die vorhandene Energie ist dann rein elektrisch und die
magnetische Energie ist vollständig abgebaut. (Da die Berechnung sich auf die
stationären Vorgänge gründet, ist als Rns selbstverständlich der Betrag des
äusseren Resonanzinduktivität
der Phasenwinkel der Ströme
=
nichtlinearen
gebend. )
Ableitwiderstandes
unmittelbar
vor
dem
Ueberschlag
mass¬
27
-
-
Abbildung 15
Verhältnisse
an
Oberspannungswicklung
der
9-G2222?Z£S3-9
•
^fe-S»}*"
J.
j—yJ-H
y.
i|£„jU
M
--I
H
I,
^
„qp-.
if—h
-
^—n-
W3;
_
i;t/' >// >/1s j>>/<
U P
Unterspannungswicklung
Oberspannungswicklung
Petersenzylinder (kapazitiver Schirm)
Abstand einer beliebigen Stelle der O. von deren Anfang aus,
richtung gezählt
Länge der O.
U
o
p
x
Ls, Cs, C,
Cns, Rns
Schaltelemente mit der bereits auf Abb.
'Rns' ^ns' ip
Ströme in den Schaltelementen
1, J
Klemmenstrom
Jx
Wicklungsstrom
dix'
^x
der Stelle
an
Klemmenspannung
V*x
<*x
Wicklungsspannung
d?.
Zuwachs
Spannungszuwachs
ix
von
U,
an
an
an
Integrations¬
angegebenen Bedeutung
Rns, Cns und C
x
Ladestrom eines Elementes dCs
lî
u,
11
in der
von
Cs
der O.
der Stelle
der
x
Wicklung über
der Elementarstrecke dx
über dx
Induzierte Spannung
an der
Stelle
x
«I
Totale induzierte
1
2
Stromverlauf in der O. bei Leerlauf
Entsprechende Charakteristik bei Belastung mit dem Klemmenstrom J
3
Induzierte
4
Spannung
Spannung
der
Länge
1
_
5
Wie die
Spannung über
an
Spannung
an
an
der O. bei Leerlauf
bei der angegebenen Belastung
der O.
späterer Stelle angegebenen Resultate der
numerischen
Berechnung zeigen, werden
für die Bestimmung der TransformatorUbersetzung die tatsächlichen Verhältnisse an der Ober¬
spannungswicklung durch Annahme einer über die Wicklungslänge gleichmässig verteilt ge¬
dachten Streuinduktivität und -kapazität befriedigend genau nachgebildet.
28
-
-
Die Ueber Setzung des Prüftransformators und sein Ersatzbild
2.3.1.6
Betrachtungen wollen wir vom Schema des Prüftransformators
ausgehen, den Einfluss seiner Streugrössen Ls und Cs auf die
Uebersétzung bei allgemeiner Belastung bestimmen und schliesslich zumTGlied-Ersatzschema für den Transformator, wie es bei der Berechnung der
Bedingungen für oberwellenarme Spannung und günstige Verhältnisse für die
elektronische Abschaltung gebraucht wurde, gelangen.
Bei unseren
auf
Abb. 11
Verhältnisse
2.3.1.6.1
an
der
Oberspannungswicklung
angedeutet wurde, soll die tatsächliche Uebersétzung des
bei allgemeiner Belastung, d.h. bei Belastung mit den
Grössen C, Cns und Rns, unter Mitberücksichtigung der als über die Länge der
Oberspannungswicklung gleichmässig verteilt gedachten Streuinduktivität Ls
und -kapazität Cs, bestimmt werden. An der Oberspannungswicklung haben wir
die in der Abb. 15 dargestellten Verhältnisse. Wir betrachten nun speziell die
Wie
bereits
Prüftransformators
Stelle
x
und stellen sie der Deutlichkeit halber in einer besonderen Abb. 16 dar.
Abbildung 16
Stelle
x
der
OberspannungsWicklung
CO
i\
^1
au
duul
dCs
Wicklungskapazitätselement
dLs
Element der
über der Strecke dx
(Xli,
|
|
Streukapazität
Wicklungslänge dx
Spannung und Strom an der
von
"x' 'x
der
Stelle
x
Ueber der Elementarstrecke
du,_
dx induzierte
Spannung
UeberderElementarstrecke
du.
liegende Streuspannung
Ladestrom des auf die Länge
dx
dix
dx entfallenden Elements der
Wicklungskapazität
3
Der Wicklungskapazitätsstrom
aus
Beiträgen
induzierte Spannung verursachten, zweitens dem durch die
setzt
sich
zufolge
bedingten
nungserhöhung zufolge des Wicklungskapazitätsstromes
wegen seiner Bedeutungslosigkeit vernachlässigt.
induktivität
des Klemmenstromes
zusammen:
erstens dem durch die
Spannungserhöhung
an
der Streu¬
und drittens dem durch die erwähnte
bewirkten
Span¬
Beitrag. Der letztere wird
29
-
2.3.1.6.1.1
Das
-
Gleichungssystem
Aus den beiden Abb. 15 und 16
folgen
Vektorgleichungen:
die
A
(2.3.1.6/1)
Jx
=
J
-*
J
+
dJv
x
x
/2)
J
/3)
jRns
=
JRns
JCns
+
+
Je
U
=
Rns
/4)
JCns
=
/5)
Je
=
/6)
dJ
/7)
dCs
=
X
U ju*Cns
U
jouC
Ux]u>dCs
Cs
dx
=
1
X
X
/"<"Jix
/8)
=
"x
0
/9)
/^
+
0
dUix
=
A.
dx
1
/10)
dULx
/ll)
dLx
Der
nach dem
Die
=
=
^xJ^dLx
i±
dx
1
Strom beginnt an der Klemme (x
Wicklungsanfang hin zu.
Spannung nimmt
nach der Klemme hin
gleichgerichtet,
legt worden.
zu.
also dem
=
1)
mit dem Wert J und nimmt
x vom Wert 0 am Wicklungsanfang
Spannung ist der Klemmenspannung
Wicklungsstrom entgegengesetzt, willkürlich festge¬
mit wachsendem
Die induzierte
-
Gleichungen /6)
bis
/ll)
1
(2.3.1.6/12)
-
Die OS-Klemmenspannung
2.3.1.6.1.2
Aus den
30
1
/dJx
=
/l) folgt
und
y
x
r
der Ausdruck:
x
_
/"
JÏL
dx
/|"j+ / dJ„
-
xLol
x
juj-LL
00
dx
Cs
•JCü
,
dx
1
In dieser
Gleichung stellt der erste Summand den durch die induzierte Spannung
Beitrag, der zweite den durch die Spannungserhöhung an der
verursachten
Streuinduktivität vom Klemmenstrom herrührenden Anteil und schliesslich der
dritte Summand den durch die erwähnte Spannungserhöhung zufolge des Wick-
lungskapazitätsstromes bedingten Beitrag dar. Der letzte Anteil ist klein und
daher vernachlässigt. Somit erhält man nach Einsetzen des aus den
Gleichungen /2) bis /5) gewonnenen Ausdruckes für den Klemmenstrom T die
Gleichung:
werde
1
/IS)
UiJu>-Ç|(l2-x2)
/dJ„
212
ÏÏ^f8 (l2-x2)
+
+
212
Unter
Berücksichtigung
/14)
Gleichung /l) ergibt
von
Jx
[
U
=
[—î—
L
jcu(Cns
——
+
sich für den Strom
jco(Cns
+
C)l
Ux ergibt
+
ju>(Cns
+
C)l
+
U,jU)-2l_(i2_x2)
9i2
J
ihc
X-»
/15)
Ux
fj-àx
-
,,2
212
Rns
sich schlussendlich
=
C)
Jx
t^LsCs
Rns
Für
+
Rns
/Jxi^^8-
dx
d2-x2)
31
-
-
oder:
(2.3.1.6/16)
ÏÏX
Ûj
=
x_
+
"2CsLs
U
jùL.i±
*.
.
Rns
j'
+
(12X.JEJ)
21°
1
co2Ls(Cns
-
x
=
1,
folgt daraus
so
+
C)
,
x3
^
.
U
=
tfj
\
3
die
Spannung
1
/17)
~
1
2l3
man
C)
2l3Rns
cü4Ls2Cs(Cns
Setzt
+
1
+
an
der Klemme:
to2CsLs
-
l-*2Ls(Cns+C)
-
^4Ls2Cs(Cns+C)
+
j<*>
Ls
Rns
In Absolutwerten geschrieben lautet diese
U
=
3 Rns
Gleichung:
1
/18)
u^Ls^Cs
+
lAjSLS
Uj
l-uj2Ls(Cns+C)-(A#Ls2(Cns+C)
Ls
cu2Ls2Cs
—
3
[Rns
3
Rns.
Dies ist die
Gleichung, die die Erhöhung der Klemmenspannung V über die in¬
duzierte Uj bei allgemeiner Belastung mit C, Cns und Rns unter Berücksich¬
tigung der Streukapazität Cs und der Streuinduktivität Ls der Wicklung angibt.
In der Abb. 15 wird diese Spannungserhöhung durch die Kurve 5 darge¬
stellt. Bei Leerlauf wird der Klemmenstrom 0, der Wicklungsstrom geht von
der Kurve 2 in die Kurve 1 über und dementsprechend vermindert sich die
Spannungserhöhung auf die durch Kurve 4 dargestellten Werte.
32
-
2.3.1.6.2
Uebertragung der
an
-
Oberspannungswicklung gefundenen
der
Ergebnisse auf die Unterspannung
eine
Nach der Ermittlung der Verhältnisse an der Oberspannungswicklung
Uebertragung auf die Unterspannung vorzunehmen.
Wird
mit ü das
ist
Nennwindungsübersetzungsverhältnisbezeichnet, also das¬
so gelten für die zu
jenige der nicht reduzierten zu den reduzierten Grössen,
reduzierenden Spannungen Gleichungen von der Form:
(2.3.1.6/19)
/20)
usw.
U
=
ü U'
Ui
=
ü
ÏÏ[
und für die Reduktion der Schaltelemente die
/21)
l's
/22)
Cs
=
/23)
C
=
/24)
Cns
=
/25)
Rns
=
Gleichungen:
^fü2
ü2Cs
ü2C
ü2Cns
Rns
ü2
Die Gleichung /17) für die Erhöhung der
duzierte lautet folglich reduziert:
/26)
Ü'
/27)
Ao
=
Klemmenspannung
AoÜi"
mit:
i
-
to
2Ls(C'ns
r°
ßQ
=
1
c')+jw^L
Rhs
und:
/28)
+
+
co
2C's Ls
über die in¬
33
-
2.3.1.6.3
Bestimmung
-
der Schaltelemente
Ls»
und
Cs«
des
Transformatorersatzschemas
Wir hatten früher
(2.3.1.2/1)
gesetzt:
Co
Cs*
=
C'
+
Chs
+
Die noch unbekannten Grössen Cs+ und Ls* sind durch Vergleich des Er¬
satzschemas mit der Wirklichkeit bestimmbar.
Die verteilte
Wicklungskapazität
0 und U' örtlich variierenden
ser
Strom
muss
Spannung
liegt
an
einer zwischen den Grenzen
f
und nimmt den Strom
,
der festen
dJx
auf. Die-
o
Ersatzkapazität, Cs* fliessen,
auch in der
Schema
Cs
die wie
aus
dem
U'
hervorgeht, an
Spannung
liegt. Diese Klemmenspannung
soll unabhängig von der Belastung stets konstant gehalten werden. Deshalb ist
auch die Ersatzkapazität C's+ belastungsunabhängig. Sie ist durch die Gleichung:
(2.3.1.6/29)
ü'
=
—
—
jioCs*
bestimmt. Für den Strom
folgt
aus
Gleichung /13)
die
Beziehung:
1
f dj^
/30)
Berücksichtigen
/26)
ist,
so
ergibt
/Sl)
wir
noch,
ü'
it!
=
UÎ
Setzt
man
A
+
=
sich aus diesen
Gleichungen
hierin die Ausdrücke
für die
+
jnofCns
+
Ersatzkapazität:
J_ +u,2(Cns
Cs
und
/28)
3C's
=
+
2u»2CsLs
belastungsunabhängiger Ausdruck.
+
C')Ls
-
j^i£
Rns
Aq
/27)
6
also ein
—i—
AqU}
Cs*
Cs*
U«a,J
dass:
sich schliesslich:
/32)
tT.,.,2 LsCs
Uns
2
ergibt
i..,Cè_
ju>-£i-
für die
Spannungserhöhung ein,
so
C*)
34
Für den
-
dass die sekundäre Streuinduktivität Ls
Spezialfall,
verschwindet,
ist:
(2.3.1.6/33)
Cs
Cs*
2
Die
verteilte Streuinduktivität
wird
Ls
vom
örtlich veränderlichen Wick-
rl
lungsstrom Jx durchflössen
liegt
und
Streuspannung
der
an
-.
/
dU^.
J^
des
Die ent-
o
sprechende Grösse Ls*
des Ersatzschemas wird
Stromes durchflössen
und
liegt eoenfalls
vom
der
an
Endwert
Streuspannung
Wicklungs-
i -*
f dUl
.
Die
/dÜ*T
/34)
Jhx
Ls*
jiuJl
Nach den
Gleichungen /8)
und
/9) beträgt
die
Streuspannung:
1
/35)
mit
/26)
/düiLx
"J
=
U
ist sie aber auch:
1
/dÜLx
/36)
Für den Strom
gilt
nach Abb.
(2.3.1.2/5)
Jl
UÎ
13 die
JCo
=
( 1
Ao)
-
Zeigergleichung:
JRns
+
Da ferner:
(2.3.1.2/1)
Cs«,
C'ns
+
C'
+
gesetzt wurde, sind die diese Kapazitäten durchflies senden
(2.3.1.6/37)
gegeben.
Damit
JCc
wird,
JCs*
da die
Ströme durch:
JCns+ JC
+
genannten Schaltelemente
alle
an
der
j{
=
Û{
ju>
/38)
ju>
liegen:
•
A0
Cs+
[d
+
Cns
+
C
']
Rns
Spannung
U
35
-
Setzt
man
die
(2.3.1.6/39)
Ao
Ls*
AqLu2 ["c's*
von
Aq
+
"
ergibt sich:
so
1
Chs
C'l
+
jou-jL
-
lautet der Ausdruck für die Ersatzstreuinduktivität:
JLS+u^LsCs
Einführung
/34) ein,
in
JL3+u/LsCs
Durch
Gleichungen /36) und /38)
-
/«)
L's*
=
RnsRhs
Ls
CO2
'/»<*
[
L 3
+
chs
+
C'l
+
3co_l
-
J
ou2LsCs
Rhs
oder:
/41)
Ls*
=
^
(1
Ls
6
dabei ist der Vektor
X
=u)z
3C's
|
[
Führt
man
schliesslich noch die
/43)
L's*
X
X
["
/42)
4_)
•
2w2LsCs
+
=
Ls
6
+
Cns
+
J^a.
2to2LsC's
ä Cs
+
.,„ _1
Rhs
C
J
Ersatzkapazität Cs* ein,
ist:
so
-Ä^L)
( 1
3 X
/44)
X
=
UJ2
[c's*
L
+
C'ns
+
C'l
-
-1
jou
-—
Rns
Diese belastungsabhängige Ersatzstreuinduktivität sei noch für einige Spezial¬
fälle aufgeschrieben:
1.
Spezialfall:
Paralleldämpfung vernachlässigbar
/45)
Ls
£
0;
Lfe»
«
L's (
Cs
1
/
-
0;C"
/ 0;
Chs / 0;
£k
;
3(Cs*
+
Cns
_
+
C
Rns
=
oo
)
)
oder:
/46)
Ls*
=
Ls
( 1
Cs
-
3C's
+
(Cns
+
C')(6
+
2u>2LsCs)
36
-
2.
-
Spezialfall:
Paralleldämpfung und nichtlineare Streukapazität vernachlässigbar;
Resonanzkapazität belastet:
nur
mit der
Ls
(2.3.1.6/47)
£
L'S*
:=
^ 0;
Cs
0;
C* ^ 0;
Chs
=
0;
Rns
oo
=
Cs*
LS(1
3(Cs+
C')
+
oder:
/48)
L's*
=
Ls
Cs
( 1
30*8
+
Cf(6
+
2cu2LsC's)
3. Spezialfall:
Leerlauf:
Ls
/49)
^
L*s,
=
2/3
^ 0;
Cs
0;
C'
=
0;
Cns
=
0;
Rns
=
oo
Ls
•
4. Spezialfall:
Belastung
kapazität:
des Transformators ohne Wicklungskapazität mit der Resonanz¬
Ls
/50)
2.3.1.6.4
L's*
£
Cs
0;
=
0;
=
C' ^ 0;
Cns
=
0;
Rns
=
oo
L's
Bestimmung
Uebersetzung
der
zwischen Ober- und
Unterspannungsklemmen
Auf der Abb. 17 ist der an die Eingangsklemmen I und II des Transforma¬
anschliessende Teil des Ersatzschemas des Hauptkreises mit den für die
symbolische Behandlung nötigen Spannungen und Strömen, die uns nun alle be¬
kannt sind, eingetragen.
tors
Aufgabe besteht darin, die Abhängigkeit der Unterspannung Uu an der
reduzierten Prüfspannung U' bei allgemeiner Belastung zu ermit¬
Aus der Figur folgt die Gleichung:
Die
Klemme
teln.
zur
(2.3.1.6/51)
Ûu
ÏÏLu
=
Wir müssen zunächst den
gibt
+
ÏÏ-
Streuspannungsabfall Ulu berechnen. Dieser
7q nach der Gleichung:
sich aus dem Generatorstrom
/52)
ÜLu
=
Ü'
•
ju>Lu
er¬
37
-
-
Abbildung
Schema
zur
17
Berechnung der Uebersetzung des Prüftransformators,
Vektordiagrammes und der Phasenwinkel
L»
des
iy J'
Jt
f"—1
•
Je
Jba
!
C
t J/jn»
\
IG'»
YAK»
:i: I
:
i
\
i
i
Bedeutung
der Schaltelemente gleich wie auf Abb. 12 und der Spannungen und
Ströme wie auf der Abb. 13, soweit dort angegeben, des weiteren sind:
Unterspannung
Lu
an
Spannung
über L
Spannung
an
den Transformatorklemmen I und II
l
y dUl
sUl
Strom in
/dJ'HJ-
^X^Cs,
der Ersatzstreuinduktivität
L's*
L*s+
Strom in der Ersatzstreukapazität
C's*
Reduzierter Klemmenstrom
Reduzierter Strom der Resonanzkapazität
Reduzierter Strom
JCns
Aus dem
Vergleich der Abb. 12
C'ns
an
und 17
folgt:
La
Co
=
J"
Cs
^C
+
Die
Uebersetzung kann nach
.den Streuinduktivitäten L« und
LS
ist bereits bekannt,
u.
+
der
l's»
7Cns
Bestimmung der Spannungsabfälle über
angegeben werden. Der Spannungsabfall
folgt unmittelbar
aus
dem Generatorstrom
Jq.
38
-
und lautet nach Einsetzen
(2.3.1.6/53)
ULu
Jq gemäss Gleichung (2.3.1.4/2):
von
U'LU
=
-
Co
Rns
2C*0)(1
Lf
Lf
Zwischen der Ober Spannung U' und der induzierten Spannung U{ bestehen
die bereits bekannten Beziehungen /26) bis /28). Führen wir in /27) die Ersatzgrössen Ls* und CS* gemäss den Gleichungen /32), /43) und /44) ein, so ver¬
einfacht sich dieser Ausdruck auf:
1
/54)
l-u,2L's„c'0
+
jcoI^t
Rhs
Folglich gilt:
/55)
Uj
=
Ü'(
-u^L's^C'o
1
+
jcuifs.
)
Rns
Wir sind damit im
Stande, die tatsächliche Uebersetzung üj
Belastung anzugeben.
des Prüftrans¬
formators bei allgemeiner
/56)
üt
/57)
-^-
ü
=
mit:
Für den
=
( 1
+
ia_ ) (
U*
Spezialfall,
der Transformator also
-cu2L's,Co
1
Lf
dass die
nur
+
J»-^)
-
MujVo
Rns
-
J"^-4- >
Rns
Koronadämpfung vernachlässigt werden darf,
Resonanzkapazität C belastet ist, verein¬
mit der
facht sich diese Gleichung auf:
/58)
."iL.
U'
( l
+
hk ) \l
Lf
L
Gleichung /56) ist das
dungs-NennUbersetzungsverhältnis.
Die Grösse U in
.
w2 L's+ (C's%
bereits
an
+
c')l
J
_
w2 L (c'
+
c»)
früherer Stelle definierte Win-
-
39
-
Die Charakteristik des Transformators
2.3.1.7
18 aufgezeichnete Vektordiagramm des Ersatzschemas
einzigen Betriebspunkt, d. h. bei einer bestimmten Spannungs¬
Grössen JÎ, ïcns xmà ^Rns ^eme linearen Funktionen der Spannung
Das auf der Abb.
gilt
nur
höhe,
für einen
da die
sind.
Durch eine räumliche Vektordarstellung ist es möglich,
triebscharakteristik des Transformators darzustellen.
die
gesamte
Be¬
Abbildung 18
Vektordiagramm
Die
eingetragenen Spannungen,
des Ersatzschemas
Strö¬
und Phasenwinkel haben die glei¬
che Bedeutung wie auf den Abb. 17
me
bzw.
14.
Da die Grössen
Jj, Jfcnc
und
Jfong
keine linearen Funktionen der
gilt das aufgezeichnete Vektordiagramm jeweils
punkt.
nur
Spannung sind,
für einen einzigen Betriebs¬
-
Für
jeden Betriebspunkt
40
zeichnen wir zunächst ein
ÏÏ', Ü], 7', jj und Jq auf
parallel und J^ap senkrecht
mit den Vektoren
Tfl.
ponenten
dies auf Abb. 19
geschehen
mengefassten Ströme gelten
-
ist.
die
und
Gleichungen:
ind
/2)
4ap
/3)
Jü
=
Jfco
=
JRns
=
Jcs*
Abbildung
Diagramm
zur
_,
=
Bestimmung
+
JC
+
JCns
19
der Transformatorcharakteristik
Zusammenfassung aller
Stromkompo-
JRns
JkaD
p
Spannung üj, wie
Hauptrichtungen zusam-
induzierten
zur
Für die nach den drei
Ji
(2.3.1.7/1)
_,
gewöhnliches Diagramm
zerlegen ~3{ noch in zwei^Kom-
ohm'sehen
nenten
_„
JCs+"*C+^Cns
Zusammen*assung aller
kapazitiven Stromkomponenten
__
Jind =Ji
Zusammenfassung aller
Stromkompo¬
induktiven
nenten
Uebrige
Abb.
Grössen
sind
gleichbedeutend wie auf
18.
*\
jt
-—^ \
Jlap.
Um die
auf der
aufzeichnen
diagramm
zu
zu
folgenden Abb. 20 räumlich dargestellte Betriebscharakteristik
können, ist es nötig für jede Spannungshöhe ein solches Hilf s-
entwerfen.
-
41
Abbildung
-
20
Charakteristik des Transformators
Jhafr*
-Ui
1
Ui
2
Jkap
3
Jft
4
J'
5
JG
JG
6
=
f(Jind>
Magnetisierungscharakteristik
Charakteristik der kapazitiven Stromkomponente
Charakteristik der ohm 'sehen Stromkomponente
_
=
=
=
t(Sj)
Charakteristik des Stromes J'
3ß+3kap+7ind
Generatorstrom
f(ÜJ)
Charakteristik des Generatorstromes
Die Grösse der Nichtlinearität der Komponentencharakteristiken 1 und 2 zeigt sich als Ab¬
weichung von den strichlierten Geraden. Die ohm'sche Komponente 3 bleibt bis zu einer
gewissen Spannung null, da
men
wird.
eine
nur
durch Koronaströme verursachte
Ableitung
angenom¬
42
-
Grundebene eines
In der
werden
nun
die
Ströme, je
-
räumlichen, rechtwinkligen Koordinatensystems
nach ihrer
Phasenlage eingezeichnet und auf der zur
zugehörige induzierte Spannung vi auf¬
Grundebene senkrechten Achse wird die
getragen.
Führt
man
jeden Betriebspunkt durch und verbindet die so
miteinander, so erhält man die auf der Abb. 20 dar¬
dies für
erhaltenen Punktscharen
gestellte Transformatorcharakteristik.
Die Kurve 1 stellt die Magnetisierungskurve dar, 2 und 3 sind die Cha¬
rakteristiken der kapazitiven bzw. ohm'schen Stromkomponenten, 4 und 5 die¬
jenigen der Ströme % und J"q^Kurve 6 zeigt schliesslich die gesuchte Abhängig¬
keit des Generatorstromes Jq von der induzierten Spannung Uj.
2.3. 2
Gleichspannungserzeugung
und -messung
Auch
der
zu
wurde,
hier besteht wiederum der Wunsch nach möglichst idealer Form
verwendenden Prüfgleichspannung. Wie durch Vorversuche bewiesen
kann die UeberSchlagspannung am dünnen zylindrischen Leiter durch
grosse Welligkeit und namentlich durch überlagerte hochfrequente Spitzen er¬
heblich gefälscht werden. Man kann dies soweit treiben, dass bei positiver Po¬
larität am dünnen Draht keine Ultrakoronaentladung auftritt und die Ueber-
schlagspannung mit der an der stabförmigen Elektrode gemessenen überein¬
stimmt. Diese ist aber weniger als ein Drittel des für reine Gleichspannung
gültigen Wertes »).
Wie in den meisten
Hochspannungslaboratorien, so kommt auch hier für
Prüfgleichspannungen genügender Leistung nur die Gleich¬
richtung von industriefrequenter Wechselspannung in Frage. Wir benutzen wie¬
der den gleichen Prüftransformator, samt seiner elektronischen Schnellab¬
schaltung und der synchronisierten Wiedereinschaltung. Die Gleichrichtung
kann entweder mit Röhren oder mechanisch erfolgen. Die zur Verfügung
stehenden Hochvakuumdioden haben 200 kV Sperrspannung und 200 mA dauernd
zulässigen Spitzenstrom, währenddem der mechanische Gleichrichter, je nach
Belastung 160 bis 190 kV Sperrspannung erreicht, allerdings einen etwas grös¬
seren Strom bewältigen kann. Ein Vorteil des mechanischen Gleichrichters ist
seine weitgehende ünempf indlichkeit bei Ueberlastung. Je grösser die Belastung
ist, desto länger werden die Schaltfunken, desto geringer die zulässige Sperr¬
spannung und desto grösser sind allerdings auch die durch den Schaltprozess
verursachten Spitzen der hochfrequenten Ausgleichsschwingungen, die sich der
Gleichspannung überlagern. Diese Spitzen sind natürlich beim Ventilröhren¬
gleichrichter des elektronischen Schaltmechanismus wegen viel geringer.
die
Erzeugung
von
Der
algebraische Mittelwert der Prüfgleichspannung wird durch Messung
des einen hochohmigen Widerstand durchmessenden Stromes mit einem Prä¬
zisionsmikroamperemeter ermittelt. Dieser vorentladungsfreie Messwider¬
stand ist auf Abb. 21 zu sehen. Er besteht aus 20 voneinander isolierten,
und durch eingebaute Schichtwiderstände im Potential gesteuerten Aluminium¬
behältern. Diese Schichtwiderstände haben einen ziemlich grossen Temperatur¬
koeffizienten.
Aus
aufgestellt worden,
kühlt
Da
und
diese
diesem
deren
Grunde ist eine starke Kühl Ventilatorenbatte rie
Gebläse den Widerstand achsial von unten
eines
drei weitere Ventilatoren,
die
Schichtwiderstände ausserdem
ihn
von
der
rasche
Seite
her
anblasen.
Spannungsänderungen
empfindlich sind, darf auch aus diesem Grunde die zwischen Objekt und Glät¬
tung liegende Dämpfung einen gewissen Wert nicht unterschreiten. Eichungen
zu Versuchsbeginn und -ende zeigten keinerlei feststellbare Veränderung.
auf
•
-
43
-
Abbildung
Gleichspannungsmesswiderstand
mit
21
vorentladungsfreier Zuleitung
Aufstellung des gut gekühlten, praktisch vorent¬
ladungsfreien Gleichspannungsmesswiderstandes und günstiger Führung seiner
ebenfalls fast vorentladungsfreien Zuleitung, kann immerhin noch eine leichte,
durch Sprühverluste bedingte Spannungsabhängigkeit festgestellt werden.
Trotz räumlich ziemlich freier
-
-
Gleichspannung im niederfrequenten Bereich wird mit
Scheitelwertsmesseinrichtung bestimmt. Der Oberspan¬
nungskondensator des hierfür verwendeten kapazitiven Spannungsteiles ist die
bereits erwähnte Glättungskapazität. Die schon für die Wechselspannungseichung
Die
Welligkeit
44
der
der bereits erwähnten
verwendete Messfunkenstrecke
(vgl.
Abb.
10)
wird auch hier wieder
zu
Eich¬
gebraucht. Eine direkte Messung allfällig der Prüfgleichspannung über¬
lagerter hochfrequenter Schwingungen wird nicht gemacht, da ihre Bedeutungs¬
losigkeit mit Hilfe der Messfunkenstrecke indirekt festgestellt werden kann.
zwecken
Abbildung 22
Normaler
Cj
C
CQ
Stossgenerator
mit
Prüfobjekt
und
Kathodenstrahloszillograph
Stosskapazität
Belastungskapazität und Spannungsteiler
Oberspannungskapazität des Teilers
Cu
R,
Wirksame Unterspannungskapazität des Teilers
Ladewiderstand
Rj
Dämpfungswiderstand
Fu
Funkenstrecke
Po
Prüf Objektanordnung
Ko
Kathodenstrahloszillograph
(vgl.
Abb.
24)
C\ ist der Seriewert bei der Entladung der Stosskondensatoren der Marx'schen
Vervielfachungsschaltung, Rl ist der entsprechende, während der Entladung
wirksame Wert der Ladewiderstände.
45
-
2.3.3
Erzeugung
und
-
Messung einer quasilinear mittelsteil
ansteigenden Spannung
Als
quasilinear ansteigende Spannung
wird in dieser Arbeit ein Stück aus
der Front eines Stosses bezeichnet. Dieser wird
von
einem normalen Stoss-
generator mit Marx'scher Vervielfachungsschaltung geliefert. Um möglichst
flache Stösse bei noch vernünftigem Ausnutzungsgrad**) zu erhalten, wird als
einzige Ableitung noch diejenige über die inneren Ladewider stände belassen.
Der ohm'sehe Stosspannungsteiler parallel zum Prüfobjekt Po ist also entfernt
und daher ist nur kapazitive Spannungsteilung möglich. Der Stossgenerator mit
seinem Prüfobjekt und der zugehörigen Messeinrichtung lässt sich dann mit
dem in Abb. 22 angegebenen Prinzipschaltbild nähe rungs weise darstellen.
Cj
Stosskapazitäten aller Stufen, C die resultierende
Rl der resultierende Seriewert der inneren Lade¬
widerstände und Rh der Dämpfungs wider stand, so verläuft bei einer Spannung
uci an Cj die Prüfspannung uç am Objekt Po in Funktion der Zeit t nach der
bekannten Gleichung:
Ist
Kapazität
der Seriewert der
der
Belastung,
(e
RHC(r,
falls
man
durch das
r,t
r.t
U„
(2.3.3/1)
-
2
*
-
)
r,)
annimmt, dass der Entladevorgang des Generators zur Zeit t
Zünden der Funkenstrecke Fu eingeleitet wird. In der Gleichung
=
0
/l)
bedeuten:
/2)
rl,2
"
2
RL(Cl
/3)
+
C)
+
1
RdC
RdRLccl
/4)
RdRLcCl
Weiter ist
Uo
und
=
=
(«ci>t
=
Basis der natürlichen
erste
Logarithmen.
bei unseren Spannungsprüfungen benutzte Stossfront
Exponentialglied vernachlässigt werden und es gilt
die
Für
0
/5)
Ur
kann meist das
r2*
RdC
*) Grössenordnung der Steilheit: 1... 100 kV/ ,us
**) Der Ausnutzungsgrad einer Stosschaltung ist definiert als das Verhältnis des
erreichten Spannungsscheitelwertes zum Summenwert der Ladespannungen
aller Stufen.
-
46
Abbildung
-
23
mit Eichgenerator und quasilinearer
Zeitablenkschaltung für die Messung flacher Stösse
Kaltkathodenstrahl-Oszillograph
1
2
3
Drehbare Kaltkalhode für zwei Strahlen (K^Ql'
Entladerohr zur Erzeugung der Elektronenstrahlen
Durch das Ent laderoh r verdeckte An od en blenden
Kathode
4
Abschirmung
5
Anstosnelektrode für die
6
7
Mechanische Blende zur Sperrung eines Strahlen
Anschluss für vordere Vorfangsplatte
8
Anschluss (Or
B
der
(An^,"431'
Auslösung der quasi linearen Zettab.enk.se hat tun g
Bchab#panoimgsplatte
ZelUblentcplattenanachiaM« (Zpasi)
Strahtstromregulierutig über Ventil
(Va43,)
10
Handrad für
ii
Vorvakuumv—,,„w,...m7,esMr
12
Schubspannungsregulierung IR4Ç51
13
Kurbel
zur
14
Kurbel
zum
15
Messkabel zwischen Spannungsteiler und
16
Etchgenerator
17
Regulierung des Fokuslerungsstromes (1*463 )
18
Regulierung der Spannung des exponentiel! en ZeitablenkgergteB
Hei zungsregutle rung für Strahlspannungsgtelchrichterröhre
19
20
(J438*
Oeffnung des Kassetten deckeis
Transport
des Photomaterlals
(Es551t
Oszillograph (K...)
""
21
Regulierung der Strahl Spannung s höhe (R^g)
Quasi lineare ?eltablenkschaltung
22
Anstosslettung zwischen 5 und 21
23
24
Instrument
25
26
27
28
2S
(An.c))
Hochspannungsquelle
für Strahl
(R«ju'
tR.gn)
(H501)
zur Anzeige der Strahlspannungshohe (J„.)
Zufuhrungen zum Fokuslerungsspul en system (Fo.-Jy
Zuleitungen zum Sperrplatten system (Sp43})
Instrument zur Anzeige von Strahlströmen unterhalb 120 uA (J43«)
Instrument zur Anzeige von Strahlströmen oberhalb 120 Ù.A {Jj««7
Widerstand
(Ru.)
sich der Oszillograph im Felde des St Gasgenerators befindet, war ein provisorischer
Abschirmklflg nötig, um eine durch kapazitive Veränderung des Kathodenpotentials be¬
dingte Defokuslerung des Strahles zu vermelden
Da
-
47
-
Mit den gegebenen Zahlengrössen der Schaltelemente unseres Generators
gelingt es, den Anstiegswinkel der Spannung von der Steilheit des Normalstosses
aus
um
zwei
Grössenordnungen
zu
vermindern. Will
man
noch weiter
kann mit Vorteil die im nächsten Abschnitt 2.3.4 beschriebene
flache Stösse benutzt werden. Sie erlaubt die Steilheit
ordnungen zu senken.
um
hinab, so
Schaltung für
weitere drei Grössen¬
Bei der gegenwärtig betrachteten Schaltung werden Induktivität und Fun¬
kenwiderstand vernachlässigt. Beide Einflüsse sollen an späterer Stelle dis¬
kutiert werden.
Als geeignetes Messmittel für einmalige, praktisch mit beliebiger Ge¬
schwindigkeit ablaufende Vorgänge, steht ein Kaltkathodenstrahloszillograph
zur.Verfügung. In seinem oberen Teil, dem Entladerohr, Abb. 23, entsteht bei
geeignetem Druck, der mit dem auf ein Bourdon-Rohr wirkenden Handrad re¬
guliert werden kann, ein von der Kathode ausgehender Elektronenstrahl. Ein
Teil desselben tritt durch Anodendüsen in das eigentliche Oszillographengefäss,
an
ca.
dem eine Molekularpumpe zur Aufrechterhaltung des Betriebsvakuums von
10_,J Torr bis 10-4 Torr ständig saugt. Nach Durchlaufen des Sperrplatten¬
systems wird der Strahl durch eine magnetische Sammellinse auf die
des Rohres befindliche Kassette
am
Ende
mit dem Photomaterial fokusiert.
Unterwegs
durchläuft der Strahl noch das Vorgangs- und das Zeitplattensystem. Das Oszillogramm entsteht nicht optisch, sondern durch direkte Elektronenschrift,
was bei Verwendung von geeignetem Photomaterial grössere Schreibgeschwin¬
digkeiten als bei optischer Belichtung erlaubt. Die Eindringtiefe des Elektro¬
nenstrahles ist viel geringer als die der Lichtwellen und daher hat die optische
Empfindlichkeit nichts mit derjenigen für Elektronenschrift zu tun. Es1 kommt
hier lediglich auf die Zahl der in der obersten Emulsionsschicht liegenden akti¬
ven
Silberionen
an.
Die
Uebertragung der am kapazitiven Spannungsteiler abgenommenen, zu
oszillographierenden Spannung geschieht normalerweise der grossen Abmes¬
sung der Schaltungselemente wegen über ein dämpfungs- und kapazitätsarmes
Kabel in der nachfolgend skizzierten Weise (vgl. Abb. 24).
Diese
Schaltung
nungsteilung,
übertragen,
erlaubt
nicht den
am
im Gegensatz zu der mit ohmscher Span¬
abgegriffenen Vorgang, ohne Verzerrung zu
Kabeldämpfung und der Kapazität der Mess¬
aber,
Teiler
auch wenn man von
platten des Oszillographen absieht
und einen Widerstand Rz von der Grösse des
Wellenwiderstandes des Kabels vor dessen Anfang schaltet. Dies kommt vom
Einfluss der Kabelkapazität Cfc auf das Spannungsteilverhältnis. Dieses ändert
kontinuierlich zwischen der Anfangsübersetzung:
(2.3.3/6)
und der nach
/7)
(ü)t
Aufladung
(ü)
=
0
=
Cn
+
CU
Co
des Kabels erreichten
_
C0
+
Cu
+
Ck
Endübersetzung:
=
Co
<~o
+
Cu
^o
Aus diesem Grunde wird
man ein kurzes Verzögerungskabel bevorzugen;
dabei aber beachten, wie später noch näher erörtert werden soll,
dass die Aufnahme des zu oszillographierenden Vorgangsbeginns nur dann mög¬
lich ist, wenn die Laufzeit des Kabels grösser oder gleich der bis zur Erlan¬
man
muss
gung der Aufnahmebereitschaft des Oszillographen
benötigten
Zeit ist. Da die
-
48
-
mindestens eine Grössenordnung länger
Erlangung der Aufnahmebereitschaft des Oszillographen nötigen Zeit
sind, wird auf die Aufzeichnung des Vorgangsbeginns zu Gunsten der Messge¬
nauigkeit verzichtet und ein kurzes, sehr kapazitätsarmes Kabel verwendet.
hier
oszillographierenden Vorgänge
zu
als die
zur
Zeitablenkung wird hier das am Oszillographen angebaute expo¬
Zeitgerät benutzt. Die Zeitablenkspannung entsteht zwischen den Klem¬
men I und II durch Entladen eines R-C-Gliedes, wie dies auf Abb. 25 angedeutet
ist. Die Zündung der Doppelfunkenstrecke Fu erfolgt dabei durch einen über
Klemme in auf die Mittelelektorde von Fu, die auf halber Ladespannung liegt,
übertragenen, beliebig geformten Impuls nötiger Spannungshöhe.
Für die
nentielle
Abbildung
24
Kapazitiver Stosspannungsteiler mit Uebertragungskabel und
Kathodenstrahloszillograph
Unterspannungskondensator des Teilers
Kapazität des Uebertragungskabels
Dämpfungsarmes Uebertragungskabel mit kleiner Kapazität
Abgleichwiderstand von der Grösse des Wellenwiderstandes
Bedeutung der Grössen C und Ko wie auf Abb 22
K
des Kabels
Die in der Abb. 22 vorkommende Kapazität CA ist die Summe aus
Cu und Cirf
sie bestimmt den Endwert des kapazitiven Teilverhältnisses, währenddem das
Anfangsteilverhältnis
durch die
Kapazität C
gegeben
ist.
-
49
-
Abbildung
Prinzip
C
der exponentiellen
R
Zeitablenkkondensator
Zeitablenkwiderstand
RL
Grosser Ladewiderstand
Fu
Gleichspannungsquelle
Doppelfunkenstrecke
Anschlüsse für die Zeitablenkplatten
G
I,
n
in
Anschlussklemme für den
25
Zeitablenkschaltung
Anstossimpuls
Der die
Zeitablenkspannung liefernde Kreis besteht aus den Elementen C, Re
Ruhestellung ist C geladen. Ueber die Klemme in wird Fu durch
Impuls zum Zünden gebracht und dadurch ein jeweils einmaliger Ablauf der
Zeitablenkung bewirkt.
und Fu. In der
Messung einer quasilinear 'flach ansteigenden Spannung
2.3.4.
E rzeugung und
2.3.4.1.
Erzeugungsmöglichkeiten einer quasilinear flach ansteigenden Spannung
Auch hier soll tunlichst wieder ein Stück der Front eines Stosses ver¬
werden, die Form also der im vorangehenden Abschnitt 2.3.3 behandel¬
wendet
geometrisch ähnlich sein und die Steilheit bis zu drei Grössenordnungen
geringer gewählt werden können. Es sollen zunächst Möglichkeiten erörtert
ten
werden,
diese
Spannungsform mehr
oder
weniger genau nachzuahmen
fach herzustellen.
*) Grössenordnung
der Steilheit:
0,001..
.1
kV/ytis
und ein¬
-
2.3.4.1.1
Erzeugung durch Anstoss
50
eines
-
schwingungsfähigen Gebildes
Zunächst ist es denkbar, einen gedämpften Schwingungskreis durch einen
Impuls anzuregen und ein Stück seiner Spannungskurve zu benutzen. Praktisch
kann man dies verwirklichen, indem man zum Beispiel auf die Primärseite
eines
Prüftransformators eine Gleichspannung schaltet und den dadurch
Einschwingvorgang auf der Sekundärseite verwendet.
ver¬
ursachten
schaltende Gleichspannung von einigen hundert Volt bei einer
Hunderten von Ampère setzt erstens eine grössere, kurzschlusstromfeste Maschinengruppe und zweitens einen leistungsfähigen Gleich¬
stromschnellschalter voraus. Weiter ist die physikalisch verschiedenartige
Natur des Ein- und Ausschaltprozesses zu berücksichtigen. Währenddem die
Die
zu
Stromstärke
von
Einschaltung eines mechanischen, einigermassen prellfreien Schalters über
einen niederohmigen, meist bis zur Herstellung des metallischen Kontaktes
nicht intermittierenden kleinen Funken erfolgt und einen einigermassen repro¬
duzierbaren Ausgleichsvorgang auf der Sekundärseite des Prüftransformators
ergeben müsste, würde die anschliessend vorzunehmende Stromunterbrechung
über einen Lichtbogen Undefinierter Form und Länge, der noch die Möglichkeit
wiederholter Intermittenzen und Neuzündungen bis zur definitiven Löschung
einschliessen würde, vollständig wilde, nicht reproduzierbare Ausgleichsvor¬
gänge mit zum Teil riesigen Amplituden auf der Transformator-Sekundärseite,
zur Folge haben, deren Verwendung nicht in Frage kommen könnte. Den Prozess der Abschaltung mUsste man schon zur Vermeidung einer eventuellen Ge¬
fährdung des Transformators durch unzulässige interne Schwingungen unbe¬
dingt durch Schnellentregung des speisenden Generators umgehen und die Un¬
terbrechung mit dem Schalter nachher im praktisch stromlosen Zustande vor¬
nehmen.
triftiger Grund, der diese Methode wohl in den meisten Fällen völlig
macht, beruht auf dem Umstand, dass ein Hochspannungsprüf¬
transformator für sich allein schon und erst recht mit der sekundär- und pri¬
mär seitig angeschlossenen Schaltung sich auch für Ausgleichsschwingungen, die
in der Nähe der Grössenordnung seiner Eigenfrequenz liegen, nicht als kon¬
zentrierte Einheit repräsentiert. Daher wird der auf der Oberspannungsseite
entstehende Ausgleichsvorgang, wenigstens in seinem ersten Teil, der gerade
Ein
unbrauchbar
benutzt werden
verzerrte
soll, eine
Spannungskurve
stark von verschieden rasch
gedämpften
Oberwellen
haben.
Des weiteren dürfte es weder
möglich
sein
diese,
am
Kurvenanfang
zu
Oberwellen genügend zu unterdrücken, noch die Frequenz der
Grundschwingung um die gewünschten drei Grössenordnungen zu variieren.
erwartenden
-
2.3.4.1. 2 Erzeugung durch
Aufladung
51
-
eines Kondensators über einen
ohm'schen Widerstand
Lädt man gemäss Abb.
26 durch Schliessen des Schalters S einen Kon¬
densator C
(Seriewert
wellenfront
sehr nahekommende und durchaus brauchbar erscheinende
C0 und Cu) über einen ohm'sehen Widerstand Rt aus
einer Gleichspannungsquelle G, von der Spannung E,
auf, so stellt die an C und
dem Objekt Po auftretende Spannung eine der gewünschten Idealform der Stossdar. Da
von
Lösung
wiederum wegen der verlangten Quasilinearität der zu verwenden¬
Prüfspannung nur ihr unterstes Kurvenstück verwenden kann, ist die er¬
forderliche Ladespannung E ausserordentlich gross. Diese Lösung konnte im
man
den
vorliegenden Falle schon aus diesem Grund nicht verwirklicht
hierzu erforderlichen Anlagen nicht vorhanden waren.
werden,
da die
Abbildung 26
Erzeugung
C
,
C'
flacher Wellen durch Aufladung eines Kondensators über
einen ohm'schen Widerstand
Belastungskapazität
und
Spannungsteiler
Ladewiderstand
Sehr grosser Entladewiderstand
RL
R
Ge
Gleichspannungsquelle
S
Schalter
Po
Prüfobjektanordnung
Kathodenstrahloszülograph
Ko
Beim Schliessen eines idealen Schalters wurde die
PrUfspannung angenähert
exponentiell
mit
Ladewiderstand und Belastungskapazität gegebenen Zeitkonstanten ansteigen. Die
Schwierigkeit bei dieser Erzeugungsart der flachen Stösse liegt in der Natur des Schalters be¬
der
durch
gründet. Dieser sollte zunächst fur die volle Ladespannung isolieren und nach begonnener Ein¬
schaltung, wo sich seine Kontakte noch nicht berühren, trotz des durch die grosse Zeitkonstante
bedingten kleinen Stromes, über den entstehenden Lichtbogen bereits sehr gut leiten, damit
zufolge der unvermeidlichen Kapazität zwischen den Schaltkontakten keine Intermittenzen ein¬
treten könnten, die den glatten Prüfspannungsverlauf stören würden.
-
52
-
Eine zweite, viel ernsthaftere Schwierigkeit erwächst aus dem Einschalt¬
für einen vernünfti¬
vorgang. Durch die gewünschte grosse Zeitkonstante wird
Der
gen Wert der Kapazität C ein sehr hochohmiger Widerstand Rl benötigt.
ihn und den Schalter S durchmessende Strom ist trotz der grossen Ladespan¬
nung E
äusserst klein. Der erwähnte Schalter
muss
zunächst für die volle La¬
despannung E isolieren und nach begonnener Aufladung des Kondensators C sehr
gut leiten, damit zufolge der unvermeidlichen Kapazität zwischen seinen Schalt¬
kontakten keine Unterbrechungen in der Stromleitung, die einen glatten Verlauf
der Prüfspannung verunmöglichen würden, eintreten könnte. Gleich welcher
Art der verwendete Schalter auch sein möge, so wird der Schaltprozess zu¬
nächst doch über einen Lichtbogen, dessen Anfangslänge gleich der Ueberschlagstrecke der Schaltkontakte bei der Spannung E ist, eingeleitet werden
müssen. Daher besteht grosse Tendenz
zum
Intermittieren.
Um einen idealen Schaltprozess zu approximieren, kann man erstens ver¬
suchen, die Anfangslänge des schaltenden Lichtbogens zum Beispiel durch Ver¬
wendung einer von Druckgas oder Hochvakuum umgebenen Kugelfunkenstrecke
klein, und zweitens die Lichtbogendauer bis zum Schliessen eines metallischen
Kontaktes durch Verwendung eines raschen mechanischen Schalters möglichst
kurz
zu
machen.
Abbildung 27
Flachwellengenerator mit elektronischer Steuerung
Unterspannung der Speisung
in der
C,
Glättungskapazität
Dämpfungswiderstand
Hochfrequenzgenerator
V*, V, Elektronisch gesteuerte Schaltorgane
R.
G
Vo
Tr
Die
Gleichrichterröhre
Hochfrequenz-Hochspannungstransformator
übrigen Grossen haben gleiche Bedeutung wie auf
der Abb.
26
Schaltprozess auf die Unterspannungsseite verlegt und verlangt nur das Einschalten
bescheidenen Wechselspannung. Rd, C0 und Cu bestimmen die Front, Re una C\ den
Hier ist der
einer
Rucken der Prüfspannung nach erfolgter Abschaltung. Wesentlich ist dabei, dass die Ladezeit¬
Kapazität Ci erheblich kleiner als diejenige der Belastungskapazität gewählt
konstante der
werden muss,
um
frequenten Quelle
glatte Prbfspannung
erfolgen hat.
eine
zu
zu
erreichen,
weshalb die
Speisung
aus einer
hoch¬
-
53
-
Nehmen wir an, die Ladespannung E werde durch Gleichrichtung einer
Wechselspannung erzeugt, so ist es denkbar, den Schaltprozess elektronisch
auf der Unterspannungsseite des Transformators Trvorzunehmen, wie dies mit
der Schaltung auf Abb. 27 angedeutet sein möge, um damit die für den Hoch¬
spannungsschalter genannten Schwierigkeiten zu umgehen. Die Zeitkonstante
für die Aufladung der Glättungskapazität Ci muss, bei kleiner Welligkeit der
Ladespannung, mindestens zwei Grössenordnungen kleiner als die des zur Er¬
zeugung der quasilinear ansteigenden Prüfspannung benützten R-C-Gliedes sein.
Dies setzt eine hochfrequente Wechselspannung voraus.
2.3.4.1.3
Erzeugung
durch Aufladen eines Kondensators über eine Röhre
Die hier zugrunde
gelegte Schaltung entsteht aus der im vorangehenden
indem man den Ladewiderstand RL durch eine Röhre V
wie dies in Abb. 28 dargestellt ist.
Abschnitt
ersetzt,
behandelten,
Der Anstiegswinkel der Prüfspannung wird durch den Emissionsstrom
der Röhre V bestimmt und kann folglich durch Regulieren ihrer Heizspannung
sehr bequem und stufenlos während dem Betrieb verändert werden. Von allen
behandelten Schaltungen gibt diese die beste Linear it ät. Sie dauert fast bis
Ende
zum
Aufladeprozesses, der durch Erreichen der von der Quelle G ge¬
lieferten Spannung E gegeben ist, an. Deshalb genügt, im Gegensatz zu den
vorher behandelten Schaltungen, eine Ladegleichspannungshöhe von wenig mehr
des
als dem Höchstwert der
Beschaffung
G,
einer
zu erzeugenden Prüfspannung.
Damit wird auch die
geeigneten Laderöhre V, sowie der Gleichspannungsquelle
erleichtert.
Bezüglich des Schalters S bestehen
gangenen Abschnitt 2.3.4.1.2 behandelten
allerdings die gleichen, im vorange¬
Schwierigkeiten und Auswege.
Abbildung 28
Erzeugung flacher Wellen
durch
über
Aufladung
eines Kondensators
eine Röhre
V Laderöhre
Der einzige Unterschied dieser Schaltung gegenüber der auf Abb. 26 dargestellten besteht da¬
rin, dass die Aufladung der Kapazität nicht über einen ohm'sehen Widerstand, sondern über
eine Röhre erfolgt.
Bei
Voraussetzung
einer idealen Röhre müsste hier die
Prüfspannung linear ansteigen, im Ge¬
wo der Anstieg exponentiell (quasi¬
gensatz zur Aufladung über einen ohm'schen Widerstand,
linear) erfolgt.
54
-
-
Erzeugung der gewünschten Spannungsform mit dem
2.3.4.1.4
Flachwellengenerator
Man kann sehr flache Stösse hoher Scheitelspannung nach der in der fol¬
mit Hilfe eines Stossgenerators er¬
genden Prinzipschaltung angegebenen Art
zeugen
(vgl.
29).
Abb.
und Cj umfassende Teil der Schaltung
Entladung massgebenden Seriewert einer
Marx'schen Spannungsvervielfachungsschaltung dar. An dieser ersten Stoss¬
kapazität Ci, wie wir sie im folgenden bezeichnen wollen, entsteht eine rasch
ansteigende hohe Stosspannung, die über die Spitzenfunkenstrecke Fu und den
Dämpfungswiderstand R^j eine zweite Stosskapazität C2 mit der relativ kleinen
Zeitkonstante Rj
C2 so lange auflädt, bis die Spannungen an Cj und C2 einan¬
der gleich sind. Dieser Zustand tritt ein, da vorausgesetzt sein soll, dass die
Bedingung
Der
stelle
linke,
R],
die Schaltelemente
in bekannter Weise den bei der
•
(2.3.4.1/1)
<
RLC!
ReC2
Abbildung 29
Prinzipschaltung
Fu
r-^
des
Flachwellengenerators
Rd
I
*«H
0
"1
j
i
Ij
Co
O
JJJJ"
Rl
4
RL
1. Stosskapazität; Seriewert der Stosskapazität der Marx'schen Vervielfachungsschaltung
2. Stosskapazität; Stosskapazität der eigentlichen Flachwellenschaltung
Belastungskapazität; zugleich kapazitiver Stosspannungsteiler
Seriewert des durch die inneren Ladewiderstände der Marx'schen
Schaltung verursach¬
ten Abieitwiderstandes
Grosser Ableitwiderstand, den Stosspannungsrücken bestimmend
Dämpfungswiderstand zwischen 1. und 2. Stosskapazität
Dämpfungswiderstand zwischen 2. Stosskapazität und Belastung,
Fu
Ko
Po
stimmend
Schalt- und Löschfunkenstrecke zwischen 1.
und 2.
die
Stossfront be¬
Stosskapazität
Kathodenstrahloszillograph
Prüf Objekt
Schaltung besteht darin, dass der eigentliche Stosskreis keine einzige
enthält, wodurch bei nochsogrossen Zeitkonstanten stets ein glatter Prufstossverlauf gewährleistet wird. Zur Erzeugung der hohen Spannung wird ein normaler Marx'scher
Generator verwendet, der mit dem eigentlichen Stosskreis durch eine Schaltfunkenstrecke mit
speziellen Eigenschaften verbunden ist.
Das Wesentliche dieser
Funkenstrecke
-
55
-
erfüllt ist. Es kommt
folglich ein Zeitmoment t*, bei dem der Strom in der
Funkenstrecke Fu den Wert 0 hat. Daher löscht sie. Ihre Aufgabe besteht nun
des weiteren
darin, nicht rückzuzünden und die einmal erreichte Trennung in
selbständige Kreise aufrecht zu erhalten. Wie an späterer Stelle noch zu
beweisen ist, lässt sich eine Funkenstrecke mit den verlangten Eigenschaften
tatsächlich bauen. Der von der Marx'schaltung abgetrennte rechte Teil stellt
für sich einen vollständigen Stossgenerator dar, der aber keine einzige Funken¬
strecke enthält. Infolgedessen können die Ströme in den einzelnen Schaltungs¬
zweigen beliebig klein gemacht werden. Die grösste Flachheit der erzeugbaren
Stosspannungen ist deshalb durch den Umstand gegeben, dass die nichtlinearen
Isolationswiderstände Rn (vgl. Abb. 30), je nach der gewünschten Genauigkeit
der Spannungsform, ein bis zwei Grössenordnungen grösser als die im Schema
unter Re zusammengefaasten ohm 'sehen Ableitungen sein müssen. Praktisch ist
die oberste Grenze der Rücken-Zeitkonstante durch die Stossfolge gegeben, da
die Prüfspannung annähernd auf 0 gesunken sein muss, bevor der nächste Stoss
beginnen darf. Die Bedingung für gute Spannungsausnutzung, die verlangt, dass
der Rücken viel geringere Steilheit als die Stirn der Stosspannung haben soll,
lässt sich für die flachsten noch praktisch interessierenden Stösse gut erfüllen.
Die Steilheit der Stirn der Prüf spannung
uç, die an der Belastungskapazität C
und dem Prüfobjekt Po entsteht, kann durch Veränderung der zwischen der
zweiten Stosskapazität C2 und der Belastung C liegenden Dämpfung R in weiten
Grenzen reguliert werden.
zwei
Abbildung 30
Langwellenschaltung
mit Jsolations- und
C
Belastungskapazität, Seriewert
Rn
Nichtlinearer Ableitwiderstand
Rns
Nichtlinearer Streuableitwiderstand
von
C
und
Sprühwiderständen
Cu
Die übrigen Grössen sind mit denjenigen auf Abb. 29 gleichbedeutend
Wegen
tigen.
langen Rückenzeitkonstante erweist es sich als nötig die nichtlinearen Ableitungen,
hauptsächlich durch Sprüh- oder Koronaentladungen bedingt werden, mitzuberücksiches auch geboten die Isolationsverluste nicht zu vernachlässigen.
der
wie sie
Oft ist
-
56
-
Bei Anlagen mit sehr hoher Spannung, nur massiger Energie und gros¬
Koronabelastung durch das Prüfobjekt, wird die wirksame Ableitung in
starkem Masse durch die nicht mehr zu vernachlässigenden, nichtlinearen
Sprühableitungen Rns beeinflusst (vgl. Abb. 30). Diese nichtlinearen Streu¬
widerstände Rns verflachen den oberen Teil der Stosspannungsstirn, drücken
ihren Scheitelwert herab und versteilen den oberen Teil des Rückens, wie dies
in Abb. 31 veranschaulicht sein möge. An späterer Stelle werden auch einige
bei veränderter Koronabelastung aufgenommene Oszillogramme gezeigt.
ser
Abbildung 31
Deformation einer Stosswelle durch
1
2
Koronabelastung
Spannung ü ohne Koronabelastung in Funktion der Zeit t
Spannung U mit Koronabelastung in Funktion der Zelt t
spannungsabhängige Koronadämpfung kann bei sehr flach verlaufenden Stössen eine erheb¬
Verzerrung ihrer Form und Absenkung ihres Scheitelwertes auf Bruchteile der ohne ihre
Wirkung sich ergebenden Scheitelspannung bewirken.
Die
liche
2.3.4.2.
Allgemeine,
vereinfachte
2.3.4.2.1
Berechnung
des
Flachwellengenerators
Einleitung
Es sollen die allgemeinen Gleichungen des Flachwellengenerators, wie
sich aus dem vereinfachten Schema der Abb. 32 ergeben, aufgestellt wer¬
den. Dabei bleiben die Einflüsse von Induktivität, Streukapazität, Funken¬
widerstand und anderen nichtlinearen Grössen unberücksichtigt. Weiter werden
sie
verteilte durch konzentrierte Schaltelemente ersetzt.
Wie bereits
rators drei
erwähnt,
müssen wir während der
Hauptzustände unterscheiden.
Entladung des Stossgene-
57
-
Erstens den
Zeitabschnitt
-
Aufladung der zweiten Stosskapazität C2
gleichzeitig noch ein kleiner Bruchteil
der Ladung auf den Kondensator Cweiterfliesst. Hierbei diktiert der vollständige
Kreis das Ablaufen der Vorgänge.
über die Schaltfunkenstrecke
Fu,
der
wobei
Zweitens den Grenzzustand der
t*,
wo
Funkenstrecke
die
Spannungsgleichheit an Cj und C2 zur Zeit
selbständige Teile
Fu löscht und der Kreis in zwei
zerfällt.
Drittens den
an
t*
anschliessenden
unabhängige Kreise bestehen, von
Ausgleichsvorgangs selbst bestimmt.
der
Zeitabschnitt,
denen
Abbildung
Schema
zur
Berechnung
des
jeder
bei dem zwei voneinan¬
den Ablauf seines
eigenen
32
Flachwellengenerators
Rd
Fu
n
rr
Rl
I
Belastungskapazität, Seriewert von
Uebrige Schaltungsgrössen siehe Abb. 29
C
CQ
und
C'u
Hauptzustände unterscheiden. Zunächst wird über Fu die Kapazität C„ aus C,
Spannungsgleichheit zur Zeit t„ aufgeladen (1. Hauptzustand, t < ttr,
hernach löscht Fu (2. Hauptzustand: t
t„); von diesem Zeitmoment an zerfällt die Schaltung
in zwei selbständige Teile (3. Hauptzustand: t >t*).
Wir müssen
bis
zum
3
Erreichen der
=
Für die
stand bis
Berechnung wird
zum
Schaltorgan vorausgesetzt; demnach ist sein Wider¬
Spannungsgleichheit an C< und C« null, nachher unendlich.
Fu als ideales
Erreichen der
58
-
-
Abbildung 33
Schema für den 1.
Hauptzustand
t <
t*
Rl
lUc
Bedeutung der Schaltelemente wie auf Abb. 32.
Momentanwerte der
UC1' UC2' UC' uPri' UR
'ci' 4C2' *C> JRT
'
4R
'
'
Spannungen
Momentanwerte der Ströme
geben die bei der Aufstellung
Spannungen, bzw. der Ströme an.
Die Pfeile
der
an
Gleichungen
an
den einzelnen Schaltelementen
den einzelnen Schaltelementen
angenommenen
Richtungssinne
Während dem 1. Hauptzustand bestimmt der vollständige Kreis die Geschehnisse.
2.3.4.2.2
Erster
Hauptzustand
Aus der Abb. 33 lassen sich
.3.4.2/1)
UC1
=
/2)
UC2
=
/3)
ici
/4)
i
=
=
t <
t^
folgende Gleichungen ablesen:
URd
+
UC2
UR
+
uc
iRL
+
*
*C2
+
JRe
+
*C
der
59
-
(2.3.4.2/ 5)
UC1
=
/6)
"CI
=
-
Rl^l
ul
/7)
uRd
=
/8)
UC2
=
/ 9)
UC2
=
/10)
UR
=
/ID
UC
=
Hd'i
c\ /""
Re'iRe
R-ic
-4- Acdt
aus 11 Gleichungen mit 11 Unbekannten bestehende System führt
folgende lineare, homogene Differentialgleichung dritter Ordnung mit
Dieses
auf die
konstanten Koeffizienten:
/12)
wenn
dabei up die
'u'c
1.,
+
üp die 2.
£üq
usw.
+
-rjur
+
Ableitung
£up
0
=
von up
nach der Zeit t bedeutet.
Ferner ist:
/13)
i=^L_+_!_+.L+^L+^L_+
C2Re
J
/14)
C2Rd
L_
+
CC2RRe
-i
+
C
=
+
+
——
CC^RRcjRl
—'
clRd
_JL
L
+
—1_
CiC2RRL
+
CCiRRl
+
C1RL
i
CiC2RdRL
CiC2RdRe
CiC2RRd
/15)
C2R
CC2RRd
C1C2ReRL
-i
CR
—L
CClRRd
1
CC1C2RReRL
00x021111(1116
60
-
Die
Lösung
-
Gleichung /12) erfolgt
von
mit dem bekannten
Exponential-
ansatz:
(2.3.4.2/16)
uc
Kert
=
Gleichung:
und führt auf die charakteristische
r3
/VI)
Da der Kreis
nur
4
+
schen
drei
/18)
Ç
Tjr+
0
=
Kapazitäten enthält,
ist die
Lösung
stets
müssen alle drei Wurzeln rj, r2, r3 der charakteristi¬
sein und folglich muss sich die allgemeine Lösung als
Gleichung reell
von
+
Widerstände und
schwingungsfrei; daher
Summe
r2
Exponentialfunktionen
Kj
UC
e
*&
darstellen lassen:
+
K2
e
r2t
+
K3
e
rßt
Dabei sind K\, K2 und K3 die durch die folgenden Anfangsbedingungen gegebe¬
nen Konstanten.
/19)
(«c)
/20)
(«C2)t
/21)
("Cl)t
Zur Zeit t
=
0 sei Ci
t
=
0
=
0
0
=
=
°
=
0
=
E
E (Summenspannung der Marx'schen
alle anderen Energiespeicher seien leer.
Spannung
auf die
Vervielfachungsschaltung) geladen,
Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen ergibt sich als partikuläre
Lösung für den Verlauf der Prüf Spannung uq während dem ersten Hauptzustand:
/22)
r2t
rjt
E
"C
e
=
-
mje
rßt"
-
t*U
m2e
RRdCC2A
mit:
2
2
/23)
A
/24)
ml
=
rl
"
r2 ml
2
"
r3 m2
rl"r3
=
r2"r3
/25)
r2'rl
m2
=
r2"r3
Der Ausdruck für
r,
t*
wird im
folgenden Abschnitt berechnet
werden, rj,
sind wiederum die drei reellen Wurzeln der charakteristischen
r2,
Gleichung/17).
61
-
2.3.4.2.3
Zweiter
Es ist die
zustellen,
Grenzbedingung
-
Hauptzustand
t
=
t«
für das Löschen der Schaltfunkenstrecke auf¬
das heisst der Zeitmoment
t*
bestimmen,
zu
wo
der Strom i
(Abb. 34)
durch 0
geht und ferner ist für diesen Moment die an Cj und C2 gleich hohe
Spannung u*, sowie die Prüfobjektspannung Up* zu berechnen.
Abbildung
Schema für den 2.
t-0
34
Hauptzustand
t
=
t*
Rd
|*t»
Bedeutung
der Schaltelemente wie auf Abb.
An
u„
Cj
und
C2
32.
Übereinstimmender Momentanwert der
t, des Löschens
Spannung
für die Zeit t„
den einzelnen Schaltelementen
UC* uRd' UR
Momentanwerte der
i
Momentanwert null des Stromes in der Schaltfunkenstrecke
Bedeutung
für die Grenzzeit
der Schaltfunkenstrecke
Spannungen
an
zur
Zeit
t*
der Pfeile wie in Abb. 33.
Zur Grenzzeit
1. und der 2.
t„ verschwindet der Strom in der Schaltfunkenstrecke und die Spannungen an der
Stosskapazität sind einander gleich. Mit diesen Randbedingungen lassen sich t„,
u» und Up, bestimmen.
2.3.4.2.3.1
Exakte
Lösungen für t,, uç+ und u»
Aus dem ursprünglichen Gleichungssystem
(2.3.4.2/26)
i
=
C2CRüc
+
c2
+
C
/l).. ./Il) folgt:
( -5R«>
+
1) ûc
+JRe
uc
-
Führt
ein,
Gleichung /22) und
ergibt sich:
man
so
(2.3.4.2/27)
62
ihre ersten beiden zeitlichen
E
i
-
i
(ar.
RRdCC2A
2
Ableitungen
+
c)i
r2
+
c) mj
e
b r,
+
c)
e
i,
+
b
+
b
e
/26)
^
r-
+
in
.
(
a
r2
(
a
r,
2
m,
r2*
r3*
mit:
/28)
=
/29)
=
C2CR
[c2
+
( -5_
c
u]
+
«e
1
/30)
Re
Ferner:
A gemäss
und:
m«,
rl' r2' r3
Gleichung /23)
mg gemäss Gleichungen /24)
und
sm^ wiederum die drei reellen Wurzeln
von
25).
Gleichung /17).
Gleichung /27) beschreibt den Stromverlauf in der Schaltfunkenstrecke.
Gleichung ergibt sich die gesuchte Grenzzeit t* in der
folgenden impliziten Gleichungsform:
Die
Durch Nullsetzen dieser
/31)
rlt*
ex
/32)
M<
-Mje
a
a
/33)
-M2e
r2
+br,
r-2
+
b
+
b r,
+
c
+
b
+
c
ar,
M2
r2**
=
r3t*
+ c
m,
r«
+ c
g
a r
j
=0
r.
m2
Gleichung /31) erfüllende Wert für t* ist sodann
setzen, um die Höhe der Prüfspannung uc* zur Zeit t*
Der
/34)
E
uO
=
V*
Gleichung /22)
zu
erhalten.
r2t»
-
RRdCC2A
in
m«
e
r3t+l
-m2e
einzu¬
63
Spannung uç2
system /l).. ./ID
Für die
(2.3.4.2/35)
an
uc2
Nach Einsetzen
von up
der zweiten
-
Stosskapazität folgt
aus
dem
Gleichungs¬
CRûc+uc
=
und dessen
Ableitung gemäss Gleichung /22)
wird daraus:
r<t
E
/se)
(CRrj
il
C2
RRdCC2A
m2
Für
t
=
t*
+
1)
(CRr3
1L
e
+
mj (CRr2
-
1)
+
1)
e
r2t
V
e
wird:
/37)
(«02^*
u*
=
und der exakte Wert für die
(uClh*
=
Grenzspannung
E
/38)
u,
RR^CCnA
(CRrj
m2
+
1)
(CRr3
e
+
rl4*
mj
-
1)
(CRr2
+
1)
r2t*
e
r2**l
e
Nähe rungslösung für t», up« und u«
2.3.4.2.3.2
Ist die
lautet:
Bedingung:
(2.3.4.2/39)
erfüllt, so kann
Berechnung der
tung Abb. 35.
RC
»
Schema, gemäss Abb.
t+ vernachlässigt werden und
das Glied RC im
Grenzzeit
RdC2
33 für die angenäherte
gelangt zur Schal¬
man
64
-
-
Abbildung 35
Schema
zur
der
Bestimmung
Näherungslösung
von
t*
Bedeutung aller Grössen gleich wie auf Abb. 33.
Dieses Schema
genügt meist
der Schaltfunkenstrecke
zu
mit
praktisch genügender Genauigkeit
bestimmen,
da
u~
«
bzw.
u»,
Aus dieser folgt das Gleichungssystem:
(2.3.4.2/40)
/41)
ucl
i,
Cl
/42)
UC1
/44)
UC1
/45)
/46)
/47)
uRd
uc2
uRd
=
1RL+l
~
/43)
+
=
*C2
+
^e
ificldt
"
=
^rl
*d*
X2
cnJ
JC2
Re
*
^2*
iRe
um
den Löschmoment t,
Rj< R ist (vgl. Abb. 34).
65
-
Dieses führt auf die lineare homogene Differentialgleichung zweiter
mit konstanten Koeffizienten von der Form:
(2.3.4.2/48)
UC2
\
+
ÜC2
\
+
UC2
Ordnung
°
=
mit:
/49)
J_
l
_J_
+
RLC1
/50)
_J_
RdCl
_J_
+
RdC2
ReC2
7
RdRLClC2
ReRLClC2
E
Die
+
RdReClC2
Lösung erfolgt wiederum mit einem Exponentialansatz und führt auf
Gleichung zweiten Grades mit den Lösungen:
eine charakteristische
2
Î
/51)
Bestimmt
meinen
rl,2E
man nun
so
den
noch die beiden
4
Integrationskonstanten
K- und
K,
Lösung:
/52)
aus
E
uC2
K±
=
e
rl*
+
K2
e
r2t
Anfangsbedingungen:
/53)
(uc2)t
/"J
("ci>t
erhält
man
/55)
als
=
=
0=
0
0
partikuläre Lösung
schliesslich
rlE4
E
'02
RdC2 (rlE
"
r2E)
Für den Strom i in der Schaltfunkenstrecke
/56)
i
=
c2 üC2
+
aC2
R
gilt:
r2E4
der allge¬
66
-
Gleichung /55)
Setzt man
Strom i:
(2.3.4.2/57)
-
Ableitung
und deren
1E
r2E>
"
findet
so
man
für den
eriEt
(riE+^_)
i
Rd(rlE
ReC2
(r2E
Die
/56) ein,
in
+
^V
•C2Et
)
ReC2
gesuchte Näherungslösung für die Grenzzeit t* ergibt sich durch Nullsetzen
Gleichung /57) und nachheriges Auflösen derselben nach t* zu:
dieser
/58)
t
t*==
*
ReC2r2E+
1
ReC2rlE
1
In
U*E
rlE
r2E
"
+
Die
entsprechenden NäherungsausdrUcke für die gesuchten Spannungen lauten
dann, falls man der Zeitkonstante R C nun wieder endliche Grösse zumisst:
/59)
/60)
uc„«
u*
=»
uc+E
e
RRdCC2A
-
(CRrj
RRdCC2A
m2
2.3.4.2.4
Dritter
Jetzt
bestehen,
+
(CRr3
Hauptzustand
wie auf Abb. 36
m.
e
r2t*E
-
m,
e
r34*E
L
u;
*E
rl4*E
dargestellt,
1)
e
1)
+
t >
X *E
-
e
mj
(CRr2
+
1)
e*2
r3t*E
zwei
tt
getrennte
Kreise neben¬
einander.
(Î)
Der linke Teil
ist der Marx'sche Stossgenerator, der sich nach Lö¬
schen der Schaltfunkenstrecke weiter über seine Ladewiderstände mit der Zeit¬
konstante
nach der Gleichung:
Cj RL,
(2.3.4.2/61)
entlädt. Die
t
"Cl
Gleichung
ist auf den
u*e
-
t»
RLCi
t^t*
ursprünglichen Zeitnullpunkt bezogen.
*E
67
-
-
Abbildung 36
Schema für den 3. Hauptzustand t>
Rl
'.a
ual
f
la
i'o
\UC2
c?
m,
Rt
t*
u»
C
\uc
®
Bedeutung aller
Grössen
gleich wie auf
Abb.
©
Marx'sche Vervielfachungsschaltung
©
Flachwellenschaltung
33.
Die Schaltung ©bestimmt den Verlauf der Prüfspannungvom Schaltmoment t» an vollständig,
vorher näherungsweise. Der Spannungsverlauf im Kreis ©interessiert nur im Hinblick auf die
Beurteilung der RUckzündungsgefahr der Schaltfunkenstrecke.
Der
rechte Teil
®
ist der
eigentliche Flachwellengenerator.
Icmm
Schaltung folgt das Gleichungssystem:
(2.3.4.2/62)
+
"C2
UR
X2
lBB
/64)
UC2
~tf<^2*
/65)
UC2
Vne
/66)
UR
Rir
/67)
c
/63)
-
UC
+
lC
4- /•icdt
Aus der
68
-
Hieraus
folgt
wieder eine
lineare, homogene Differentialgleichung zweiter
nung mit konstanten Koeffizienten
(2.3.4.2/68)
ÜC
+
von
^B ÙC
Ord¬
der Form:
^B UC
+
=
°
mit:
J_
/69)
+
/70)
Ein
lB
_J_
J_
+
Re«
R Co
RC
RReC2C
Exponentialansatz führt über
Lösungen:
eine charakteristische
Gleichung zweiten
Grades mit den
/71)
für die
zur
B
'ye-—*
-ïb*-;
Anfangsbedingungen:
/72)
(uc)u
/73)
(uC2)t*
=
uc+
=
u*
partikulären Lösung:
r1B(t-U
/74)
ur
CR<rlB
"
r2B>
u*
u*
Dabei ist wieder als
Zeitnullpunkt
der
-
-
1
+
CRr2B)
ur+ ( l
+
CRr1R)IB'
uc* (
ursprüngliche
r2B(
angenommen.
t
-
t»)
tfct,
69
-
2.3.4.2.5
Praktische
Bei der
Näherungslösung
-
für den
praktischen Ausführung
gesamten Zeitbereich
t^ 0
Flachwellengenerators wird aus der
an späterer Stelle noch
zu beschreibenden optimalen Löschbedingung der Schaltfunkenstrecke anderer¬
seits der Anstieg der Prüfspannung uq stets viele Grössenordnungen flacher
sein als derjenige der Spannung an der zweiten Stosskapazität C2. Die Prüf¬
spannung uç+ zur Zeit t«, des Löschens der Funkenstrecke wird daher vergli¬
chen mit der an C2 liegenden vernachlässigbar klein sein; dasselbe gilt auch
für die Zeit t+ gegenüber den in Frage kommenden Beanspruchungszeiten des
Prüfobjektes. Daher gelten ausser der bereits erwähnten Bedingung /39) noch
die zwei folgenden:
Vorschrift der
(2.3.4.2/75)
/76)
Prüfspannungsform
u* »
uc*
t
t*
»
/74)
Damit vereinfacht sich Formel
111)
u„
_E_
a* TT
-
des
einerseits und der
auf:
„
/2B*
rlBt
-
e
r,„;
e
CK(rtR'IB"*2B'
Dabei
-war:
r1**F
/60)
**E
RRdCC2A
(CRrj
2
rl
1)
e
x
'-inj (CRr2
1)
e
ReC2r2E
+
*
ReC2rlE
+
*
m,
/23)
+
( CRr,
+
2
ml
r2
"
"
r3
m2
rl "r3
/524)
r2 -r3
r2 "rl
/25)
r2 •r3
/58)
1
In
l*E
rlE
"
r2E
r3**E
+
1)
e
r2**E
70
-
-
r12B
=
R C
/70)
T?
B
rl,2E
/«)
tv
Wetter sind: r-,
=
-
1B
RC o
»
-|-
+
RC
2
-^
"
—^—
+
%
^E
*
-^—
—^
+
RdCl
?
=
ï
-
RLC1
\
r,,
|
-
RRgCCo
/">
/50)
t
~f
-
2
i
4i
(2.3.4.2/71)
RdC2
ReC2
i
+
ReRLClC2
1
+
i
+
RdReClC2
RdRLClC2
r, die drei reellen Wurzeln der charakteristischen Glei¬
chung:
/H)
r3
/IS)
i
+
£
r2
+
t?
r
t
+
0
=
mit:
1
1
+
C2Re
/14)
1
1
=
+
+
C2R
C1RL
1
1
ClRd
1
CCnRRj
ClC2RdRL
i
1
1
ClC2ReRL
ClC2R<j|Re
_
1
,
ClC2RRd
S
1
=
CC «RR
/15)
CR
C2Rd
1
1
—
1
C1C2RRL
1
CC^RRj
CC^ivRj
1
1
cclC2RRdRL
CCjl=2RReRL
=
1
CclC2RRdRe
-
2.3.4.3
Messung
von
71
flach ansteigenden
2.3.4.3.1
-
quasilinearen Spannungen
Allgemeine Gesichtspunkte
Auch für die
Messungen dieser Spannungsart eignet sich der bereits kurz
Kaltkathodenstrahloszillograph. Da die hierbei erforderlichen
Schreibgeschwindigkeiten aber erheblich geringer sind, als bei den mittelstei¬
len Stössen, muss erstens die Intensität des Elektronenstrahles entsprechend
vermindert und zweitens eine neue quasilineare Zeitablenkschaltung aufgebaut
werden. Die Spannungsteilung kann auch hier wieder nur kapazitiv erfolgen und
es sind spezielle Vorkehrungen zu treffen, damit die Ableitungen durch die un¬
vermeidlichen Isolationswiderstände noch genügend gering bleiben, um unzu¬
lässige Fälschungen der Messresultate zu vermeiden. Wir wollen anschliessend
das Angedeutete näher beschreiben.
beschriebene
2.3.4.3.2
Betrieb des
Währenddem
Oszillographen
mit kleinem Strahlstrom
Aufzeichnung mittelsteiler Stossvorgänge Strahlströme
sind, wird hier nur noch eine Stromstärke
10...50 yiiA benötigt. Zur Ueberwachung des Stromes wurde eine aus
von
zwei Instrumenten mit verschiedenartigen Bereichen aufgebaute Messeinrich¬
tung benutzt. Ihr Schaltungsprinzip ist aus Abb. 37 ersichtlich.
von
einigen 100
zur
ajlA erforderlich
Ri und R2 sind so bemessen, dass die an ihnen auf¬
Spannungsabfälle bei ca. 120 % der Instrumentenvollast gleich der
Zündspannung der sie über das zugehörige Instrument überbrückenden Span¬
nungssicherungen sind. Dadurch ist eine Ueberlastung der Instrumente ausge¬
schlossen. Ueberschreitet der Strom beispielsweise den Messbereich des
empfindlicheren der beiden Instrumente Jj, so zündet seine Spannungssicherung
Vi und die Ablesung kann am weniger empfindlichen Instrument J2 erfolgen,
ohne eine mechanische Umschaltung vornehmen zu müssen. Steigt der Strom
weiter an, so zündet schliesslich auch Vo, nachdem J2 den Endausschlag er¬
reicht hat, sodass dieses vor unzulässiger Ueberlastung ebenfalls geschützt ist.
Die Vorwiderstände
tretenden
Wie die
Beobachtung zeigt, kann der Strahlstrom nicht beliebig klein ge¬
werden, sonst hört die Entladung plötzlich ganz auf. Es ist aber immer¬
hin möglich, eine stationäre Entladung bei 40 kV und 10
jxh. aufrecht zu er¬
halten. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine praktisch neue, möglichst fein¬
macht
polierte Aluminiumkathode ohne Emissionskrater
regulieren mit abnehmender Stromstärke.
und ein sehr
langsames
Ein¬
-
72
-
Abbildung 37
Messeinrichtung
für den Strahlstrom
Ji
Jt
Rt
•o
©
Ka
Ab
Strahlspannungsquelle
*VR2
j1
Ka
An
Vorwiderst ände
Mikroamperemeter
Milliamperemeter
Spannungssicherungen
Entladerohr des Kaltkathodenstrahloszillographen
Kaltkathode (Polierte Aluminium-Plankathode)
Anode auf Erdpotential (mit Düsen für den Durchtritt
der
Elektronenstrahlen
in
das
Hochvakuumgefäss)
Um
die
bei den
verschiedenen
intensität einstellen
zu
Schreibgeschwindigkeiten
können ist
es
notwendig
zwei
des Oszillographen richtige Strahl¬
Messbereiche fur den Strahlstrom zu ha¬
ben.
Die verwendeten, auf Kathodenspannung liegenden Instrumente sind
Ueberlastung schützenden, automatischen Strombegrenzung ausgerüstet.
2.3.4.3.3
Die
mit
einer
sie
vor
quasilineare Zeitablenkschaltung
Die Zeitablenkspannung wird an einem Kondensator C abgenommen, der
langsam über einen hochohmigen Widerstand Rl aus der Strahlspannungsquelle
Gl aufgeladen wird. Die prinzipielle Ausführung dieser Schaltung ist aus Abb. 38
ersichtlich.
C
erfolgt solange, bis die aus Thyratron V und Span¬
Spannungsbegrenzung anspricht. Das Thyratron V
wird durch seine negative Vorspannung mit Gn auf den gewünschten Maximal¬
wert der Zeitablenkspannung am Kondensator C eingestellt. Dieser Wert sollte
gleich dem Spannungsabfall sein, der infolge des Ladestromes an der Spannungs¬
begrenzung nach dem Zünden des Thyratrons entsteht. Die Strahlrückführung ge¬
schieht durch das Zünden der Doppel-Funkenstrecke Fu mittels Steuerimpuls
über Klemme m, worauf eine rasche Entladung der Kapazität C über den niederohmigen Widerstand Re erfolgt. Nach dem Löschen dieser Funkenstrecke be¬
ginnt unmittelbar die für die Zeitablenkung verwendete Wieder auf ladung.
Die
Aufladung
nungsteiler R,
von
R bestehende
-
73
-
Abbildung
38
Quasilineare Zeitablenkschaltung
-O-®*
Strahlspannungsquelle
c
Rt
Zeitablenkkondensator
Ladewiderstand
Entladewiderstand
in
Doppelfunkenstrecke
Thyratron
Ohm'scher Spannungsteiler 1:1
Anschlüsse für Zeitablenkplatten
Anschluss für Anstoss und Strahlsperrung
G,
Quelle für negative Gittervorspannung
V
R,R
i, n
an
V
Der die quasilineare Zeitablenkspannung erzeugende Kreis besteht aus den Elementen Gj, Rl
und C. Im Wartezustand ist C geladen. Ueber Klemme m wird Fu durch Impuls gezündet, da¬
durch eine rasche Entladung der Kapazität C bewirkt (Strahlrücklauf) an die sich dann die die
Zeitablenkspannung liefernde Aufladung anschliesst.
2.3.4.3.4
Berechnung der Zeitablenkspannung
Strahl vorlaut
2.3.4.3.4.1
Der Strahlvorlauf wird
von
dem aus den Schaltelementen
Gj, RL
und C
Unter Voraussetzung einer Ladegleichspannung
der Höhe E an Gi, sowie der Anfangs Spannung 0 an der Kapazität C, ergibt sich
für den Strahlvorlauf die Gleichung:
t
bestehendem
(2.3.4.3/1)
Kreis bestimmt.
*Cv
=
E
( 1
-
e
v)
-
74
-
mit der Zeitkonstante:
tv
(2.3.4.3/2)
=
RL-c
1 darge¬
des Ladekreises. Auf der Abb. 39 werde Gleichung /l) durch Kurve
stellt. Um eine möglichst gute Linearität zu erreichen, wird nur das erste,
Kurvenstück 2 vom Zeitnullpunkt 0 bis zur Stelle 5, dem Zeitachs¬
quasilineare
ende, das zur Zeit tj erreicht wird und
verwendet.
uçi beträgt, davon
bei
dem die maximale
Ablenkspannung
Abbildung 39
Verlauf der
E
aus
der
Strahlspannung gespeisten quasilinearen
Zeitablenkspannung
Konstante, von der Strahlspannungsquelle
Grösste Zeitablenkspannung
Zeitkonstante
RlC
für den Strahlvorlauf
Zeitkonstante
ReC
für den Strahlrücklauf
G, gelieferte Gleichspannung
Verlauf der nicht begrenzten Zeitablenkspannung
2
Für den Strahlvorlauf benutztes Stück der Kurve 1
3
Ablenkspannung
4
Erneuter Strahlvorlauf
5
Zündpunkt des Thyratrons V
Tangente im Punkt 0 an Kurve 1
Tangente im Punkt 5 an Kurve 1
Löschpunkt des Thyratrons
Ladezeit, Zeit des Strahlvorlaufes
Entladezeit, Zeit des Strahlrücklaufes
6
7
8
ö-q
*?S
für den Strahlrücklauf
Der im Moment
t2 erteilte Impuls
Oszillograph aufnahmebereit und
des Elektronenstrahles
an.
bewirkt zunächst einen raschen Strahlrücklauf. In
es
schliesst sich der für die
t3
ist der
Zeitablenkung benutzte Vorlauf
75
-
Die
Linearität
Tangenten
-
Zeitablenkspannung, unter der das Verhältnis
zu derjenigen am Zeitachsende (t
f(t) verstanden werde, ist umso grösser, je besser die
der
Zeitachsanfang (t =0)
am
der Kurve uçv
=
=
der
t\)
Be¬
dingung:
(2.3 .4.3/3)
erfüllt ist. Im
Zeitnullpunkt
/4)
und
:sur
Zeit t
/5)
»
E
besagte Tangente
hat die
(uCv>t
=
tj
1
=
==
0
-
T
t
(»Cv^
Als Güte der Linearität GU erhält
Gü=
=
"
•
e
*V
Bedingung /3) gilt
für letztere
Gleichung
bestimmen den Strahlrücklauf. Es
gilt daher
von
man
damit:
(ÙCv)t=0
2.3.4.3.4.2
T
T„
*
1+^.
(«Cv^
Tv
Strahlrücklauf
Die Schaltelemente C und R
die
den Wert:
gilt:
Unter Voraussetzung der Erfüllung
näherungsweise der Ausdruck:
/7)
ucl
Gleichung:
(2.3.4.3/8)
wenn
wird,
t
uCr
=
ucle
Tr
jeweils vom Zeitmoment der Zündung der Funkenstrecke Fu aus gezählt
Entladung mit der Spannungshöhe ur« beginnt und die Entladezeit¬
die
konstante
/9)
Tr
=
ReC
-
ist.
In der Abb.
76
-
Gleichung /8)
Zeitpunkt t3 der Löschung der Doppelfunken¬
noch eine vernachlässigbar kleine Restspannung
39 stellt Kurve 3 den Entladevorgang gemäss
dar. Dieser dauert
von
t2
strecke Fu an, bei dem
ä 0 vorhanden ist.
bis
zum
nur
Up
der Strahl¬
Wie bereits erwähnt, wird durch den Auslöseimpuls zunächst
erst auf¬
rücklauf eingeleitet. Nach dessen Beendigung ist der Oszillograph
Man wird daher bestrebt sein,
Strahlvorlauf
der
beginnt.
da
dann
nahmebereit,
um die
den Rücklauf möglichst kurz zu machen (aperiodische Grenz dämpfung)
Bedingung:
(2.3.4.3/10)
möglichst gut
T
zu
«
r
erfüllen.
Abbildung 40
Aus Gleichspannung und überlagertem Stoss zusammengesetzte Prüf spannungen
mit 4 Polaritätskombinationen
k
lift.
ill««»!
©
*
i^—~~~
<X
Gleichspannungsvorbeanspruchung
Stosspannungskomponente
Prüfspannung
Stosskomponente der Ueberschlagspannung
Resultierende Ueberschlagspannung
Scheitelwert der Stosspannung
Anstiegwinkel zu Stossbeginn
1
Prüfspannung mit positiver Vorspannung und positivem Stoss
2
Prüfspannung
mit positiver
3
Prüfspannung
mit
4
Prüfspannung
mit negativer
Up
Vorspannung
und
negativem Stoss
negativer Vorspannung
und
positivem Stoss
Vorspannung
und
negativem Stoss
Die dick ausgezogenen Kurven beschreiben den zeitlichen Spannungsverlauf
werdenen Prüfobjekt, die Schraffur zeigt den Verlauf der Beanspruchung.
am
überschlagen
77
-
2.3.5
Erzeugung
und
-
Messung einer Stosspannung, der eine Gleichspannung
überlagert
2.3.5.1
ist
Spannungsform
Die am Prüfobjekt gewünschten Spannungsverläufe setzen sich aus einer
Gleichspannungsvorbeanspruchung regulierbarer Höhe und einer Stosspannung
bestimmter Frontsteilheit und mit der Vorbeanspruchung übereinstimmender
oder entgegengesetzter Polarität zusammen, wie dies in Abb. 40 schematisch
angedeutet sein möge. Es sind vier Möglichkeiten der Polaritätskombination
vorhanden:
1
+
Gleichspannung
und
+
Stoss
2
+
Gleichspannung
und
-
Stoss
-
Gleichspannung
und
+
Stoss
Gleichspannung
und
-
Stoss
3
4
-
Auch hier
schläge
sollen, genau wie bei der reinen Stossbeanspruchung, die Ueberin der Front der Welle erfolgen. Diese Bedingung muss insbesondere
auch bei entgegengesetzter Polarität der Stosswelle zur Vorspannung, wo der
Ueberschlag erst erfolgt, nachdem die Prüfspannung durch Null gegangen ist,
erfüllt sein.
2.3.5.2
Die
Schaltungsprinzip
Anlage besteht
aus
und
einer
Kopplungsmöglichkeiten
Gleichspannungs-
und einer
Stosspannungs-
quelie, die beide ihre Spannung durch Kopplung an das Objekt liefern. Die Kopp¬
lung der Stosspannung erfolge dabei, wie im Blockschema auf Abb. 41 ange¬
geben ist, über die Impedanz Z\, währenddem die Gleichspannung über eine
Impedanz Z2 zum Objekt Po geleitet werde. "Z\ soll folglich ein Stosspass und
eine Gleichspannungssperre sein, währenddem Z2 die umgekehrten Eigen¬
schaften besitzen soll. Für Z\ kommt deshalb eine Kapazität oder eine Funken¬
strecke in Frage, für Z2 ein Widerstand oder eine Induktivität. Die erstge¬
nannte Variante mit Kapazität und Widerstand wird gewählt. Da bei Verwendung
einer Funkenstrecke, deren Schlagweite je nach der Spannungshöhe verändert
»
Spannungskomponenten zueinander nicht
könnte, kann diese Lösung im vorliegenden Falle
nicht befriedigen. Ebenfalls unbefriedigend wäre eine Induktivität für Z2, da
diese
infolge ihrer Eigenschwingungsmöglichkeiten zu unkontrollierbaren
Schwingungen in der Prüf Spannung Anlass geben könnte.
und überdies das Verhältnis der beiden
völlig frei gewählt
werden
78
Abbildung 41
Schaltungsprinzip
e
bei
aus
Gleichspannung und Stoss zusammengesetzter
Beanspruchung
Û
Gi
ô
Gig
=
Stossgenerator
Gleichspannungsquelle
Prüf Objekt
Gl
G2
Po
Kopplungsimpedanz
Kopplungsimpedanz
für Stoss
für
Gleichspannung
Kopplungsimpedanzen sollen möglichst ideal sein, d. h. für den eigenen
keinen, für den benachbarten hingegen unendlich grossen Wider¬
stand besitzen, um eine rückwirkungsfreie Ueberlagerung zweier Vorgänge zu
ermöglichen.
Die
Kreis sollen sie
2.3.5.3
Schaltung zur E rzeugung und Messung einer
steiler*) Stosspannung
2.3.5.3.1
Für die
Die
wenn
uPo
uç ihre Stoss- und
*) Grössenordnung
Ug
die
Gleichspannung und
Prüfspannung
gilt gemäss Abb. 40
Prüfspannung up
(2.3.5.3/1)
aus
zusammengesetzten Beanspruchung
=
uc+ug
Gleichspannungskomponente
der Steilheit:
10
...
103 kV/yUS.
ist.
79
-
Die
-
Komponente der Stosspannung U£ kann
nicht direkt
am
Objekt
gemes¬
da der hierzu verwendete Teiler wegen seines geringen Wider¬
standes nicht im Gleichspannungskreis liegen darf. Die Messung der Stosssen
werden,
spannungskomponente erfolgt daher an
auf Abb. 41 angegebenen Impedanz Zj.
der
Belastungskapazität,
also
vor
der
Die Messung der Gleichspannungskomponente
ug der Prüfspannung erfolgt
ebenfalls nicht am Objekt, sondern an der Glättungsfapazität, also vor der auf
der
erwähnten
Messwiderstand
Abbildung angegebenen Impedanz ï<i- Dies ist nötig,
nicht mit rasch veränderlichen Spannungen belastet
da der
werden
darf.
2.3.5.3.2
Die
des exakten Wertes der
am Objekt liegenden Spannung ist
den genannten Impedanzen Z\ und Z2 der Abb. 41 auf¬
Spannungsabfälle zu kennen. Wir detaillieren das genannte Block¬
schema und gelangen so zur Abb. 42. Infolge der Steilheit der zur Anwendung
Zur
daher
tretenden
es
Ermittlung
Schaltung
nötig,
gelangenden
die
an
Stösse,
müssen
die
Schaltungsinduktivitäten
mit be rücksichtigt
werden.
Die Impedanz Zi besteht aus einer Serieschaltung von Induktivität L,
Dämpfungswiderstand R und Kopplungskapazität Ck. Misst man dem Prüfobjekt
einzig und allein eine Kapazität vom Werte C bei, was für die hier zur An¬
wendung gelangende Form der Beanspruchung zulässig ist, so können für die
Berechnung der Stosskomponente der Prüfspannung die Kapazitäten C und
Ck zu C3, welches ihrem Seriewert entspricht, einfachheitshalber zunächst zusammengefasst werden.
Die Impedanz Z2 besteht nur aus dem Kopplungswiderstand R^, welcher
möglichst induktivitätsfrei sein und nur eine geringe Längskapazität besitzen
soll.
2.3.5.3.3
Messung
der
Stosskomponente
un der
Prüfspannung
man die Spannung ohm'seh. Der hierbei
Belastungskapazität geschirmt (System Berger).
Da die zu oszillographierenden Vorgänge rasch sind, ist die Verwendung eines
Verzögerungskabels unumgänglich, wenn man auf eine Hilfsstossanlage ver¬
zichten will, die zuerst die Zeitablenkung des Oszillographen und nach einer
bestimmten Verzugszeit erst die Stossanlage auslöst. Währenddem bei der
Messung mit Verzögerungskabel gemäss Schaltung auf Abb. 43 ein durch die
Kabeldämpfung bedingter, aber bestimmbarer Messfehler auftritt, ist unbe¬
dingt darauf hinzuweisen, dass bei der Messung ohne Verzögerungskabel mit
gestaffelter Auslösung von Oszillograph und Stossgenerator auch gewisse Nach¬
teile erkauft werden müssen. So muss der Oszillograph im Stosspannungsfeld
aufgestellt werden. Dies bedingt aber durch kapazitive Kopplung eine Beein¬
flussung des Potentials der Kathode und damit auch eine merkliche Defokussierung des Strahles während des Einschwingens der vielstufigen Marx'schen
Stossbatterie. Weiter sind die Ausgleichströme im Mantel des unvermeidlichen
Messkabels während der genannten Periode sehr gross, was zu erheblichen
messtechnischen Schwierigkeiten führen kann.
Zur
Messung
steiler Wellen teilt
verwendete Teiler ist mit der
-
80
-
Abbildung
Schaltung
zur
Erzeugung
Messung der aus Gleichspannung und Stössen
zusammengesetzten Beanspruchung
und
grosser Steilheit
Rd
42
L
Ld
R
Rg
Seriekapazität der Marx'schen Stossbatterie
C.
Ci
Ck
Belastungskapazität und Schirm des ohm'sehen Stosspannungsteilers (System Berger)
Kopplungskapazität (Teil der Impedanz Z. der Abb. 41)
Glättungskapazität
Bei der Entladung mitwirkender Seriewert der inneren Ladewiderstände der Verviel¬
fachungsschaltung
Dämpfungswiderstand des Stossgenerators
Entladewiderstand und Stosspannungsteiler
Oberspannungswiderstand desselben
Resultierender Unterspannungswiderstand desselben (vgl. Abb. 43)
Dämpfungswiderstand zwischen Stossgenerator und Objekt (Teil der Impedanz Z. des
C£
R?
R,
R
R.
RJ
R
Blockschemas Abb.
41)
Rk
Kopplungswiderstand (Impedanz Z2 des genannten Blockschemas)
Messwiderstand für Gleichspannung
R
Po
Glättungswiderstand
Gleichspannungsquelle
Kathodenstrahloszillograph zur Messung der Stosskomponente
Messinstrument für die Gleichspannungskomponente
Prüfobjekt
Fu
Schaltfunkenstrecke
L.
Konzentrierte Induktivität der
aus
L
Konzentrierte Induktivität der
aus
R
G°
Ko
J
Dieses
Schema
ste'lt
eine
C. und Rj gebildeten Leitungsschleife
C. und dem Po gebildeten Leitungsschleife
R,
Detailierung des in der vorangehenden Abb. 41 aufgezeichneten
Blockschemas dar.
Aus technischen
der
Gründen ist
Prüfspannung
direkt
am
Messteilen erhaltenen Werten
weder möglich die Gleich- noch die Stosspannungskomponente
Objekt zu messen. Ihre Bestimmung ist aber aus dem an den
mit praktisch genügender Genauigkeit möglich.
es
«
81
-
-
Abbildung 43
Ohm'scher
Stosspannungsteiler mit Verzögerungskabel und
Kathodenstrahloszillograph
K
Ru
Unter spannungswiderstand des ohm'sehen Stosspannungsteilers
Dämpfungsarmes Verzögerungskabel vom Wellenwiderstand Rz
Widerstand für reflexionsfreien Abschluss des Kabels K
Die übrigen Grössen haben dieselbe Bedeutung wie auf Abb.
42
Gegensatz zur kapazitiven Teilung beeinflusst hier ein dämpfungsfreies,
homogenes und reflexionsfrei abgeschlossenes Uebertragungskabel die Konstanz
des Teilverhältnisses nicht. Daher kann die Laufzeit des zu osziUographierenden
Vorgangs grösser als die zur Erlangung der Aufnahmebereitschaft des Oszillo¬
graphen nötigen Zeit gewählt und somit auch der Beginn eines Stossvorganges
aufgenommen werden.
Im
Gegensatz zur kapazitiven Teilung, wie sie im Abschnitt 2.3.3 be¬
wurde, gibt es hier ein einziges, konstantes Spannungsteil Verhältnis.
Zu dessen Berechnung gibt das Ersatzschema der Abb. 44 Aufschluss.
Im
schrieben
Aus ihm
(2.3.5.3/2)
folgt
die
Gleichung
u=
Ro
R
+
Ro
R^
_,_
U
-
+1
=
—
82
-
-
Abbildung
Ersatzschema
zur
Bestimmung
44
der
Teilerübersetzung
Î
U
Stosspannung
Oszillographierter Bruchteil von U
Bedeutung der übrigen Grössen gleich wie auf Abb.
u
43
Anfügen
des Widerstandes Rz reflexionsfrei gewordene und vom Anfang her be¬
lang erscheinende Kabel wirkt genau wie ein ohm'scher Widerstand von der
Grösse des Kabel-Wellenwiderstandes. Daher ergibt sich für die Berechnung des Teilver¬
Das
durch
trachtet unendlich
hältnisses dieses Ersatzschema.
2.3.5.3.4
Berechnung
der Stossformen
Prüfobjekt
aus
an
der Messteile und
am
den Schaltelementen
Auf Abb. 45 ist der Stossteil der Schaltung für sich allein nochmals aufge¬
und die zur Aufstellung des Gleichungssystems erforderlichen Be¬
zeichnet
ziehungen
für die diversen Ströme und
2.3.5.3.4.1
Abb. 45 liefert die
Das allgemeine
Gleichungssystem
Gleichungen:
(2.3.5.3/3)
UC1
=
uRd
/4)
UC2
=
UL
/5)
hl
/6)
Spannungen eingetragen.
=
*
+
^
+
+
uLd
UR
+
+
uC2
UC3
lRL
+
*C2
+
*C3
83
-
-
Abbildung 45
Vereinfachtes Schema des Stossgenerators
Fu
Erzeugung
zur
steiler Wellen
La
rOO-<
/
in.
ii
um
la
Uld
-.
Ur
Ul
IC3
Ro
la
.Uci
C,
Die
T>/?.
Rl
Seriewert der Kopplungskapazität
übrigen
Schaltelemente haben die
UC1' uRd' uLd> UC2' UL' UR' UC3
*C1' 'RL'
i,
i.
Re'
C2'
*C3
Ck
und der
JSc*IU«üb|
Priifobjektkapazität C
gleiche Bedeutung
wie auf Abb. 42
Momentanwerte der
Schaltelementen
Momentanwerte
Spannungen
der
Ströme
an
in
den entsprechenden
den
entsprechenden
Schaltelementen
Infolge der durch die hohen Spannungen bedingten räumlichen Ausdehnung der Schaltung ergibt
sich eine bei steilen Wellen nicht mehr zu vernachlässigende Schaltungsinduktivität L, deren
Schwingungen verursachende Wirkung durch Einfügen eines Dämpfungswiderstandes R kom¬
pensiert werden muss. Die erwähnten Zwischenglieder L und R bedingen einen Unterschied im
zeitlichen Verlauf der Spannungen an der Messtelle und am Objekt. Während der kurzen, stei¬
len Wellenfront darf die Prüfobjektimpedanz mit praktisch genügender Genauigkeit als reine
Kapazität von der Grösse C aufgefasst werden. Daher teilt sich die über C^ und C liegende
Stosspannung ung nach Massgabe der Kapazitäten. Die Spannung 11Ç3 lässt sich aus der ge¬
messenen Stosskomponente uc2 mit Hilfe der Daten der angegebenen Schaltung bestimmen.
Eine Beeinflussung des Stosspannungsverlaufes durch den der Schaltung angeschlossenen
Gleichspannungsteil ist bei der Ueberlagerung steiler Stösse praktisch nicht vorhanden; daher
wurde der Gleichspannungsteil in diesem Schema garnicht eingezeichnet.
84
(2.3.5.3/7)
ucl
=
/ «
UC1
=
/ 9)
uRd
=
/10)
uLd
=
/ID
UC2
=
/12)
UC2
=
/13)
UL
=
/14)
UR
=
/15)
UC3
=
-î—
-
Cl
RL
/icldt
J
*RL
*
V
d
dt
ReHte
iA*
dlC3
L
dt
RiC3
c,
As<"
aus 13 Gleichungen mit 13 Unbekannten bestehende System führt für eine
Kondensatorspannungen mq^, uC2, uc, oder u^ geschrieben auf ein und
dieselbe Differentialgleichung.
Dieses
der
2.3.5.3.4.2 Die Differentialgleichung und die 3 Formen ihrer allgemeinen Lösung
Das
System
liefert eine lineare
homogene Differentialgleichung 5. Ord¬
nung mit konstanten Koeffizienten:
(2.3.5.3/16)
"tÇ
t0-V£ Mo-ü-c
+
+
^0ÜC
+
K0ÜC
+
g0uc
Dabei sind:
/VI)
i
=
0
—i—
LdCl
(R^j
+
-1)
RL
+
-!_
LC2
(RC2
)
+
Re
=
0
85
-
-
Rj
(2.3.5.3/18)
1)
+
LdCl
(RdCj
LdC2
-1 )
+
Sr
/19)
(RC
+
RL
+
J—
(-1
Lüg
Cg
(RC„
LLdClC2
C«
+
+
C3
/20)
—
L
+
1)
RC,
+
Re
(R-jC,
RL
_a_)
RL
+
C,
«
RL
C,C„R
ù
6
RH
R
L
e
C,
R
(-2- +_) (-1+ 1) +-L
-J—
C3
RL
Re
+__
C3
RL
(Rdc1+-JL
*
d
C3Re
So
+
L,
)
LLdClC2
/21>
R_
Re
R
(—
R„
)
+
LR.
) ( -3
+
)
+
LLdClC2
RL
:
=
LLdClC2
C3Re
-i +1)
+
RT
C3RL
J
Diese ist mit dem bekannten Exponentialansatz:
/22)
zu
Up
=
ke
rt
lösen. Durch ihn entsteht die charakteristische
/23)
Gleichungen
r5
+
iQ r4
+
^ r3
+
gQ r2 +*Q
Gleichung
r
+
g
=
5.
Grades:
0
dieser Art sind im
allgemeinen nicht lösbar. Der Umstand aber,
Stosspannungsrücken viel
flacher als die Front ist, erlaubt bei Vernachlässigung der Glieder mit hoher
Potenz, die Auffindung dieser ersten Wurzel. Damit gelingt dann aber eine
Rückführung der Gleichung /23) auf den 4. Grad. Die vier noch fehlenden
dass mindestens eine
ihrer
5 Wurzeln reell und der
Wurzeln lassen sich dann nach bekannten Methoden bestimmen.
Lösung kein einziges konjugiert komplexes Wurzelpaar vor¬
Spannungsverlauf hyperaperiodisch. Beim Auftreten eines
Paares konjugiert komplexer Wurzeln tritt eine überlagerte, gedämpfte Schwin¬
gung auf, beim Vorhandensein von zwei Paaren komplexer Wurzeln sind zwei
überlagerte gedämpfte Schwingungen von im allgemeinen von einander ver¬
schiedener Frequenz vorhanden.
Ist
handen,
in
so
der
ist der
86
Die
allgemeine Lösung lässt
sich daher in einer der drei
folgenden Formen
schreiben:
r,t
r«t
(2.3.5.3/24)
uc
=
/25)
uc
=
/26)
uc
=
*
Gje
+
+
r2*
1
+
r3*
"
H,e
G4e
H,e
+
*
[a0
"
+
cos
G1...G5,
lassen sich dabei
Die
KQe
in
+
bzw.
+
bj sinfVjt)
e
UgCostVjt)
+
bgSintVgt)]
e
und
H1...H3, ao
Anfangsbedingungen
aus
den
für die
b0,
(v>t)
+
bQsin
(v»t)l
e
Ät
-OCjt
ajcosfojt)
gewohnter Weise
r54
G5e
+
r,t
Die Konstanten
2.3.5.3.4.3
°
G3e
+
r,t
Hje
r.t
r,t
ù
G2e
-oC2t
oder
Kg, aj, bj, a2, b2
Anfangsbedingungen
bestimmen.
Spannungen urj, u^g» ur3
und
ug
Im Anfangszustand sei die Kapazität Cj auf die Spannung E geladen und
alle anderen Energie Speicher seien leer. Für die uns interessierenden Span¬
nungen ergeben sich die folgenden Bedingungen.
Anfangsbedingungen
aufgeschrieben.
Zunächst seien die
kapazität
C«
(2.3.5.3/27)
Cttci>w)
=
E
aL
c
Cl
für die
Ld
2
Spannung Upj
an
P
Cl Ld V
der Stoss-
2Rd
2t, 2t>
Cl
Rd-
ClLd3
/28)
/29>
/30)
/")
Cübl>t=0
=
E
(«ci)t=o
(uCl>t=0
Cl2LdRL
Cl2 V
(ucl)t=0
C1RL
=
E
C4V
ClC2Ld2
r
3d 3
Ll
ClLd
RL
+
J
_Sl_
ClLd2
Ld KL
87
-
Für die Messpannung
(2.3.5.3/32)
u
gelten
Anfangsbedingungen:
die
C2't=0
/S4)
Die
Cttc^t-0
(üc2)t=0
/35>
(ùC2)t=0
/S«
(uC2)t=0
Rd-
Rd
OffA,).
Cl2c2LdRL2
Ld2c22
/SS)
-
=
ClC2Ld2
ClC22LdRLRe
ClC2Ld2RL
C22Ld2Re
C2*LdV
RjL
-E
ClC2LdRL
LdC2
C22LdRe
=
C2Ld
=
°
=
0
entsprechenden Anfangsbedingungen für die Spannung uc3 lauten:
,„„,
,.„.
v
Für die
E
*
uC3't=0
/38)
('"esta
/39)
<üC3>t=0
/40)
^03^=0
/41)
(uC3>t=0
Stosskomponente uc
/42)
<"uc>t=o
/43)
Cû'cta
/44)
<
üC)t=0
/45)
<
ùcU
/46)
(
uc)t=o
C2C3LdL
=
0
=
0
=
0
=
0
der Prüf spannung erhält
~"
C2CLdL
=
0
=
0
=
0
=
0
man
C2Ld3
schliessUch:
^
88
-
für die Konstanten der drei
Bestimmungsgleichungen
2.3.5.3.4.4
-
allgemeinen Lösung
Formen der
Bestimmungsgleichungen für die Konstanten erhält man bekanntlich
allgemeinen Lösung und deren zeitlichen Ableitungen im Anfangspunkt
0. Diese Gleichungen seien im folgenden für die Stosskomponente uq der
t
Prüfspannung aufgeschrieben. Durch Beifügen der entsprechenden Indices er¬
hält man die analogen, für die Spannungen ucl, Up« und ur, geltenden Glei¬
chungssysteme.
Oie
aus
der
=
Bei
aperiodischem Spannungsverlauf,
reellen Wurzeln der charakteristischen
lautet das Gleichungssystem:
(2.3.5.3/47)
(\\=o
/48)
<Vt=0
/49)
(
/50)
(uC>t=0
/51)
<
«0^=0
uc>t=o
der durch das Auftreten von fünf
Gleichung /23) gekennzeichnet ist,
=
r^Gj
+
r24G2
+
rg4Gg
+
r^
+
r54G5
=
'/Gl
+
r23(ï2
+
T3G3
+
r43(ï4
+
r53<35
=
r12G1
+
r22G2
+
rg2Gg
+
r42G4
+
rg2G5
=
=
r^i
+
Gt
G2
+
r2G2
+
r3G3
+
G3
G4
+
r4G4
+
+
r5G5
+
G5
Spannung eine gedämpfte Schwingung überlagert, so hat
Gleichung /23) ein konjugiert komplexes Wurzelpaar
entsprechenden Bestimmungsgleichungen für die Konstanten lauten:
Ist der
rakteristische
/")
fwC>t-0
-
+
/53)
/54)
Ctfc)t=0
(üc)t=0
(
ûc)t=0
r^
+
(3
=
ri2Hl
/56)
(
uc)t=Q
=
=
+
H2
r2
5)2oC-oC3)a0
r22H2
+
(oC2-V2)ao
r2H2
rjHj
+
Hi
H2
+
aQ
+
(4V3oC
-
4oC3V
r^+^Hj
+
+
-
+
Hg
+
+
(3VoC2-l)3)b0
r32H3
2VoCb0
r3Hg
+
und die
r3 H3
+
(V4-6 J»2oC2 +ot4)
=
+
/55)
rl Hl
die cha¬
a0
+
V
b0 -oCs^
)
b
89
-
-
Sind zwei
Frequenz
gedämpfte Schwingungen von im allgemeinen unterschiedlicher
Spannung überlagert, hat also die charakteristische Gleichung
konjugiert komplexer Wurzeln, so lautet das Gleichungssystem:
der
zwei Paare
(2.3. 5.3/57)
CUc)t=0
**%
=
(V24
Cü-C)t=0
/58)
/59)
(
üc)t=0
/60)
(
ùc)t=0
/61)
(
uc)t=Q
2.3.5.3.4.5
Beziehungen
=
rx3K0
+
(3
(3
+
<**)
1>22oC2-oC23)a2
+
(^22"V22)
+
+
K0
aj
+
+
+
+
(oCj2 Vj2) ai
-
+
zwischen Mess-
(4
-
+
V^oCj O^bj
(4
»23oC2
(3
(3V2oC22
-
-
VjOC^
-
4
.
VjO^) b2
^3, ^
V,3) b2
2aC1V1 bl
a2-2o<2V2 b2
Djbj -oC^
FlKo
a2
-
ri2KQ
=
+
V^j «*) ai
=
=
Vj2 <^2 -k^4) ^
6
-
v/cCjj2
6
-
»/
(
+
+
V2b2 -^
a2
(u^g)
und
Prüfspannung
(u^)
Berechnung besteht darin, aus der gemessenen StossObjekt vorhandene Komponente ur, bestimmen zu kön¬
uns an die Gleichung:
Das Ziel der ganzen
komponente un,2 die
nen.
Dabei erinnern wir
(2.3.5.3/ 4)
uC2
Berücksichtigen
Abkürzung
/62)
ist,
am
so
ergibt
/63)
wir
noch,
=
uL
+
uR
+
uc3
dass nach der im Abschnitt 2.3.5.3.2
uc3
sich für u^, die
uc
=
uc
+
uCk
Gleichung
=
uC2
-
(uL
+
uR
+
uCk)
eingeführten
90
-
in Klammern stehenden
Fassen wir noch die
men,
so
Spannungsabfälle
(2.3.5.3/64)
uc
-Auc
uC2
=
gilt, je nach der Natur
folgenden Schreibarten als Lösung:
/65>
A
uc
=
+
/66)
Auc
=
+
/67)
AuC
=
+
(G12
G,)
-
(G42
-
(H12
-
[ (ao2
<Ko2
"
I (a22
G4)
e
Hj)
e
»o*
Ko}
"
-
e
a2)
ri
'4
*
cos
e
+
rl4
cos
(G22
+
(G52
+
(H22
<vt>
+
G2)
-
-
-
<bo2
r
+
[<a12
(Vt)
+
Spannungsverlaufes
des
Für die Grösse A up
drei
Au„ zusam¬
zu
ist:
"
(b22
e
G5)
e
H2)
e
"
-
+
+
Bin
sin
(Hg2
<Vt)]
co^^1)
b2)
(G32
-
G,)
'»*
e
*B
2
V
al'
'»
eine der
+
-
-
e
(bl2
(Vt)le
Hg)
3
e
"*
"
b2)sln
e
<x2t
Dabei beziehen sich die Konstanten mit Doppelindex auf die
mit Einfachindex auf die Grösse
Spannung uc2,
2.3.5.3.5
Prüfspannung
jenigen
f^'
(Vt)
die¬
Uc.
Messung
der
Gleichspannungskomponente
(2.3.5.3/68)
ug
des
ug0
=
der
Objekt liegt der Kopplungswiderstand Ru, an
Prüf Objektstrome s einen Spannungsaßfall
Zwischen Messtelle und
Gleichstromkomponente
verursacht. Es gilt:
die
u
-
dem
Au
g
Aug
mit:
/69)
Aug
=
Rj^
•
ig
Gleichspannung Ug0 erfolgt genau so wie sie für einfache Be¬
anspruchung gemacht wird und im Abschnitt 2.3.2 kurz beschrieben worden ist.
Die Messung der
-
2.3.5.3.6
Die
91
-
Gleichspannungsanlage
Durch
jeden Ueberschlag am Prüfobjekt Po wird ebenfalls genau gleich
Gleichspannungsbeanspruchung ein Lichtbogen eingeleitet, der
durch Schnellabschaltung so rasch als möglich zum Verschwinden gebracht wer¬
wie
bei reiner
den
muss.
Deshalb
wird
die
gleiche,
im Abschnitt 2.3.2 kurz
mit der im Abschnitt 2.3.1 erwähnten
Schaltung
Speisung, jedoch
beschriebene
aber nur mit
Gleichrichtung, praktisch unverändert übernommen. Der elektro¬
Steuermechanismus für die Wiedereinschaltung ist den hier erforderli¬
chen Bedürfnissen angepasst worden und unterscheidet sich etwas von dem für
mechanischer
nische
den reinen
2.3.5.4
Gleichspannungs-
Schaltung
zur
bzw.
Wechselspannungsbetrieb benutzten.
Erzeugung und Messung
einer aus
Gleichspannung
und
mittelsteiler*) Stosspannung zusammengesetzten Beanspruchung
2.3.5.4.1
Prüf Spannung und
Schaltung
können, wie bei der Schaltung für steile StÖsse, weder StossGleichspannungskomponente der Prüfspannung am Ort des Objektes ge¬
messen werden, sodass wiederum die Spannungsabfälle an den Kopplungsimpe¬
Auch hier
noch
danzen ermittelt werden müssen um
vorhandenen bestimmen zu können.
aus
den gemessenen Grössen die am
Objekt
Da die Gleichspannungsseite der Schaltung unverändert bleibt, gilt das be¬
züglich der Messung der Vorbeanspruchungskomponente Gesagte auch hier.
An der
Stosspannungsseite wird der Dämpfungswiderstand R,j vergrössert
kapazitive Teilung der zu messenden Stosspannung bedingt, wie
dies bereits im Abschnitt 2.3.3 für einfache Beanspruchung beschrieben wurde.
Da die Wellensteilheit massig ist, dürfen jetzt die Schaltungsinduktivitäten ver¬
nachlässigt werden. Wir gelangen damit zu der in Abb. 46 dargestellten Schal¬
tung.
und dadurch
*) Grössenordnung
der Steilheit:
1... 10
kV//is
-
92
-
Abbildung 46
Schaltung
zur
Erzeugung
Gleichspannung und Stössen
zusammengesetzten Beanspruchung
und Messung der aus
mittlerer Steilheit
Rä
Die vorkommenden Schaltelemente sind mit denen auf Abb. 42
gleichbedeutend,
nur
besitzen
sie teilweise andere Werte.
Schaltung für die Erzeugung überlagerter, mittelsteiler
gleich wie bei einfacher Beanspruchung, so erhält man im allgemeinen deutlich
flachere Stösse zufolge des Einflusses des Gliedes Rfc C„ der Gleichspannungsseite. Speziell
zur Bestimmung des Rückens der Stosspannung ist deshalb die Berücksichtigung der Grössen
Rk und Cg nötig, hingegen dürfen die Schaltungsinduktivitäten auch bei der Berechnung der
Front des JPrttf stosses vernachlässigt werden.
Wählt
man
die Daten des Stossteils der
Priifstösse
2.3.5.4.2
Berechnung
an
von
Stosspannungsform
am
Prüfobjekt
und
der Messtelle aus den Schaltelementen
Will man den Verlauf der Stosspannung im Rücken genau berechnen, so ist
Mitberücksichtigung der Grössen R^ und C„ auf der Gleichspannungsseite
erforderlich, da die Zeitkonstante RfcCg nur zirka eine Grössenordnung höher
Uns Interessiert aber nur der genaue Frontver¬
gewählt werden kann, als C1RT
x
^
die
.
lauf.
Wir denken
uns daher den Widerstand R^ als Ableitung parallel zu Rt
ge¬
geben dem resultierenden neuen Wert die Bezeichnung Re. Damit
ist diese Schaltung aber auf die des Flachwellengenerators im ersten Hauptzu¬
stand zurückgeführt. Von dieser ist bereits die Lösung für die Spannung uq3 an
dem aus Kopplungs- und Objektkapazität gebildeten Ersatzkondensator bekannt.
schaltet und
93
-
Für
die
anderen
Anfangsbedingung,
dass
-
auf die
Cj
Energiespeicher leer sind, gilt
Spannung E geladen ist und alle
Spannung uro gemäss Gleichung
für die
(2.3.4.2/22):
(2.3.5.4/1)
Hieraus
rtt
u,C3
folgt für
r2t
m^e
RdRC2C3A
die
Stosskomponente
.rl*
-V
_
m..e
'S*
mp6
-
RjRCCgA
Durch sinngemässe
(2.3.4.2/11) ergibt
/3)
r3*
u.-, der Prüf Spannung:
E
/2)
m,e
-
Anwendung der Gleichungen (2.3.4.2/2), (2.3.4.2/10) und
sich:
u.
r..e
R
'l*
-
m1r0e
r2*
m0r0 e
-
Jl*2
RdC2A
r3ti
2X3
r,t
/4)
E
u,C2
(RCgrj
RdRC2C3A
1
1)
+
e
-
m1 (RC3r2
+
1)
e
r2t
r3t
-
m2
(RCgr3
+
1)
e
Weiter ist:
/5)
uc
=
uC2
/6)
uc
=
uC2
-
(uR
uCk)
+
oder:
-
Auc
Die Grösse
AUq ist die am Messwert u anzubringende Korrektur
Objektwert uc zu erhalten. Aus den Gleichungen /2) und /4) folgt:
/7)
(r.R
Auc
îdRC2A
-
m,1
(r,R
2
(roR
-
m9'2 V13
1
1
i-
+
c3
1
+
—
1
+
1
c3
)
r24
*
e
C
c3
+
—
JL-)
C
+
+
1
C
)
r3*
e
e
rl*
1
um
den
94
-
-
dabei ist:
(2.3.4.2/23)
2
2
A
rl
=
2
r2 ml
"
r3 m2
•
rl"r3
/24)
ml
=
r2"r3
r2'rl
/25)
m2
=
r2"r3
rl' r2' r3
s*n(* ^e Wurzeln der charakteristischen
r3
(2.3.5.4/ 8)
im r2
+
+
rj
„
r
+
Gleichung:
Ç,
=
0
mit den Koeffizienten:
C2Re
/10>
i-^-+
*w
^*
C2C3RRe
i
CjC^l
/u)
S,
=
C2Rd
L_
+
C2C3RRd
C3R
+
C2R
l
C1RL
+
ClC2RdRL
Ï
ClRd
+
ClC2ReRL
i
+__i
+_L_+
C^CjRRj
CCjRRl
CC^R
_i
clc2C3RdRRL
+
L_
ClC2C3RRèRL
+
1
clC2C3RdRRe
L_
ClC2RdRe
-
2.4.
95
-
Besprechung der Prinzipschemata
2.4.1.
Schaltung
für Wechsel-und
2.4.1.1
Gleichspannungsmessungen. Abb. 47
Zusammenfassung
nachfolgend kurz beschriebene Schaltung wurde hauptsächlich für den
Beanspruchung des Prüfobjektes mit Wechselspannung entwickelt. Ihre
Aufgabe besteht in der Schnellabschaltung der Primärspannung des Prüftrans¬
formators nach erfolgtem Ueberschlag am Objekt und der Wiedereinschaltung
beim Momentanwert Null dieser speisenden Wechselspannung nach erteiltem
Schaltbefehl. Auf diese Weise kann beim Einschalten ein Ueberschwingen der
Spannung am Objekt über den stationären Wert hinaus verhütet werden. Die
eigentlichen Schaltvorgänge sind alle elektronisch.
Die
Fall der
Im
folgenden
der Drehtrenner
Wechselspannungsprüfung, bei
(111) geschlossen, (112) und (113) aber offen sind,
seien zunächst die bei der
(110) *)
und
auftretenden Betriebszustände und Schaltvorgänge kurz beschrieben und an¬
schliessend noch einige Betrachtungen zum Gleichspannungsbetrieb hinzugefügt,
bei dem die erwähnten Trenner umgekehrt stehen, also so wie es auf der
Abb. 47 angegeben ist.
2.4.1.2
Bei
(108)
(103)
vom
Der stationäre Betriebszustand
Oelschalter (102) wird der Prüftransformator 500 kV
200 kVA-50 oder 150 Hz, -500 V-Generator (101) über die Drossel
geschlossenem
und die beiden antiparallel geschalteten Mutatoren (105) und (106) ge¬
speist. Die Induktivität (103) wird dabei jeweils so gewählt, dass Resonanz mit
der Oberspannungskapazität (109) vorhanden ist. Damit erhält der Leistungs¬
faktor cos Cf des Generators (101) sehr angenähert den Wert 1, und die spei¬
sende Spannung ist klein. Dies begünstigt bekanntlich die Abschaltung.
Die
Oberspannung des Transformators wird dem Prüfobjekt (122)
geschalteten Messeinrichtungen zugeführt.
und den
damit parallel
Der Prüfobjektstrom ist nicht sinusförmig. Durch die erwähnte Resonanz¬
schaltung des Transformators wird aber in bekannter Weise das Auftreten von
Spannungsoberwellen stark unterdrückt. Dies kann mit dem Oszillographen (147)
beobachtet und mit dem Analysator, bestehend aus einem Bandpass (143) und
einer Bandsperre (145) genügender Flankensteilheit, einem Umschalter (144)
und einem Anzeigegerät (148) gemessen werden. Die Einrichtung gestattet direkt
den Effektivwert der Oberwellenspannung in Prozenten der Grundwellenspan¬
nung
zu messen.
Weiter ist es möglich, mit der durch das Instrument (149) symbolisierten
Berger-Messeinrichtung den Spannungsscheitelwert zu bestimmen. Die Eichung
dieser Einrichtung erfolgt mit der Kugelfunkenstrecke (123).
*) Erklärung
sämtlicher Textzeichen auf Seite XIII.
96
Abbildung
Prinzipschaltung
für Wechsel- und
47
Gleichspannungsmessungen
-
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
97
-
Wechselspannungsgenerator (50,150
~
; 1000
V;
200
kVA)
Generatorölschalter
Resonanzinduktivität
Isoliertransformator
Mutator
Mutator
UeberbrUckungsschalter
Hochspannungstransformator
Resonanzkapazität
Drehtrennschalter
Drehtrennschalter
Drehtrennschalter
Drehtrennschalter
Drehtrennschalter
Drehtrennschalter
Schubkapazität
Hochspannungsgleichrichterröhre (200'000 V)
Hochspannungsgleichrichterröhre (200'000 V)
Mechanischer Hochspannungsgleichrichter
Polaritätswechselschalter
Glättungskapazität
Prüfobjekt (Draht, Spitze oder Stab gegen Kugel)
Messfunkenstrecke (250 mm /)
Kapazität für Ausschaltimpuls
Hilfsanodenwechselspannung
Einschaltimpulsröhre
Einschaltknopf
Ausschaltknopf
Einschaltthyratron
Gitterableitwiderstand für Einschaltthyratron
Anodenwechselspannung für Einschaltthyratron
Gitterableitwiderstand für 137
136
137
Entkopplungskondensator
Negative Gittervorspannung für 129, 136 und 137
Anodengleichspannung für 129, 136 und 137
Ausschaltthyratron bei positivem Prüfobjektüberschlag
Ausschaltthyratron bei negativem Prüf Objektüberschlag
138
139
Kathodenwiderstand für 137
Gitterableitwider stand für 136
140
Arbeitswiderstand der Thyratrons
134
135
146
147
129, 136 und 137
Kopplungskondensator für Ausschaltimpuls
Kopplungskondensator für Ausschaltimpuls
Bandpass des Analysators (Grundharmonische)
Umschalter für Spannungsanalyse
Bandsperre des Analysators (Oberharmonische)
Umschalter für Scheitelwerts- und Welligkeitsmessung
Kathodenstrahloszillograph
148
Analysator
149
Scheitelwertsmesseinrichtung
Gleichspannungsmesseinrichtung
141
142
143
144
145
150
-
Die
2.4.1.3
98
-
Schnellabschaltung
Durch den Ueberschlag am Prüf Objekt, der im Scheitelwert der Spannungs¬
erfolgt, wird an einem Widerstand (140) eines elektronischen Hilfskreises
ein Spannungsabfall erzeugt, der auf die Gitter der Mutatoren (105) und (106)
kurve
übertragen,
deren
Sperrung
beim
darauffolgenden
ersten
Nulldurchgang
des
Stromes bewirkt.
Etwas
genauer
betrachtet
verläuft
dieser
Abschaltvorgang folgender-
massen:
Ueberschlag am Objekt wird die Kapazität (124) über eine Lösch¬
geladen. Der dabei auftretende Impuls wird auf das Gitter des
Thyratrons (136) und ebenfalls auf die Kathode der Röhre (137) übertragen. Je
nach der Polarität beim Ueberschlag und damit auch derjenigen an der Kapazität
(124), wird die eine dieser beiden Hilfsröhren gezündet. Dadurch ist es nach¬
träglich möglich festzustellen, bei welcher Polarität der Ueberschlag am Objekt
stattgefunden hat 7). (Bei +Polarität zündet (136), bei -Polarität (137).) Der nun
fliessende Anodenstrom, dessen Quelle die Institutsbatterie (135) ist, erzeugt
man am nichtgeerdeten Ende des Widerstandes (140) die oben erwähnte negative
Beim
funkenstrecke
Spannung, die
werden, dass
den Gittern der Mutatoren zuzuführen ist. Dabei
muss
beachtet
(106) geerdet, also ein festes Potential,
diejenige des Mutators (105) hingegen ein variables besitzt, das im Sperrzustand
gleich der Generatorspannung wird. Das vom Widerstand (140) abgenommene
negative Potential gegen Erde kann daher dem Gitter des Mutators (106) direkt,
demjenigen des Mutators (105) aber erst nach Ueberlagerung einer der Spannung
an den Ventilen gleichen Grösse zugeführt werden, damit bei diesem Mutator
(105) zwischen Kathode und Gitter auch eine konstante, negative Spannung ent¬
steht. Der nicht stromführende Mutator wird sofort, der andere beim folgenden
Stromnulldurchgang gesperrt. Damit ist die Abschaltung-vollzogen.
die Kathode des Mutators
(128) wird die Röhre (136) gezündet;
Schaltbefehl, also ohne Ueberschlag am Prüf-
Durch Schliessen des Druckknopfes
es
kann somit auch durch einen
objekt, elektronisch abgeschaltet werden.
2.4.1.4
Die synchrone
Wiedereinschaltung
Druckknopf (127), so gibt ein zweiter Hilfskreis kurz vor
Generatorspannung einen Zündimpuls auf Röhre (129). Durch
die in ihrem Anodenkreis liegende Wechselspannung löscht diese von selbst
wieder, nachdem sie das stromführende Thyratron (136) bzw. (137) ebenfalls
zum Löschen gebracht hat. Damit verschwindet auch die negative Vorspannung
der Mutatorgitter und der Einschaltprozess ist vollzogen.
Betätigt
man
den
dem Nullwert der
Etwas genauer betrachtet spielen sich dabei
Phasenlage
folgende Vorgänge
ab:
Spannung (131) sind so gewählt, dass die Röhre
kann, wo ihre Anodenspannung bei positivem
Gitter gerade den Zündwert hat. Nach erfolgter Zündung bewirkt die Wechsel¬
spannung (131) zunächst eine Umkehrung der Polarität an dem während der Dauer
der Abschaltung des Transformators (108) brennendem Thyratron (136) bzw.
(137), welches dadurch gelöscht wird. Zu einem etwas späteren Zeitmoment
bewirkt die genannte Spannungsquelle (131) nun auch eine Umkehrung des Vor¬
zeichens der an der Röhre (129) liegenden Spannung, sodass auch diese wieder
(129)
nur
löscht.
und Grösse der
in dem Moment zünden
-
99
-
In diesem Moment, wo die speisende Generatorspannung gerade durch
gehen soll, verschwindet der Spannungsabfall am Widerstand (140); damit
werden die Mutatorgitter freigegeben und die synchrone Einschaltung hat statt¬
gefunden.
Null
2.4.1.5
Gleichspannungsbetrieb
Für die Erzeugung von Gleichspannung für das Prüfobjekt sind zwei Arten
Gleichrichtung, die mechanische (119) oder die mit Ventilröhren (117) und
(118) bewerkstelligte, angewendet worden. Die Vor- und Nachteile der einen
oder anderen Art der Gleichrichtung sind an anderer Stelle bereits erwähnt
worden. Die auf die gewünschte Art gleichgerichtete Spannung wird dem Glättungskondensator, dem Prüfobjekt und den Messeinrichtungen durch passende
Stellung der Drehtrenner (110) bis (115) zugeführt. Die Spannungsverdopplungsschaltung nach Delon mit dem Schubkondensator (116) wurde gewählt, um bei
gegebener Ventilsperrspannung eine möglichst hohe Nutzgleichspannung zu er¬
zielen. Die Höhe des algebraischen Mittelwertes der Gleichspannung wird, wie
bereits erwähnt, aus der Grösse des einen hochohmigen Widerstand durchfliessenden Stromes mit einem Drehspulinstrument gemessen. Diese Messein¬
richtung werde im Prinzipschema durch das Instrument (150) symbolisch dar¬
gestellt. Weiter kann durch Anschluss der schon beschriebenen Scheitelwertsmesseinrichtung über den Schalter (146) an die Gleichspannung, deren Wellig¬
keit bestimmt werden. Zu Eichzwecken wird wiederum die Gleichspannung mit
der Kugelfunkenstrecke (123) gemessen.
der
Falls man vom Einfluss der Welligkeit der Gleichspannung absieht, kann
Ueberschlag des Objektes bei irgend einem beliebigen Momentanwert der
Spannung des speisenden Generators auftreten. Die Schnellabschaltung erfolgt
dann beim ersten Stromnulldurchgang mit einer maximalen Verzögerung von
der
einer halben Periode. Dies
spielt
aber wegen der grossen Ladezeitkonstante
Glättungskapazität (121) keine Rolle. Die stark gedämpfte, langsame Auf¬
ladung würde auch bei einer nicht synchronisierten Wiedereinschaltung ein
Ueberschwingen der Gleichspannung am Prüfobjekt verunmöglichen, hingegen
nicht das Auftreten von Sperrspannungen am Gleichrichter verhindern, die viel
grösser als im stationären Betrieb wären. Beim spannungsmässig voll ausge¬
nützten Röhrengleichrichter ist daher ebenfalls eine synchrone Wiedereinschal¬
tung notwendig.
der
2.4.2
Schaltung
zur
Erzeugung
und
Messung
von
Spannungsstössen
mittlerer Steilheit. Abb. 48
Die verwendeten
sehen
(210)
Stosspannungen werden
hier mit einem normalen Marx1
mit extra grossem Dämpfungswiderstand (209) erzeugt.
stelle den Seriewert der sechsstufigen Stosskapazität nach der bekannten
Stossgenerator
Vervielfachungsschaltung dar. Ihre Aufladung erfolgt in bekannter Weise bei
geschlossenem Schalter (202) aus der Spannungsquelle (201) über den Wider¬
stand (203), den Hochspannungstransformator (204), Schubkondensator (205),
die Gleichrichterröhren (206) und (207) und den äusseren Ladewiderstand (209).
Beim Ansprechen der Funkenstrecke (211) entsteht dann am Belastungskonden¬
sator (214), dem Prüfobjekt (216) und der Kugelfunkenstrecke (217) mit Hilfe
100
Abbildung 48
Prinzipschaltung
für die
Erzeugung und Messung
von
mittlerer Steilheit
209
*^b*.
*°
203
204
Ladespannungsquelle (250 Volt-Netz, reguliert)
Ladespannungsschalter
Unterspannungsseitiger äusserer Ladewiderstand
Ladespannungstransformator (220/120*000 V)
205
Schubkondensator
206
Hochspannungsgleichrichterröhre (140'000 V)
Hochspannungsgleichrichterröhre (140'000 V)
201
202
207
208
Polaritätswechselschalter
209
Oberspannungsseitiger äusserer Ladewider stand
Stosskapazität der Marx-Schaltung
210
211
Schaltfunkenstrecke
212
Dämpfungs widerstand
213
Ableitwiderstand
214
Belastungskapazität
215
216
217
Kaltkathodenstrahloszillograph
Prüfobjekt (Draht, Spitze oder Stab
Messfunkenstrecke
(250
mm
ß)
gegen
Kugel)
Stössen
-
101
-
Abbildung 49
Prinzipschaltung
für die
Erzeugung
und
Messung
kleiner Steilheit
301
302
303
304
1000 V, 200 kVA)
Ladespannungsgenerator (50 ~
Ladespannungsölschalter
Unterspannungsseitiger äusserer Ladewiderstand
Ladespannungstransformator (500/200'000 V)
,
305
Schubkondensator
306
307
Hochspannungsgleichrichterröhre (200'000 V)
Hochspannungsgleichrichterröhre (200'000 V)
308
Polaritätswechselschalter
309
Oberspannungsseitiger
310
311
Erste Stosskapazität (Marx-Schaltung)
Schalt- und Löschfunkenstrecke
312
Dämpfungswiderstand
Zweite Stosskapazität
313
314
äusserer Ladewiderstand
Ableitwiderstand
315
Frontwiderstand
316
317
318
Belastungskapazität
Kaltkathodenstrahloszillograph
Prüfobjekt (Draht, Spitze oder Stab
Messfunkenstrecke (250 mm jtf)
319
gegen
Kugel)
von
Stössen
-
102
-
Dämpfungswiderstandes (212) und der Ableitung (213) die gewünschte Span¬
nungskurvenform, die mit dem Hochspannungskathodenstrahloszillographen (215)
gemessen wird. Es besteht auch hier wieder die Möglichkeit, Eichungen
mit der Kugelfunkenstrecke (217) durchzuführen. Der Schalter (208) dient zum
des
Umkehren der Polarität.
Der Flachwellengenerator. Abb. 49
2.4.3
Gleichwie im Prinzipschema Abb.48, stelle auch hier der Kondensator (310)
sechsstufige Stosskapazität des Marx-Generators dar. Seine Aufladung er¬
folgt prinzipiell wieder gleich wie bei der vorher beschriebenen Schaltung. Es
werden jedoch, der grösseren Ladespannungshöhe wegen, andere Schaltelemente
die
verwendet.
Beim Durchzünden der Vielfachschaltung entsteht plötzlich über der
Spitzenfunkenstrecke (311) eine ihren statischen Durchbruchswert überschiessende Spannung, sodass diese Strecke ebenfalls sofort durchschlagen wird. In
der Folge lädt sich nun eine zweite Stosskapazität (313) über den Dämpfungs¬
widerstand (312) bis zur Erreichung der Spannungsgleichheit an (310) und (313)
auf. Die Spitzenfunkenstrecke (311) löscht nun und damit ist der rechte Teil der
Schaltung vom linken abgetrennt.
Währenddem der Marx'sche Stossgenerator (310) sich verhältnismässig
rasch über seine inneren Lade wider stände bis zum Löschen seiner Schaltfun¬
kenstrecken entlädt und sich dann für den folgenden Stoss von neuem aufzula¬
den beginnt, entsteht mit Hilfe des Dämpfungswiderstandes (315) und der Ab¬
leitung (314) die gewünschte Spannungsform an der Belastungskapazität (316),
Prüfobjekt (318), der Messfunkenstrecke (319) und dem Oszillographen (317).
dem
2.4.4 Die
aus
GleichspannungundStoss zusammengesetzte Beanspruchung. Abb.
2.4.4.1
Der
50
Allgemeines
linke
Gleichspannung
Teil
stellt die
Schaltung
für
Stoss,
der rechte
diejenige
für
dar.
Mit der gleichen, wie im Prinzipschema Abb. 48 dargestellten, normalen
Stosschaltung, werden am Belastungskondensator (416) in bekannter Weise
Stösse erzeugt, die über den Kopplungskondensator (417) auf das Prüfobjekt
(418) und die mit diesem parallel geschaltete Messfunkenstrecke (420) über¬
tragen werden.
Objekt (418) und der Funkenstrecke
Gleichspannung über den Widerstand (421) zugeführt. Die Erzeugung
der erforderlichen Gleichspannung erfolgt mit mechanischem Gleichrichter
(424) in einer, mit Ausnahme der elektronischen Hilfskreise gleichen Weise,
wie dies auf Abb. 47 dargestellt wurde.
Von der anderen Seite her wird dem
(420)
die
Während an der Messfunkenstrecke (420) die zusammengesetzte Spannung
auftritt, kann deren Gleichspannungskomponente für sich allein am Instrument
(423) und die Stosspannung mit dem Hochspannungskathodenstrahloszillographen
(415)
gemessen werden.
103
-
Abbildung 50
Prinzipschaltung für
die
aus
Gleichspannung und Stössen
gesetzten Prüfspannungsformen
OO
C M
*
ça
i-oczh>-l-
fcp-SM
Hh
zusammen¬
-
401
402
403
404
405
406
407
408
Schaltfunkenstrecke
413
Dämpfungswiderstand
414
415
Ableitwiderstand
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
-
Ladespannungsquelle (250 Volt-Netz, reguliert)
Ladespannungsschalter
Transformator für Einschaltsteuerspannung
Unterspannungsseitiger äusserer Ladewiderstand
Ladespannungstransformator (220/120*000 V)
Schubkondensator für Ladespannung
Hochspannungsgleichrichterröhre (140*000 V)
Hochspannungsgleichrichterröhre (140*000 V)
409
410
411
412
416
417
104
Polaritätswechselschalter
Oberspannungsseitiger äusserer Ladewiderstand
Stosskapazität der Marx-Schaltung
Kaltkathodenstrahloszillograph
Belastungskapazität
Kopplungskapazität
Prüfobjekt (Draht, Spitze oder Stab gegen Kugel)
Induktivität für den Ausschaltimpuls
Messfunkenstrecke (250 mm ff>)
Kopplungswiderstand
Glättungskapazität
Gleichspannungsmesseinrichtung
Mechanischer Hochspannungsgleichrichter
Schubkondensator für Gleichspannung
Resonanzkapazität
Hochspannungstransformator (1000/500*000 V)
428
Resonanzinduktivität
429
Dämpfungswiderstand
430
Isoliertransformator
431
Mutator
432
Mutator
433
Ueberbrückungsschalter
434
435
Oelschalter
Generator (50
436
Ausschaltknopf
~
; 1000
250
V;
kVA)
437
Schalter für automatische
438
Wiedereinschaltung
Einschaltsteuerspannung
439
Einschaltknopf
Kopplungskondensator
440
Gitterableitwiderstand für 442
441
442
443
Hilfsanodenwechselspannung
Wiedereinschaltimpulsröhre
Negative Gittervorspannung für
444
445
Arbeitswiderstand für 442
Arbeitswiderstand der Thyratrons 449 und 450
446
Anodenwechselspannung
447
448
449
450
451
452
453
454
für
442
Einschaltthyratron
Ausschaltimpuls
Gitterableitwiderstand für Ausschaltthyratron
Ausschaltthyratron
Einschaltthyratron
Kopplungskondensator für Einschaltimpuls
Gitterableitwiderstand für Einschaltthyratron
Anodengleichspannung für 449 und 450
Negative Gittervorspannung für 449 und 450
Kopplungskondensator
für
für
-
105
-
Die dargestellte elektronische Schaltung erlaubt eine vollautomatische
Steuerung der Gleich- und der Stosspannungsanlage zur Erzeugung der ge¬
wünschten, zusammengesetzten Beanspruchung.
Ueberschlages am Prüfobjekt, der im allgemeinen durch
Stosspannung erfolgt, wird der nachflies sende Gleichstrom¬
lichtbogen durch elektronische Schnellabschaltung der Speisung gelöscht. Beim
Erreichen einer bestimmten Ladespannungshöhe des Stossgenerators tritt dann
die Wiedereinschaltung der Gleichspannungsvorbeanspruchung des Prüfobjek¬
tes ein, ohne dass ein Ueberschwingen erfolgt.
Im Moment des
die
auftretende
Die elektronische
2.4.4.2
Steuerschaltung
Steuermechanismus folgenPrüfobjekt (418) entsteht an der
Induktivität (419) ein schwingender Spannungsabfall, der auf das Gitter des
Thyratrons (449) übertragen, dieses zum Zünden bringt. (Da die Polarität
beim Ueberschlag aus den Oszillogrammen bekannt ist, konnte hier, im Gegen¬
satz zu der auf Abb. 47 dargestellten Schaltung, auf eine Röhre verzichtet
werden.) Das stromführende Thyratron (449) erzeugt an dem in seinem Ano¬
denkreis liegenden Widerstand (445), genau gleich wie dies auf Abb. 47 dar¬
gestellt wurde, einen Spannungsahfall, der auf die Gitter der Mutatoren über¬
tragen, in bekannter Weise deren Sperrung und damit die Abschaltung der Un¬
terspannung des den Gleichrichter (424) speisenden Transformators (427) be¬
Genauer
dermassen
betrachtet,
ab.
Durch
läuft der elektronische
den Ueberschlag
am
wirkt.
Wiedereinschaltung wird die Unterspannung des Trans¬
angenähert proportional der Ladespannung der Stosskaverwendet. Diese Spannung wird über den Transformator (403)
auf das negativ vorgespannte Gitter der Hilfsröhre (442) übertragen. Diese
zündet beim Erreichen einer bestimmten Ladespannungshöhe am Kondensator
(411), da ihre Anodenwechselspannungsquelle (441) in Phase mit der den Trans¬
formator (405) speisenden Spannung ist. Der dabei am Widerstand (444) auf¬
tretende Spannungsabfall wird auf das Gitter des Thyratrons (450) übertragen,
dessen Wechselspannungsquelle (446) im Anodenkreis ebenfalls mit den übrigen
phasengleich ist. Diese Röhre hat die gleiche Funktion wie Röhre (129) auf
Zur Steuerung der
(405),
pazität (411) ist,
formators
die
Abb. 47. Sie löscht Röhre (449), um nachher selbst zu verlöschen. Dadurch
ist aber der Transformator (427) wieder eingeschaltet worden und die Gleich¬
spannung erscheint erneut
Soll das
der Schalter
am
Objekt (418)
(437)
zu
Objekt.
mit reiner
öffnen.
Stosspannung beansprucht werden,
Dadurch wird
erreicht,
so
ist
dass die elektronische
Abschaltung des Prüftransformators (427) dauernd aufrecht
Die Druckknöpfe (438) und (437) dienen zur willkürlichen Eintung der Gleichspannungskomponente.
erhalten bleibt.
bzw. Ausschal¬
Es sei darauf hingewiesen, dass die erwähnte Wiedereinschaltung der
Gleichspannungsvorbeanspruchung nicht synchronisiert, also zu einem beliebi¬
aber da¬
gen Zeitmoment erfolgen kann. Der Dämpfungswiderstand (429) sorgt
für, dass die im Schaltmoment am Gleichrichter auftretende Sperrspannung
nicht unzulässig hoch wird.
-
2.5
Ueberlegungen
zu
den
Die
2.5.1
106
-
vollständigen Schaltschemata
Maschinengruppe
Beschreibung der Anlage
2.5.1.1
Abb. 51 ist das Schema der
Umformergruppe,
die bei den meisten Ver¬
Speisung verwendet wird. Sie besteht aus einer Haupt- und einer
Hilfsmaschinengruppe mit den dazugehörigen Schalt-, Steuer- und Schutzein¬
richtungen. Die Hauptumformergruppe setzt sich aus den beiden DrehstromSynchrongeneratoren G135*) und GjQg zusammen, die auf gemeinsamer Welle
sitzen und ihren Antrieb vom Drefphasen-Synchronmotor Mjßg erhalten. Die
Hilfsgruppe umfasst die beiden Haupterregermaschinen Gj^ und G134, sowie
ihren Antriebsmotor M«,«. Die Energie der Generatoren G135 undU^e wird
über ferngesteuerte Oefschalter S133, S134, Umtrenner S141 bis S144 und
Sammelschienensysteme A und B auf die Klemmenpaare I, II und IE, IV ge¬
suchen
zur
leitet.
Die Antriebsmotoren der beiden Maschinengruppen werden mit ihren
Steuerapparaten Saj3i bzw* Sa132 angelassen, reguliert und ausser Betrieb
gesetzt. Durch passende Einstellung ihrer Erregungen, speziell derjenigen
der Hauptgruppe, ist ein Betrieb bei günstigem Leistungsfaktor cos cf und eine
Konstanthaltung der Phasenlage der Generatorspannungen gegenüber dem spei¬
senden Netz
möglich,
wie dies für das einwandfreie Funktionieren der auf Abb.
dargestellten Schnellabschaltung erforderlich ist. Die Ueberwachung der Phasenlage erfolgt am Instrument J135 und deren Regulierung am
Handrad des Steuerapparates Saj32. Das Schalten der Erregungen besorgen die
ferngesteuerten Schützen S131 und Si32- Wie aus dem Schema hervorgeht, ist
ihre Einschaltung Vorbedingung für das Einlegen der Oelschalter. Die Ein¬
schaltung der Generatoren ist also nur mit geschlossenem Erregerkreis mög¬
lich. Zum willkürlichen Ausschalten der Generatorspannungen kann man ent¬
weder die Kommandoschalter Sjßg bzw. S140 auf die entsprechende Stellung
drehen oder aber auch die Ausscnaltdruckknöpfe S137 bzw. Sj38 der Erregung
betätigen. In beiden Fällen wird sowohl der Oelschalter wie der Erreger¬
schütz ausgelöst.
52
ausführlich
Einstellung der passenden Stufe
Durch
Rj35
bzw.
an
den
Haupterregerwiderständen
mittels der
entsprechenden, an der Hauptschalttafel befindli¬
chen Handräder, wird der gewünschte Spannungsbereich gewählt. Mit Hilfe der
in den Schaltpulten eingebauten Regulierpotentiometer
R133 bzw. R134 kann
eine
Rj36
praktisch stufenlose Regelung jeweils
vom
Nullwert der
Spannung
aus vor¬
genommen werden.
Beide
Generatoren
sind polumschaltbar und besitzen zwei
Statorwick¬
parallel geschaltet werden können. Auf diese Art ist
der Generator G135 eine maximale Nennspannung von 500
oder 1000 V bei einer Frequenz von'50 oder 150 Hz liefern kann. Der GeneratorG1«fihatdieselben Spannungsbereiche, jedoch die Frequenzen 50 und 100 Hz.
lungen, die sériees
möglich, dass
*) Erklärung
oder
sämtlicher Textzeichen auf Seite XUI und
speziell
der Kurzbezeich¬
nungen der hier verwendeten Schaltelemente auf den Seiten 108 und 109.
-
107
-
Abbildung 51
Vollständiges Schema
der
Maschinengruppe
und
Sammelschienensysteme
_[
r
Gm
j^-'^Tl
"•»
[5
.&
«
da«
1==
fP
ŒÏ
TS
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II
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qIqI |g)lö)llg
I
-
108
-
R
131
96
Q
J
131
1200 V
R
132
133
96
fl
J
132
1200 V
41
2
J
133
34
fl
J
134
500/5
400/4
R
134
135
10
a
J
135
3
R
136
12,5
a
Sa
131
500
G
131
65
Sa
132
500
G
132
133
134
65
Re
131
5 A
Re
132
5 A
R
R
G
G
V/7,
V/7,
7 A
7 A
V/380 A
V/300 A
50/150~; 500/1000
50/100 ~; 500/1000
60
50
G
G
135
M
131
132
500
500
V/62 A
V/282 A
131
132
250
250
V/40
V/40
S
133
134
S
135
S
136
137
138
139
140
V/600
10'000 V/600
500 V/10 A
500 V/10 A
M
S
S
S
S
S
S
s
s
s
s
s
136
500
500
500
141
142
143
144
V/10
V/10
V/20
V/20
V
A
1)
A
A
A
5 A
V/62 A
V/282 A
:
Hilfserreger
Haupterreger
3)
4)
5)
Drehstromgenerator 300 kVA, MFO
Drehstromgenerator 250 kVA, MFO
Synchronmotor für Erregergruppe
6)
Synchronmotor für Generatorgruppe
PS, 1500 T/M,
200
7)
A
x
2)
63
A
V/1
100
Bemerkungen
A
10*000
500
V
1)
1)
2)
2)
3)
4)
x
A
MFO
kW, 1500 T/M, MFO
Oelschalter
A
A
10 '000 V
10*000 V
10'000 V
10'000 V
Bedeutung der Abkürzungen auf den Abbildungen 51, 52, 57,
61, 62, 66, 84
und 85
I. Buchstaben:
An
As
B
C
Anode
M
Anstosselektrode
Batterie
Motor
Mk
Messkalotte
Ng
Pu
Netzgerät
Prüf obj ektanordnung
Pumpe
R
Widerstand
Kapazität
O
Es
Eichsender
F
Sicherung
Fokusierungssystem
Fo
Fu
G
Gr
H
Hg
Funken strecke
Ra
Re
Röhrenamperemeter
S
Schalter
Relais
Generator
Gleichrichter
Sa
Hochspannungsquelle
Quecksilberdampflampe
Steuerapparat
Sg
Sp
Schubspannungsgerät
Sperrplattensystem
J
Instrument
Jr
K
Induktionsregler
V
Kabel
Röhre
Ka
Kathode
Ko
Va
Ve
Kathodenstrahloszillograph
Vakuumventil
Ventilator
Vp
Vorgangsplattensystem
Vorvakuumgefäss
Ku
Kugel
L
Induktivität
Lf
Eisenhaltige
Tr
Vv
Induktivität
Zg
Zp
Transformator
Zeitablenkspannungsgerät
Zeitplattensystem
-
n.
Dreistellige Zahl:
1.
Zahl: Unterabschnittsnummer
109
von
-
2. 5.
Maschinengruppe und Sammelschienensvsteme (Abb. 51)
Unterspannungsschaltung bei Wechsel- und Gleichspannungsbetrieb
(Abb. 52 )
3, 3a Oberspannungsschaltung bei Wechsel- und Gleichspannungsbetrieb (Abb. 57
und 61)
4
Stosschaltung für Wellen mittlerer Steilheit (Abb. 62)
5
Stosschaltung für Wellen geringer Steilheit (Abb. 66)
6
Unterspannungsschaltung bei zusammengesetzter Beanspruchung (Abb. 84)
7
Oberspannungsschaltung bei aus Gleichspannung und überlagertem Stoss
zusammengesetzter Beanspruchung (Abb. 85)
1
2
2. & 3.
Zahl: Hoch- oder
01.. .29
01.. .49
Hochspannungsschaltelement auf den Abb. : 52, 57, 61, 62
Hochspannungsschaltelement auf den Abb. : 66 und 85.
Niederspannungsschaltelement auf den Abb. : 51, 52, 62 und
Niederspannungsschaltelement auf Abb. : 57.
Niederspannungsschaltelement auf Abb. : 61.
Niederspannungsschaltelement auf den Abb. : 66 und 85.
31.. .99
31.. .69
71.. .99
51.. .99
2.5.1. 2
Niederspannungsschaltelement.
Verwendungszweck
bei den einzelnen
und 84.
84.
Prüfschaltungen
Bei der Prüfschaltung
Generator G135 bei parallel
für Wechselspannung von 50 bzw. 150 Hz wird
geschalteten Statorwicklungen zur Speisung ver¬
wendet. Die Energieführung erfolgt dabei über das Sammelschienensystem A
auf das Klemmenpaar I, II. Die Konstanthaltung der Phasenlage der Generator¬
spannung gegenüber dem Netz erfolgt, wie im Abschnitt 2.5.1.1 beschrieben
wurde.
Bei der Prüfung mit Gleichspannung wird die Schaltung wieder durch den
Generator GJ35 bei einer Frequenz von 50 Hz gespeist, also gleich, wie bei
Wechselspannungsbetrieb.
aus
Der Generator für Stösse mittlerer Steilheit bezieht seine Energie direkt
dem 250 Volt-Netz des Instituts, ohne Verwendung der hier beschriebenen
Umformergruppe.
Die
Generator
zur
Speisung
melschienensystem
Die
Schaltung
ben, wie
wurden.
Flachwellengenerators dienende Spannung
Uebertragung der Energie erfolgt über
auf das Klemmenpaar IH, IV.
des
G136 geliefert.
B
Die
wird
vom
das Sam¬
Speisungen des Gleichspannungs-, sowie des Stosspannungsteils der
für die Erzeugung zusammengesetzter Prüfspannungen sind diesel¬
sie für die entsprechenden einfachen Spannungsformen beschrieben
-
no
-
Abbildung 52
Vollständiges Schema der Unterspannungsschaltung bei Wechselund Gleichspannungsbetrieb
R231
«232
«233
«234
«235
«236
«237
«238
«239
«240
R241
«242
«243
«244
«245
«246
«247
«248
«249
«250
«251
«252
«253
«254
«255
«256
«257
2258
«259
«260
«261
«262
«263
«264
«265
«266
«267
«268
«269
«270
«271
«272
«273
«274
«275
«276
«277
«278
«279
«280
«281
«282
«283
«284
«285
«286
«287
«288
l'OOO
ö
l'OOO
ft
1*000
Q
500
ö
2'000
l'OOO
Q
5'000
Q
9_
15
2
100
n
10'000
0,
0,
ft
30
C231
C232
C233
C234
C235
C236
C237
C238
C239
C240
C241
C242
C243
5'000
5'000
5'000
1
pF
pF
pF
pF
AI.F
pF
pF
pF
pF
MF
200
af
0;5'000;20'000
1
2'500
10'000
60...800
60...800
50
/UF
5
/IF
C245
C246
C247
250'000
250'000
250*000
250'000
0
C248
250'000
100
Q
ft
C249
C250
C251
250*000
6'700
250*000
pF
pF
pF
pF
pF
PF
pF
pF
pF
pF
5 fiF
3ft
500
S
6'700
s
s
500
15
ft
0, 3Q
15
5, 2S2
5, 2ft
C244
250*000
250*000
1,
7ft
C252
C253
C254
C255
C256
C257
C258
1,
1,
7 ft
C259
1
118
2'000
l'OOO
ft
ft
180
ft
180
fi
ft
180
250*000
0,
0, 5
70
20'000
12
15
mHy
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2)
2)
2)
2)
ft
8, 6ft
8, 6ft
8, 6ft
2'500
ft
2'500
ft
2'500
ft
10
ft
9
ft
1'200
180
ft
180
ft
180
ft
20
ft
ft
20
ft
1'300
ft
800
a
3'200
n
250
ß
10'000
a
10'000
n
^231
Lf232
Lf233
Lf234
Lf235
Lf236
U237
"238
L*239
"240
L£241
160
250
250
kV
kVrf£
mHy
50
mHy
75
mHy
38,
27, 20 mHy
13, 28 mHy
500
V
500
V
i)
i)
3)
3)
3)
4)
4)
Schubwicklung
Schubwicklung
500
V
5)
500
V
5)
Gr231
190
Fu231
Fu232
F"233
80
V
80
v~
V"
80
70 A
S 240
35 A
|241
s242
70 A
v=;0,:3 A=
70 A
35 A
500 V
10'000 V
200 A
10'000 V
10'000 V
200 A
200 A
10'000 V
200 A
10'000 V
200 A
10'000 V
200 A
10*000 V
200
10*000 V
A,
200 A
10'000 V
200
10'000 V
A,
70 A
70 A
258
70 A
70 A
s260
70 A
s262
s263
S 264
S 265
s266
s 267
s 268
S 269
500 V
35 A
200 A
259
S 261
250 V
30 A
°257
S
L233
ft
s239
S
ft
350
250 V
35 A
S 256
100
350
35 A
S 238
S 254
S 255
mHy
kVtff
250 V
s237
s253
ft
kVeff
35 A
S 251
S 252
312
250
A;
A;
500 V
2
s250
L232
ft
500 V
235
°236
S 247
ft
350
A;
35
S 248
S 249
pF
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«F
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u203
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s233
s234
S 245
5
ft
ft
500 V
A;
s244
7ft
2'000
1'200
A;
35
S 243
fa
mHy
35
°232
S
L231
5
?231
70 A
2
A,
35
A,
500 V
A,
35 A,
250 V
35
250 V
110 V
2
500 V
A,
A;
500 V
2
500 V
500 V
35
s270
A;
2
S 271
S 272
A;
500 V
35
A;
500 V
35
A;
500 V
J231
J232
J233
J234
J235
1236
J237
J238
J239
J240
J241
J242
J243
J244
J245
12 V
6 V"
30 V"
120
v;
15 A
6 V
6 V
120 V
150 V"
75 V
650... 130 V
520...130 V
5 A
5
A;
110 V
150 V
M
I
Abbildung 52
M—Mi
rl'l»—|i|»j«~
ÏÏ3ÏÏ
£3|gg-3ä
Tr
r*o
Tr
,lttm
On
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m
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Il
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II
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Jtt*
Jus
Rtu
-
'231
A;
A;
250 V
25
25
A;
250 V
[234
35
500 V
[235
A;
35 A;
500 V
2
Ai
Ai
1-200 V
I232
I233
I236
*237
5,238
25
35
500 V
2
Ai
1'200 V
2
[240
p241
A;
A;
1'200 V
1
1 A;
2'000 V
1,7 A
r241
,l5Yiä«
M231
M232
3x110 V
3x250 V
0,025.
60
80
V;
232
A
Ko231
25
Tr:
Tr233
Tr234
Ti-235
Tr236
Tr237
Tr238
Tr239
Tr240
6x120 V
V;
V;
V;
Tr201
Tr 231
2'000 V
Jr231 A 3x250/ #
J*232 A 3x110/ A
Jr233 A 3x250/ A
13
v231
v232
v233
v234
V235
v236
250 V
l23s
B231
B232
B233
B234
Ill
cm
1,7
0,2
0,2
Tr
A
242
Tri
243
A
Tr:
244
250 Va ;
220 Va ;
0,29
0,25
Ve231
Ve232
0, 05
0,04
Re231
450
-
7'500
V;
V,
400 V;
17
7)
17
8)
400 V,
17
Vi
Vi
8)
100
9)
10)
400
440
310
0,05 A
80
l'000/500'000
250/2, 5
220/6, 5
220/7
220/7
220/2, 5
250^380/220
250/55
250/2x110
250/280
500/100 u. 110
500/100 u. 110
1500/250
100/50/20/10/5
250/43
V
11)
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
A
V
12)
A
A
PS
PS
S
Bemerkungen: *)
Zusatzinduktivität zu Lf 233... 235
Oberspannungswicklung von Tr 201
Aeussere Resonanzinduktivität BBC
Unterspannungswicklung von Tr
Kaskadenwicklung von Tr 201
201
Zweikanal-Elektronen sc halter
Thyratron S 1/50 AEG
Thyratron S 1/50 i AEG
Sechs-Anoden-Mutator SWHGRIOOG
Signum
Ein-Anoden-Mutator LGOla BBC
Prüftransformator 250 kVA, BBC
Anpassungswandler
)
E rklärung der
Kurzbezeichnungen
der Schaltelemente auf den Seiten 108 und 109.
112
-
2.5.2
Die
Unterspannungsschaltung
-
bei Wechsel- und
Gleichspannungsbetrieb
Der Hauptkreis
2.5.2.1
Allgemeine Beschreibung des Hauptkreises
2.5.2.1.1
dargestellte Hauptkreis schliesst sich mit seinem Klem¬
gleichbezeichnete der Abb. 51, welche die Speisung dar¬
stellt, an. Der dick ausgezogene Hauptkreis führt einerseits über die Resonanz¬
induktivitäten Li233 bis Lf235> L231 bis L233 und andererseits über die Schalt¬
Der auf Abb. 52
menpaar
organe
I, II
das
an
V235, V236, S„42
Tr20l "^ endigt an dessen
Klemmenpaar anschliessende
Wir sehen dort, dass die Oberspan¬
auf den Prüftransformator
Die an
OberspannungsklemmenpaarVundVI.
Schaltung ist aus der Abb. 53 ersichtlich.
dieses
nung zunächst auf die Resonanzkapazität C301 bis C304; C331 bis 0335 geführt
wird und schliesslich entweder als Wechselspannung direkt oder als Gleichspan¬
nung indirekt das
Prüfobjekt erreicht.
Schaltgefässe kommen ein Einanoden- und ein SechsanoAnwendung, da die Schaltung aus im Institut vorhandenen Appa¬
Als elektronische
denmutator
zur
zusammengestellt werden muss. Ihre unterschiedlichen Zündkennlinien
im verwendeten Betriebspunkt durch geeignete Gitterschubspannungen
genügend genau einander angepasst werden. Es ist noch ein mechanischer Schal¬
der Mutatoren vorgesehen, wenn mit ausgesprochen
ter zur Ueberbrückung
niedrigen Prüfwechselspannungen gearbeitet wird. In diesem Falle ist nämlich
die Brennspannung der Ventile im Vergleich zur Generatorspannung so gross,
dass der elektronische Schaltmechanismus unzulässige Verzerrungen der Kur¬
venform der Prüfspannung verursachen würde.
raten
können
Der
verwendete
Prüftransformator
ist
vom
bekannten
Isoliermanteltyp,
bei dem der Eisenkern auf halber Hochspannung liegt. Die Oberspannungswick¬
lung ist auf beide Schenkel je zur Hälfte verteilt. Jeder Schenkel trägt zwei
parallel geschaltete,
in
entgegengesetztem
Sinn
gewickelte Spulen,
die in der
Schenkelmitte beginnen und deren Enden am Eisenkern angeschlossen sind. Der
magnetische Ausgleich der beiden Schenkel wird durch eine Schubwicklung er¬
zwungen und die kapazitive Uebertragung von Ausgleichsvorgängen in der Ober¬
spannungswicklung auf die Unterspannung wird durch Peter sen'Schirme ver¬
hindert.
Fernhaltung rasch veränderlicher Störspannungen von der gesamten
Steuerschaltung ist das erste Erfordernis für deren einwand¬
freies Arbeiten. Um eine Uebertragung durch galvanische Kopplung über die
Erdung zu vermeiden, wurden zwei getrennte Erdungssysteme (vgl. Abb. 52)
verwendet, das eine für rasch veränderliche, das andere für langsam ändernde
Vorgänge.
Die
elektronischen
Wir
wollen
im
folgenden
das
tatsächliche
UeberSetzungsverhältnis
des
Prüftransformators, die äusseren Resonanzinduktivitäten für oberwellenarme
Spannung, sowie für günstigste Schnellabschaltung nach den abgeleiteten Formeln
bei den in Betracht kommenden Betriebszuständen berechnen, mit den experi¬
mentell gefundenen Werten vergleichen und daran anschliessend die verwendeten
Mutatoren mit ihren zugehörigen Zünd- und Erregerkreisen, sowie die gegen¬
seitige Anpassung ihrer Zündkennlinien behandeln.
113
-
2.5.2.1.2
Die
des
Bestimmung
-
des tatsächlichen
Prüftransformators,
2.5.2.1.2.1
Uebersetzungsverhältnisses
sowie seiner
Ersatzgrflssen Lsg
und
fif
Cs»
Die Daten
Aus der verwendeten Schaltung wurden folgende Daten für die der
rechnung zugrunde gelegten, vereinfachten Schemata gemäss den Abb. 11
Be¬
und
12 ermittelt:
(2.5.2.1/1)
=
500
=
0,656
mHy
Lu
=
0,656
mHy
/4)
Lf
=
180
mHy
/5)
C's
=
215
^uF
/6)
C
=
25
^F
(bei "Leerlauf")
A)
c
=
390
yUF
(bei Belastung
/8)
R
=0,36
ü
/2)
L's
/3)
~
)
Q.
Da der Einfluss des Magnetisierungsstromes klein ist, nehmen wir diesen und
damit auch Lf als linear an. Die Kapazität der äusseren Belastung beträgt bei:
"Leerlauf" 100 pF Schaltkapazität; bei Belastung ~ 250 pF Schalt- und Objekt¬
kapazität plus 1310 pF Spannungsteilerkapazität. Alle ohm'sehen Spannungsab¬
fälle am Generator, Transformator und Vorschaltwiderstand sind in R konzen¬
triert.
Berechnung des Uebersetzungs¬
Spannungshöhe unabhängige Belastung
sich im vorliegenden Falle als zulässig
Es wird der Einfachheit halber für die
verhältnisses
(Cns
=
0,
Rns
erwiesen hat.
kapazitive,
rein
=
oo
)
von
angenommen,
der
was
114
-
2.5.2.1.2.2
Für
Die
die
Gleichungen
folgendes:
Ersatzgrössen Cs» und Ls»
verschiedenen
Betriebszustände
(2.3.1.6/32), /43)
und
/44)
(2.5.2.1/ 9)
Cs+
=
107,1
/10)
Ls+
=
0,
=
i
und
bekommt
für die
man
mit
Ersatzgrössen Cs*
Hilfe der
und
Ls+
Hz)
(bei
50
mHy
(bei
50 Hz im
"Leerlauf")
0,609
mHy
(bei
50 Hz und
Belastung)
pF
4785
/ll)
Ls*
/12)
Cs+
=
103,2
JU.F
(bei 150 Hz)
/13)
Ls+
=
0,479
mHy
(bei 150
Hz im
"Leerlauf")
/14)
Ls*
=
0,610
mHy
(bei 150
Hz und
Belastung)
2.5.2.1.2.3
den
-
Die
UeberSetzungen
Die Uebersetzungen bei den erwähnten Betriebszuständen werden nach
Gleichungen (2.3.1.6/56) und /58) für die angegebenen Daten berechnet
diesen zum Vergleich die gemessenen (in Klammern) gegenübergestellt.
Hier die Resultate:
/15)
\
1,012
ü
(1,018 ü)
(bei
/16)
üt
1,146
U
(1,143 ü)
(bei 150
/17)
"t
1,063
U
(1,052 ü)
(bei
/18)
ü*
2,
U
(2,
(bei 150
Die
23
40
U)
50 Hz im
"Leerlauf")
"Leerlauf")
Hz im
50 Hz und
Belastung)
Hz und
Belastung)
Uebereinstimmung von Rechnung und Messung ist befriedigend. Der
hauptsächlich darauf, dass die wirksamen Kapazitäten der
Belastung mit steigender Spannung zunehmen (Cns 4 0) und damit auch die
Uebersetzung.
Unterschied beruht
-
2.5.2.1.3
Numerische
115
Berechnungen
-
der äusseren Resonanzinduktivität
für oberwellenarme
Prüfspannung
elektronische
und für
La
günstige
Abschaltung
2.3.1.3 und 2.3.1.4 abge¬
Bestimmung der äusseren Resonanzinduktivität La zu
praktisch brauchbaren Ergebnissen führen, sollen die Resultate der Berech¬
nungen der einzelnen Werte bei den in Frage kommenden Betriebszuständen,
unter Zugrundelegung der bei unseren Versuchen vorhanden gewesenen Daten,
kurz mitgeteilt werden. Schliesslich seien zum Vergleich die experimentell ge¬
fundenen Zahlenwerte für La den berechneten noch gegenübergestellt.
Zum
Nachweis,
dass die in den Abschnitten
leiteten Formeln für die
Als Grenzwerte der Betriebszustände kommen in
la)
Rein
lb)
Durch
kapazitiv belasteter
Kreis
(Rns
=
co
)
Frage:
bei 50 Hz
Koronaentladungen zusätzlich belasteter Kreis
200 9. ) bei 50
(Rns
=
2a)
Rein
2b)
Durch
kapazitiv belasteter
Kreis
(Rns
=
co
)
Hz
bei 150 Hz
Koronaentladungen zusätzlich belasteter Kreis
(RÄs =85,8 Si)
In allen Fällen ist Cns
=
0 angenommen, da dieses
übrigen Schaltungsdaten wurden bereits
bei 150 Hz
gegenüber C
im Abschnitt 2.5.2.1.2.1
klein ist. Die
angegeben.
kleinsten Oberwellengehalt, also für genaue Resonanz, d.h.
für den Kleinstwert von Uq/U', ergibt sich nach den Formeln (2.3.1. 3/12) bis
Für
/16)
bei
Verwendung der Daten /2), /3),
genannten Werte für Rns:
/4), /7), /8), /9), /ll), /12), /14),
sowie der soeben
(2.5.2.1/19)
La
/20)
La
/21)
La
/22)
La
CO)
=
21,56
mHy
( 50 Hz, Rns
=
=
21,52
mHy
(
Hz,
Rns
=
200 &
50
=
1,008
mHy
(150 Hz,
Rns
=
CO)
=
1,001
mHy
(150 Hz,
Rns
=
85,8
)
)
Sl
elektronische Abschaltung, bei welcher die
Für günstigste
Generatorspannung bekanntlich mit dem Generatorstrom, mit Rücksicht auf
die wiederkehrende Spannung, in Phase sein soll, ergeben sich nach den For¬
meln (2.3.1.4/9) und /10), sowie (2.3.1.2/2) und (2.3.1.3/16) folgende Zahlen
für die äussere Induktivität:
/23)
La
/24)
La
/25)
La
/26)
La
Rns
=
CO)
50 Hz, Rns
=
200 Ä
=
21,53
mHy
( 50 Hz,
=
21,51
mHy
(
=
1,032
mHy
(150 Hz,
Rns
=
CO)
=
1,030
mHy
(150 Hz,
Rns
=
85,8
3.
)
)
-
Die
chen
Werte,
die zur
praktisch nicht
von
116
-
Bedingung für kleinen Oberwellengehalt gehören, wei¬
denjenigen ab, die für möglichst günstige elektroni¬
sche Abschaltung erforderlich sind, ebenso hat die hier vorkommende
belastung nur unwesentlichen Einfluss auf das Ergebnis.
Bei
Werte,
der
praktischen Versuchsdurchführung wurden folgende
übereinstimmen, gefunden:
die recht gut mit den berechneten
(2.5.2.1/27)
L
=
21,75
mHy
bei 4
/28)
Es erwies
La
=
1,022
induktiver Verstim-
mHy
mung.
sich nicht als
notwendig die äussere Induktivität während der Auf¬
Messreihe, bei unveränderlicher Frequenz, zu verändern, um
Anpassung an die jeweilige Koronabelastung vorzunehmen.
nahme
eine
Korona¬
einer
2. 5.2.1.4
Die Mutatoren
2.5.2.1.4.1
Der Einanodenmutator
Schaltungszweig gelangt der auf Abb. 53 dargestellte pumpen¬
Einanodenmutator mit Metallgefäss zur Anwendung. Nach der Zündung
wird in ihm durch zwei Hilfsanoden dauernd ein kleiner Lichtbogen unterhalten.
Wie aus Abb. 52 hervorgeht, besteht der Zündkreis aus den Schaltelementen
Im einen
lose
^36' T£239> Gr231> R277> C258> S235 und R276u Die Elemente s234» R275>
Ti"238> ^281' R282> Ij*232 UI^^235 Duden den Erregerkreis. Da die Zünd-
kennlinie ziemlich stark temperaturabhängig ist, ist eine regulierbare Kühlung
vorgesehen. Der Entkopplungskondensator C259 macht den Mutator gegen rasch
veränderliche Störspannungen unempfindlich. Eine weitere durch diesen Kon¬
densator zu erfüllende Aufgabe ist später (im Abschnitt 2.5.2.5) genannt. Der
aus den Schaltelementen B233, S233, ^234'
"^
bestehende Kreis
gestattet
den
Zündpunkt passend einzustellen.
2.5.2.1.4. 2
Da
steht,
nur
c255
R265
Der Sechsanodenmutator
ein
einziges Einanodengefäss genügender Leistung
im
zweiten
Schaltungszweig
zur
Verfügung
Sechsanodenmutator (Abb. 54)
verwendet werden, bei dem eine passende Zahl (je nach Stromstärke 1 bis 3
Stück) seiner Anoden parallel geschaltet werden können. Damit der Strom sich
bei Parallelschaltung einigermassen gleichmässig auf die einzelnen Anoden
verteilt, müssen ihre Kennlinien gut übereinstimmen und genügend grosse
ohm'sehe Widerstände im Kreis liegen. Dieser Mutator ist mit automatischer
Zündung (mit magnetisch betätigter, durch den Hilfsanodenstrom gesteuerter
muss
ein
Tauchanode) ausgerüstet. Sein Hilfslichtbogen wird von drei Erregeranoden
unterhalten. Aus den gleichen Gründen, wie beim Einanodenmutator sind auch
hier die Gitter gegen rasche Stör Spannungen unempfindlich gemacht. Eine aus
den Elementen B232, s232> J23ä> c254 und R264,bestenende Schubspannungs¬
im
quelle erlaubt die Zündcnarakferistik derjenigen des Partnermutators
Betriebspunkt anzugleichen.
V2q6
-
117
-
Abbildung 53
Einanodenmutator mit Zubehör bei Wechsel- und
des Erregerkreises
1
Hauptschalter
2
(Tr239)
Erregertransformator (Trr,^fi)238'
Glättungsdrossel (Lf«,,)
Zündtransformator
3
4
Zünddruckknopf
Ventilator motor
7
Kathode
8
Pumpenloses Mutatorgefäss
9
Zündelektrode
10
Hilfsanoden
Hauptanode
Der
(S2o4)
(S5ocJ
5
6
11
Gleichspannungsbetrieb*)
<ä>
232
(V23g)
pumpenlose Einanodenmutator wird durch eine Kondensatorentladung über
Ignitron-Stift gezündet und der entstandene Kathodenfleck durch zwei
seinen
Hilfsanoden unterhalten.
*)
Bei
zusammengesetzter Beanspruchung erfolgte die Aufstellung
käfig, vgl. Abb. 8.
im Abschirm¬
-
118
-
Abbildung
54
Sechsanoden-Mutator mit Zubehör
1
Hauptanode
2
Gitter
3
Zundelektrode mit
4
Hilfsanoden
Spule
(M231)
5
Ventilatormotor
6
Schalter des Ventilatormotors (S„fifi)
7
Glattungsdrossel
8
Zundkondensator
(Lf231)
(C?c-fi7
D
diesem abgeschmolzenen Sechsanoden-Mutator wird der Kathodenfleck
elektromagnetisch durch Ausziehen eines Zundstiftes aus der Quecksilberkathode erzeugt und durch drei Hilfsanoden unterhalten. Je nach der zu be¬
wältigenden Stromstarke werden bis zu drei Hauptanoden benutzt.
Bei
-
2.5.2.2
119
-
Der Mutatorsteuerkreis
Der zur Erzeugung der auf die Mutatorgitter zu übertragenden Steuer¬
spannungen dienende Kreis ist auf Abb. 52 in mittlerer Strichstärke ausgezo¬
gen. Er besteht im wesentlichen aus den Schaltelementen V232 bis V234, dem
Widerstand IWa» der vom Transformator Tr23l gelieferten Hilfswechselspannung und der über den Schalter
Bevor wir weiter auf diese Schaltung
schnitt zuerst eine
2.5.2.2.1
S272 angeschlossenen
eingehen wollen,
grundlegende Betrachtung angestellt.
Allgemeine Betrachtungen
zum
steuer Spannungen
Institutsbatterie.
folgenden Ab¬
sei im
Problem der Erzeugung
von
Gitter¬
grösserer Leistung
Lieferung von Gittersteuerspannungen bei Strömen von einigen Ampere
ionische Röhrenkreise in Frage. Röhren mit Ionenleitung, also
z.B. Thyratrons, gestatten aber nur den sie durchmessenden Strom zu be¬
liebigem Zeitmoment durch Gittersteuerung einzuleiten, nur aber in sehr be¬
schränktem Umfang diesen wieder zu unterbrechen, sofern ihre Anodenspannung
nicht unter den Brennwert abgesenkt wird. Es muss also eine Schaltung ver¬
wendet werden, bei der die Anodenspannung im geeigneten Moment, die ge¬
wünschte Löschung selbst verursacht. Stromkreise mit dieser Eigenschaft sind
in vielen Ausführungsformen denkbar. So kann man beispielsweise eine Kapazi¬
tätparallel zur Röhre schalten, die im ersten Moment die Spannung über dieser
Röhre zum Verschwinden bringt und sie nachher wieder auf den ursprünglichen
Wert ansteigen lässt. Die Löschung gelingt, falls die Ladezeitkonstante so
gross gewählt werden kann, dass die Zündspannung der Röhre erst nach der
Entionisierungszeit wieder erreicht wird. Der Nachteil besteht darin, dass die
mit einem solchen Kreise erzeugte Mutatorgitterspannung schleichend gegen
Null geht und daher keinen definierten Einschaltmoment der Mutatoren ergibt.
Gewünscht wird also ein möglichst steiles Abfallen der negativen Gittervor¬
spannung beim Einschaltprozess. Die genannte Schaltung kann dadurch ver¬
bessert werden, dass man die Nullinie durch Ueberlagerung einer konstanten
Spannung in geeigneter Weise verschiebt. Wesentlich besser ist aber eine
Schaltung, bei der im richtigen Zeitmoment eine genügend rasch veränderliche
Wechsel- oder Stosspannung ausreichender Amplitude überlagert wird. Die
Freigabe der Mutatorgitter lässt sich in diesem Falle mit jeder beliebigen
zeitlichen Genauigkeit durchführen.
Zur
kommen
nur
2.5.2.2.2
Beschreibung
der hier verwendeten
Prinzipschaltung
In unserem Falle wird eine nach der letztgenannten Variante des voran¬
gehenden Abschnittes gebaute Schaltung mit überlagerter Wechselspannung von
50 Hz, wie sie auf Abb. 55 in stark vereinfachter Form aufgezeichnet ist, ver¬
wendet. Wir wollen nun den Verlauf der Steuer Spannung für die Mutatorgitter,
wie er vom Arbeitswiderstand R, geliefert wird, kurz betrachten. Er ist auf
dem unteren Oszillogramm der Abb. 56 dargestellt.
-
120
-
Abbildung 55
Kreis
zur
Erzeugung der Mutatorgitter-Sperrspannung
I
O^
Ra
Gz
Ri
R
R1'R2
vf
s
V2
Gl
Arbeitswiderstand für die Mutatorgitter-Sperrspannung
Anodenwiderstände der Thyratrons V«, V^
Schutz widerstände
Ausschaltthyratron
Einschaltthyratron
Gleichspannungsquelle für die Mutatorgitter-Sperrspannung
Wechselspannungsquelle für das Einschaltthyratron
Klemmenpaar zur Abnahme der Mutatorgittersperrspannung
Anschlussklemme für den Ausschaltimpuls
Anschlussklemme für den Einschaltimpuls
G2
i,n
in
IV
Der
R2
aus
liefert
den Schaltelementen
die
zum
Sperren
G\, Rs, Ra, R\, Vj
der Mutatoren
zwischen den Klemmen I und II. Der
und
Rs
bestehende Kreis
erforderliche negative
andere,
aus
den
Grössen
Gitterspannung
G2, R2
und
V%
bestehende Zweig der Schaltung bewirkt beim Zünden von V2 eine Spannungsum¬
kehr an Vi, das dadurch verlöscht. Die im zweitgenannten Kreis liegende Wechsel¬
sorgt hernach für die automatische Löschung von V2; dadurch ver¬
schwindet der Spannungsabfall zwischen den Klemmen I und II und die Einschal¬
tung der Mutatoren ist vollzogen.
spannung
-
121
-
Abbildung
Spannungs-
und Stromverläufe im
mit
Oberes
Oszillogramm:
Oszillogramm:
Hauptkreis und speziell
geerdeter Kathode
am
Spannungen
terspannung
Prüfspannung
im Hauptkreis. Schraffierte Fläche: Anoden¬
Mutator mit geerdeter Kathode.
(vgl. Abb. 55). Schraffierte Fläche: Git¬
am
Mutator mit geerdeter Kathode.
Stationärer Wert der
2
6
Generatorspannung
Ventilspannung am Mutator mit geerdeter Anode
Ventilspannung am Mutator mit geerdeter Kathode
Ventilspannung dieses Mutators im Durchlasszustand
Ventilspannung desselben im Sperrzustand
7
Stationärer Generatorstrom
8
Einschwingender Generatorstrom
Zum Ueberschlag führende Prüf Spannung
Zusammenbruch der Prtifspannung beim Objektüberschlag
Abgeschaltete Prüfspannung
Einschwingende Prüfspannung
Spannung am Mutatorgitter im Durchlasszustand
Spannung am Mutatorgitter im stationären Sperrzustand
Hilfswechselspannung im Kreis des Einschaltthyratrons (vgl. Abb. 55)
Hilfswechselspannung am Mutatorgitter für die Einschaltung
Scheitelwert der Prüfspannungswelle
4
5
9
10
11
12
13
14
15
16
U"
Mutator
im Hilfskreis
1
3
am
Spannungen und Ströme
spannung
Unteres
56
Scheltelwert der Generatorspannung
Scheitelwert des Generatorstromes
vi
Mutatorgitterspannung
Negative Vorspannung für die Mutatorgitter
Urjfê Scheitelwert der Hilfswechselspannung
tj
t,
S
im
Sperrzustand
Ausschaltmoment
Einschaltmoment
Phasenwinkel der Hilfswechselspannung
Es ist angenommen, dass das Objekt zur Zeit tj im negativen Scheitelwert U ' der Prüf Span¬
nung 9 überschlagen werde. Der rasche Spannungszusammenbruch 10 vollzieht sich im allge¬
meinen unter Schwingungen. Da die Generatorspannung zu dieser Zeit kleiner als die Brenn¬
spannung der Mutatoren ist, hat der Generatorstrom den Wert 0, sodass sich eine negative
Spannung 14 von der Grösse U_
Abschaltung vollzogen.
an
den Gittern beider Mutatoren aufbauen kann. Damit ist die
Nach dem
Zünden des Einschaltthyratrons entsteht an den Mutatorgittern eine aus Gleich- und
Wechselkomponente zusammengesetzte Spannung 16, die beim Erreichen ihres Nullwertes zur
Zeit t2, die beiden Mutatorgitter freigibt. Damit hat die Einschaltung im Nullwert der Genera¬
torspannung synchron stattgefunden. Da nun wieder Energie in den Kreis gepumpt werden muss,
überschreitet der Generatorstrom 8 aber trotzdem zunächst seinen stationären Wert 7.
122
-
-
Beim Prüfobjektüberschlag im positiven oder negativen Maximalwert U'
Transformatoroberspannung wird mit Hilfe eines geeigneten Impulses, Ven¬
til Vi über Klemme in gezündet. Durch die Spannung der Quelle Gj entsteht da¬
durch an Ra die für die Sperrung der Mutatoren erforderliche konstante negative
der
Spannung
gegen Erde.
Für die
Einschaltung
wird ein auf die
Generatorspannung synchronisierter
Impuls auf Klemme IV der Röhre V2 angelegt und damit die Wechselspannung
der Quelle G2 mit dem Momentanwert 0 in den Kreis eingeschaltet. Ihre Phasen¬
lage ist so gewählt, dass der Spannungsabfall am Widerstand Ra während der
nächsten Halbwelle grösser als der durch die Gleichspannung verursachte ist.
Dies bewirkt für die Zeitspanne, während der der Momentanwert der Spannung
über Ra grösser als die Summe der Spannungsabfälle an R^ Rj und Vi bei nicht
gezündeter Röhre V2 ist, die Umkehrung der Anodenspannung am Ventil Vi,
wodurch diese löscht. In der Folge geht der Momentanwert der Spannung durch
Null und kehrt sein Vorzeichen. Die
einem Phasenwinkel
S
zur
Zeit
Spannung
t2 null,
an
Ra
nimmt ab und wird nach
wodurch die Mutatoren
eingeschaltet
worden sind.
diesen
Für
Phasenwinkel
wechselspannung U~ der Quelle
8
(2.5.2.2/1)
=
S
G2
zwischen Generator Spannung
gilt
die
Beziehung
und Hilfs-
U=
aresin
U~
wenn
Uq
VT
U= die konstante negative Gitterspannung während der Sperrperiode ist. In
Falle soll diese Hilf swechselspannung der
unserem
/2)
S
=
aresin
S
=
um
60
150
/3)
Generatorspannung
VT
16,5°
voreilen.
2.5.2.2.3
Beschreibung der
verwendeten
vollständigen Schaltung
Polaritätsanzeige-Einrichtung ">
mit
Im Gegensatz zur soeben betrachteten
Prinzipschaltung und in Uebereinstimmung mit den Ausführungen im Abschnitt 2.4.1 besorgen in Wirklichkeit
zwei Thyratrons, nämlich V233 und
V234 die Sperrung der Mutatoren (vgl.
Abb.52). Dies deshalb, um die elektronische Schaltung gleichzeitig zur Anzeige
der Polarität der Ueberschlagspannung, wie bereits im Abschnitt 2.4.1
erwähnt,
verwenden
Die
über der
Betrieb
zu
können.
Transformator T231 gelieferte Hilf swechselspannung soll gegen¬
Generator Spannung um den Winkel S vorverschoben sein. Um dies im
kontrollieren und nötigenfalls nachregulieren zu können, wurden ein
vom
Kathodenstrahloszillograph Ko231 mit Elektronenschalter S263 und Induktions¬
regler Jr232 verwendet und in das speisende Netz ein weiterer Induktionsregler
Jr233 eingebaut. Die Sekundärspannung des Reglers ^232 ist um den festen
-
123
-
S gegenüber der primären verschoben. Diese Sekundärspannung, so¬
Generatorspannung werden auf den Oszillographen geführt. Gleichpha¬
sigkeit beider Spannungskurven zeigt an, dass der vorgeschriebene Phasen¬
winkel o zwischen Generator- und Hilfswechselspannung vorhanden ist. Die
Nachregulierung im Betrieb wird am Induktionsregler Jr^oo vorgenommen.
Winkel
-
wie die
Wir wollen
zum
im Betrieb anhand der
Schluss noch kurz die Wirkungsweise der
genannten Abb. 52 betrachten.
Steuerschaltung
Trifft ein durch einen Objektüberschlag verursachter, sogleich noch näher
beschreibender Ausschaltimpuls auf die Röhren V233 und V034, so wir<* bei
positiver Polarität Thyratron V234, bei negativer V233 gezündet. Der dadurch
entstehende Anodenstrom verursacht am Arbeitswiderstand 1*263 den zur sPeT~
rung der Mutatoren verwendeten Spannungsabfall. Damit dieser unabhängig von
der gezündeten Röhre V233 oder V234 ist, wird in den Anodenkreis von
V234
ein Widerstand R246 von *er gleichen Grösse wie der Kathodenwiderstand
R248
der Röhre
euigeschaltet.
zu
V233
Ohne
Objektüberschlag kann die Schnellabschaltung jederzeit auch durch
Betätigung des Druckknopfes S2gc, der die negative Gitterspannung der Röhre
V234 aufhebt, vorgenommen werden.
Gelangt ein synchronisierter Einschaltimpuls, dessen Erzeugerkreis in
Folge ebenfalls noch näher beschrieben werden soll, auf das Gitter von
Röhre V232, so wird diese gezündet. Der Anodenstrom bewirkt einerseits am
bereits vorgespannten Relais Re23i ein Oeffnen seiner Kontakte in wenigen
Millisekunden, andererseits beim Mbmentanwert Null der Generatorspannung
der
in der im Abschnitt 2.5.2.2.2 ausführlich beschriebenen Weise das Einschalten
der Mutatoren. Die Grössenordnung Sekunden dauernde Oeffnungszeit der Re¬
laiskontakte wird von der Kapazität C241 diktiert. Ist die Anzugszeit des er¬
wähnten Relais kleiner als zwei Halbwelten und wird auf den Einschaltdruck¬
nicht länger gedrückt, als der Oeffnungszeit des Relais entspricht,
so kann kein unerwünschter nochmaliger
Einschaltimpuls, der eine kurzzeitige
knopf S262
Sperrung
der
Prüf spannung
Mutatoren
zur
mit
darauffolgenden Ausgleichsschwingungen
in der
Folge haben würde, gegeben werden.
2.5.2.3 Die Gewinnung eines polarisierten
Abschaltimpulses
aus
dem
Prüf obj ektüberschlag
Damit
•
die Polarität der
Ueberschlagspannung am Objekt in der bekann, ist es nötig, aus dem Objektüberschlag¬
geeignet geformten, polarisierten Impuls zu gewinnen.
man
schriebenen Weise feststellen
strom einen
Da der
Spannungszusammenbruch beim Ueberschlag am Objekt im allge¬
Schwingungen erfolgt, kann aus dem dadurch verursachten, eben¬
schwingenden Strom kein polarisierter Impuls gewonnen werden, wohl
aus dessen zeitlichem Integral, der Ladung.
meinen unter
falls
aber
Wir schalten daher einen Kondensator mit dem Prüfobjekt in Serie, der
durch den Ueberschlagstrom geladen wird, wie dies auf Abb. 57 dargestellt ist.
Für eine flüssige Versuchsdurchführung muss gefordert werden, dass die Grösse
des
Impulses praktisch unabhängig
von der Höhe der Ueberschlagspannung ist.
wählen daher die Grösse des Kondensators C36I so, dass er bei der
kleinsten angewendeten Prüfspannung bereits voll geladen wird und begrenzen
für grössere UeberSchlagspannungen die Höhe seiner Ladespannung mit ge¬
Wir
eigneten Mitteln auf diesen Wert. Die
nach
Abklingen
des
Ueberschlagstromes
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0,05
0,1
0,1
0,1
~
21)
PS;
2'000
PS;
2'000
T/M
PS; 1'400 T/M
PS; 2'000 T/M
T/M
Bemerkungen: *)
1) Messwiderstand fur Gleichspannung
2) Resonanzkapazität, Haefely
3) Schubkapazität, Micafil
4) Glättungskapazität, Xamax
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
18)
19)
20)
21)
Wert der ersten Zahl bei 50, der zweiten Zahl bei 150 Hz gültig
Messfunkenstrecke; Kugeldurchmesser in mm
Schutzfunkenstrecke; erste Zahl Schlagweite, zweite Zahl Kugeldurchmesser in mm
Priifobjekt; Spitze, Stab oder Draht gegen 750 mm-Kugel
Verbindung durch Stecken eines Kabels
Umpolen durch Umstecken zweier Kabel
Konussteckerverbindung für 50 Hz
Konussteckerverbindung für 150 Hz
Funkenstrecke mit Kugelkalotten 2 mm i; als Schalter mit hohem Isolationswiderstand
SpezialUmschalter; ein Klemmenpaar durchverbindend, das andere kurzschliessend
Filterinduktivltät;
Metahx-Ventilröhre Type
28012;
RCA;
Hochvakuumdiode Type 2X2
Galvanometer;
Grundbereich 150
Dreiphaseninduktionsregler
zur
200 mA
100
fiA;
mA^JL
BeMchumschaltung
3:1, 10:1, 30:1, 100:1
Regulierung der Synchronlage
von
M,,.; verkettete Spannungen
GM 3159
GluhkathodenstrahloszUlograph Type
Phillips
Trolitulperlenkabel, abgeschirmt, verlustarm; Zahl gibt Mindestableitwiderstand
Röhren-Volt-Ampere-Wattmeter nach Spälti
*) Erklärung
der
an
Kurzbezeichnungen der Schaltelemente auf den Seiten 108 und 109.
-
Impulskondensator
auf dem
teilen einer Mikrosekunde
126
-
zurückbleibende
entstanden
ist,
Ladung,
die innerhalb
verursacht mit einer
um
von
Bruch¬
zwei Grös-
Aufladung eines
52 ersichtlich ist. Von hier
aus gelangt der polarisierte Impuls definierter Steilheit und Amplitude auf das
Gitter des Thyratrons V234 und die Kathode der Röhre V233. Je nach seiner
Polarität bewirkt er dann den soeben beschriebenen Zündvorgang einer der bei¬
senordnungen grösseren
zweiten
Kondensators
den Röhren. Damit ist
Zeitkonstante über Klemme VII die
0234,
man
wie dies aus der Abb.
im Besitze eines
zuverlässigen Polaritätsanzeige¬
mittels.
Es erwies sich als
ausgedehnten
ziemlich
notwendig die Gitter sämtlicher Röhren
elektronischen Steuer Schaltung auf
der räumlich
unerwünschte,
steile
Impulse, wie sie durch unvermeidliche Kopplung vom Hochspannungskreis her
übertragen werden, unempfindlich zu machen. Aus diesem Grunde ist es not¬
wenig, die erwähnte Impulszeittransformation durchzuführen.
2.5.2.4
In
Der synchronisierte Einschaltimpuls
Ergänzung
zu
den
Ausführungen
im Abschnitt 2.4.1 wollen wir die Er¬
Zündung des Einschaltthyratrons gegebenen Kommandoimpulses
noch anhand der ausgeführten Schaltung, wie sie auf Abb. 52 dargestellt ist,
zeugung des
zur
betrachten.
aus den Schaltele¬
wären der Kommandodruck¬
von
Ke23j dauernd geschlossen, so entstünden
an dem im Ruhezustand negativ vorgespannten Gitter des Einschaltthyratrons
V239. m Zeitabständen einer Vollperiode, der negativen Vorspannung überlagerte
positive Halbwellen. Amplitude und Phasenlage dieser Halbwellen stellen wir
an R254 und
Jr23i so ein, dass die Zündung von V230 mit abnehmender negati¬
Gitter Spannung gerade dann stattfindet, wenn die Anodenspannung positiv
ver
zunehmend den Zündwert der Röhre erreicht. Hierdurch wird die Einschaltung
genau definiert und unabhängig vom Moment der Kontaktgabe am Druckknopf
s262- Der Zweck des Relais Re231 ist bereits beschrieben worden.
Der
Erzeugerkreis
für den
R254, V031, ^J262> Re231>
knopf S2ç2 und die RefiüskontaKe
menten
2.5.2.5
Uebertragung
Anschliessend
Ausführungen
an
der
Kommandoimpuls besteht
R23ü
und
R240'
Steuerspannung auf
die
Mutatorgitter
die bei der Besprechung der Prinzipschemata gemachten
betont, dass die Kathode des Mutators V235 und die
sei nochmals
Anode des Mutators V23R geerdet sind. Die Kathode des letzteren liegt daher
an der Ventil Spannung, also nicht an konstantem Potential gegen Erde.
Andererseits liefert der Arbeitswiderstand R263 ^e Steuer Spannung als
Potential gegen Erde, da dessen eines Ende geerdet ist. Diese
Steuer Spannung soll nun bei beiden Mutatoren zwischen Kathode und Gitter er¬
negatives
scheinen.
Die Uebertragung der Steuer Spannung kann daher für V23= direkt erfolgen,
währenddem für das Gitter von V236 eine die Schwankungen aer Kathode mit¬
machende Zusatzspannung der Steuerspannung noch zu überlagern ist.
127
-
Diese
Zusatzspannung
-
soll sowohl beim
Schaltprozess, wie beim stationä¬
gleich sein, damit die zwischen
Spannung der am Arbeitswider¬
tatsächlich stets genau entspricht. Diese
Betrieb der Ventil Spannung möglichst genau
Kathode und Gitter des Mutators V23g liegende
ren
stand
abgenommenen
Zusatzspannung wird
Steuer Spannung
für den stationären Betrieb
von
der
an
der Ventil Spannung
liegenden Isolierwandlergruppe Tr240 und Tr24i geliefert, und am Widerstand
R284 abgenommen. Ein passend dimensionierter Kondensator C259 zwischen
Kathode und Gitter sorgt dafür, dass letzteres während dem Schaltprozess dem
Kathodenpotential gut folgen kann, da die von den genannten Wandlern gelieferte
Spannung dazu zu träge ist.
Die Kondensatoren
wirkungen
C257
und
Aufgabe, Rück¬
unterbinden, und die im Ab¬
Störspannungen fernzuhalten.
^259
naben ausserdem die
der beiden Mutatoren aufeinander
schnitt 2.5. 2.1.4.1 bereits erwähnten
2.5.2.6
Spannungs-
und Stromverläufe
zu
an
den Mutatoren
Wir wollen
zum Schluss noch die Spannungs- und Strom verlaufe am Muta¬
geerdeter Kathode V235 auf Abb. 52 anhand der beiden auf Abb. 56 dar¬
gestellten Oszillogramme verfolgen.
tor mit
Das obere
Oszillogramm zeigt den Verlauf von Prüf- und Generatorspan¬
der Anodenspannungen an den Ventilen, sowie den
und ausgeschaltetem stationärem Zustand, sowie die
nung, ferner denjenigen
Generatorstrom in ein-
entsprechenden Kurvenverläufe der an
anschliessenden Ausgleichsvorgänge.
Im unteren
nung
Oszillogramm
die Aus- und Einschaltmomente t« und
ist der
entsprechende
Verlauf der
t2
Gitterspan¬
dargestellt.
Wir betrachten zunächst den stationären Sperrzustand der Mutatoren. Wäre
so würde die Prüfspannung U' nach Kurve 1 verlaufen. 2 stellt
eingeschaltet,
Generatorspannung Uq dar, die jetzt in ihrer vollen Grössen an den Venti¬
liegt; daher entspricht die Ventilspannung 3 von Voßg gerade der genannten
Kurve 2 und auf Ventil V235 bezogen, ist diese als Kurve 4 entsprechend um
180° verschoben eingezeichnet. Dieser Zustand ist die Folge des im unteren
Oszillogramm dargestellten Kurvenstücks 14 der Gitter Spannung von der Grösse
die
len
U=.
schrumpft
Spannung an den Ventilen
Generatorspannung in
der Nähe ihres Nulldurchganges unter diesen Wert, so setzt die Entladung in
den Mutatoren aus. Dies erklärt die Abweichungen des Generator ströme s Jq
von der (punktierten) Sinusform, wie Kurve 7 zeigt. In diesem Zustand ist die
Spannung an den Mutatorgittern 13 positiv, da sie einem bestimmten Teilwert
der Brennspannung entsprechen muss und die Steuerspannung am Arbeitswider¬
Im
auf ihren
stationären Durchlasszustand
Zünd- und Brennwert 5
zusammen.
die
Sinkt die
stand null ist.
Wir betrachten nun die Vorgänge im Moment tj, der durch den Ueberschlag
Prüfobjekt verursachten Abschaltung. Kurve 9 zeigt die letzten Halbwellen
der Prüfspannung vor dem Ueberschlag, 10 den unteren Schwingungen im nega¬
tiven Scheitel erfolgenden Zusammenbruch der Prüfspannung, die im abge¬
schalteten Zustand 11 null bleibt. Die die Sperrung verursachende Gittersteuer¬
dieser
spannung entsteht sehr rasch in ti. Wichtig ist, dass erstens der Aufbau
negativen Gittersperrspannung schwingungsfrei erfolgt und zweitens, dass der
Generator ström Jq der Gene rator Spannung Uq um einen kleinen Winkel <f q voreilt, wie dies durch leicht kapazitive Verstimmung der Resonanz erreicht wer¬
am
den kann.
128
-
-
Einschaltung verfolgt. Im Moment der durch den
Zündung der Röhre V232 beginnt die negative
Vorspannung nach der Sinuslinie 16 zu verlaufen, die durch die Hilfsspannung
von Tr23j gegeben ist- Diese hebt die negative Vorspannung zur Zeit t£ auf.
Durch passende Wahl der von den Batterien B232 und B233 gelieferten Gitter¬
schubspannungen beider Mutatoren können ihre Gitter im genannten Zeitmoment
t2, in welchem voraussetzungsgemäss die Generatorspannung den Wert 0 hat,
freigegeben werden und die Zündung der Mutatoren erfolgt anschliessend gleich
wie im stationären Betrieb. Nachdem also die synchrone Einschaltung stattge¬
Zum Schluss werde die
verursachten
Einschaltimpuls
hat, überschreitet zunächst der Generatorstrom 8 seinen stationären
Kurvenverlauf (punktierte Linie), da Energie in das System hineingepumpt
wird. Die Prüfspannung 12 beginnt mit horizontaler Tangente und schwingt
ebenfalls allmählich in den stationären Zustand, der durch 1 gegeben ist, ein.
funden
Die
2.5.3
Oberspannungsschaltung
bei Wechsel- und
betrieb; Messung
der
Gleichspannungs¬
Prüfspannung
die Oberspannungsschaltung für Wechsel- und Gleich¬
nun
anhand der Abb. 57 betrachten und verfolgen darauf zunächst
den stark ausgezogenen Hauptkreis von den Oberspannungsklemmen V, VI des
Prüftransformators beginnend bis zum Prüfobjekt Ocq« und der Messfunken¬
strecke Fu,ni. Hernach wollen wir die verschiedenenraesseinrichtungen kurz
Wir
wollen
spannungsbetrieb
behandeln.
x
ist es, wie bereits erwähnt, unbedingt
Erdungssystemen, solche für stationäre Spannungen und
solche für rasche Ausgleichsvorgänge zu verwenden. Sie sind auf der genannten
Abbildung deshalb auch durch das angewendete Symbol unterschieden.
Für einen
nötig,
zwei
störungsfreien Betrieb
Arten
von
2.5.3.1
Der
Hauptkreis
VI herkommend, gelangt die Transformatorober¬
Resonanzkapazität C301 bis C304; C331 bis C336,
die gleichzeitig als Spannungsteiler zur Speisung der Scheitelwertsmesseinrichtung, bzw. des Kurvenanalysators und für den Kathodenstrahloszillographen
K0331 zur visuellen Beobachtung der Kurvenform dient. Da rasche Ausgleichs¬
vorgänge an dieser Resonanzkapazität auftreten können, ist sie an der StossVon den Klemmen
V,
spannung zunächst auf die
erde anzuschliessen. Die Abnahme der Teil Spannungen
muss
daher über ge¬
nügend spannungsfeste Widerstände R338 und R33g erfolgen. Die Unterspan¬
nungskondensatoren sind durch Spannungssicherungen geschützt. Da diese aber
einen merkbaren Zeitverzug haben und keinen vollkommenen Schutz für steile
Stosswellen darstellen, ist zusätzlich eine Kugelfunkenstrecke vorgesehen. Der
Widerstand R337 dient dazu, eine Aufladung des Teilerpunktes während der
Scheitelwertsmessung zu verhindern. R301 ist ein Schutz wider stand zur Be¬
grenzung der Steilheit der am Teiler möglichen Vorgänge.
Bei Wechselspannungsbetrieb sind die Trenner
S301 und S30o geschlossen,
Gleichspannungsteil abgrenzenden Trenner S303 und S304 ningegen offen
und die Prüf Spannung gelangt über die Dämpfungswiderstände R314 bzw. R315
unmittelbar auf das Prüfobjekt OgQ1 bzw. die Messfunkenstrecke Fugnj. Der
induktionsarme, mit geringer Längskapazität behaftete Dämpfungswiderstand
die den
-
129
-
Objekt bezweckt in bekannter Weise beim Prüfobjektüberschlag
Vorgänge zu begrenzen. Andererseits muss er genügend niederohmig sein, damit die am Objekt liegende Prüfspannung auch bei starken
Vorentladungen noch die vorgeschriebene Form besitzt und genügend genau mit
der Spannung an der Messtelle übereinstimmt. Der Schutzwiderstand R315 der
Messfunkenstrecke soll in bekannter Weise ebenfalls ausgesprochen induktions¬
arm sein, geringe Längskapazität besitzen und möglichst nahe an der Mess¬
funkenstrecke liegen. Seine Aufgabe besteht darin, hochfrequente Spannungs¬
spitzen von den Messkugeln fernzuhalten, wie sie beispielsweise durch starke
Vorentladungen am Objekt auf einer nicht völlig starren Prüfspannung zustande
kommen können. Hieraus lässt sich die Forderung ableiten, wonach dieser
Widerstand selbst weitgehend frei von Vorentladungen sein muss.
R3I4.vor
^em
die Steilheit der
eine
Stehen die Trenner in der auf Abb. 57 eingezeichneten Stellung, so liegt
den Ventilröhren V30I und V302 gelieferte Gleichspannung am Prüf¬
von
objekt und an der Messfunkenstrecke. Um den Röhrengleichrichter unbedenk¬
spannungsmässig voll ausnützen zu können, wurde seine Sperrspannung
durch die Schutzfunkenstrecke FU302 mit der Dämpfung R304 begrenzt und die
lich
Ladewiderstände
R302» R305
und "306
vor
xm'i
nacn
den Röhren verteilt ange¬
Erdung erfolgt auf das ruhende System. Die Heizung der Röhren
muss so hoch eingestellt sein, dass der Emissionsstrom stets grösser als der
Spitzenstrom ist, um grosse Spannungsabfälle an der Röhre im Durchlasszustand
zu vermeiden. Solche Spannungsabfälle würden die Röhre zu einem Röntgen¬
strahler machen, wodurch innerhalb kurzer Zeit der Heizfaden zerstört werden
müsste. Beider Aufstellung der aus zwei Einheiten bestehenden Schubkondensa¬
torenbatterie ist darauf zu achten, dass sie nicht starken Sprühentladungen aus¬
gesetzt ist, die den Kondensatormittelpunkt im Betrieb spannungsmässig in ge¬
fährlicher Weise verschieben können. (In Zweifelsfällen ist es ratsam, den
oder die Zwischenpunkte ohm'seh zu steuern.)
ordnet. Die
Anwendung des mechanischen Gleichrichters sind anstelle von
die Trenner S3Q7 und S308 geschlossen. Der Antrieb dieses
Gleichrichters erfolgt durch den Einphasensynchronmotor mit Hilfsphase M330.
Dieser läuft an reduzierter Spannung dreiphasig in der zweiten Kontaktstellung
des Schalters S346 an und springt beim Anlegen der Nennspannung in Kontakt¬
stellung 3 in die Synchronlage. Hernach wird durch Oeffnen von S347 die Hilfs¬
phase ausgeschaltet. Das Instrument J337 zeigt die Polarität der Gleichspan¬
nung an. Am Induktionsregler ^331 wird im Betrieb die Phasenlage des me¬
chanischen Gleichrichters vorteilhaft so eingestellt, dass die gleichgerichtete
Spannung ihren Höchstwert erreicht.
Bei
S305
und
der
S3Q6
Glättung der Gleichspannung besorgt die Kondensatorkette C307, C308,
ausgebildet. Die daran abgegriffene Spannung
kann auf die Scheitelwertsmesseinrichtung geführt werden, um die Welligkeit
der Gleichspannung zu messen. Aus den gleichen Gründen, wie bei der Re¬
Die
035g.
Sie ist ebenfalls als Teiler
sonanzkapazität, sind die Widerstände R348, R349 und R309 vorhanden. Der
Mittelpunkt der aus zwei Teilen C3Q7 und C308 Destehenden Oberspannungs¬
kapazität muss infolge seiner räumlichen Anordnung in starkem Sprühentladungsfeld mit den Widerständen R310 und R3jjohm'sch gesteuert werden. An
der Unterspannungskapazität C356 ist die Spannung in üblicher Weise begrenzt.
arithmetische Mittelwert der Gleichspannung wird durch Messung
Hochspannungswiderstände R312 und R313 durchmessenden Stromes
festgestellt. Der aus FU33,- und FU330 bestehende Spannungsschutz für diese
Messeinrichtung ist an das ruhende Erdsystem angeschlossen, daher erübrigt
sich ein Dämpfungswiderstand im Anschlusspunkt des Kabels K333. Abb. 21
zeigt diesen Me s s wider stand samt seiner aus den Ventilatoren Ve33j bis Ve33^
bestehenden Kühlanlage, die für die Widerstandskonstanz unbedingt notwendig 1st.
Der
des
die
Ueber
Bedeutung und Schaltung des in Serie zum Objekt liegenden Impuls¬
Cod ist bereits an früherer Stelle berichtet worden.
kondensators
-
2.5.3.2
Die
2.5.3.2.1
Der
130
-
Messeinrichtungen
Kathodenstrahloszillograph
Zur Beobachtung der Kurvenform von Prüfwechselspannungen dient der
Kathodenstrahloszillograph K0331. Bei sämtlichen durchgeführten Versuchen
zeigte die Prüfspannung keine sichtbaren Abweichungen der Kurvenform von
der idealen Sinuslinie.
2.5.3.2.2
Der
Die feineren
Abweichungen
Kurvenanalysator
der
Prüfwechselspannung
von
der sinusförmi¬
gen Idealform können mit dem Kurvenanalysator gemessen werden. Er besteht
aus einem umschaltbaren Filter, der auf die Frequenzen 50 und 150 Hz abge¬
glichen ist, einem SpezialUmschalter und
Der Filter ist aus
je
Röhrenamperemeter.
einem
zwei Serie- und zwei
Parallelgliedern aufgebaut.
Es
eisenbehaftete
solcher Filter
Induktivitäten zu verwenden. Da sie
nur für eine bestimmte Stromstärke richtig. Dies ist im vorliegenden Falle
nicht nachteilig, da nur eine Verhältniszahl, aber kein Absolutwert gemessen
werden soll. Mit Hilfe der Widerstände R341 und R342 lässt sich der den Filter
durchmessende Strom auf den Nennwert einstellen. Um die nötige Flankensteil¬
heit zu erhalten, braucht man Induktivitäten mit kleiner Dämpfung. Von allen
untersuchten Spulen haben leerlaufende Oberspannungswicklungen von Hoch¬
spannungswandlern die kleinste relative Dämpfung. (Bei 3000 V-, 50 VA3.. .5 sec-1 für einen Strom von 10-3 a.) Die Um¬
Wandlern ist z.B. R/L
praktisch unumgänglich,
ist
Resonanzfrequenzen
stromabhängig sind, ist ein
bei so tiefen
=
schaltung der Resonanzfrequenz erfolgt an den Stöpseln S331 bis S338. Es wer¬
den also die Kapazitäten geändert, während für beide Resonanzfrequenzen
die gleichen Induktivitäten Verwendung finden.
Wir wollen
len und denken
nun
noch eine
Betrachtung
zur
Herstellung
der Filter anstel¬
die einzelnen Zweige getrennt herausgezeichnet, wie dies
auf Abb. 58 geschehen ist. Beim Abgleich der einzelnen Filterzweige muss schritt¬
weise
vom
ändert
1
Jj
uns
Eingang
man
aus
vorgegangen werden. Am ersten Seriekreis
während der
Speisung
mit dem
I4 Cj
ver¬
hochgradig sinusförmigen Strom
mAeff Cj so lange, bis die Resonanz Spannung Ui ein Minimum wird und
zum Abgleich des ersten Parallelgliedes L2 C2 an dieses
an, so dass
Uj ist. Der kleinste bei Variation von C2 erreichbare Strom J2 wird so¬
dann zum Abgleich des zweiten Seriegliedes verwendet, also J2
J3 gemacht.
Es wird schliesslich die an ihm gemessene Resonanz Spannung U3
U4 gesetzt
=
legt
U2
sie
=
=
=
damit das zweite Parallelglied abgeglichen. Der Resonanzstrom dieses
Gliedes ist schliesslich der Fehlstrom des Filters, ideal sinusförmige Span¬
und
abgeglichene Filter wurde sodann nach der auf
geprüft. G ist die sinusförmige Spannung liefernde
Quelle, Rvder Vorwiderstand zur Einstellung des Filternennstromes auf 1 mA,
der mit dem Instrument Ji gemessen wird. I4 bis L4 und Ci bis C4 sind die
Induktivitäten und Kapazitäten des Filters und R ist ein Widerstand, dessen
Spannungsabfall zur Strommessung verwendet wird. Mit dem Röhrenvoltmeter
nung vorausgesetzt. Der
Abb. 59 dargestellten Art
so
wird der Effektivwert des Filterreststromes gemessen und seine Kurven¬
form mit dem Kathodenstrahloszillographen J, beobachtet. Zerlegt man das
J2
-
131
-
Abbildung 58
Filterzweige
L., C;,
U~,Jf Induktivität, Kapa¬
zität, Spannung und
Strom des 1. Serie¬
Ui
kreises.
Lg, C2, U2, J2
Entsprechende
Grössen des 1. Pa¬
rallelkreises.
Ui
Die
korrespondierenden Werte des
Seriezweiges tragen den Index 3
und diejenigen des 2. Parallel¬
2.
zweiges
Anwendung kommenden
allgemeinen f erromagnetisch sind, muss der Ab¬
der
einzelnen
gleich
Zweige
schrittweise von Filtereingang aus
Da die
Ui
den Index 4.
zur
Induktivitäten im
vorgenommen werden.
Ui
in seine Grundwelle und die Oberharmonischen, so zeigt der
Anteil den Filterfehlstrom an, der zweite rührt von der doch nicht
ganz ideal sinusförmigen Spannung des Generators G her. Für den hier ent¬
wickelten Filter ergab sich ein Fehlstrom von 1,4 %q bei 50 bzw. 0, 2%0 bei
150 Hz des Eingangsstromes, sodass eine Berücksichtigung nicht erforderlich
Oszillogramm
erstere
ist.
Bei der Messung wird der Umschalter S34J zuerst in der auf Abb. 57
eingezeichneten Kontaktstellung gebraucht. Dadurch gelangt der Grundwellen¬
strom auf das Röhrenamperemeter Ragaj 127) und der Oberwellenstrom wird
auf Erde abgeleitet. Mit Hilfe der genannten Widerstände ist sodann der Zeiger
des Anzeigeinstrumentes J331 des auf den 1 mA-Messbereich eingestellten
Röhrengeräts in Endstellung zu bringen (100 %). Durch Umstellen von S341
wird sodann der Oberwellenstrom auf das Röhreninstrument gebracht und der
Grundwellenstrom abgeleitet. Der jetzt an J331 ablesbare Ausschlag gibt somitden Effektivwert des Oberwellenstromes in Prozenten desjenigen der Grund-
harmonischen
an.
-
132
-
Abbildung 59
Schaltung
zur
Prüfung
des Filters
G
Hochgradig sinusförmige Wechselspannungsquelle
R
Widerstand
zum
Einstellen des Filternennstromes
Eingangsstrom des Filters
Widerstand, dessen Spannungsabfall zur Strommessung
J, Messinstrument für den
IT Kleiner
Filter¬
am
ausgang dient
J2
J«
Röhrenvoltmeter
zur Messung
Kathodenstrahloszillograph
Die
übrigen
des
Spannungsabfalles
Grössen sind die bereits auf der
an
R
vorangehenden
Abb. 58
angeführten
Filterbestandteile.
Der Strom
am
Filterausgang
ist die Summe aus Filterfehlstrom und Oberwellen¬
strom. Die Grundharmonische des Stromes
am Ausgang ist der gesuchte Filter¬
fehlstrom. Dieser lässt sich mit Hilfe des Röhren voltmeter s und des Oszillo¬
graphen bestimmen. Die Oberwellen rühren von der nie ganz idealen Spannungs¬
form der
speisenden Quelle her,
2.5.3.2.3
Messung
der
die den Filter fast ohne
Wechselspannung
Abschwächung passieren.
mit der Scheitelwertsmess-
einrichtung (System Berger)
Bezüglich
der Theorie dieser
fentlichung gelangende
Arbeit
13)6)
Schaltung
sei auf eine in Kürze
verwiesen. Diese
zur
Veröf¬
Messeinrichtung (Abb. 57)
besteht in der Hauptsache aus den Dioden V33J, V332, den Kondensatoren C351,
C35,, den Widerständen R34g, R347 und dem Messinstrument J332- Die beiden
Kondensatoren C35J und C350 werden bei den eingezeichneten Schalterstellungen
auf den positiven dzw. negativen Scheitelwert der am kapazitiven
griffenen Wechselspannung geladen. Der Widerstand R343 dient nur
zung des Ladestromes beim Einschalten der Wechselspannung;
Messung ist er kurzgeschlossen.
13)6) Erklärung
sämtlicher Textzeichen auf Seite XIII.
abge¬
Begren¬
Teiler
zur
während der
-
Für die Entladezeitkonstante
133
-
im Instrumentenkreis
wurde eine Sekunde
gewählt. Der Messfehler der als arithmetischer Gleichspannungsmittelwert
gemessenen Scheitelspannung gegenüber der tatsächlichen beträgt bei 50 Hz 5,
bei 150 Hz 1,7 %0. Für eine bei 50 Hz ausgeführte Eichung beträgt die anzu¬
Korrektur demnach bei 50 Hz
bringende
0,0,
bei 150 Hz
3
3,
%0.
Der Wider¬
verursacht ebenfalls einen
belanglosen Messfehler, welcher bei
der höheren Frequenz grösser ist als bei der tieferen; dieser wurde gerade so
eingerichtet, dass er den anderen praktisch kompensiert. Daher ist innerhalb
des verwendeten Bereiches keine Frequenzabhängigkeit feststellbar.
R338
stand
2.5.3.2.4
Messung der Welligkeit
der
Gleichspannung
mit der
Scheitelwertsmesseinrichtung
Die soeben beschriebene Scheitelwertsmesseinrichtung kann auch an den
Spannungsteilpunkt der Glättungskapazität angeschlossen werden und so ist man
in der Lage, die Welligkeit der verwendeten Gleichspannung zu messen. Zur
Eichung legt man vorteilhaft eine bekannte Wechselspannung an die Glättungs¬
kapazität
an.
2.5.3.2.5
Die Messfunkenstrecke
Zu Eichzwecken
wird stets die gleiche horizontalachsige Funkenstrecke
Kugeln gebraucht. Sie wird zur Messung von Gleichspan¬
nungen, des Scheitelwertes industriefrequenter Wechselspannungen und des
Scheitelwertes vollständiger Stösse, deren Dauer genügt, um stationäre Werte
der UeberSchlagspannung noch sicher erwarten zu lassen, verwendet 37). Die
benutzten Eichkurven weichen etwas, von den SEV-Kurven ab, die für vertikalachsige Messfunkenstrecken gelten*"'. Diese speziellen Eichkurven wurden als
Mittelwerte folgender experimenteller Messungen gewonnen:
(Abb. 10)
1
mit 25
cm
) Absolutmessungen
(Wechselspannung
a) Eichungen mit einpolig geerdeten Prüf Spannungen
50 Hz*)
Gleichspannung**) und Stosspannung 13,2/241 ^is) nach
einer parallel geschalteten vertikalachsigen Messfunkenstrecke mit
750 mm-Kugeln unter Zugrundelegung der entsprechenden SEV-Eich'
,
kurven.
bei Gleichspannung **) durch Messung des einen vorentladungsfreien Widerstand durchfliessenden Stromes unter Mitberück¬
sichtigung der nach der Berger Scheitelwertsmethode gemessenen
Welligkeit.
b) Eichung
-
2) Relativmessungen
Vergleichsmessung
mit
Wechselspannung 50
Scheitelwertsmessmethode.
*)
**)
für den
bis
zu
negativen Kurvenast.
einer
Spannung
von
170 kV,
Hz
*)
nach der
Berger-
-
Die nach den verschiedenen
134
-
Methoden erhaltenen Resultate weichen
nur
leicht voneinander ab, sie sind alle mit gewissen Fehlern behaftet, auf die ein¬
zugehen den Rahmen dieser Arbeit überschreiten würde. Es sei jedoch darauf
hingewiesen, dass sowohl die zur kapazitiven Teilung benutzte Resonanzkapa¬
zität für Wechselspannung, wie auch der einwandfrei gekühlte, in vorentlaGefässen untergebrachte ohm'sche Widerstand (Abb. 21), trotz der
dungsfreien
bestmöglichen räumlichen Aufstellung etwas spannungsabhängig sind. Es konnte
weiter beobachtet werden, dass diese Abhängigkeit, wie zu erwarten ist, mit
wachsender Spannungshöhe zunimmt und zudem noch mit Art und Grösse
der durch die Prüfobjekte gebildeten Raumladungen in Zusammenhang stehtl2).
Streuungen der Einzelmessungen an der Funkenstrecke mit 25 cmSchlagweiten zwischen 20 und 90 mm für Gleich- und Wechsel¬
spannungsmessungen stets kleiner als t 1 %. Voraussetzung hierfür ist aber,
dass die verchromten Messing-Messkugeln nach mechanischer Reinigung zu¬
erst solange formiert werden, bis ihre Ueberschlagspannung konstant ist ")#
Auch bei längeren Unterbrüchen in den Messungen können die ersten Resultate
ebenfalls ausserhalb des genannten Streubereichs liegen ").
Die
sind bei
Kugeln
Die verwendeten Eichkurven
sind auf Abb. 60 aufgetragen und darin
zum
entsprechenden, für vertikalachsige
Messfunkenstrecken gültigen Kurven eingezeichnet. Es zeigt sich, dass die
Abweichung nur innerhalb eines beschränkten Schlagweitenbereiches berück¬
Vergleich noch
sichtigt
zu
die
den SEV-Vorschriften
werden braucht.
Abbildung
Eichkurven der
1
3
2
4
60
einpolig geerdeten Kugelfunkenstrecke 250
mm
Positive, statische Ueberschlagspannung U in Funktion der Schlagweite s für vertikal¬
achsige Anordnung nach SEV.
Dasselbe wie 1, aber bei negativer Polarität.
Aus den angegebenen Messunterlagen für die auf Abb. 10 dargestellte horizontalachsige
Kugelfunkenstrecke gefundene Ueberschlagspannung U in Funktion der Schlagweite s.
Dasselbe wie 2, aber bei negativer Polarität.
Bedingungen: Druck: 760 Torr, Temperatur: +20 C
135
-
2.5.3a
Messchaltung
für die Aufnahme der
charakteristiken bei
Die
zur
-
Aufnahme
der
Stromspannungs-
Gleichspannung
Gleichstromspannungslinien
der
untersuchten
Prüfobjekte verwendete Schaltung ist auf Abb. 61 dargestellt.
Diese
Schaltung
Draht) nach
drischen
stromes dienen.
ein Stück der als
soll der
Messung
Prüfobjekt (z.B. vom zylin¬
Vorentladungs¬
Diese Kalotte ist, wie man auf der Abb. 4 erkennen kann,
Gegenelektrode dienenden Kugel von 750 mm i.
des
vom
einer isolierten Messkalotte fliessenden
Trotz vieler Versuche ist leider die Herstellung einer einwandfreien
Messkalotte nicht gelungen, die in allen Fällen die Messung der gewünschten
Charakteristiken bis zur richtigen Ueberschlagspannung gestatten würde. Bei
den
Messungen
schlagspannung
mehr
zylindrischen positiven Leiter wurde die Ueber¬
Schlagweite oberhalb einer gewissen Grenze
ihren wirklichen Wert herabgedrückt. Es deutet dies
dünnen
am
bei zunehmender
und mehr unter
deutlich darauf hin, dass daran der Folienrand schuld sein muss. Dies wird
durch die Beobachtung der Entladung im Dunkeln bestätigt. Kurz vor dem Er¬
reichen des gefälschten Wertes der Ueberschlagspannung wird nämlich an der
dem Folienrand
gegenüberliegenden Zone in der Umgebung des dünnen zylin¬
drischen Drahtes ausserhalb seiner ruhigen Glimmhülle eine fadblaue unruhige
Entladung, die im Gegensatz zur vollständig geräuschlosen Ultra-Koronaentla¬
dung,
von
einem schwachen Zischen
begleitet ist, wahrgenommen. Diese
Zone
sieht ähnlich aus, wie die der Entladung in der weiteren Umgebung der posi¬
tiven Spitze. Die am Folienrand bloss liegende Isolierschicht, die zumindest
gleich ihrer Schichtdicke ist, bewirkt offenbar infolge des sich auf ihr bilden¬
den Potentialgebirges eine starke Störung des Entlademechanismus I5).
Als Isolation für den
blanke
Messbelag
wird auf die
gut entfettete, metallisch
eine Schicht von Plexiglas, das in einer reichlichen Menge
Chloroform gelöst ist, mit faserfreiem Baumwollstoffbausch aufgetragen bis
eine gleichmässige Schichtdicke von ca. 0,03 mm erreicht ist. Nach dem voll¬
Kupferkugel
ständigen Verdunsten
Lösungsmittels wird darüber eine Zinnfolie von
getrieben und genau der Wölbung der
Kugel angepasst ist, mit einer Lösung von Polistyrol in Benzol aufgeklebt.
Nach dem Herausdiffundieren dieses Lösungsmittels durch den Folienrand
wird dieser mit einem Rasiermesser senkrecht zur Kugeloberfläche abge¬
schnitten und alles vorstehende Isoliermaterial sorgfältig entfernt. Sodann
wird die aus einer Zunge der Folie bestehende Ableitung ebenfalls mit einer
Plexiglasschicht überzogen und mit einem zweiten darüber geklebten Folien¬
streifen, der mit der Kugeloberfläche Kontakt macht, überdeckt. Dadurch
wird die äussere Isolierschicht der Ableitung vollständig überdeckt, sodass
sich dort kein Potentialgebirge ausbilden kann. Die Ableitung wird am besten,
wie dies auf Abb. 4 zu sehen ist, auf der Kugeloberfläche in einer zum Ver¬
suchsdraht senkrechten Ebene weggeführt.
0,03
mm
Der
Kapazität
Dicke,
des
aus
einem Stück
Isolationswiderstand
ca.
Trotz
sichtbar
die
40
der
pF
pro
Schnellabschaltung,
angegriffen.
punkt verwenden.
der
Messkalotte
cm2 Fläche.
Man
sollte
wird
folglich
beträgt
ca.
10
die Folie durch die
&
und die
Ueberschläge
ein Material mit höherem Schmelz¬
-
136
-
Abbildung 61
Vollständiges Schema der Messchaltung für die Aufnahme der
Stromspannungscharakteristiken bei Gleichspannung
"371
„372
"373
"374
"375
"376
"377
21'000
ft
21'000
10'000
a
10*000
a
10'000
n
10'000
A
15
n
"378
5'000
S371
l'OOO'OOO
1'000'000
°372
Fu371
a
600
ß
pF
PF
V
1)
1)
hn
b372
150
yUA
J371
°301
fl
Mk
soi*00'10'000'000
Ku
301
750
jri
2)
3)
4)
i
4-r^
Bemerkungen: *)
1) Steckerverbindung
2) Drähte verschiedenen Durchmessers; Stab; Spitze.
3) Isoliert auf Ku30l aufgeklebte Messkalotte aus Aluminiumfolie 0,02mm Dicke,
Isolationswiderstand.
4) Kupfer-Messkugel,
Durchmesser
*) Erklärung der Kurzbezeichnungen
in
mm.
der Schaltelemente auf den Seiten 108 und 109.
-
137
-
Abb. 61 angegebene Spannungssicherung dient zur Begrenzung
Spannungsdifferenzen an der Folie, währenddem die niedrige Ueberschlagstosspannung des Folienrandes einen Durchschlag der dünnen Isolier¬
schicht beim Objektüberschlag wirksam verhütet.
Die
auf
stationärer
Die
Schaltung des Impulskondensators C3gj
vorliegenden Bedürfnissen anzupassen.
wird leicht
abgeändert,
um
sie den hier
Das den
Belagstrom messende Instrument J371 ist über die hochisolieren¬
C371 und C31T, entkoppelt um es vor steilen Beanspruchungs¬
spitzen bei eventuellen UeberscElägen am Prüfobjekt zu schützen. Die Wider¬
stände R375 und R376 dienen dazu, den Messbelag auf ein Potential zu bringen,
das beim folienfreien Feld im Abstand Belagdicke plus Isolation vor der Kugel
bestehen würde, um damit die durch die Folie verursachte Feldstörung möglichst
klein zu machen. R371 bis R374 sind spannungsfeste Schutzwiderstände am An¬
fang und Ende der Uebertragungsleitung.
den Kondensatoren
So^i
Der Isolationszustand der Me s Schaltung kann nach Entfernung der
und Son« an den Klemmen VE und IX kontrolliert werden.
2.5.4 Schaltung
zur
Erzeugung
und Messung
von
Stöpsel
Stössen mittlerer Steilheit
Die Schaltung zur Erzeugung und Messung von Stössen mittlerer Steilheit
auf der Abb. 62 dargestellt. Wir wollen zunächst die Speiseschaltung des
Stossgenerators, anschliessend die Marx'sche Stosschaltung und schliesslich
den zur Messung der Stösse dienenden Kaltkathodenstrahloszillographen be¬
ist
handeln.
2.5.4.1
Die
Speisung
des
Stossgenerators
Die Erzeugung der erforderlichen Gleichspannung für die Speisung der
Marx'schen Stossbatterie wird durch Hinauftransformieren der 50 periodigen
Netzspannung und nachheriges Gleichrichten in Spannungsverdopplungsschaltung
mit Hochvakuumdioden vorgenommen. Delon Spannungsverdopplungsschaltung
wurde auch hier gewählt, um die Gleichrichterröhren spannungsmässig voll
ausnützen zu können. Der Widerstand R457 dient zur Begrenzung des Einschalt¬
stromes des Reguliertransformators Tr434, währenddem R458 mit R401 und
-
Wicklungswider stände der dazwischenliegenden Transformatoren den äus¬
Ladewiderstand des Stossgenerators darstellen. Ist ein Teil desselben
regulierbar, so gelingt es bei jeder Funkenstreckenöffnung am Stossgenerator
dessen Spannungshöhe weitgehend unabhängig von der am Reguliertransformator
Tr434 einzustellenden Stossfolge zu machen. Voraussetzung hierfür ist natür¬
lich, dass die Zündfunkenstrecke eine der inneren (in unserem Falle FU402) des
Generators ist. Welche man wählen muss, lässt sich leicht nach der Berechnung
des Aufladevorganges 133) der Stossbatterie entscheiden. Die Aufgabe besteht
einfach darin, für verschieden rasche Stossfolge, die durch Variation der Span¬
nungshöhe an der speisenden Quelle verursacht wird, diejenige Stufe der MarxBatterie herauszusuchen, die bei Konstanthaltung ihrer Spannung eine möglichst
die
seren
Summe der Lade Spannungen aller Stufen der dabei als Kettenleiter
aufzufassenden Marx'schen Stossbatterie ergibt. Die Konstanz des Endwertes
der Ladespannung dieser speziellen Stufe ist durch die Schlagweite ihrer Fun¬
kenstrecke gewährleistet, sofern dieselbe Zündfunkenstrecke des Generators
ist. Auf die Wiedergabe der sich auf diesen Gedankengang stutzenden Rechnung
muss hier verzichtet werden, da sie den Rahmen dieser Arbeit überschreiten
konstante
würde.
-
138
-
Abbildung
Vollständiges Schema
der
Schaltung
zur
82
Erzeugung und Messung
StÖssen mittlerer Steilheit
von
139
,401
*402
Ï403
,404
,405
,406
Ï407
,408
,409
Î410
*411
,412
,413
R
414
415
J416
Ï417
:418
,419
Î420
Ï421
,422
,423
,424
£425
Ï426
*427
,431
432
R
433
434
j435
,436
,437
,438
,439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
,v449
R
450
451
i452
,453
454
R
R
455
456
457
M58
500'000
a
16'600
33*000
n
ß
33*000
n
33*000
ft
33*000
ft
33*000
a
33*000
si
33'000
a
33'000
Si
33'000
n
33*000
si
500
Si
15
si
15
ft
15
n
15
ft
15
ft
15
n
12*000
7 5'000
130 '000
a
50'000'000
50'000'000
200'000
s
ß
n
1)
2)
2)
2)
2)
2)
2)
2)
2)
2)
2)
2)
-
459
R
460
461
R
462
Ï463
464
R
465
*466
£467
468
R
469
R
3)
3)
3)
3)
3)
3)
4)
4)
5)
470
471
;401
;402
^403
^404
^405
;406
^407
^408
^409
a
'410
140
n
220
a
10'000'000
500'000
a
220
n
ft
450
fi
200'000
a
200*000
n
10'000'000
110'000
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5'000
a
500
ft
500
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ID
12)
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12)
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12)
13)
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pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
46*740
42*290
27*110
91'650
250'000
50'000'000
100'000
10'500
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
14)
14)
14)
14)
8'900
28*500
28'500
28*500
28'500
28'500
28'500
800
800
si
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100'000
200*000
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158
2'000'000
Si
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10*000
148,
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6 ft
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500
500
1*000
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250*000
2*000
2*200
100*000
100'000
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-452
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10)
10)
10)
10)
10
25
50
100
200
400
5,7
-439
-440
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1*000*000
250'000
5*000
400'000
20*000
23
^431
^432
X433
X434
X435
X436
a
Si
p453
p454
p455
p456
-457
-458
-459
p460
-461
p462
^463
50'000
pF
l'OOO
/*F
l'OOO
uF
12'000'000
12'000'000
100'000
100'000
95'200
977'000
12'500
2'000'000
3'000'000
500
l'OOO
350'000
350'000
350'000
350'000
3 50'000
350'000
350'000
3 50'000
100'000
100'000
100'000
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
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pF
pF
pF
pF
pF
15)
15)
-
,432
rL433
Gr
Gr
Gr
18
432
12 V_
433
Fu
Fu
Fu
403
404
405
16)
17)
16)
16)
16)
16)
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10/"
80
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433
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19)
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20)
^431
21)
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2440
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*442
35 A;
35 A
2 A!
500 V
500 V
250 V
2 A;
6 a;
250 V
250 V
250 V
6 A;
250
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§•000
3'000
6 A;
6 Ai
,
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2451
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V402
'432
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250/95
220/2, 5
V
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18
V
220/3*000
V
250/0...250
380/50
3'000/110
220/2,5
V
250/220
V
JT436
1437
JT438
i439
1440
F431
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F436
F437
F438
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F445
F446
V
Vv
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250 V
A!
A!
A;
250 V
35 A,
500 V
A;
500 V
35
JT434
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£.442
V
6 A;
25
^433
F440
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V
250 V
25
*U32
Ï.439
V
6 A;
6
JT431
1'500 V
3'000 V
140 kV
250 mA
140 kV
"431
Va
Va
Va
VA
V
V
Va
22)
22)
23)
22)
22)
10 kV
10 kV
0,22/120
24)
kV
95/ 14 V
Tr*", 220/250//46'800
Tr* 220/250//
8
120
juu\s
5
mA_
75/150/300
75/150/300
V~
V
60 "000
V_
250
V^,
1,5
150
0,5
3'000
200
4
A
Torr
V
V
A;
250
4 A
250
V
6 À
6 A
250
250
V
A;
A;
A;
250
V
6 A
6
6
6
6
6
6
6
V
V
250
V
250
V
250
V
A; 250
6 A
V
250
V
À 250
A; 250
A; 250
V
V
V
6 A
250
V
10 A
10 À
250
V
250
V
2 Liter
2-Strahl
26)
158ft;530pF
27)
28)
29)
29)
29)
29)
431
432
Tr*"
V
V
434
435
431
432
433
Pu
Pu
220
50
A 380
431
Sp431
V/0, 27
V/l, 15
V/0,8 5
A
A
A
10~* Torr
431
432
Ka, 401
An
25)
A
433
Va
120 kV
1000 mA;
1000 mA;
431
'401
500 V
500 V
250 mA,
v403
V-„
435
J441
S401
n433
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Tr
437
Tr
438
80 V
431
432
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Tr
433
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250/
250/5
250/
250/
250/
250/
250/
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431
432
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V^
Fu
Fu
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Tr
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40
L434
Gr
40
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AxHy
40 ijiHy
^431
140
10"°
32)
„,
33>
34)
Torr
Fo4s1 35)
VP431 36>
Zp4"
As^J
36)
37)
30)
31)
-
141
-
Bemerkungen: ")
1) Aeusserer Ladewiderstand
2) Innerer Ladewiderstand
3) Innerer Dämpfungswiderstand
4) Aeusserer Dämpfungswiderstand
5) Ableitwiderstand
6) Abgleichwiderstand
7) Dämpfungswiderstand für Sperrplattensystem
8) Dämpfungswiderstand für Vorgangsplatte I
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
18)
Dämpfungswiderstand fur Zeitplatte
Zeltablenkwiderstand
Schubkapazität, Haefely
Stosskapazität, Haefely
Belastungskapazität, Haefely
Induktionsfreier Messkondensator, Xamax
Zeitablenkkondensator, Micafil
Schaltfunkenstrecke
Zündfunkenstrecke
Messfunken st recke
19) Prüfobjekt; Spitze, Stab oder Draht gegen 750 mm-Kugel
20) Umpolen durch Umstecken zweier Kabel
21) Steckerverbindung
22) Sperrspannung und Spitzenstrom
23) Sperrspannung
24) Ladespannungstransformator
25) Vakuummeter
26) Hochspannungs-Kalt-Kathoden strahl-Oszillograph, TTC
27) Wellenwiderstand und Kapazität; Trolttulperlenkabel, 24 pF/m, 0,
tgS < 0,001, Suhner
28) Vakuum -Regu lierventil für den Strahlstrom
29) Vakuumhahn
30) Vorvakuum-Oelkapsel-Pumpe
31) Hochvakuum-Molekular-Pumpe; System Holweck
32) Im Vakuum drehbare Kathode aus Aluminium
33) Anodendüse mit 2 Bohrungen 0,1 mm £
34) Kapazität des Sperrplattensystems 200 pF
35) Im Hochvakuum schwenkbare Sammelspule
36) Im Betrieb regulierbarer Plattenabstand
37) Anstosselektrode für exponentielle Zeitablenkung
52
Ne/km,
Der Schalter S40i dient zum Polaritätswechsel der Stosspannung. Da der
Generator einpolig gegen Erde, also unsymmetrisch aufgeladen wird, verursacht
die Umschaltung eine Aenderung des Scheitelwerts der erzeugten Stosspannung
im Grunde genommen nur dann, wenn die Schlagweite der Zündfunkenstrecke
grösser ist als die kritische der Töppler'schen Knickstelle
38).
im
vorliegenden
Falle ist sie stets kleiner.
Hauptsächlich bei sehr langsamer Stossfolge kann eine Aenderung der Stossspannungshöhe beim Polaritätswechsel auch dadurch Zustandekommen, dass die
polaritätsabhängigen, nicht linearen Sprühableitungen die Verteilung der Lade¬
spannung auf die einzelnen Stufen beeinflussen.
Die gesamte
Speiseschaltung liegt
2.5.4.2
an
Die Marx'sche
Die
vorliegende Schaltung
wurde
der
Erdung für stationäre Vorgänge.
Stosschaltung
zur
Erzeugung
von
Stosspannungen
mit
10 und 100
einer
/Us verwendet. Sie besteht aus
sechsstufigen Stossbatterie mit den Kondensatoren C402 bis C407, den Funken¬
strecken FU401 bis Fu40ß, den inneren Ladewiderständen R402 bis R412 und den
inneren Dämpfungswiderständen R414 bis R4i9, ferner der als StosspannungsFrontdauern
zwischen
teiler
ausgebildeten Belastungskapazität mit den Oberspannungskondensatoren
C409 und den Unterspannungskapazitäten C431 bis C434, weiter den
äusseren Dämpfungswiderständpn R420 bzw. R421 und R413, sowie der Ableitung
R422- Die erwähnte sechsstufige Stossbatterie, die auch für den im Abschnitt
2.5.5.2 noch zu beschreibenden Flachwellengenerator verwendet wird, ist auf
C4Q8
und
Abb. 63
*)
E
zu
sehen.
rklärung der Kurzbezeichnungen der Schaltelemente
auf den Seiten 108 und 109.
-
142
-
Abbildung 63
Marx'scher Stossgenerator als erste Stosskapazität bei der
zur Erzeugung flacher Wellen
(Fuj-q,
Schaltung
^q„)
1
Höhere Schaltfunkenstrecken
2
Anstosselektroden
3
Glättungskondensator (C,-0g)
4
Aeusserer Ladewiderstàna
5
Kaltkathodenstrahloszillograpn
6
Erste Schaltfunkenstrecke
7
Vorentladungsfreie Ladespannungszuleitung
Isohersäule, die 6 Stosskondensatoren enthaltend (C509.. 514)
Drehbare Isoliersäule zur Veränderung der Schlagweite der
8
zur
Auslosung der'quasilinearen Zeitablenkschaltung (An,-,-«)
(Rene)
(ko,-Q|)
(Fucqo)
.
9
F un ken st recken
(Fu502...507)
10
Unterste Stufe der zweiten
11
Zundfunkenstrecke
12
Dämpfungswiderstand
13
Innere Ladewiderstände
Stosskapazität (C,.«)
(Fu^J
zwischen erster und zweiter
(R,., &
^si7^
Stosskapazität
(R5,J
Entladevorgang dieses Stossgenerators durch die zweitunterste Fun¬
einleiten, so wird die Abhängigkeit des Spannungsscheitelwertes von der
Stossfolge am geringsten.
Lässt
man
kenstrecke
den
-
143
-
An die an der Belastungskapazität entstehende Stosspannung sind das Prüf¬
objekt -O401 und die Messfunkenstrecke FU4Q7 angeschlossen, während die am
Teiler abgenommene Spannung über das Kabel
K431 auf den Kathodenstrahloszillographen K0401 geführt wird. Die gesamte Schaltung ist an der Erdung
für nicht stationäre Vorgänge angeschlossen mit Ausnahme des Sockels der
sechsstufigen Stossbatterie in den der Antriebsmotor M431 zum Verstellen der
Schlagweiten der Funkenstrecken Fu^q« bis Fu^Qg eingebaut ist.
Um bei der relativ grossen Frontdauer noch einen vernünftigen Grad der
Spannungsausnützung zu erhalten, muss der Wellenrücken lang gemacht werden.
Dies bedingt einen möglichst grossen Entladewiderstand. Sein Maximum ist da¬
durch gegeben, dass man die Entladung allein durch die inneren Ladewiderstände
R4Q2 bis R412 erfolgen lässt. Im vorliegenden Falle wurde noch ein hochohmiger, den Wellenrücken
geschaltet
um
Stosses sicher
frei sind.
nur unwesentlich verkürzender Widerstand R422 parallel
die Rückkehr der Spannung auf null vor dem Beginn eines neuen
zu
stellen,
da die inneren Ladewiderstände nicht unterbruchs-
Die Einstellung der Funkenstrecken FU401 bis Fu406 beeinflusst nicht nur
die bereits erwähnte Konstanz des Stosspannungsscheitelwertes, sondern auch
in weitgehendem Masse den Spannungsbeginn (Fuss) der Stosswelle und zwar
ist dies umso mehr der Fall, je steiler die erzeugten Stösse sind. Es sei für
nähere damit zusammenhängende Fragen auf den Abschnitt 2.5.7, bei dem die
Erzeugung
steiler Stösse behandelt werden
wird,
verwiesen.
An der genannten Stelle ist weiter ausgeführt, weshalb die Verteilung der
Dämpfung (R420 bzw. R421 und R413J sowie R414 bis R419) umso mehr anzu¬
raten ist, je steiler die erzeugten Stösse sind.
Die Erdung des Stosskreises muss an einem einzigen Punkte erfolgen und
möglichst satt ausgeführt werden, damit die sie durchfliessenden Ladeströme
der Streukapazitäten möglichst wenig induktiven Spannungsabfall verursachen
können. Diese
Schaltung
Erdungsstelle, die während
Spannung gegenüber
die kleinste
der Stossfront
von
allen Teilen der
der
Umgebung haben soll, wird am
vorteilhaftesten am Nullpunkt des Spannungsteilers angeschlossen, damit der
Ladestrom im Mantel des Messkabels möglichst gering wirdlß).
2.5.4.3
Der
Hochspannungskaltkathodenzweistrahloszillograph
System Berger/Trüb-Täuber
*
Der schon mehrfach erwähnte, auf der Abb. 23 sichtbare Hochspannungskaltkathodenzweistrahloszillograph wird sowohl zur Messung dieser mittel¬
steilen Stossvorgänge, wie der extrem flachen und extrem steilen Stosspannungen verwendet. Wir wollen seinen auf Abb. 62 angegebenen schematischen
Aufbau und die Stromkreise seiner Hilfsbetriebe kurz besprechen. Es sei
nächst an das im Abschnitt 2.3.3 Gesagte erinnert.
Die
Strahlen
Menge
wird
der
durch
an
der Kaltkathode
Regulieren
schwindigkeit der Elektronen mit
An43i liegenden Beschleunigungs-
des
Ka40i erzeugten
Luftdruckes
am
Elektronen der beiden
Ventil
der Höhe der zwischen
oder
zu¬
Va43i,
Ka401 und
Strahlspannung eingestellt.
die
Ge¬
der Anode
Anodendüsen in das unter Hochvakuum stehende eigentliche
Oszillographengefäss hindurchtretenden Elektronen durchlaufen zunächst die
Die durch die
für die beiden Strahlen räumlich
ten,
aus
je
4
getrennten, aber elektrisch parallel geschalte¬
Plattenpaaren bestehenden Sperrsysteme Sp4o*, in denen beim
144
-
Anlegen
einer
negativen Spannung
-
eine sehr
weitgehende Sperrung
erreicht
wird,
aber im spannungslosen Zustand freier Durchgang der Strahlen stattfindet.
Die Sperrung durch das vierfache System verhindert über Tage hinaus die Be¬
einflussung von photographischem Material bei offener Kassette, wie dies zum
oder
Beispiel für Gewittermessungen nötig ist. Ein aus zwei Plattenpaaren aufge¬
bautes System soll für ca. 16 min Sperrzeit die Belichtung noch hinreichend
verhüten *). Das vorliegende System hat mit seiner abgeschirmten Zuleitung
zusammen eine Kapazität von ca. 200 pF und ermöglicht schwingungsfrei mit
einer Zeitkonstante
(2.5.4.3/1)
zu
T„n
=
30
•
10"9
sec
entsperren.
Die
Quarzisolation
des
Systems ist leider zu hochohmig. Streifende
Sperrung ein parasitäres Potentialgebirge
Elektronen bauen nämlich während der
auf, das den Elektronenstrahl verformt und ablenkt. Abhilfe ist sicher durch ein
weniger gut isolierendes Material zu finden (z.B. Hartpapier). Die Zeitkonstante
für das Verschwinden des Potentialgebirges beträgt im vorliegenden Falle bei
Quarzisolation ca. eine halbe Minute. Um die sich während der Dauer der Ein¬
zelmessungen nur als Strahldefokusierung äussernde Erscheinung auszuschalten,
wurde der Elektronenstrahl
nur
sperrt und dann die
geöffnet.
Kassette
kurz vor der Aufnahme der
Oszillogramme
ge¬
magnetische Sammellinse F0431 ist für beide Strahlensysteme gemein¬
lässt sich die Länge des Strahlenweges, auf dem das Magnetfeld
wirkt, nach Oeffnen des Oszillographen für jeden Strahl einzeln einstellen. Ein
von aussen betätigbarer Antrieb zum Schwenken der Sammelspule ist vorhanden
um die gegenseitige
Lage der Strahlauftreffpunkte auf dem Leuchtschirm bzw.
dem Photomaterial passend einstellen zu können. Weiter ist noch eine ebenfalls
von aussen bedienbare Blende zur Sperrung des einen der beiden Strahlen vor¬
handen. Im vorliegenden Falle wird davon Gebrauch gemacht, da ein einziger
Vorgang jeweils aufzunehmen ist.
Die
sam;
doch
Die fokusierten Strahlen gelangen sodann in zwei getrennte
Ablenkplatten¬
Vorgangsspannungen unsymmetrisch
angelegt werden. Die mittlere Platte ist für beide Systeme gemeinsam und dient
zur Anlegung einer beliebigen konstanten Schubspannung, die das Oszillogramm
die passende Stelle zu bringen erlaubt. Der Plattenabstand und damit die
an
Empfindlichkeit kann von aussen während dem Betrieb verändert werden. Damit
die von der Unsymmetrie der angelegten Spannung verursachte Verzeichnung
gering ist, wird der Plattenabstand so gering wie möglich gewählt. Die unterste
Grenze hierfür ist durch die Bedingung gegeben, dass der Elektronenstrahl in
voll abgelenktem Zustand aus bekannten Gründen die Platte nicht streifen darf.
Durch diese engste Einstellung erhält man zugleich die grösstmögliche Empfind¬
lichkeit des Oszillographen, aber auch die grösste Kapazität seines Vorgangs¬
plattensystems. Diese Kapazität beträgt ca. 40 pF. Die kürzeste Zeitkonstante
mit der die Ablenkplattensysteme Vorgängen schwingungsfrei folgen können, ist:
systeme
Vp43j
/2)
4)
an
denen die
zu
messenden
TVn
6
•
10"9
sec
Mitteilung von Herrn Dipl.-Ing.N.Hylte'nCavallius, ASEA Forschungslaboratorium, Ludvika, Schweden.
Nach einer freundlichen mündlichen
145
-
-
Zuletzt wird noch das für œide Elektronenstrahlen gemeinsame Zeitablenkplattensystem ZP431 durchlaufen. Auch die Zeitablenkspannung wird unsymme¬
trisch angelegt, wodurch notgedrungenermassen auch eine Verzeichnung in der
anderen Achsrichtung eintritt. Dies ist bei der Auswertung der Oszillogramme
beachten. Weiter ist zu bedenken, dass die Höhe der Zeitablenkspannung
zu
nicht nur die Länge der Zeitachse beeinflusst, sondern auch die Empfindlichkeit
des
Oszillographen
ten
bestehende Feld wirkt als Bremsfeld auf die
Zeitplat¬
durchfliegenden Elektronen,
vermindert deren Energie, vergrössert dadurch die Empfindlichkeit und beein¬
trächtigt schliesslich noch die Strahlfokusierung. Die Kapazität dieses Platten¬
systems beträgt einschliesslich seines Zuleitungskabels ca. 100 pF und die
raschest mögliche schwingungsfreie Spannungsänderung muss eine Zeitkonstante
von
nicht unwesentlich ändern kann. Das zwischen den
mindestens
(2.5.4.3/3)
Tz
70
=
•
10"a
sec
haben.
Das
photographische Material befindet
im Hochvakuum. Der Deckel dieser Kassette
Leuchtschirm
zur
visuellen
Beobachtung
sich in einer lichtdichten Kassette
trägt auf
und
seiner Aussenseite einen
wird für
photographische Auf¬
nahmen mit Hilfe einer Vakuumkurbel von aussen geöffnet. Als photographisches
Material wird in unserem Falle Papier mit geeigneter Emulsionsschicht ver¬
wendet.
Das
Oszillographenpapierband kann mit Hilfe einer zweiten Vakuum¬
weiterbewegt und der Vorschub an einer Messuhr abgelesen
kurbel mechanisch
werden. Die
gewünschten Eigenschaften
der Emulsionsschicht
sind bereits im
Abschnitt 2.3.3 behandelt worden. Bevor das Papier für Aufnahmen brauchbar
ist, muss es im Hochvakuum praktisch völlig wasserfrei gemacht und entgast
worden sein. Spontane Gasausbrüche, wie sie beim Weiterbewegen ungenügend
getrockneten Papiers auftreten, vermindern das Vakuum nicht nur im Hauptgefäss, sondern auch im Entladerohr, wodurch der Strahlstrom ansteigt und das
Gleichgewicht der Hilfsspannungen des Oszillographen gestört wird.
bringt eine Aenderung der Empfindlichkeit und der Fokusierung mit sich.
Als Trockensubstanz kommt nur Phosphorpentoxyd in Frage. Mit der Dauer der
Einlagerung des chemisch trockenen Papiers verändern sich aber noch eine
ganze Reihe seiner Eigenschaften. So vermindert sich seine Empfindlichkeit für
Elektronenschrift, der elektrische Widerstand steigt und die Brüchigkeit der
EmulsionsschicHt ebenfalls. Alle die genannten Eigenschaften wirken sich nach¬
teilig aus; daher sollte das Papier nicht länger als ca. eine halbe Woche im
Oszillographen verbleiben.
stationäre
Dies
Geringe elektrische Leitfähigkeit begünstigt das Entstehen von Entladungs¬
figuren auf der Emulsionsschicht beim Abrollen des Oszillographenpapiers oder
Films nach der Entfernung aus dem Hochvakuum. Diese Entladungsfiguren las¬
sen sich sicher vermeiden, wenn man die dem Oszillographen entnommene Pa¬
Weiterbehandlung zunächst einige Stunden
man je einen Bleistiftstrich auf der
so soll es
zu den Papierrändern,
möglich sein, frisch der Kassette entnommenes Papier sofort weiter zu be¬
handeln, ohne dass Entladungsfiguren auftreten *).
pier- oder Filmrolle
vor
irgend
einer
Luft aufbewahrt. Zieht
Emulsions Schicht in der Nähe und parallel
in normal feuchter
*)
Diese freundliche
ber &
Cie.,
Zürich.
Angabe
stammt
von
Herrn
Dipl. -Ing. G.lnduni, Trüb-Täu-
-
146
-
erwähnte Lagerung des exponierten Photomaterials bei normaler
vermindert zugleich noch seine Brüchigkeit. Diejenige der
Emulsionsschicht ist ausserdem umso geringer, je dünner diese ist.
Die
Luftfeuchtigkeit
Wir betrachten
aus
die Hilfsbetriebe des Oszillographen.
entkoppelten 380 V-Netz gespeist.
nun
dem auf Stosserde
Sie werden alle
Hochspannungsquelle für den Elektronenstrahl besteht aus einer nor¬
Gleichrichterschaltung, deren Hauptteile der Transformator
Einweg
Die
malen
-
die Dio(1e V403 und der Kondensator C410 sind. Am Widerstand R459
wird die Höhe der Strahlspannung, also die Härte des Elektronenstrahles, ein¬
gestellt. Diese Gleichspannung wird am Instrument J^gg gemessen, während¬
Tr403>
J436 nur Kontrollzwecken dient. Weiter ist die Anscnlussmöglichkeit eines
Präzisionsinstrumentes in den Kreis des Widerstandes R424 vorgesehen. Die
beiden Präzisionswiderstände R423 und R424 stellen zusammen auch noch eine
dem
gewisse Grundbelastung der Quelle dar,
nung
von
der Grösse des Strahlstromes
durch die die
Abhängigkeit
ihrer
vermindert wird. Dieser Strom
Span¬
wird,
einen der beiden Instrumente J431 bzw. J439 ge¬
messen, wie dies bereits im Abschnitt 2.3.3 angedeutet worden ist. Die Span¬
nungssicherungen FU431 und FU432 scnützen die Instrumente vor statischen
je nach seiner Grösse mit dem
Ueberlastungen und die Kondensatoren C435, C436 und C437 verhindern unzu¬
lässige Stossbeanspruchungen. Der Widerstand R435 besorgt die notwendige
Dämpfung des empfindlicheren der beiden Instrumente und R425 stabilisiert die
Gasentladung im Oszillographen. Für die Messungen wird eine Spannung von
40 kV bei Stromstärken zwischen 1500 und 40 flA, je nach der Geschwindigkeit
der aufzuzeichnenden Vorgänge, verwendet.
Eine weitere, im wesentlichen aus den Elementen 1^433, V431, C442 und
C443 bestehende Gleichspannungsquelle speist das Gerät für exponentielle Zeit¬
ablenkung, die Strahlsperrung und die Schubspannung für das Zeitablenkplattensystem. Die Höhe der ebenfalls in Einweg-Schaltung erzeugten negativen Gleich¬
spannung gegen Erde kann am Potentiometer R464 eingestellt und mit dem In¬
strument J440 gemessen werden. Bei der Durchführung der Messungen betrug
diese Spannung 2800 V. Die den von V431 gelieferten Ladestrom begrenzenden
Widerstände R442 und R443 sind leider unentbehrlich, sie vermindern jedoch
die Konstanz der Spannung an der Kondensatorkette C442, C443 beim Arbeiten
des mit mittlerer Strichstärke ausgezogenen, aus den Elementen C446 und C447,
R451 bis R45g und Fu.,, bestehenden Geräts für exponentielle Zeitablenkspan¬
nungen.
gen
Die Glieder mit den grossen Zeitkonstanten R446 C444 und R447 £445 sor¬
dass die Zeitplatten-Schubspannung und die Spannung zur dauernden
dafür,
Strahlsperrung genügend konstant sind. Ueber den Schalter S442 gelangt die
Zeitablenkkreis gelieferte Spannung auf die Platten.
Schaltet
Drücken des
man
vom
Endstellungen von S442, so können durch
Endpunkte der Zeitachse auf dem Oszillogramm
auf eine der beiden
Knopfes
S.
.
die
markiert werden.
In der Mittelstellung des Schalters S443 erfolgt die Entsperrung des Elektro¬
nenstrahles während der Dauer der Zeitablenkung, in seinen Endstellungen be¬
wirkt dieser Schalter dauernde Freigabe, bzw. Sperrung.
Die Auslösung der Zeitablenkung geschieht durch Uebertragung eines über
Anstossleitung fliessenden, vom Stossgenerator kapazitiv übertragenen Im¬
pulses über C452 auf die Mittelkugel von FU433. Der erwähnte Kondensator C452
und der Ableitwiderstand R4Ç2 sind nötig um eine Verschiebung des Mittelpo¬
tentials der Doppelfunkenstrecke zu vermeiden, die durch aus dem Hochspannungs¬
feld übertragene Sprühentladungen sonst eintreten würde. Durch Schliessen des
Schalters S44,- kann man die Auslösung der Zeitablenkung verhindern.
die
-
und
die
147
-
Die Gleichrichterschaltung Gr43j bis Gr434 mit den Kondensatoren C440
liefert bei geschlossenem Schalter S446 den Fokusierungsstrom für
C441
Sammelspule F040J der mit dem Instrument J439 gemessen
R463 auf den richtigen Wert eingestellt werden kann.
und
am
Wider¬
stand
Die Schubspannung für die Mittelplatte des Vorgang-Ablenkplattensystems
wird von dem in der Hauptsache aus den Elementen Tr43ß, V432, C449
und C450 bestehenden Kreis geliefert. Nach zweistufiger Glättung gelangt die
Vp43<
die in 10 gleiche Stufen geteilte Potentiometerdekade R465>
passende Potential abgegriffen wird. Die Einstellung der Schub¬
Schubspannung auf
an
welcher das
spannung geschieht am Widerstand R470 und ihre Grösse wird vom Voltmeter
J44I angezeigt. Damit die Schubspannung an der Mittelplatte auch bei der Auf¬
nahme rascher Stossvorgänge genügend konstant ist, muss direkt an der Platte
nochmals entkoppelt werden. Dasselbe gilt auch für die an fester Schubspannung
liegende Zeitplatte.
Die Uebertragung der zu messenden, am kapazitiven Teiler abgenommenen
Stosspannung auf den Oszillographen erfolgt unter Berücksichtigung der im Ab¬
schnitt 2.3.3 angestellten Betrachtungen über ein kapazitätsarmes, kurzes Kabel
k43Ll vor dessen Anfang der Wellenwiderstand R431 geschaltet ist und an des¬
sen Ende hinter dem Dämpfungswiderstand R438 die Vorgangsplatte liegt. Der
R432 verhindert die Aufladung des Teilerpunktes durch
Hochspannungsfeld stammende Sprühentladungen.
Widerstand
aus
dem
Die Abb. 64 und 65 zeigen den Verlauf der beiden verwendeten Stosspanmittlerer Steilheit. Da nur ein kurzes Uebertragungskabel verwendet
fehlt der Anfang der Spannungskurven. Der Frontverlauf zeigt nur unbe¬
nungen
wird,
deutende
Oberwellen,
sodass
keinerlei
Vorbehalte
dieser
Prüfspannung gemacht werden müssen.
2.5.5
Schaltung
zur
Erzeugung und Messung
von
bezüglich der Anwendung
Stössen kleiner Steilheit
Das gesamte Schaltschema zur Erzeugung und Messung von Stössen kleiner
Steilheit ist auf der Abb. 66 dargestellt. Wir betrachten nacheinander wiederum
Speisung des Flachwellengenerators, die Entwicklung
Schaltung, sowie die verwendeten Messeinrichtungen.
die
2.5.5.1
Die
Speisung
des
und
Ausführung
seiner
Flachwellengenerators
Infolge der geringen SpannungsausnUtzung der hier verwendeten Stossschaltung im Vergleich zu der soeben beschriebenen, wird der Generator G136
zur Speisung benutzt, wie dies im Abschnitt 2.5.1.2.4 und auf Abb. 51 darge¬
stellt worden ist. Seine Spannung gelangt über Oelschalter, Trenner, Sammel¬
schienen usw. auf die Klemmen HI, IV. Den hieran anschliessenden Schaltungs¬
teil wollen wir auf Abb. 66 verfolgen. Die Spannung wird zunächst über den
Trssj mit dem Voltmeter Js5j gemessen, weiter durch den Prüftrans¬
Tr5oi hinaufgespannt und über den im Abschnitt 2.5.3 behandelten
Röhrengleichrichter Vcqi» V502, dessen Heizleistung von der ebenfalls dort
beschriebenen, isoliert aufgestellten Generatorgruppe G551, G552 geliefert
wird, den Polaritätswechselschalter S5q« und die Glättungskapazität Cj^, C508
Wandler
formator
schliesslich auf die unterste Stufe der Marx'schen Stossbatterie
geführt.
-
148
-
Abbildung 64
Front und Rücken des Stosses
S
Frontsteilheit:
Scheitelspannung,
Scheitelspannung,
33,
«5
0
13, 2/241 yus
kV/^s
kVgw
reduziert:
VCm
gemessen:
P&- 'positiv^
Polarität:
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
ü
te
kapazitiv
exponentiell
Dieser
Spannungsstoss mittlerer Steilheit wird durch einen Marx'schen
generator mit etwas vergrössertem Dämpfungswiderstand erzeugt.
Stoss-
Die Daten der Anlage sind:
Stufenzahl
n
Max.
Ladespannung
Max.
Stossenergie
pro Stufe
Ug.
^m
6
170 kV.
2'4 ^sec
Das Oszillogramm wurde bei Belastung mit dem Prüfobjekt aufgenommen. Der
Spannungsverlauf ist praktisch oberwellenfrei. Da kein Verzögerungskabel ver¬
wendet wurde, fehlt der Anfang des Oszillogramms.
Schaltung
nach Abb.
62.
-
149
-
Abbildung 65
Front und Rücken des Stosses
66,6/479 /is
6,77 kV/yus
Frontsteilheit:
S
Scheitelspannung, reduziert:
Scheitelspannung, gemessen:
VCm
^Cm
^51
Polarität:
Pol
Spannungsteilung:
Zeitablenkung
ü
negativ
kapazitiv
exponentiell
Die
te
428
kVgw
kVqw
ow
Erzeugung dieser Stosspannung erfolgt durch einen Marx'schen Stossgeneravergrössertem Dämpfungswiderstand.
tor mit stark
Die Daten der Anlage sind dieselben wie auf Oszillogramm 1.
Der
fehlt,
Anfang
da kein
Schaltung
mit der Prüfobjektbelastung aufgenommenen Oszillogramms
Verzögerungskabel verwendet wurde.
des
nach Abb.
62.
-
150
-
Abbildung
Vollständiges Schema der Schaltung
66
zur
Erzeugung
und
Messung
von
Stössen kleiner Steilheit
N-»r
ïCi-
och
151
-
£503
£504
£505
„506
5507
„508
„509
„510
»511
p514
5515
5516
5517
5518
„519
„520
„524
„525
„526
5527
„528
„529
„530
„531
Ï532
„533
R534
„535
„536
5537
5538
5541
$542
R543
5551
S552
5553
"554
5555
5556
„557
5558
„559
5560
5561
362
5563
5564
5565
5566
5567
5568
5569
H570
„571
S5'2
B573
5574
"575
R576
200 '000
ft
300'000
Q
600'000
a
100'000'000
100'000'000
300'000
16'600
33'000
a
si
33'000
a
33'000
ft
501
502
503
,504
ft
a
1)
2)
2)
2)
2)
a
..
2)
ft
33'000 ft
33'000 ft
33'000 ft
33'000 ft
33 '000 ft
33'000
2)
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2)
2)
17
Ö
3)
3)
3)
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4)
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6)
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6)
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6)
6)
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6)
ft
6)
6)
7)
8)
9)
ft
15
ft
ft
ft
ft
15 ft
15 ft
15
400
15
ft
15
50'000'000
50'000'000
50'000'000
50'000'000
50'000'000
50'000'000
50'000'000
50'000'ooo
50'000'000
50'000'000
l'130'OOO
13'000'000
47'000'000
200'ooo
ft
S
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
a
158
ft
1
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
ft
1
10
30'000
50
l'OOO'OOO
1'000'000
100'000
3,1
3,1 ft
l'OOO ft
l'OOO ft
l'OOO ft
l'OOO Q
2'000
512
513
514
515
ft
2'000'000 ft
250'000 O
518
519
520
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
574
575
576
10)
4'450
577
578
4'450
28'500
28 '500
28 '500
28'500
28'500
28'500
17'750
1T750
17'750
1T750
1T750
800
800
50'000'000
l'OOO
20 '000
5'000
5"000
100'000
10'500
50'000
20'000
20'000
20'000
350'000
350'000
350'000
100'000
100'000
l'OOO'OOO
350'000
350'000
350-000
100'000
100'000
100'000
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
PF
pF
pF
PF
PF
pF
PF
pF
17)
17)
17)
17)
18)
18)
40
70
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19)
19)
19)
20)
20)
250
250
250
250>
30°
Sp.
250
t
1554
555
556
27)
557
27)
27)
1558
559
:560
561
250
2
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2
A;
250
27)
27)
27)
565
3 '000
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567
568
569
3'000
2,5A;
6
A;
500
500
35
A;
500
27)
27)
"502
200 mA; 200
kV
29)
mA;200
kV
29)
kV
30)
500/200'000
V
31)
500/101, 2
220/ 2,5
250/220
V
200
'.551
551
V
V
9
V
9
V
555
556
558
559
mA_
60
12
mA_
24)
V
l'OOO
V
32)
H501
emAjeOWK)
20... 15'000
0,5... 1200 ps;
:551
552
33)
Hz
34)
3 000V
S*551
°551
G552
V=
000V=
14, 5 V_/8,
14, 5 Vl/8,
V/0,
500 V/l,
200
158
25)
l'OOO
Ko501
Z*551
23)
4
A;
A;
2-Strahl
Es551
V_
V_
60'000
4
21)
V
300
557
21)
22)
21)
21)
21)
V
9....18
9....18
554
'552
V
75/150/300
553
It
Sp;St;Dr
7,5
2000 mA;
13
0,8d;
28)
3'000
562
563
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552
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pF
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16)
16)
17)
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16)
16)
40 uHy
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15)
15)
16)
27'110 pF
91'650 pF
502
509
14)
pF
42'290
'554
11)
12)
14)
14)
14)
14)
14)
l'OOO pF
46'740 pF
553
508
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
50'000
552
507
pF
4'450 pF
4'450 pF
50 '000 pF
551
501
pF
4'450 pF
521
573
ft
1'500 ft
200 ft
1
510
511
572
500
10
508
509
571
125 ft
0,45 ft
1
507
517
15 ft
15 ft
15 ft
15
506
516
ft
ft
33'000
505
4'450 pP
-
5
A
5
a;
27
A
57
A
V/l,7
A
2 ; 530
PF
35)
36)
37)
38)
39)
-
152
-
Bemerkungen: *)
Aeusserer Ladewiderstand
Innerer Ladewiderstand
Innerer
Dämpfungswiderstand
der ersten
Stosskapazität
Aeusserer Dämpfungswiderstand
Innerer
Dämpfungswiderstand
der zweiten
Stosskapazität
Ableitwiderstand
Frontwiderstand für Welle
Frontwiderstand für Welle
Frontwiderstand für Welle
1*250/188'000,0s
15'000/235'000/i.s
50'000/320*000/18
Abgleichwiderstand
Dämpfungswiderstand für Sperrplattensystem
Dämpfungswiderstand für Zeitplatte
Dämpfungswiderstand für Vorgangsplatte I
Schubkapazität, Haefely
Glättungskapazität, Xamax
Erste Stosskapazität, Haefely
Zweite Stosskapazität, Micafil
Belastungskapazität, Haefely
Induktionsfreier Messkondensator, Xamax
Zeitablenkkondensator,
Xamax
Schaltfunkenstrecke
Zündfunkenstrecke
Schalt- und Löschfunkenstrecke, 1'420
negativer Polarität
mm
bei
positiver, 1700
mm
Schlagweite
bei
Messfunkenstrecke
gegen 750 mm-Kugel
Umpolen durch Umstecken zweier Kabel
Steckerverbindung
Taster mit nicht vollständig schliessendem Kontakt
Metalix-Ventilröhre, Type 28012; Scheitelstrom, Sperrspannung
Thyratron TQ2, BBC; Scheitelstrom, Sperrspannung
Prüfobjekt; Spitze, Stab oder Draht
Prüfträn sf or mator 100
kVA, BBC
Hochspannungs-Kalt-Kathodenstrahl-OsziUograph TTC
Hochspannungsquelle für Strahlstrom und Speisung des quasilinearen ZeitaDlenkgerätes
Eichsender 50 V Philips
Exponentielles Zeitablenkgerät, Detailschema Abb. 62
Schubspannungsgerät, Detailschema Abb. 62
Wellen widerstand und Kapazität; Trolitulperlenkabel, 24 pF/m, 0,52 Ne/km
Anstosselektrode für exponentielles Zeitablenkgerät
Anstosselektrode für quasilineares Zeitablenkgerät
*) Erklärung der Kurzbezeichnungen
der Schaltelemente auf den Seiten 108 und 109.
153
-
-
Da die zur Verfügung stehenden Gleichrichterröhren V501 und V502 spannungsmässig auch bei dieser Schaltung voll ausgenützt werden müssen, wird
Verdopplungsschaltung nach Delon angewendet und die Höhe ihrer Sperrspannung
durch eine geeignete Schutzfunkenstrecke
Furqi begrenzt.
Der äussere Ladewiderstand ist, im Gegensatz zu der im Abschnitt 2.5.4
beschriebenen Schaltung, nicht regulierbar und besteht aus den Einheiten Rs52>
R5OI bis R503 und Rso6- Die Widerstände R504 und R505 dienen zur Steuerung
des Mittelpunktes des
der im
aus
Sprühentladungsfeld
2.5.5.2
zwei Einheiten bestehenden
Glättungskondensators,
steht.
Der
Flachwellengenerator
Die allgemeine Berechnung des Flachwellengenerators ist bereits im Ab¬
schnitt 2.3.4.2 geschehen. Auf die Wiedergabe der numerischen Rechnung wird
verzichtet. In diesem Abschnitt sollen nur noch einige spezielle, bei der Ent¬
wicklung und Ausführung der Schaltung gewonnene Ergebnisse und Erfahrungen
mitgeteilt werden.
Es sei zunächst nochmals kurz darauf hingewiesen, dass das Wesen dieser
Schaltung darin besteht, eine Stosspannung nach der Marx'schen Vervielfachungs¬
methode herzustellen, mit dieser über eine Schaltfunkenstrecke mit speziellen
Eigenschaften eine zweite Stosskapazität aufzuladen, die nun in dem ihr ange¬
schlossenen, funkenstreckenfreien Stosskreis Wellen äusserster Flachheit er¬
zeugt. Einen Begriff vom räumlichen Aufbau der Schaltung vermitteln die
Abb. 63 und 67 bis 69.
Die
bis
erwähnte,
zwischen der ersten
C519 Stosskapazität liegende
C509
C514 und der zweiten C515
FU508 soll nach dem
bis
Schaltfunkenstrecke
Durchzunden
der als erste Stosskapazität bezeichneten Marx'schen Batterie
(Abb. 63) unverzüglich ansprechen und die Aufladung der zweiten, im vorliegen¬
den Fall
aus
gestatten,
Die
fünf Stufen bestehenden
hernach aber
möglichst
Löschbedingung
strecke und
ist
Stosskapazität
bis
zum
Spannungsausgleich
rasch löschen.
abhängig
von
Schlagweite der Funken¬
Stosskapazitäten liegenden
der Art und
der Grösse des zwischen den beiden
Dämpfungswider Standes.
von
Kugelfunkenstrecke (500 mm) für diesen Schaltzweck
ein Wert, der etwas oberhalb
Dämpfungswiderstand 600 Q
der aperiodischen Grenze liegt, gewählt. Stellt man beispielsweise die Schlag¬
weite dieser Schaltfunkenstrecke für eine 95%-Ueberschlagstosspannung ein,
so ergibt sich der auf Abb. 70 sichtbare Spannungsverlauf. Das am horizontalen
Kurvenstück erkennbare Löschen tritt hier nicht wie gewünscht im Spannungs¬
scheitel, sondern erst spät im Rücken der Spannungskurve und überdies noch
zeitlich stark streuend ein. Die so erreichbare Spannungsausnützung beträgt
höchstens die Hälfte der möglichen. Diese Schaltdaten sind unbrauchbar, da sie
Prüfspannungswellen mit kleiner, stark streuender Amplitude liefern würden.
Zunächst werde eine
verwendet und als
,
Für die soeben genannten Schaltungsdaten beobachtet man bisweilen noch
Rückzündungen nach erfolgtem Löschen, wie Abb. 71 dies zeigt. Es rührt davon
her, dass die Verfestigung der sich entionisierenden Gasstrecke langsamer
stattfindet, als das Anwachsen der wiederkehrenden Spannung.
-
154
-
Abbildung 67
Spitzenfunkenstrecke
Schaltung
1
2
3
4
5
mit 4 Stufen der zweiten
zur
Stosskapazität
bei der
Erzeugung flacher Stosswellen
Hochohmiger Dämpfungswiderstand zwischen zweiter Stoss- und der
lastungskapazität (R542)
Erste Stosskapazität in Marx'schaltung
Dämpfungswiderstand zwischen erster und zweiter Stosskapazität (R_„,.)
Zweite bis vierte Stufe der zweiten Stosskapazität (Cj-.g
,-10)
Spitzenfunkenstrecke zwischen erster und zweiter Stoss^ärjazuät (FUj-0„)
Be¬
(5) zwischen erster (2) und zweiter (4) Stosskapazität
Spitzenfunkenstrecke als die günstigste Form erwiesen. Dank ihrer
im Verhältnis zur Spannung grossen Schlagweite löscht sie bei richtig bemes¬
senem Dämpfungswiderstand (3) nach Erreichen der Spannungsgleichheit an der
ersten und zweiten Stosskapazität ohne später rückzuzünden. Ist dieser Wider¬
stand (3) gleich dem aperiodischen Grenzwert, so erreicht man damit einerseits
schwingungsfreien Spannungsverlauf und andererseits rascheste Entionisierung
Als Schaltfunkenstrecke
hat
sich
der
Spitzenfunkenstrecke.
die
155
-
-
Abbildung 68
Zweite
Stosskapazität
Schaltung
3
2
1
der
U
5
für flache Wellen
6
1
Hochohmiger Dämpfungswiderstand zwischen zweiter Stoss- und der Be¬
lastungskapazität (R542)
2 Oberste, fünfte Stufe der zweiten Stosskapazität
(C5«5)
3 Vierte Stufe der zweiten Stosskapazität
(Cc-jc)
4 Dritte Stufe der zweiten Stosskapazität
(C^-,^)
5 Dämpfungswiderstände zwischen erster und zweiter Stosskapazität (R,.«,.)
6 Zweite Stufe der zweiten Stosskapazität (C518)
7 Erste, unterste Stufe der zweiten Stosskapazität (C519)
Messkabel zwischen kapazitivem Stosspannungsteiler und Oszillograph (Kr..)
9 Isolierzylinder mit nach der Spannung abgestuften Höhen
10 Seil zur Verstellung der Schlagweite der Spitzenfunkenstrecke
(Fu,-08)
11
Ableitwiderstände
(1*530
535^
Stosskapazität
Dämpfungswiderstände (5) in wenigenyus
geladen. Falls das Prüfobjekt nicht überschlagen wird, erfolgt die Entladung in
einigen Sekunden einerseits über die Ableitwiderstände (11), andererseits über
die nicht mehr zu vernachlässigenden nichtlinearen Sprühableitungen.
Die zweite
wird über die
-
156
-
Abbildung 69
Allgemeine
1
2
3
Ansicht der Schaltung
zur
Erzeugung
flacher Stosswellen
Oberste, fünfte Stufe der zweiten Stosskapazität (C,.,)
Ableitwiderstände parallel 1
(R530 & ^53l'
Hochohmige, durch Schirme kapazitiv gesteuerte Dämpfungswiderstände zwi¬
Belastungskapazität (R542)
Hochspannungskondensator der Belastungskapazität (C520)
Unterer Hochspannungskondensator der Belastungskapazität (C521)
Kontrollpult der Schaltung zur Erzeugung flacher Stosswellen
Unterspannungskapazität für kapazitive Stosspannungsteilung (C552. .555)
Messkabel zwischen kapazitivem Stosspannungsteiler und Oszillograph (K551)
Vorentladungsfreie Spannungszuleitung zum Marx'schen Stossgenerator
schen zweiter Stoss- und der
4
5
6
7
8
9
10
11
Oberer
Isolierzylinder
Marx'scher Stossgenerator (Erste Stosskapazität)
Schaltung benötigt zwischen zweiter Stosskapazität und Belastung
Hochohmigkeit des Wider¬
standes (3) wegen interinittieren und einen glatten Spannungsverlauf am
Oujekt
ve runmöglic hen.
Die verwendete
keine Funkenstrecke. Eine solche müsstenämlichder
157
-
-
Abbildung 70
Spannungs ver lauf an der zweiten Stosskapazität C, bei der
Entwicklung des Flachwellengenerators
Dieser
Spannungsverlauf ergibt
sich für
folgende Daten:
Schaltfunkenstrecke Fu zwischen den beiden
Stosskapazitäten
C. und C«:
Kugelfunken strecke
Schlagweite
derselben auf 95
500
/J
% Ueberschlagstosspannung eingestellt.
Dämpfungswiderstand zwischen
Cj
und
C2:
Rd
Ladespannung pro Stufe der ersten Stosskapazität
C^:
y„.
=
600 Ö
=
81,5
kVgw
Oszillogramme erfolgte bei ka¬
exponentieller Zeitablenkung (Zeitkonstante Tv
*
Die Aufnahme der 8 Ubereinandergeschriebenen
pazitiver Spannungsteilung und
391
yus).
=
soll als Ventil wirken, d.h. nach Erreichen des Span¬
nungsscheitelwertes an C2 löschen, um möglichst grosse Spannungsausnützung
zu ergeben. Das am horizontalen Kurvenverlauf erkennbare Löschen tritt hier
aber erst spät im Rücken der Spannungskurve ein, nachdem die Spannung fast
auf den halben Scheitelwert gefallen ist. Ausserdem streut der Löschmoment
stark (Punkte 1 bis 6). Zwei der aufgezeichneten Stosspannungen zeigen vor der
Sperrung des Oszillographen (Punkte 7 und 8) immer noch kein Löschen. Weiter
ist in einem Falle eine frühzeitige teilweise Löschung mit vollständigem Wieder-
Die Schaltfunkenstrecke
leitenwerden des Funkenkanals zwischen den Punkten 9 und 10
Diese
Schaltung
unbrauchbar,
Amplitude liefert.
streuender
ist
da
sie
Prüfspannungen
zu
mit
beobachten.
kleiner,
stark
-
158
-
Abbildung 71
Spannungsverlauf
an
der zweiten
Stosskapazität C, bei
der
Entwicklung des Flachwellengenerators
Die Daten für diesen Spannungsverlauf sind:
Schaltfunkenstrecke zwischen den Stosskapazitäten C. und
C,:
Kugelfunkenstrecke 500 6
% Ueberschlagstosspannung eingestellt.
Schlagweite derselben
auf 95
Dämpfungswiderstand
zwischen
Ladespannung pro Stufe der
Cj
ersten
und
C2:
R,
Stosskapazität C.:
yg.
=
=
600
ß
81,5kVgw
Spannungsteilung kapazitiv
Zeitablenkung exponentiell
(Tjj0= 391yus)
Die Schaltfunkenstrecke löscht beil. Im Punkte 2 erfolgt jedoch eine Riickzündung.
Die an der Schaltfunkenstrecke wiederkehrende Spannung wächst offenbar
schneller als die Verfestigung der Luftstrecke. Die strichlierte Linie stellt die
Fortsetzung des Spannungsverlaufs an der ersten Stosskapazität Cj dar. Die
Strecke
2 3 ist die bei der
Rückzündung
an
der Schaltfunkenstrecke
liegende
Spannung.
Es stellt sich die
Frage, wie die beste Löschung der Schaltfunkenstrecke er¬
Gegeben ist die durchmessende Ladung Q, also das Produkt
aus Strom und Zeit. Die Entionisierung und damit die Wiederverfestigung wird
bei einer gegebenen Ladung umso rascher sein, je heisser und länger der Ent¬
ladungskanal ist. Ersteres ist für die kürzeste Ladezeit von C2 erfüllt, also
gerade dann, wenn der zwischen den Stosskapazitäten Ci und C2 liegende
Dämpfungswiderstand R(j dem aperiodischen Grenzwert entspricht; die zweite
lässt erkennen, dass die Spitzenfunkenstrecke die besten, die hier verwendete
Kugelfunkenstrecke hingegen die schlechtesten Eigenschaften besitzen muss.
reicht werden kann.
159
-
Um diesem Uebel Abhilfe
zu
schaffen,
-
kann
man
auf den Gedanken kom¬
durch Vergrössem des Dämpfungswiderstandes,
beispielsweise auf
men,
45'000 ü , den Strom in der genannten Schaltfunkenstrecke stark herabzusetzen.
Versuchsresultat zeigt Abb. 72. Diese Massnahme ergibt noch viel un¬
günstigere Bedingungen, was auf den ersten Moment paradox erscheinen möge.
Das
Es
stellt
sich die
Frage,
wie die
rascheste Entionisierung und damit die
beste Löschung der Schaltfunkenstrecke erreicht werden kann. In erster Nähe¬
rung (bei Vernachlässigung aller Ableitungen) ist die die Schaltfunkenstrecke
durchfliessende Ladung Q , die eine Spannung Uo vorgeschriebener Höhe an der
zweiten
Stosskapazität
C2
ergeben soll, invariant.
(2.5.5.2/1)
Andererseits ist aber die
Q
Ladung auch
/2)
Q
C2U2
=
das Produkt
=
aus
Strom J und Zeit t:
Jt
Entionisierung kommt durch Energieabgabe zustande. Die rascheste thermische
Energieabgabe erfolgt durch Strahlung. Deshalb wird die Entionisierung und da¬
mit auch die Wiederverfestigung einer Gasstrecke bei gegebener Ladung umso
rascher sein, je heisser und länger der Entladungskanal ist. Er stères ist für
die kürzeste Ladezeit der zweiten Stosskapazität C2 erfüllt, also gerade dann,
wenn der zwischen den beiden Stosskapazitäten Cj und C2 liegende Dämpfungs¬
widerstand R(j dem aperiodischen Grenzwert entspricht. Die zweite Bedingung,
wonach der Entladungskanal möglichst lang sein soll, lässt erkennen, dass die
Spitzenfunkenstrecke die besten, die hier verwendete Kugelfunken st recke die
schlechtesten Eigenschaften besitzen muss. Diese Ueberlegungen werden durch
die angestellten Versuche vollkommen bestätigt.
Dämpfungswiderstand beispielsweise stark unter der aperiodischen
verläuft die Aufladung der zweiten Stosskapazität unter heftigen
Schwingungen und die Löschung tritt überhaupt nicht, oder aber sehr spät, ein.
Ueberdies vermindert das Ueberschwingen im Scheitel die mögliche Spannungsausnützung beträchtlich.
Ist der
Grenze,
so
Spitzenfunkenstrecke und verwendet als
(dies ist etwas weniger als dem aperio¬
dischen Grenzwert entspricht), so ergeben sich bei verschiedenen Schlagweiten
die drei Oszillogramme der Abb. 73. Bei Kurve a beträgt die Schlagweite 0,85,
bei den Kurven b und c 0, 50 derjenigen der 95%-Ueberschlagstosspannung. Wir
beobachten, dass erstens der dem inhomogenen Feld eigene Ansprechzeitverzug
bei diesen Schlagweiten verschwunden ist und zweitens Rückzündungen nur bei
starkem Vermindern der Schlagweite vorkommen. Die Löschung kann aber be¬
reits auch schon recht früh erfolgen. Da der aperiodische Grenzwiderstand un¬
terschritten ist, beobachtet man ein die Spannungsausnützung verminderndes
Ersetzt man die Kugel- durch eine
einen Widerstand von 100 ß
Dämpfung
Ueberschwingen im Scheitel.
Auf Abb. 74 ist das Ergebnis bei noch stärkerer Verringerung der Schlag¬
Spitzenfunkenstrecke, aber auf 400 ü vergrösserter Dämpfung mit¬
weite der
geteilt. Die Schlagweite der Spitzenfunkenstrecke ist jetzt ungefähr gleich, wie
Kugelfunkenstrecke und damit auch das Löschver¬
halten, wie dieses Oszillogramm beweist. Die aufgenommene Serie von 4 Stöslässt eine etwas geringere Streuung im Löschmoment erkennen, als bei
sen
bei der vorher verwendeten
-
160
-
Abbildung
72
Spannungs ver lauf an der zweiten Stosskapazität C„ bei der
Entwicklung des Flachwellengenerators
Dieses Oszillogramm konnte bei folgenden Daten der Schaltung aufgenommen
werden:
Schaltfunkenstrecke zwischen den Stosskapazitäten C. und C„:
Kugelfunkenstrecke 500 /Ä
Schlagweite derselben auf 95 % Ueberschlagstosspannung eingestellt.
Dämpfungswiderstand
zwischen
Ladespannung pro Stufe
Cj
und
Cg:
der ersten Stosskapazität C. :
"d
Vst
45'OOOfi
81,5kVsw
Spannungsteilung kapazitiv
Zeitablenkung exponentiell
(TKo
=
391^is)
arbeitet hier auch mit ihrer praktisch gros st möglichen
Schlagweite. Dies zeigt sich deutlich im verschieden stark verzögerten Anspre¬
chen. Ein Löschen kann überhaupt nicht beobachtet werden. Dies erscheint für
den kleinen, sie durchfliessenden Strom zwar paradox, muss jedoch erwartet
Die
Funkenstrecke
werden, da der verwendete Dämpfungswiderstand
der aperiodischen Grenze liegt.
Aehnlich
zwei
Grössenordnungen über
liegen die Verhältnisse, falls der aperiodische Grenzwiderstand unter¬
schritten wird. Neu hinzu kommt in einem solchen Falle das Ueberschwingen im
Scheitelwert, welches zudem die SpannungsausnUtzung stark vermindert.
161
-
-
Abbildung 73
Spannungsverlauf an der zweiten Stosskapazität C,
Entwicklung des Flachwellengenerators
bei der
T
Bei diesem
Oszillogramm
ZOO
200
100
wurde die
400
Kugelfunkenstrecke
durch eine Stabfunken¬
strecke ersetzt. Die Daten der Schaltung sind:
Schaltfunkenstrecke zwischen den beiden
Stosskapazitäten C.
und
C,:
Stabfunkenstrecke
Schlagweite derselben bei Oszillogramm a auf 0,85, bei
jenigen der 95%-Ueberschlagstosspannung vermindert.
Dämpfungswiderstand
zwischen C« und
Ctf
Ladespannung pro Stufe der ersten Stosskapazität C«:
Rd
yg.
b und
=
=
c
0,
auf
50 der¬
100 ß
81,
5
kVg^
Spannungsteilung kapazitiv
Zeitablenkung exponentiell (T„
=
391yos)
Schlagweite, die der 95%-Ueberschlagstosspannung entspricht,
auftretende Ansprechzeitverzug ist hier verschwunden. Erst bei starkem Ver¬
mindern der Schlagweite (Oszillogramm b und c) treten Rückzündungen auf.
Der
bei einer
Da der aperiodische Grenzwiderstand unterschritten ist, ist ein Ueberschwingen
im Scheitel beobachtbar, was die Spannungsausnützung vermindert.
-
162
-
Abbildung 74
Spannungsverlauf
an
der zweiten
Stosskapazität C,
bei der
Entwicklung des Flachwellengenerators
i
=u
1
0
1
1
wo
200
ZOO
400
Die Daten der Schaltung sind:
Schaltfunkenstrecke zwischen den beiden
Stosskapazitäten
Cj
und
C2:
Stabfunkenstrecke
Schlagweite
derselben auf
0,
33 des
Dämpfungswiderstand zwischen C.
95%-Ueberschlagstosswertes
und
Cg!
Ladespannung pro Stufe der ersten Stosskapazität C^:
Rd
Ug.
=
=
vermindert.
400 ß
81,5kVgw
Spannungsteilung kapazitiv
Zeitablenkung exponentiell
(TK
=
391
/ds)
Die Schlagweite der Spitzenfunkenstrecke ist jetzt ungefähr gleich, wie bei der
vorher verwendeten Kugelfunkenstrecke und damit auch das Löschverhalten,
wie dieses Oszillogramm beweist. Die aufgenommene Serie von 4 Stössen lässt
eine etwas geringere Streuung im Löschmoment erkennen als bei der Kugel¬
funkenstrecke beobachtet wurde (Abb. 70).
Der verwendete
aperiodischen
Dämpfungswiderstand
Grenzwert.
Ueberschwingen
Das
im
von 400 Q
entspricht ziemlich
vorhergehenden Oszillogramm
genau dem
sichtbare
ist folglich hier verschwunden und damit hat sich die Spanungsausnützbarkeit vergrössert.
163
-
-
Kugelfunkenstrecke beobachtet werden kann. (Vergleiche Abb. 70). Der
Dämpfungswiderstand von 400 ü entspricht ziemlich genau dem
aperiodischen Grenzwert. Das in der Abb. 73 sichtbare Ueberschwingen ist
folglich hier verschwunden und damit hat sich die mögliche Spannungsausnützung
vergrössert.
der
verwendete
Belässt man jetzt die Dämpfung auf dem aperiodischen Grenzwert von
400 ß und stellt die Schlagweite der Spitzenfunkenstrecke einmal auf 0,50, das
andere Mal auf 0, 95 des 95 % Ueberschlagstosswertes ein, so erhält man
-
75.
Spannungsverlauf b erfolgt das Ansprechen stark verzögert,
der erreichte Scheitelwert der Spannung Üegt daher einige Prozente tiefer, als
der bei kleinerer Schlagweite und damit auch kleinerer Verzögerung erreich¬
bare a. Hingegen ist der Spannungsverlauf b absolut rückzündungssicher und
die Löschung der Schaltstrecke erfolgt sehr früh. Bei dem mit der kleineren
Schlagweite aufgenommenen Oszillogramm a tritt eine Rückzündung auf. Die
brauchbare Lösung, bei der Rückzündungssicherheit bei kleiner Verzögerung
erstrebt wird, liegt dazwischen.
Abb.
Beim
Wir wählen daher als entgültige Schlagweite 0,90 des 95%-Ueberschlagstosswertes der Spitzenfunkenstrecke und einen Dämpfungswiderstand von
400 ü
Da die Ueberschlagstosspannung der Spitzenfunkenstrecke polaritäts¬
abhängig ist, lässt sich ein Verändern der Schlagweite beim Polaritätswechsel
.
vermeiden. Wir regulieren jetzt den Generator auf die erforderliche
Spannungshöhe von 413 kVswred.*^311 der zweiten Stosskapazität ein. Abb. 76
zeigt die Aufnahme einer Serie von 3 derartigen Stössen. Die übereinander ge¬
schriebenen Oszillogramme decken sich praktisch vollständig. Daher zeigen
auch die einzelnen Prüfspannungswellen, die in der Folge an der Belastungs¬
kapazität entstehen, keine Streuung. Es erfolgen auch keine Rückzündungen und
der Ansprechzeitverzug hält sich in massigen Grenzen. Da der Kreis aperio¬
disch gedämpft ist, Uberschwingt die Spannung im vorliegenden Falle auch nicht
und die Löschbedingung ist optimal. Daher wird so die grösstmögliche Span¬
nungsausnützung erreicht.
nicht
Ganz am Beginn der Spannungskurve bemerkt man einen "Fuss". Die
Spannung an der zweiten Stosskapazität springt offenbar durch kapazitive Kopp¬
lung auf einen gewissen Wert, bevor die Schaltfunkenstrecke zündet. Abb. 77
zeigt uns dies genauer. Dieses Oszillogramm ist mit einer rascheren Zeitab¬
lenkung geschrieben. Die erwähnte Kopplung beruht auf der zwischen den bei¬
den Stosskapazitäten wirksamen Streukapazität, die durch die räumliche An¬
ordnung gegeben ist und sich nie ganz vermeiden lässt. Nach dem Einschwingen
der Marx'schen Stossbatterie bleibt die Spannung an der zweiten Stosskapazität
zunächst einige Mikrosekunden lang konstant auf dem durch die kapazitive Kopp¬
lung gegebenen Wert. Dies dauert bis zum Erreichen des Oszillogrammpunktes
1 an. Hernach beginnt die Spannung wieder schwach zu steigen. Dies ist die
Folge des Vorstromes in der Schaltfunkenstrecke, der im Punkte 2 den voll¬
endeten Durchschlag verursacht hat. Von hier an beginnt dann der durch die
Rechnung erfassbare exponentielle Aufladevorgang der zweiten Stosskapazität
mit einer Zeitkonstante
von
1,42 p.
s.
Zwischen der ersten Stosskapazität und der Belastungs- und Schaltkapa¬
zität besteht auch eine kapazitive Kopplung über Streukapazitäten, ebenso zwi¬
schen der zweiten Stosskapazität und der Belastung. Diese Kopplungen werden
sich folglich auf den Anfangsverlauf der Prüfspannung auswirken müssen.
hierüber gibt Abb. 78. Nach einem steilen kapazitiven
beim Durchzünden der sechsstufigen ersten Stoss¬
kapazität, erfolgt im Punkt 1 das Ansprechen der Schaltfunkenstrecke. Hieran
schliesst sich dann der der Berechnung zugängliche weitere Prüf spannungsver¬
Näheren
Sprung
Aufschluss
von
ca.
17,
5
kVgw
lauf an. Die beiden soeben genannten Schaltprozesse verursachen zudem noch
kapazitiv übertragene Schwingungen in der Prüf Spannung. Ueberschlagspannungsmessungen unter ca. 30kV ist infolge dieses Anfangsverlaufes keine Allgemein¬
gültigkeit zuzumessen.
*) auf
0 C und 760 Torr reduzierte
Spannung.
-
164
-
Abbildung 75
Spannungs ver lauf an der zweiten Stosskapazität C, bei der
Entwicklung des Flachwellengenerators
r^_
1
1 h
I
r0
1
1
1
M
b
a
-^
100
L?
400
300
200
Die diesen Oszillogrammen zugrunde liegenden
Schaltungsdaten
Schaltfunkenstrecke :
Spitzenfunkenstrecke
Schlagweite derselben:
a) 0, 50
b) 0,95
Dämpfun gs widerstand:
Ladespannung
pro Stufe:
Rd
Vst
des
des
=
=
sind:
95%-Ueberschlagstosswertes
95%-Ueberschlagstosswertes
400 R
81'5kVSW
Spannung steilung :
kapazitiv
Zeitablenkung:
exponentiell (T„
=
391^8)
Beim Spannungsverlauf b erfolgt das Ansprechen stark verzögert, der erreichte
Scheitelwert der Spannung liegt daher einige Prozente tiefer als der bei kleiner
Verzögerung erreichbare a. Hingegen ist der Spannungsverlauf b absolut rückzündungsfrei und die Löschung der Schaltstrecke erfolgt sehr früh (in 1), im
andern Falle (Oszillogramm a) tritt bei 2, 3 eine Rückzündung ein. Die brauch¬
bare Lösung, bei der Rückzündungsfreiheit bei kleiner Verzögerung erstrebt
wird, liegt dazwischen.
-
165
-
Abbildung
Spannungsverlauf
an
76
Stosskapazität Cg
Flachwellengenerators
der zweiten
entwickelten
des
fertig
1
4
1
8
0
L
\f
l
F
1—
,
100
0
"
300
ZOO
Die für die vorliegende Serie
von
I
I
drei Stössen
400
massgebenden Daten des Flach-
wellengenerators sind:
0,90 des 95%-Ueberschlagstosswertes (Schlag1*421'420 mm,
weite bei positiver Polarität: d+
! mm)
bei negativer Polarität: d_
l'700i
=
Spitzenfunken st rec ke
Schlagweite derselben;
=
Schaltfunkenstrecke :
=
Dämpfungswiderstand:
Ladespannung
pro Stufe:
Scheitelspannung
an
Rd
Vst
4002
&2m
413
kV,
394
kV!
156
kV,
SW
C,,
reduziert:
gemessen:
DC2m
Spann ungsteilung:
kapazitiv
Zeitablenkung:
exponentiell
SW
SW
(TKo= 391/is)
Die drei übereinander geschriebenen Oszillogramme decken sich praktisch voll¬
ständig. Daher zeigen auch die einzelnen Prüfspannungswellen keine Streuung.
Rückzündungen erfolgen
keine und der
Ansprechzeitverzug
massigen
vorliegenden
Falle kein Ueberschwingen der Spannung im Scheitel und die optimale Lösch¬
bedingung. Daher wird die grösstmögliche Spannungsausnutzung erreicht.
Grenzen. Da der Kreis aperiodisch gedämpft ist,
Schaltung
nach Abb.
66.
hält sich in
haben wir im
-
166
-
Abbildung 77
Spannungsverlauf
an
Stosskapazität C,
Flachwellengenerators
der zweiten
entwickelten
des
fertig
ii
ST*
""•
l-4
1
i
h
0
10
Das Oszillogramm des Frontverlaufs
erhalten:
an
C2
15
wird bei
20
folgenden Schaltungsdaten
Schaltfunkenstrecke :
Spitz enfunken strecke
Schlagweite derselben:
0,90 des 95%-Ueberschlagstosswertes (Schlag¬
1'420 mm,
weite bei positiver Polarität: d.
1'700 mm)
bei negativer Polarität: d
=
=
Rd
Dämpfungs widerstand:
Ladespannung
pro Stufe:
Scheitelspannung
an
reduziert:
=
Vst
C2,
y.C2m
gemessen:
DC2m
400 2
=
156
=
413 kV„
=
394
Spannungsteilung:
kapazitiv
Zeitablenkung:
exponentiell
kVgw
kvj;
(T„ =
Ko
9,77/us)
Nach
einem anfänglichen kapazitiven Spannungs sprung folgt ein kurzes Vor¬
stromgebiet (1 bis 2). Im Punkte 2 kommt der Durchschlag der Schaltfunken¬
strecke
Fu
zustande,
einer Zeitkonstante
worauf sich der normale
von
gegeben ist, anschliesst.
Schaltung
nach Abb.
66.
T2
=
1, 42/u.s,
die durch
exponentielle Frontverlauf mit
Rd 400 fl und C2 3'500 pF
=
=
-
167
-
Abbildung 78
Prüf spannung des
Langwellengenerators. Spannungsbeginn
Stosses
Das
p.
Oszillogramm wurde mit kapazitiver Teilung
9, 77/as) aufgenommen.
lenkung(TK
Der
1'250/188'000
des
s
bei
exponentieller Zeitab-
=
Spannungsanfang beginnt
kapazitiven Sprung von ca. Vo
sechsstufigen ersten Stosskapazität Cj. Nach
dem Ansprechen der Spitzenfunkenstrecke Fu in 1 beginnt dann der exponentielle
Spannungsanstieg mit der Zeitkonstante RC. Beide Schaltprozesse verursachen
durch kapazitive Uebertragung Ausgleichsschwingungen in der Prüfspannung.
Im weiteren ist, wie die folgenden Oszillogramme zeigen, der Spannungsverlauf
glatt. Den bei sehr kleinen Ueberschlagspannungen (U,j < 30 kV) gemessenen
Werten ist infolge dieses Anfangsverlaufes der Prüfspannung keine besondere
Bedeutung zuzumessen. (Die im Oszillogramm angegebene Spannung V0
16, 7 kVgW ist der im Labor gemessene, die Spannung V0
l?» 5 k^sW die ent"
sprechende reduzierte Spannung.)
17,
5
kVgw
mit einem steilen
=
beim Durchzünden der
=
=
Schaltung
nach Abb. 66.
168
-
-
Flachwellengenerator ist entwickelt worden um Stosswellen mit Front¬
liefern, die ein bis drei Grössenordnungen länger sind, als die mit
der normalen Marx'schen Schaltung noch möglichen. Durch Aenderung des
zwischen der Belastungs- und der zweiten Stosskapazität liegenden Dämpfungs¬
widerstandes R540 bis R542 werden 3 Prüfwellen erzeugt, deren Formen aus
den Abb. 79 bis 83 ersichtlich sind. Sie alle enthalten den beschriebenen kapa¬
Der
dauern
zu
zitiven
Sprung
Anfang,
am
hernach schliesst sich der nach den im Abschnitt
2.3.4.2
abgeleiteten Formeln berechenbare Spannungsverlauf an. Infolge der
Einwirkung der mit steigender Spannung rasch zunehmenden Koronadämpfung,
die schon im Abschnitt 2.3.4.1.4 beschrieben
wurde, ist die Halbwertdauer
tiefer, als der aus den Daten
Tg
wesentlich kürzer und auch der Wellenscheitel
der
Schaltung folgende.
Zur
spannung
Abschätzung der Frontdauer Tp einer
«
TH) gilt die Beziehung
im Rücken sehr flachen Stoss-
(Ty
^ (irr)
(2.5.5.2/1)
/2)
"
^-±
T-,
F
ss
TF
ä
ln
<üV
^—
RC
0,8
2,75
RC
währenddem die Verwendung der bekannten, unter den gleichen
abgeleiteten Formeln für die Halbwertdauer
/3)
infolge
sen
der
TH
m
In 2
Re (C2
+
Voraussetzungen
C)
Koronadämpfung nicht zum richtigen Resultat führt. In die¬
Belastungskapazität, C2 die zweite Stosskapazität, R
Frontwiderstand zwischen Belastung und zweiter Stosskapazität und Re der
der
starken
Formeln sind: C die
Ableitwiderstand.
Die Brauchbarkeit bzw. Nichtbrauchbarkeit dieser Formeln
durch
Nachrechnung der Prüfspannungswellen und Vergleich mit den
experimentell ermittelten Daten nachgewiesen. In der folgenden Tabelle sind
sei
die
so
berechneten und dahinter in Klammern die gemessenen Werte einander
gegenübergestellt.
Frontwiderstand R
1,13 Mü
13
47
Mfl
Mfl,
Frontdauer T-
1,245(1,25)
(15,0)
(50,0)
14,3
51,8
Halbwertdauer T„
1'360 (188)
1*360(235)
1'360 (320)
ms
ms
ms
Die starke Zunahme der Halbwertdauer Tg mit wachsendem Frontwiderstand R
ist eine indirekte Folge der Vergrösserung dieses Widerstandes. Dadurch wird
nämlich, unveränderte Ladespannung an C2 vorausgesetzt, der Spannungs¬
scheitelwert vermindert. Die spannungsabhängige, nicht lineare Koronadämpfung
demzufolge geringer und damit wächst die Halbwertdauer Tg- Bei der längsten
erzeugten Wellen bemerkt man gut, dass der Scheitelwert und damit auch
die Frontsteilheit S und Halbwertdauer Tg, je nach der Belastung durch Vorent¬
ladungen am Prüfobjekt, in weiten Grenzen ändern kann. Abb. 83 gilt für den
ist
der
unbelasteten Generator.
169
-
-
Abbildung 79
Prüfspannung
des
Langwellengenerators.
Front des Stosses 1 '250/188'000 yu
S
Frontsteilheit:
Scheitelspannung,
reduziert:
Scheitel Spannung,
gemessen:
VCm
BCm
Polarität:
Pol
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
ü
tq
s
0, 330 kV/us
kV
«2,5
kV|
393,5
DW
negativ
kapazitiv
quasilinear
Prüfspannung macht am Anfang einen kleinen Sprung, hernach verläuft
und exponentiell nach den durch die Schaltung gegebenen Daten. Für
daraus zu erwartende Frontdauer gilt angenähert:
Die
sie
glatt
die
In(J-)
T_
r
TF
Schaltung
-ln(—)
5zi_
°-ii
«s
0,8
ä
1,
245
nach Abb. 66.
ms
rc
SS
2,75
RC
170
-
-
Abbildung 80
Prüf Spannung des Langwellengenerators. Rücken des Stosses
Frontsteilheit:
S
Scheitelspannung, reduziert:
Scheitelspannung, gemessen:
UCm
®çm
Polarität:
Die Halbwertdauer T« ist
die
aus
den
Schaltung nach Abb. 66.
ü
negativ
kapazitiv
tq
quasilinear
infolge
Schaltungsaaten
zu
der
Koronadämpfung
wesentlich
kleiner,
erwartende. Darnach würde sich ergeben:
TH
«*
In 2
TH
R*
1,36
m
0,330 kV//us
kV(
412,5
sw
kv:
393,5
SW
Pol
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
1*250/188'000
Re (C2
sec
+
C)
als
s
-
171
-
Abbildung
Prüfspannung
des
Langwellengenerators.
Frontsteilheit:
Scheitelspannung,
Scheitelspannung,
S
81
Front des Stosses
0,0219
328
reduziert:
ye
gemessen:
«Cm
312
Polarität:
Pol
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
ü
positiv
kapazitiv
quasilinear
Durch
tq
Vergrössem
15'000/235*000
p.
s
kV//is
kV,
SW
kV;
(ohne Objekt)
SW
Dämpfungswiderstandes R des Langwellengenerators auf
PrUfstoss. Die Spannungsform weist im untersten
Stück wieder den gleichen kapazitiven Spannungssprung auf, hernach verläuft sie
glatt und exponentiell. Bezüglich der Anwendung der Prüfspannung sei auf das
13 MS
entsteht
beim Stoss
Schaltung
des
der
neue
1'250/188'OOOyus
nach Abb.
66.
erwähnte verwiesen.
-
172
-
Abbildung
Prüfspannung
des
82
Rücken des Stosses
Langwellengenerators.
0,0219
kV/yus
kVsw
Frontsteilheit:
S
Scheitelspannung, reduziert:
VCm
ÜCm
328
Pol
tq
positiv
kapazitiv
quasilinear
f
50 Hz
Scheitel Spannung,
Polarität:
gemessen:
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
Ueberlagerte Eichwelle:
Die
gegenüber
der ersten
ü
dem
312
15'000/235'000 yus
kV|*
Flachwellengenerator erzeugten Stosspaneinzig eine, wenn auch indirekte Folge der
Vergrösserung des Frontwiderstandes R. Dadurch wird nämlich, unveränderte
Ladespannung an C2 vorausgesetzt, der Spannungsscheitelwert vermindert. Die
spannungsabhängige, nichtlineare Koronadämpfung ist demzufolge geringer und
nung
mit
grössere Halbwertdauer Th
ist
damit wächst die Halbwertdauer T„.
Schaltung
nach Abb. 66.
-
173
-
Abbildung 83
Prüf spannung des
Langwellengenerators.
Stoss
Frontsteilheit:
S
Scheitelspannung, reduziert:
Scheitelspannung, gemessen:
VCm
BCm
257
Polarität:
Pol
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
Ueberlagerte Eichwelle
ü
positiv
kapazitiv
quasilinear
0,00514
242
tq
50'000/320'000
kV/>s
kV,,w
kv|*
ju.
s
(ohne Objekt)
50 Hz
fE
Vergrösserung der Frontdauer dieser mit dem Flachwellengenerator
erzeugten längsten Stosspannung erfolgt durch entsprechende Vergrösserung des
Der Ausnutzungsgrad ist viel kleiner,
Dämpfungswiderstandes R auf 47 M SI
als er sich aus den Schaltungsdaten ergibt. Daran ist die Koronadämpfung mass¬
gebend beteiligt. Je nach der Belastung durch Vorentladungen am Prüfobjekt
können der Scheitelwert und damit auch die Front- und Halbwertdauer, Tw und
Th, in weiten Grenzen ändern. Obiges Oszillogramm gilt für den unbelasteten
Die weitere
.
Generator.
Schaltung
nach Abb. 66.
174
-
Der
-
gleichzeitig zur Spannungssteuerung der aus
Stosskapazität dient, setzt sich aus 6 W, 5 M£iunter Oel in Glasröhren eingeDaut sind, zusammen.
Ableitwiderstand,
der
fünf Stufen bestehenden zweiten
Schichtwiderständen, die
haben sich durchaus
Diese
Frontdauer
beansprucht
bewährt,
trotzdem sie mit Stössen
von
ca.
1 JUL
s
wurden.
elektrolytische benutzt. Die erforderlichen,
spezifischen Widerstände genügender Konstanz lassen sich nur mit
nichtwässrigen Lösungen herstellen. Diese haben aber mit ganz wenigen Aus¬
nahmen sehr starke positive Temperaturkoeffizienten *). Erwärmt man bei¬
spielsweise eine Lösung von Pikrinsäure in Benzol, so nimmt ihre Leitfähig¬
keit, die bei Zimmertemperatur 0,67-10-8 £i"l cm"l oetragen möge, bei
einer Erwärmung um 20°C um 46 % zu. Nach Angaben im physikalisch-chemi¬
schen Tabellenwerk von Landolt-Börnstein und vielen Versuchen gelang es eine
Lösung zu finden, die innerhalb des in Frage kommenden Temperaturintervalls
einen vernachlässigbar kleinen Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leit¬
fähigkeit auf weist und diese Eigenschaft auch bei Verdünnung der Grundsubstanz
und damit Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit innerhalb des angewende¬
Als Frontwiderstände wurden
sehr hohen
ten Bereichs beibehält.
Es werden Dreistoffgemische mit den Komponenten Benzol, Aceton, Pi¬
krinsäureverwendet. Den Elektrolyt für den niederohmigsten Widerstand liefert
eine Mischung von 60 Vol. % Benzol, 36, 7 Vol. % Aceton und 3, 3 Vol.% Pikrin¬
+ 20 und + 40OC den spezifischen Wider¬
iî cm. Es ist besonders zu beachten, dass die ver¬
wendete Pikrinsäure vollständig wasserfrei sein muss und dass die Mischung
in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt wird. Die elektrische Leitfähigkeit
und der Temperaturkoeffizient sind in starkem Masse von der Reinheit der
verwendeten
Chemikalien, ganz speziell von derjenigen des Acetons ab¬
hängig.
säure. Diese
Mischung
stand:
2,
f
Die
=
5
•
Füllungen
hat zwischen
10°
für die Widerstände
nannten Grundsubstanz durch
Hinzufügen
R541
von
und
R542
erhält
man aus
der ge¬
Benzol.
Mit Rücksicht auf die Brennbarkeit dieser
derständen
am
Boden eine 1
cm
eventuellen Defekt die herabfliessende
2: 5.5.3
Die
Mitteln,
Die
Lösungen wurde unter den Wi¬
ausgebreitet, die bei einem
Flüssigkeit hätte aufsaugen können.
dicke Sandschicht
Messeinrichtungen
Messung der Ueberschlagspannung erfolgt hier genau mit den gleichen
wie bei den Wellen mittlerer Steilheit. Wir wollen die Messchaltung
anhand der Abb. 66 betrachten. Der symbolisch dargestellte Kathodenstrahloszillograph K0501 mit seinen Hilfsbetrieben, der Hochspannungsquelle für die
Strahlspannung H501, dem Schubspannungsgerät Sgssj und dem Gerät für
exponentielle Zeitablenkung Zg55i, sind die gleichen, wie sie im Abschnitt 2.5.4
ausführlich beschrieben worden sind. Neu hinzu kommt der Eichsender
zur
Esggi
Zeiteichung bei langsamen Ablenkgeschwindigkeiten, wie sie von der im
dargestellten quasilinearen Zeitablenkschaltung geliefert werden.
Prinzip dieser Schaltung wurde bereits im Abschnitt 2.3.4.3.3 behandelt.
der Hochspannungsquelle Hcq< werden je nach der gewünschten Ablenkge¬
Detailschema
Das
Aus
schwindigkeit
*)
Unter
einer oder mehrere der Zeitaolenkkondensatoren
positiven Temperaturkoeffizienten
Erwärmung verstanden.
einem
nahme bei
wird eine
C«ft
bis
Cefi1
Leitfähigkeitszu¬
175
-
bei praktisch konstantem Strom geladen,
R565 und R566 bestehende
-
bis die
aus
der Röhre
Widerständen
V551
und den
Spannungsbegrenzung anspricht und so
das Ende der Zeitachse bestimmt. Die Höhe der Zündspannung der genannten
Röhre lässt sich am Widerstand R570 einstellen und so die Zeitachslänge sehr
bequem regulieren. Bei der bekannten quasilinearen Zeitablenkschaltung 12), wo
anstelle des im Wartezustand brennenden Thyratrons eine Funkenstrecke benutzt
wird, ist dies nicht so einfach möglich; ausserdem streut die Zündspannung der
Funkenstrecke stärker und sie brennt bei kleinem Strahlstrom unruhig. Die Aus¬
lösung der Zeitablenkung kann wie beim exponentiellen Ablenkgerät durch einen
auf die Mittelelektrode der Doppelfunkenstrecke FU559 gegebenen Impuls, oder
aber durch Betätigen des Spezialdruckknopfes Sgß2 erlolgen. Im Gegensatz zur
exponentiellen Ablenkschaltung ist hier bei der quasilinearen die Mittelkugel von
FU552 vor dem Zünden des Thyratrons nicht auf Mittelpotential, sondern auf
Erde. Dies bedingt, dass die Ansprechspannung zwischen spannungsführender
und mittlerer Elektrode auf etwas mehr als die volle
Zeitablenkungsspannung
upi eingestellt werden muss, während diejenige zwischen geerdeter und mittlerer
Elektrode
nur
auf etwa die Hälfte davon eingestellt zu werden braucht, obwohl
mittlere Elektrode auf Mittelpotential ist. Dies ist
im Bereitschaftszustand die
Anstossimpulses zu beachten. Für die vorliegenden Versuche
2600 V und eine Strahlspannung von E
40 kV
Zündspannung von \xqi
angewendet. Für diese Zahlen sei im Folgenden die Güte der Linearität berech¬
net. Für die Zeitablenkspannung haben wir die Gleichung
bei der Wahl des
wird eine
=
=
t
(2.3.4.3/1)
gefunden,
woraus
uCy
E(l-eTv)
=
sich die Spannung
am
Zeitachsende
.
(2.5.5.3/1)
ucl
ergibt. Hieraus erhält
E(l-e
t
1
zu:
iL_
T„
v)
in—«E-ucl
-
Tv
an
früherer Stelle die Formel für die Güte Gü der Linearität
abgeleitet:
(2.3.4.3/7)
Gü
1
ä
+
—
Tv
Setzen wir darin noch den Ausdruck
(2.5.5.3/3)
Gü
sa
/2) ein,
1
+
In
so
wird schliesslich:
E
E-ucl
Die Güte der Linearität
/4)
tj
man:
/2)
Andererseits wurde
=
0 < t <
beträgt
Gü
in
«s
unserem
1,067
Falle
176
-
-
Eine hochohmige Ableitung am kapazitiven Teilerpunkt, wie sie bei der
für mittelsteile Stosspannungen Verwendung findet, würde für die
Schaltung
flachsten
kann
benützten
hier
Prüfstösse unzulässige Messfehler ergeben, daher
S567 unwirksam gemacht werden. Um eine
sie durch Oeffnen des Schalters
Aufladung dennoch zu vermeiden, wird zwischen je zwei Messungen mit dem
Druckknopf Srfiß die Rückführung des Potentials am Teilerpunkt verursacht.
Die Unterspannungsschaltung bei zusammengesetzter Beanspruchung
2.5.6
Die Abb. 84 und 85
gung
von
geben über die Einzelheiten der Schaltung zur Erzeu¬
Prüfspannungen, die sich aus Gleichspannungen mit überlagerten StösDas
Grundlegende darüber ist bereits im
mitgeteilt wurde, besteht das Prin¬
zip der Schaltung darin, das Prüfobjekt mit Gleichspannung vorzubeanspruchen,
dieser sodann eine zum Ueberschlag führende Stosspannung zu überlagern, beide
Spannungskomponenten zu messen, den durch den Ueberschlag gezündeten
Gleichstromlichtbogen zur Schonung des Prüfobjekts sofort elektronisch abzu¬
schalten, sodann nach einem bestimmten einstellbaren Zeitplan zuerst die
Gleichspannung und zwar ohne Ueberschwingen derselben am Objekt wieder ein¬
zuschalten und etwas später darauf einen weiteren Stoss vollautomatisch folgen
zu lassen. Der Ladezustand des die Stosswellen erzeugenden normalen Marx'
sehen Stossgenerators wird dabei zur Steuerung der Wiedereinschaltung der
sen
zusammensetzen,
Aufschluss.
Abschnitt 2.3.5 erörtert worden. Wie dort
Gleichspannung
benutzt.
Abb. 84 zeigt die dabei verwendete Steuerschaltung im Detail und die Un¬
terspannungsschaltung
des
dick
ausgezogenen Hauptkreises
in
etwas verein¬
fachter Form.
Die Schaltung des Hauptkreises, beginnend an den Speiseklemmen I und n
endigend an den Oberspannungsklemmen des Prüftransformators XVI und
XVII, ist fast dieselbe wie sie im Abschnitt 2.5.2 bei der Erzeugung reiner
und
Gleichspannung
die
beschrieben worden ist. Sie unterscheidet sich von dieser durch
Einschaltung des Dämpfungswiderstandes Ü654- Dieser ver¬
jeden beliebigen Einschaltzeitpunkt das Ueberschwingen der er¬
zusätzliche
hindert
für
zeugten Gleichspannung, sodass hier auf die komplizierte Synchronisierung des
Einschaltmoments verzichtet werden kann. Da mechanisch gleichgerichtet wird,
kann das Auftreten gelegentlicher, durch ungünstige Schaltmomente verursach¬
ter
lich
Ueberspannungen
am
Gleichrichter in Kauf genommen werden. Unterschied¬
Schaltung für reine Gleichspannung werden ferner
aus begreiflichen
Stosspannungsfeld
abgeschirmt aufgestellt. Die Messeinrichtungen zur Kontrolle des Hauptkreises
konnten von der Schaltung für reine Gleichspannung unverändert übernommen
zur
Gründen
hier
die
Mutatoren
und
ihre
Hilfsbetriebe
vom
werden.
Die elektronische Steuerschaltung wird in einem Nebenraum des Labora¬
toriums, vom Felde des Stossgenerators geschirmt, untergebracht. Diese
Steuer Schaltung unterscheidet sich nur unwesentlich von der bei den Gleichund Wechselspannungsversuchen verwendeten. So wird die Einschaltung entwe¬
der automatisch beim Erreichen einer bestimmten Ladespannungshöhe am
Stossgenerator vorgenommen, oder sie kann jederzeit durch Betätigen des
Druckknopfes SC03 erfolgen. Weiter ist es hier möglich auf die Anzeige der
Polarität beim Ueberschlag und somit auf ein Thyratron zu verzichten, da die
Polarität aus dem aufgezeichneten Oszillogramm hervorgeht. Ausserdem er¬
übrigt sich die Herstellung eines unipolaren Impulses für das jetzt nur eine
Ausschaltthyratron Vfiqn.
-
177
-
Abbildung
84
Vollständiges Schema der Unterspannungsschaltung
zusammengesetzter Beanspruchung
bei
178
-
5631
5632
5633
5634
l'OOO
a
l'OOO
5'000
a
50 '000
a
a
a
a
a
3,1
3,1
5635
„636
2637
5638
„639
5640
*64l
B642
"643
B644
B645
5646
"647
"648
5649
£650
"651
5652
5653
5654
5655
5656
"657
5658
5659
5660
5661
5664
5667
5668
K669
,631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
l'OOO
l'OOO
l'OOO
l'OOO
2'500
200
9,!
25
20'000
5'000
10'000
20 '000
500
500
6'700
350
1'300
5
180
l'OOO
ß
s.
a
a
a
a
a
a
ß
a
a
a
a
a
a
a
ß
s
l'OOO
a
a
10'000
l'OOO
a
a
5
a
ß
a
a
5
ß
100
2'000
a
a
a
o
a
o,:
180
o,:
800
1'200
3'200
l'OOO
l'OOO
25'000
500'000
25 '000
25'000
50....120
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
pF
50'000'000
pF
l'OOO
l'OOO
l'OOO
5-000
200'000'000
100'000
l'OOO
350'000
350'000
100'000
100'000
350 '000
350*000
50'000'000
5'000'000
350'000
350'000
500'000
500'000
646
647
,648
1649
650
651
652
653
654
655
656
657
7'500
13-280
/UHy
631
632
633
634
635
636
[637
|638
641
642
643
646
647
440
Tr(637
Tr
Tr
638
Tr.639
V;
2
V;17
V;17
V;100
310 V;
£632
S633
R634
B635
6
V
V
V
75/150/300
V
5
V
631
V
,632
,633
,634
635
V
V
V
A
A
A
A
A
1'000/500'000
V
636
3)
4)
5)
6)
7)
637
V=
V
A
V
150
V
15
A
4,5 V;
13
V;
80
V;
25
V;
V;
60
25
V
5
u633
V
V=
120
A; 110
Ü832
V
30
130/260/390
130/260/520
V
V
V=
10)
2*631
V
V=
6
120
646
647
R631
V=
V
75/150/300
641
642
643
644
.645
V
6
6
30
640
V
80
r601
.635
V
400
.633
,634
635
lr 636
25 A; 500
2 A; 250
400
.632
Tr
V
7'500
.631
634
638
639
V
25 A; 500
25 A;500
25 A; 500
35 A; 500
35 A; 500
2 A; 500
645
633
V
75/150/300
634
635
636
637
30 A
644
632
25 A; 500
2 A; 250
A; 500
35 A; 500
35 A; 500
35 A; 500
35 A; 500
640
Tr
V
25
1639
Tr
A;500
25
631
632
633
pF
#Hy
/UHy
/UHy
«Hy
,632
,633
Tr
pF
pF
pF
pF
PF
pF
PF
pF
PF
PF
pF
240
240
7'500
^631
Tr,631
-
A;
1,7
0,2
1,7
0,2
A
A
A
A
450
130
a
a
80
80
V
80
VI
VÎ
250
25
A; 250
A; 2'000
1 A; 2'000
2 A; 1'200
2 A; 1'200
1
2 A; 1'200
100/50/20/10//5A
220/2,5
500/100
500/100
500/220
V
u.
110
u.
110
V
V
V
250/220
220/7
220/125
220/7
250/220/380
Bemerkungen: *)
1)
2)
3)
4)
Zusatzinduktivität zu Lfaäl
Aeussere Resonanzinduktivität BBC
Thyratron TQ2 BBC
Thyratron Sl/50 AEG
5) Thyratron Sl/501 AEG
6) Mutator, Detailschema Abb. 52
7) Mutator, Detailschema Abb. 52
8) Prüftransformator BBC; DetalUchema Abb.
9) Isoliertransformator 1:1
10) Messbereich nach Bedarf
52
*) Erklärung der Kurzbezeichnungen der Schaltelemente
auf den Seiten 108 und 109.
bo
«
I
3
ja
o>
<_)
C
3
St
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t* CO C0 CO 0O 00 00 Ol OS O O O ^ ^ C4 C*4 CQ C0 CO CQ
HHHiHHTHT-(iHHNr4^NC4C4C<)Ne4C4C]
fafafafafafafafafafafafafafafafafafafafa
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OOOOOOOOOiftiftiftOOiftifttftiftiftift
c»lnln^ß^olouico»^^^oo^t•^,^,^'^,
HNcOfmtOC-COO.OT-lNnTPIfl<OD-COOJO
OOOOOOOOOWrH»HiHiH^Hi-n-n^»-(C4
E-t-E-E-E-E-E-E-E-C-E-E-E-t-E-E-E-E-E-E-
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-
M751
Mi„
M'„
M
M'„
M^ll
115 V=,~
220...250V; 50
155 V; 50
220 V; 50
220 V; 14
220 V;
0,
/s*
180
-
Vi751
Ve752
„753
A
27
A
Ve754
PS;
PS;
2'000
T/M
T/M
T/M
T/M
2,
5... 3
A=
0,05 PS;
0,1
0,1
0,1
2'000
PS; 1*400
H«-751
As751
2'000
41)
42)
Bemerkungen:*)
Aeusserer Ladewiderstand
Innerer Ladewiderstand
Innerer
Dämpfungswiderstand
Aeusserer Dämpfungswiderstand
Kapazitiv geschirmter Messteiler, Haefely
Dämpfungswiderstand vor dem Objekt
Ableitwiderstand
Kopplun gs wide r stand
Messwiderstand für Gleichspannung
Spannungsteilerwiderstand
Abgleichwide r stand
Dämpfungswiderstand für Sperrplattensystem
Dämpfungswiderstand für Zeitplatte
Dämpfungs wider stand für Vorgangsplatte I bei ohm'scher Spannungsteilung
Dämpfungswiderstand für Vorgangsplatte I bei kapazitiver Spannungsteilung
Abgleichwiderstand von Kn,...
l
Schubkapazität, Haefely
Haefely
Stosskapazität,
Schirmkapazität
zum
Spannungsteiler, System Berger
Kopplungskapazität Micafil
Glättungskapazität,
Xamax
Schubkapazität, Micafil
Resonanzkapazität, Haefely
Induktionsfreier Messkondensator, Xamax
Schaltfunkenstrecke
Zündfunken strecke
Messfunken strecke
Prüfobjekt; Spitze, Stab oder Draht gegen 750 mm-Kugel
Umpolen durch Umstecken zweier Kabel
Unterbrechung durch Ausbau der Teilerwiderstände R794 und R705
Steckerverbindung
Spitzenstrom und Sperrspannung
Ladespannungstransformator
Induktionsregler zur Regulierung der Synchronlage von M„55
Hochspannungs-Kalt-Kathodenstrahl-Oszillograph, TTC
Wellenwiderstand und Länge; Sucothen-Hochfrequenz-Kabel; konzentrisch;Suhner
Wellenwiderstand und Kapazität; Trolitulperlenkabel; konzentrisch, Suhner
Ableitwiderstand und Länge; Trolitulperlenkabel; konzentrisch, Suhner
Exponentielles Zeitablenkgerät; Detailschema Abbildung 62
Schubspannungsgerät; Detailschema Abbildung 62
Quarzlampe; Hanau
Anstosselektrode für exponentielle Zeitablenkschaltung
*)
E rklärung der
Kurzbezeichnungen der Schaltelemente auf den Seiten 108 und 109.
Rni
**
Jj^ç»
Abbildung 85
P
tf4
I
o
Wh
-w
Rix
**
Hpf
-ia
:::D$
SJ
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Hb:
Cm
r~L
Cm«
/?
du
+
!
Û #
Cttj
Hh--
Cm
*»
if»
-
Wir
vom
181
-
verfolgen nun den elektronischen Schaltvorgang anhand der Abb. 84
Objektüberschlages an bis zur erfolgten Wiedereinschaltung
Moment des
der Gleichspannung.
Der über Klemme X
vom Prüfobjekt her kommende, in der Spannungs¬
notwendigerweise schwingende Impuls zündet Röhre Vg33.
Damit ist der an Sg4l beginnende und über die Schaltelemente R663» v633>
F632. R644> R665 und Rgg4 führende Anodenkreis geschlossen. Hierdurch
wird einmal der Kontakt des Relais Reg32 geschlossen, wodurch Impulse auf
das Einschaltthyratron Vß32 gelangen können; des weiteren entsteht am Arbeits¬
widerstand Rgg5 die zur Sperrung der Mutatoren dienende, an früherer Stelle
oeschriebene, negative Steuerspannung. Beim darauffolgenden ersten Nulldurch¬
gang des Generatorstromes erfolgt dann in bekannter Weise die Abschaltung.
höhe
begrenzte,
Der
aber
langsam aufladende Marx'sche Stossgenerator teilt
einer dazu annähernd proportionalen Wechsel¬
spannung, die ein Umpolen in der Steuerschaltung oeim Polaritätswechsel am
Stossgenerator erüorigt, den Klemmen XI, XII mit. Ein geeigneter Teil dieser
Spannung, deren Herstellung im Abschnitt 2.5.7 zu oeschreiben ist, wird an
Rß57 abgegriffen und über den Kopplungskondensator 0^34 auf das negativ vor¬
gespannte Gitter des Thyratrons Vgoj geführt. Die Vorspannung dieses Gitters
sich
nun
Ladezustand
seinen
lässt sich
am
wieder
in
Form
Widerstand
sorgfältig abgeschirmt
Rgsg
einstellen. Diese Röhre
muss
ganz
besonders
speziell ihr Gitter möglichst gut
ihre Kathode entkoppelt sein, um Fehlzündungen,
oder
aber auch
gegen
-löschungen durch rasche vom Stossgenerator herrührende Spannungsschwan¬
kungen zu verunmöglichen. Die den Anodenkreis dieser Röhre Vgjji speisende
Wechselspannung passender Phase und Grösse erzeugt, sofern der Schalter Sgj,
geschlossen ist, hauptsächlich am Widerstand Rg45 und bei geschlossenen
Relaiskontakten an Reg31 und Reg32 überdies noch am Arbeitswiderstand Rg48
einen Spannungsabfall. Ein solcher Spannungsabfall bewirkt kapazitiv auf das
negativ vorgespannte Gitter des Einschaltthyratrons Vg32 übertragen dessen
Zündung, wodurch dann mit der Hilfswechselspannung an Rggi in der im Ab¬
schnitt 2.5.2 beschriebenen Weise zuerst Vg33 gelöscht wird, nachher ebenfalls
Löschung von Vg32 eintritt und der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand Rggc
verschwindet, wodurch die Einschaltung der Mutatoren erfolgt.
Diese
und ihre Anode und ganz
stattfinden, wenn der Schalter Sggj
Reg32 geschlossen sind. Durch
Oeffnen des erwähnten Schalters wird somit bei laufendem Stossgenerator die
elektronische Abschaltung der Gleichspannungsvorbeanspruchung dauernd auf¬
recht erhalten. Weiter verhindert das sehr rasch anziehende, ebenfalls schon
früher beschriebene, gleichstromvorgespannte Relais Reg3i, das s mehr als ein
einziger Zündimpuls auf das Einschaltthyratron Vg33 gegeben werden kann. Das
Relais Reg32 bezweckt schliesslich, dass über längere Zeit hinaus, nachdem
die Kontakte von Relais Reggj schon wieder geschlossen sind, eine Zündung von
Vg32 erst wieder erfolgen kann, nachdem eine erneute Abschaltung, also eine
Zündung von Vg33, stattgefunden hat. Diese Abschaltung kann ausser durch Im¬
puls über Klemme X jederzeit noch durch Druck auf den Knopf Sg3g erfolgen.
und die
2.5.7
Einschaltung
kann wie
gesagt
Kontakte der beiden Relais
Die
nur
Reg3i
und
Oberspannungsschaltung bei zusammengesetzten Prüf Spannungen
Schaltung ist noch die Oberspannungsschaltung zur Erzeugung
Gleichspannung und Stoss zusammengesetzten Prüfspannung zu be¬
schreiben, sowie die zugehörigen Messeinrichtungen und Hilfsbetriebe zu erkären, soweit dies an früherer Stelle nicht schon geschehen ist.
Als letzte
einer
aus
-
Die
Gleichspannungskomponente
182
-
wird ganz
ähnlich wie bei der Versuchs¬
anordnung für einfache Spannungsform erzeugt, dem Objekt aber über verhält¬
nismässig hochohmige Widerstände, die dank ihrer geringen Längskapazität
eine gute Stosspannungsperre darstellen,
zugeführt. Der üoerlagerte Stoss
kommt von einem gewöhnlichen Marx'schen Stossgenerator und wird über Kopp¬
lungskapazitäten
und
Wir befassen
Stosspannungsseite
2. 5.7.1
Dämpfungswiderstände auf
zunächst mit der
uns
der
das
Objekt übertragen.
Gleichspannungs- und hernach
mit der
Schaltung.
Die Schaltung zur Erzeugung der Gleichspannungsvorbeanspruchung
Von den gleichbezeichneten Klemmen XVI und XVH des Prüftransformators
auf Abb. 84 erreicht die gleichzurichtende Wechselspannung, ganz ähnlich wie
dies im Abschnitt 2.5.3 beschrieben wurde, zunächst über eine kleine Dämpfung
die Resonanzkapazität C717 bis C^o- ^on dort aus gelangt sie über die bekann¬
ten Schuokondensatoren C^jg, C715, weiter über verteilte Dämpfun gs wider¬
früherer Stelle beschriebenen mechanischen Gleich¬
zur Aufladung der ebenfalls schon bekannten,
aus zwei Einheiten bestehenden Glättungskapazität C713, C714. Die Höhe der an
dieser herrschenden Gleichspannung wird in bekannter Weise wieder durch Mes¬
stände auf den ebenfalls
richter
GrpjQi
an
und dient hernach
gekühlten und somit konstanten und vorentladungsfreien
R736 durchfliessenden Stromes ermittelt. Von der Mess¬
stelle aus erreicht die Gleichspannung über ebenfalls bereits erwähnte, als
Stosspannungssperre dienende Kopplungswiderstände R734 und R733 schliesslich
das Prüfobjekt und die dazu parallel geschaltete Messfunkenstrecke. Die Gleich¬
spannung lädt ferner die zwischen Objekt und Stossgenerator liegende Kopplungs¬
kapazität C710 Dis C712 auf Um eine gleichmässige Verteilung der genannten
Spannung über diese aus drei Einheiten oestehende Kapazität zu erzwingen, wird
dazu eine aus den Widerständen R728 bis
R730 bestehende Steuerkette parallel
geschaltet.
sung des die
Widerstände
künstlich
R735
und
•
Wir wollen noch
abschätzen,
wie gross der durch die
verursachte Messfehler ist. Für den Spannungsabfall
ständen gilt:
(2.3.5.3/69)
A"g
an
Kopplungswiderstände
den Kopplungswider¬
\ ig
=
Gleichspannungskomponente ug der Prüf Spannung
durch Abzug von A u
messenen Spannung u
und die
folgt daher
aus
der ge¬
.
/68)
ug
ug0-Aug
=
Im Höchstfalle kann der Strom
ig schätzungsweise den Wert von 20 mA bei einer
Spannung von der Grössenordnung 100 kV annehmen. Dieser Strom würde an Rfc
gleich 100 k^ einen Spannungsabfall von
(2.5.7.1/1)
ugmax
=
2kV
ist somit maximal mit ca. 2% zu veranschlagen. Da
Stosskomponente aber sich kaum mit so grosser Genauigkeit bestimmen
lässt, korrigieren wir die gemessene Gleichspannungskomponente nicht.
ergeben. Der Messfehler
die
-
2.5.7.2
Schaltungsteil
zur
183
-
Erzeugung und Messung
der
überlagerten Stosspannungen
Grundlagen zur Erzeugung und Messung von Stössen
Steilheit, wie sie für die zusammengesetzte Beanspru¬
chung Verwendung finden, wurden in den Abschnitten 2.3.5.3 und 2.3.5.4 nie¬
dergelegt. An dieser Stelle sei zunächst die verwendete Messchaltung, wie sie
auf der Abb. 85 dargestellt ist, erklärt, einige bei der Entwicklung derselben
gewonnene Erfahrungen mitgeteilt und schliesslich noch die Ergebnisse der Be¬
rechnung der Spannungsverläufe am Objekt aus den gemessenen heraus ange¬
geben.
Die
theoretischen
grosser und mittlerer
2.5.7.2.1
Entwicklung
und
Ausführung
der
Schaltung
Ueberlagerung benutzten Wellen mittlerer Steilheit werden wie¬
einfacher Stossbeanspruchung, mit demselben im Abschnitt 2. 5.4
beschriebenen Stossgenerator erzeugt und dem an gleicher Stelle erklärten
Kaltkathodenstrahloszillographen gemessen. Die Spannungsteilung erfolgt dabei
Die
der,
zur
wie bei
kapazitiv und die Messpannung wird über das kurze kapazitätsarme Kabel K752
übertragen. Der Oberspannungswiderstand R724, R725 des ohm'schen Teilers
ist zu diesem Zweck ausgebaut (in der Abb. 85 ist der Trenner S»«« geöffnet).
Der
den Einheiten
aus
auch bei dieser
kapazität
vor
R731
Schaltung wieder
und
R732
zum
bestehende Ableitwiderstand dient
vollständigen
Entladen der
Belastungs¬
dem nächsten Stoss.
Erzeugung der steilen Spannungsstösse wird an der Schaltung der
Dämpfungswiderstand verkleinert und der ohm'sche Teiler eingeschal¬
einer Frontsteilheit von der Grössenordnung 10"> kV//is spielen die
Für die
äussere
tet.
Bei
Induktivitäten
und
die
Funkenwiderstände der Schaltstrecken des
Generators
hauptsächlich interessierenden Spannungsanstieges und nament¬
lich während des Beginns desselben, eine bedeutende Rolle. Die idealste Front
wird bei gegebener Steilheit durch eine zur örtlichen Induktivität proportionale
Verteilung der Dämpfung und durch möglichst kleine Schlagweite der Schalt¬
funkenstrecken erreicht. Eine solche Verteilung der Dämpfung ist bei der vor¬
liegenden Schaltung im Rahmen des technisch möglichen bereits so von der Her¬
stellerfirma des Stossgenerators für die steilste erzeugoare Welle (0, 5/50/js
Der auf alle 6 Stufen verteilte innere
bei 800 kVgw) ausgeführt worden.
Dämpfungswiderstand beeinflusst den ZUndprozess und den Einschwingvorgang
des Generators in erheblichem Masse. Die innere Dämpfung wirkt der Tendenz
der Schaltfunkenstrecken zum Intermittieren entgegen und begünstigt damit den
glatten Frontverlauf der Stosswelle. Die Schlagweiten der Schaltfunkenstrecken
stellt man am besten klein und so ein, dass ihre statischen Ueberschlagspannungen ungefähr 3 bis 4 % grösser sind, als diejenige der Zündfunkenstrecke,
damit letztere die Zündung stets sicher einleitet, aber die Schlagweite der
Schaltfunkenstrecken doch möglichst klein bleibt um sowohl Funkenwiderstand,
wie die Tendenz intermittierender Zündungen so stark als möglich herabzu¬
während des
uns
drücken.
Die einwandfreie Messung des Spannungsverlaufes bei den hier vorkom¬
von bis zu 10^ kV//is stellt nicht leicht zu erfüllende
menden Frontsteilheiten
Zur Spannungsteilung wird, wie
an den Aufbau der Schaltung.
Abschnitt 2.3. 5.3 beschrieben worden ist, ein ohm'scher, mit der Be¬
lastungskapazität geschirmter Teiler (System Berger) benutzt, der aus den
Destent< Die Messpannung
bis
sowie
und
Einheiten
Anforderungen
dies im
Ri724> R725
R751
R754'
R761
-
184
-
auf den Kathodenstrahloszillographen mit Hilfe des dämpfungsarmen,
reflexionsfrei abgeschlossenen Kabels K751 übertragen. Damit diese Uebertragung einwandfrei ist, muss vor allem der Nullpunkt des Spannungsteilers
ganz ausserordentlich gut geerdet werden W, weiter müssen die im Mantel
wird
des Uebertragungskabels fliessenden Ausgleichsströme keine spürbaren Span¬
nungsabfälle verursachen und es soll weiter die Streukapazität des Abgriffs¬
punktes der Messpannung am Teiler gegenüoer dem nicht völlig induktionsfreien
Erdleiter stück der Schirmkapazität klein sein. Die Abb. 86 gibt uns einen Be¬
griff wieviel die Beachtung oder Missachtung dieser Punkte ausmachen kann.
Die Aufnahme der Zeitachsoszillogramme erfolgte mit kurzgeschlossenem An¬
fang des Verzögerungskabels K751.
Bei den beiden oberen Nullinien besteht die Erdung des Teilerpunktes
einem Kupferseil von 3 m Länge und 7 mm Durchmesser, welches an
aus
der Stosserde angeschlossen ist. Diese Stosserde ist ein das ganze Labo¬
ratorium umgebender Faradaykäfig, der aus Maschendraht hergestellt ist.
Des Weiteren ist keine Abschirmung am Abgriffspunkt gegenüber dem Erd¬
leiterstück der Schirmkapazität vorhanden. Das Verzögerungskabel liegt in
einem Bund zusammengerollt am Boden, sodass Durchschläge zwischen Ka¬
belmantel und Laboratoriumsboden,
sowie zwischen verschiedenen Stellen
des Mantels nicht unterbunden sind. Weiter sind die Kabelmantelverbindungen
geklemmt und schliesslich ist die Speisung des Oszillographen erst vor dem
Hauptnetztransformator Trg^j, der vor den auf Abb. 84 eingezeichneten Klem¬
men XV bis XVIII liegt, entkoppelt. In diesem Falle wird also eine verhältnissmässig grosse Kapazität, nämlich die Streukapazitäten des Verzögerungskabels,
des Oszillographen und seines ganzen Zubehörs gegen seine Umgebung, bei
grosser Spannung über den Kabelmantel mit schlecht leitenden Verbindungen
aufgeladen.
nur
Die
unteren
beiden
Nullinien
sich durch gute Erdung mit
grösseren Querschnitts (vgl.
Abb. 8) 1°', ferner durch Abschirmung des genannten Teileraogriffspunktes,
weiter durch gegen den Boden isoliert verlegtes, ausgebreitetes Verzögerungs¬
kabel mit gelöteten Verbindungen und schlussendlich durch Entkopplung des den
Oszillographen speisenden Netzes schon vor dem Transformator Trg^, er¬
reichen lässt. Wir laden somit jetzt eine verkleinerte Kapazität bei kleinerer
Spannung über einen Kabelmantel mit gut leitenden Verbindungen auf.
strahlenförmig
verlegten
zeigen,
was
Eisenblechbändern
Die zur Veränderung des Uebersetzungsverhältnisses des Teilers benutzten
Unterspannungswiderstände R75ibis R754 müssen genügend induktionsarm sein.
Da die Ueberschläge des Prüfobjekts in der Front der Stosswelle erfolgen sol¬
len, ist die in den genannten Widerständen zu vernichtende Energie gering und
es können mit Vorteil kleine,
spulenförmig gewickelte amerikanische 1- oder
2 Watt-Drahtwiderstände für diesen Zweck Verwendung finden. Treffen volle
Stosswellen grösserer Spannung auf, so werden sie hingegen zerstört, da ihre
Wärmekapazität hierfür zu gering ist. Abb. 87 zeigt 6 mit verschiedenen Teiler¬
übersetzungen gemachte Aufnahmen ein und derselben Stosswelle. Durch Mass¬
stabsänderung lassen sie sich alle praktisch zur Deckung bringen, ein Beweis
dafür, dass die Spannungsteilung verzerrungsfrei arbeitet.
Bei der Entwicklung der Stosschaltung für steile Wellen ist noch die Frage
entscheiden gewesen, ob und wie gross eine eventuelle Dämpfung in der Kopp¬
lungsimpedanz Z. gewählt werden soll.
zu
Koppelt
dämpfungsfrei, so erhält man beim Objektüberschlag auf der
wiedergegebenen Spannungsverlauf. Der Ueberschlag
des Objekts erfolgt im Punkt 1. Anschliessend kommt eine Ausgleichsschwin¬
gung um eine stosspannungsförmig verlaufende Achse zustande, die durch die
nach dem Objektüberschlag eintretende Auf- und Wiederentladung der Kopp¬
lungskapazität C71fl bis C719 verursacht wird. Aus den Eigenschwingungen des
man
Wellenfront den in Abb. 88
185
-
-
Abbildung
86
Einfluss der
Erdung am Nullpunkt des Spannungsteilers und des im Mantel des
Uebertragungskabels bei steilen Stössen fliessenden Ausgleichsstromes
l
i
k
T
0
1
1
1
2
Zeitablenkung:
i
i
i
exponentiell
te
4
3
(TKo
-\
—1—
=
5
1Q
00
2,38 pis)
dieser Serie von Zeitachsoszillogrammen war der Anfang
Verzögerungskabels kurzgeschlossen. Die Auslösung des Oszillographen
geschah durch den Stossvorgang in üblicher Weise. Der Standort von Stossanlage und Oszillograph wurde während den Aufnahmen nicht verändert, ebenso
nicht die Einstellung oder Schaltung des Stossgenerators.
Bei der Aufnahme
des
Die
zu
gehörenden Daten
den beiden oberen Nullinien
Erdung: Kupferkabel
7
mm
{>,
3
m
sind:
lang.
Erdstelle: Ein Punkt der Laboratoriumserde
(Faradaykäfig).
Verbindungen des Kabelmantels: geklemmt.
Hf-Sperre in der Speisung des Oszillographen: Vor dem Hauptnetztransformator.
Physikalisch bedeutet dies die Aufladung einer verhältnismässig grossen Ka¬
pazität bei grosser Spannung über den Kabelmantel mit schlechtleitenden Ver¬
bindungen.
Die
zu
den beiden unteren Nullinien
gehörenden Daten sind:
Erdung: 5 Eisenblechbänder 80 x 2 mm, 1, 5 bis 3, 5 m lang; sternförmig verlegt.
Verbindungen des Kabelmantels: gelötet.
HF-Sperre in der Speisung des Oszillographen: Nach dem Hauptnetztransformator.
Physikalisch bedeutet dies die Aufladung einer verkleinerten Kapazität
Spannung über den Kabelmantel mit gutleitenden Verbindungen.
kleinerer
bei
-
186
-
Abbildung 87
einer Schaltung zur Erzeugung einer aus Gleichspannung
überlagertem steilem Stoss zusammengesetzten Beanspruchung
Entwicklung
und
te
Zeitablenkung:
4,76 yus)
exponentiell(TK
ohm 'seh
ü
Spannungsteilungen:
Uebertragung der Messpannung vom Teiler zum Oszillograph: mit dämpfungs¬
armem, reflexionsfrei abgeschlossenem Kabel.
=
Das vorliegende Oszillogramm zeigt sechs mit verschiedenen Unterspannungs¬
widerständen gemachte Aufnahmen ein und derselben vollständigen Stosspannung.
Die zu den verschiedenen Kurven gehörenden Widerstandswerte sind:
bei
a)
b)
c)
Hn
=
R„
=
Rjj
=
»
151,6
77,1
Q
0
d)
e)
f)
R
Ru
R^
=
=
=
53,0
39,35
26,05
Q
Q
Q
Diese Widerstände bilden in Parallelschaltung zusammen mit dem Wellenwider¬
stand R
70 Q des Kabels den Unterspannungswiderstand Bu des Teilers. Für
diese Zwecke erweisen sich kleine, spulenförmig gewickelte, amerikanische
Drahtwiderstände als die geeignetsten. Ihre Induktivität ist bedeutungslos.
=
Die sechs Kurven können durch
Deckung gebracht werden,
zerrungsfrei ist.
Masstabsveränderung miteinander praktisch zur
dafür, dass die Spannungsteilung ver¬
ein Beweis
187
-
-
Abbildung 88
Entwicklung einer Schaltung zur Erzeugung einer aus Gleichspannung
überlagertem steilem Stoss zusammengesetzten Beanspruchung
und
i
o
"
V"
.
9—'—
Û
-
—+
-
—
1
Dämpfungswiderstand:
Zeitablenkung:
Spannungsteilung:
Uebertragung der Messpannung
+-
I
2
3
R
I
!
r
4
5
10
«
0 Q
te
exponentiell (T„
U
ohm'seh
Teiler zum
armem, reflexionsfrei
vom
=
2,38/us)
Oszillograph: mit dämpfungs¬
abgeschlossenem Kabel.
Bei zusammengesetzter Beanspruchung ist die Spannung an der Messtelle, zu¬
folge der an der Kopplungskapazität Ck und dem Dämpfungswiderstand R auf¬
tretenden Spannungsabfälle, mit dem Stosspannungsverlauf am Objekt nicht
identisch. Koppelt man dämpfungsfrei, so erhält man beim Objektüberschlag
auf der Spannungsfront obiges Oszillogramm. Der Ueberschlag des Objekts er¬
folgt im Punkte 1. Anschliessend kommt eine Ausgleichsschwingung um eine
stosspannungsförmig verlaufende Achse zustande, die durch die nach dem
Objektüberschlag eintretende Auf- und Wiederentladung der Kopplungskapazität
Ck verursacht wird. Aus den Eigenschwingungen des Kreises können seine noch
unbekannten Schaltelemente entnommen werden.
188
-
Kreises können
seine
-
noch unbekannten Schaltelemente bestimmt werden. Der
Spannungsverlauf am Objekt bis zum Moment des Ueberschlages würde ebenfalls schwingend erfolgen, wäre daher unbrauchbar und
liesse sich überdies nicht genügend genau berechnen. Wir schalten am vor¬
teilhaftesten einen Dämpfungswiderstand von etwas weniger als dem aperiodi¬
schen Grenzwert ein. Dadurch überschwingt die Spannung am Objekt nur sehr
wenig, die Wellensteilheit wird infolgedessen, wie die anschliessende Rechnung
zeigt, über einen grossen Spannungsbereich annähernd konstant und mit ge¬
nügender Genauigkeit bestimmbar. Abb. 89 zeigt die durch Einbau eines
Dämpfungswiderstandes von 400 Q erreichte Umgestaltung des Spannungsver¬
laufes an der Messteile. Für die Berechnung der Stosspannungskomponente
am Objekt darf hier nun ohne weiteres die Zeit des ersten Spannungsmaximums
als Moment des Objektüberschlages angesehen werden. Abb. 9 zeigt die räum¬
liche Anordnung dieser Kopplungsimpedanz.
uns
interessierende
In der Nähe der Funkenstrecke ist noch eine mit
Gleichspannung gespeiste
kurzwelliger Strah¬
Kugelfunkenstrecken bei zusammenge¬
Quecksilberdampflampe Hg^j aufgestellt,
um
den Einfluss
lung auf die Ueberschlagspannung von
setzter Beanspruchung studieren zu können.
2.5.7.2.2
Numerische
und
Berechnung
am
Objekt
der
Für die Berechnung denkt man
schaltung auf die vereinfachte Form,
2.5.7.2.2.1
Spannungsverläufe
an
der Messteile
bei steilen Wellen
sich die auf Abb.
wie sie Abb.
Die Daten der
85
45 zeigt,
dargestellte
georacht.
Stoss-
Schaltung
Aus der vorhandenen Schaltung wurden die folgenden Daten teils experi¬
mentell und teils durch Rechnung gefunden:
2/ 1)
Cl
/ 2)
C2
/3)
C3
/4)
C
/5)
Ld
/ 6)
L
/ 1)
Rd
/ 8)
R
/ 9)
RL
/10)
Re
=
4,63
10"9
F
=
0,460
10"9
F
=
0,200
10"9
F
=
0,207
10"9
F
=
53,8
10"6
Hy
=
62,5
10"6
Hy
=
728
ft
=
400
a
=
109,1
io3
ß
=
12,9
io3
ii
189
-
-
Abbildung 89
Entwicklung einer Schaltung zur Erzeugung einer aus Gleichspannung
und überlagertem steilem Stoss zusammengesetzten Beanspruchung
^
i
?-••*•0
._,—
+.
._ >_
|
-
2
1
4
3
9.
Dämpfungswiderstand:
R
400
Zeitablenkung:
Spannungsteilung:
Uebertragung der Messpannung
te
exponentiell
ü
ohm'sch
vom
armem,
Teiler
10«*
5
zum
(Tj,
=
Oszillograph:
2,38/is)
mit
dämpfungs¬
reflexionsfrei abgeschlossenem Kabel.
obige Oszillogramm entsteht aus dem vorhergehenden durch Einfügen eines
400 S. in die Schaltung. Dies ist nötig, damit
Dämpfungswiderstandes von R
der am Prüfobjekt vor dessen Ueberschlag herrschende Stosspannungsverlauf
praktisch schwingungsfrei wird. (Fast aperiodische Grenzdämpfung. ) Dieser
Spannungsverlauf lässt sich aus den bekannten Elementen der Schaltung mit
praktisch genügender Genauigkeit berechnen, sodass aus der am Ort des Teilers
gemessenen Spannung die am Objekt aufgetretene Stossamplitude der Durch¬
schlagspannung angegeben werden kann.
Das
=
190
-
-
und Resultat
Ansatz, Lösungsgang
2.5.7.2.2.2
Mit Rücksicht auf den Umfang dieser Dissertation muss auf die Wieder¬
gabe der Berechnung verzichtet werden; der Lösungsgang sei aber immerhin
kurz skizziert.
Die Berechnung der Spannungen uc2, uç und Aue an der Messtelle und am
sowie der Differenz oeider, führt gemäss den Angaben im Abschnitt
Objekt,
2.3.5.3.4 zunächst auf ein und dieselbe lineare, homogene Differentialgleichung
5. Ordnung mit konstanten Koeffizienten. Letztere mussten auf 9 Stellen genau
bestimmt werden, damit das Resultat bis zur 4. Stelle richtig ist. Der Lö¬
sungsgang führt über eine charakteristische Gleichung 5. Grades mit 3 reellen
Paar, welches anzeigt, dass dem aperiodischen
Stosspannungsverlauf eine abklingende harmonische Schwingung überlagert ist.
Zur Ermittlung der Konstanten der Lösungen, die von der Form (2.3.5.3/25)
sind, müssen noch die Anfangsbedingungen festgelegt werden. Diese lauten:
Im Anfangszustand (t=0) soll die Kapazität Cj auf die Spannung E geladen und
alle übrigen Energiespeicher sollen leer sein. Hieraus lassen sich mit Hilfe
der Gleichungen (2.3.5.3/32) bis /36) und /42) bis /46) die ersten vier Ab¬
leitungen der Spannungen uc2 und UC nacn der Zeit für den Moment t=0 be¬
rechnen. Die so ermittelten Werte Tiefern in die Gleichungen (2.3.5.3/52)
bis /56) eingesetzt schliesslich die gesuchten Konstanten. Damit ist man in der
Lage die partikulären Lösungen für die Spannungen u^2 an der Messteile und
uq am Objekt anzugeben. Der Spannungsabfall an der Kopplungsimpedanz ZWurzeln und einem komplexen
sich schliesslich daraus als die Differenz beider.
ergibt
Die Resultate lauten:
(2.5.7.2/11)
*-£
106t
-0, 01636
uno
=
0,8731
106t
-6,439
e
•
-
6,497
•
-7,332
+
e
5, 624
108t
e
E
f
+
0,000661
(8,347
cos
•
106t)
-
0,000048
(8,347
sin
106t)]
•
-3 202
•
10 t
•
e
/12)
-0,01636
u_
—
0,8446
=
•
108t
•
-6,349
•
-7,532.106t
106t
-6,303-e
e
5,006
+
e
•
E
+
[0,4528
cos
(8,347
•
106t)
-
0,
2218 sin
(8,347
•
-3 202
106t)]
•
g
•
10 t
e
A3)
-0,01636
Au„
~_
=
•
106t
-6, 349
-0,1941
0,0284-e
•
•
106t
e
-7,532
+
0,6159
E
+
[o,
2217 sin
(8,
347
•
106t)
-
0, 4522
cos
(8,347
.
106t)]
-3 202
•
e
6
•
10 t
•
e
.
106t
-
2. 5.7.2. 2. 3
191
Verlauf der Mess- und der Prüfspannung
Auf Abb. 90 ist der Verlauf der
stelle und
am
-
Prüfobjekt,
berechneten
Spannungen
an
der Mess¬
experimentell aufgenommene Spannungs¬
Zeit aufgetragen. Abgesehen vom "Wellenfuss" stimmt
sowie
die
kurve in Funktion der
der berechnete Kurvenverlauf sehr schön mit dem gemessenen überein, ein
Zeichen dafür, dass die bei der Berechnung gemachten Vereinfachungen hier
tatsächlich erlaubt sind. Es darf daraus gefolgert werden, dass auch die be¬
rechnete Stosskomponente der Prüfspannung mit der Wirklichkeit genügend gut
in
Einklang
Die
steht.
Ermittlung der Stosskomponente
der Prüf Spannung erfolgt in der Weise,
Maximalwert der Spannung dem betreffenden Oszillof (t) auf Abb. 90 die zu dieser Spannung
gramm entnimmt, auf der Kurve uq2
dass
man
den
ersten
=
gehörige
Zeit
des
Ueberschlages
Objekt vorhandene Spannung auf
ermittelt und dann die
der Kurve
uc
Abbildung
=
f
(t)
1
2
an
Zeit
der Messtelle und
in Funktion der Zeit bei steilen Wellen
am
(932
am
kV//Js)
Oszillographierter Verlauf der Stossfront
Nach den Daten der
stelle
3
dieser
90
Verlauf der Stosskomponente der Prüfspannung
Objekt
zu
abliest.
Schaltung
(Spannung uç2)
Nach den Daten der
(Spannung
ur)
berechnete Kurve der Stossfront
Schaltung berechneter Verlauf
an
der Stossfront
der Mess¬
am
Objekt
-
Den
ohne
stellen die Abb.
91
Dis
93
zeigen die beiden ersten Abbildungen den Frontverlauf mit und
Prüf Objektbelastung, während
rücken
-
oszillographierten Spannungsverlauf u^2
dar und zwar
die mit
192
aus
der dritten der
langsamerer Zeitablenkung aufgenommen wurde,
gut hervorgeht.
genannten Abbildungen,
vor
allem der Wellen-
Ohne Belastung durch das Prüfobjekt ist die Wellenfront etwas flacher,
als mit derselben. Dies rührt davon her, dass ein leichtes Ueberschwingen der
Spannung uc am Prüfobjekt auch eine Aufsteilung der Spannung uç2 am Teiler
Folge hat. Massgebend für die durchgeführten Versuche ist der Frontver¬
mit Prüf Objektbelastung, also der auf der Abb. 91 sichtbare. Wie die
Rechnung ergibt, verläuft diese Welle am Objekt wesentlich steiler als an der
zur
lauf
Messtelle.
2.5.7.2.3
Numerische
Berechnung der Spannungsverläufe an der Messtelle
und
am
Objekt
bei mittelsteilen Wellen
Bei den Berechnungen der Wellen mittlerer Steilheit sind die Induktivitäten
bereits für die Form der Wellenfront von untergeordneter Bedeutung, sodass
ihre
Vernachlässigung gerechtfertigt ist. Hingegen ist zu beachten, dass an
Prüfspannung ausser dem Objekt und der Messfunkenstreclce noch das aus
dem Kopplungswiderstand und der Glättungskapazität der Gleichspannung be¬
stehende R-C-Glied liegt. Dieses beeinflusst die Wellenform deutlich, da durch
der
Ausbau der bei den steilen Wellen Denutzten ohm'sehen Teilerwiderstände der
resultierende Ableitwiderstand erheblich vergrössert worden ist.
Während
des uns hier allein interessierenden Teiles der Wellenfront wirkt das erwähnte
R-C-Glied praktisch als ein zusätzlicher Ableitwiderstand. Wir denken uns
daher für die Berechnung die ganze Stosschaltung (Abb. 85) auf das auf Abb. 33
dargestellte vereinfachte Schema gebracht, welches, wie ein Vergleich zeigt,
mit dem des
Flachwellengenerators
Mit dieser
im ersten
werden genau
Hauptzustand übereinstimmt.
Schaltung
gleich, wie bei reiner Stossbeanspruchung, zwei Prüfwellen erzeugt. Obwohl die Daten der gesamten Stossschaltung mit den damals gebrauchten übereinstimmen, weichen doch durch
den Einfluss des R-C-Gliedes auf der Gleichspannungsseite die erzeugten Wel¬
len voneinander ab. Die Abb. 94 und 95 zeigen die für die Messungen mit zu¬
sammengesetzter Beanspruchung benutzten beiden Wellenformen 16,1/212 jus
und 44, 3/365>is.
-
193
-
Abbildung
Front der
Stosskomponente 0, 44/50 jds
91
zusammengesetzter Beanspruchung
bei
0.60
Frontsteilheit
an
Frontsteilheit
am
der Messt eile:
kVAus
S*
692
Objekt:
Scheitelspannung an der Messteile, Messwert:
Scheitelspannung an der Messtelle,
S
932 kVAis
reduzierter Wert:
VCm
Scheitelspannung
Frontdauer
Frontdauer
am
Objekt,
reduzierter Wert:
am
Stosskomponente
r
SW
415 kV
SW
410 kV!
0,44/us
positiv
F
Pol
Polarität:
steile
kV,
0,60yosk
TF
Objekt:
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
Diese
398
SW
der Messteile:
an
Cm
wird
von
ü
ohm'seh
te
exponentiell (T„
einem
normalen
=
2, 38/is)
Marx'schen Stoss-
generator mit den folgenden Daten geliefert:
Stufenzahl
Max.
Max.
Ladespannung
Stossenergie
6
n
pro Stufe
ü
„.
170
kV,
P'^tm2,4kwWc
m
>
Die Aufnahme ist mit
Prüfobjektbelastung gemacht; ohne dieselbe ist die Front
her, dass ein leichtes Ueberschwingen der
Spannung Uq am Prüfobjekt auch eine Aufsteilung der Spannung am Teiler U£
zur Folge hat. Der Fuss der Spannungskurve ist weitgehend von der Einstellung
der Schaltfunkenstrecken abhängig. Die gewählte Einstellung ergibt die kleinstmögliche Fussabrundung.
etwas
falcher.
Wie die
Schaltung
Der
*
rührt davon
Rechnung zeigt, verläuft
steiler als
)
Dies
an
der Messtelle.
nach Abb.
85.
entspricht dem Index 2.
diese
Stosskomponente
am
Objekt
wesentlich
-
194
-
Abbildung
Front der
Stosskomponente 0, 44/50/is
bei
92
zusammengesetzter Beanspruchung
kV/^is
Frontsteilheit:
S*
608
Scheitelspannung, gemessen:
Scheitelspannung, reduziert:
»Cm
408,
Frontdauer:
TF
0,70
Polarität:
Pol
negativ
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
U
ohm'seh
te
exponentiell (T
426
5 kVgw
kV
°)
(Ohne Prüfobjekt)
AI*
=
Ko
4, 76/U.s)
ergibt sich ohne Prüfobjektbelastung. Sie enthält die
hergehenden Oszillogramm beobachtbare leichte Schwingung nicht und
etwas weniger steil.
Diese Stossfront
Schaltung nach Abb. 85.
)
Der
*
entspricht
dem Index 2.
im vor¬
ist auch
-
195
-
Abbildung 93
Rücken der
Stosskomponente
0,44/5Cyu s
bei
zusammengesetzter Beanspruchung
kV/^s
Frontsteilheit:
S*
608
Scheitelspannung, gemessen:
Scheitelspannung, reduziert:
ÜCm
408,
Vtm
426
Polarität:
Pol
negativ
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
ü
ohm 'seh
te
exponentiell (T„
Dieses
den.
Oszillogramm
sich kaum
)
Der
*
von
demjenigen
nach Abb.
entspricht
kV|*
mit
=
4,
76yM,s)
aufgenommen wor¬
weitgehend exponentiell und unterscheidet
Prüfobjektbelastung.
ist ebenfalls ohne Prüf Objektbelastung
Der Rücken dieses Stosses ist
Schaltung
°)
5 kV
85.
dem Index 2.
-
196
-
Abbildung 94
Stosskomponente 16,10/212/as
zusammengesetzter Beanspruchung
Front und Rücken der
Frontsteilheit
an
S*
der Messteile:
Objekt:
Scheitelspannung an der Messtelle, Messwert:
Scheitelspannung an der Messtelle, reduzierter
Scheitelspannung am Objekt, reduzierter Wert:
Frontsteilheit
S+
am
bei
25,1 kV/jus
24, 3 kV/as
®Çm
Vom
384 kVs
404
kV
VCm
391
kV
Polarität:
Pol
negativ^
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
U
te
kapazitiv
exponentiell
Der
mit
Vergleich
derjenigen,
der Daten der in dieseir
Wert:
Falle verwendeten
)
Stosschaltung
13, 2/241 ,as ergaben, zeigt Identität. Der Unter¬
den Kopplungswiderstand R^, der als zusätzliche Ab¬
die die Welle
schied erklärt sich durch
leitung wirkt, da die Zeitkonstante
Stossvorganges.
des
Rj-C
erheblich
Schon bei diesem mittelsteilenStoss ist die Frontdauer
grösser ist, als
die Dauer
an der Messtelle praktisch
gleich gross wie am Objekt. Dagegen sind infolge der kapazitiven Ankopplung
des Prüfobjekts Scheitelspannung und Steilheit am Objekt etwas geringer als an
der Messtelle.
Schaltung
°)
Der
*
nach Abb.
entspricht
85.
dem Index 2.
-
197
-
Abbildung
95
Stosskomponente 44, 3/365/is bei
zusammengesetzter Beanspruchung
Front und Rücken der
"
h
^Z^^^*^>
3GS
ro
M
*•'
~^>
**"""-—*w •
niiiïM
'
44,1
Frontsteilheit
an
S*
der Messteile:
Objekt:
S,
Scheitelspannung an der Messtelle, reduzierter Wert: VÇm
der
Messwert:
Scheitelspannung an
Messtelle,
„Cm
Scheitelspannung am Prüf Objekt, reduzierter Wert:
VCm
Frontsteilheit
am
Polarität:
Pol
Spannungsteilung:
Zeitablenkung:
te
ü
5, 30 kV/>s
5,13 kV/ytxs
234, 5 kVgw
227
ôaâ
kV|*
KV
QTI7
negativ
kapazitiv
exponentiell
Ladespannung mit den Wer¬
66, 6/79 yas übereinstimmen, ist die Front dieses Spannungsstosses flacher und sein Rücken steiler zufolge des als zusätzliche Ableitung
wirkenden Kopplungswiderstandes Rk auf der Gleichspannungsseite.
Obwohl die Daten des Stosskreises und die Höhe der
ten des
Stosses
Bezüglich Frontdauer
Gesagte verwiesen.
Schaltung
)
Der
*
nach Abb.
entspricht
und Steilheit
85.
dem Index 2.
sei
auf das bei der
vorangehenden Abb. 94
198
-
Berechnung der Welle
2.5.7.2.3.1
Die Daten der
2.5.7.2.3.1.1
Die
-
(2.5.7.2/ 1)
/3)
Cl
C2
C3
/4)
C
/14)
/15)
Rd
/8)
R
/9)
RL
Re
/16)
2.5.7.2.3.1.2
Schaltung
Rechnung zugrunde gelegten Daten sind:
der
ermittelten,
16,1/212/us
=
4,63
=
0,
545
•
=
0,
200
•
=
0,
207
=
10"9F
10"9F
10"9F
10"9F
103 £1
•
12,78
•
•
Q
=
400
=
109,1
=
65,8
io3
103
•
•
Ansatz, Lösungsgang
a
n
und Resultat
Auch hier muss die Wiedergabe der Berechnung aus Platzmangel unter¬
wir wollen nur kurz andeuten, dass der Spannungsverlauf an der Mess¬
stelle und am Prüfobjekt, sowie der Verlauf der Korrekturspannung, also der
Differenzspannung beider, wiederum durch ein und dieselbe Differentialglei¬
chung, die aber nur von 3. Ordnung ist, beschrieben wird. Die 3 Lösungen
bleiben;
Gleichung sind reell, da das der Rechnung zugrunde
gelegte Ersatzbild nur Widerstände und Kapazitäten enthält. Die partikulären
Lösungen für die gesuchten Spannungen verlaufen demnach aperiodisch. Be¬
ihrer charakteristischen
rechnet
bis
/25)
man
die darin vorkommenden Konstanten nach den
Gleichungen(2.3.4.2/23)
und setzt diese, sowie die Daten der Schaltelemente in die
(2.3.5.4/4), /2)
und
/7) ein,
so
Gleichungen
lauten die numerischen Ausdrücke für die ge¬
suchten Spannungen:
-0,0424
Up,
(2.5.7.2./17)
-^-
=
•
105t
E
-1,40
0,768
•
•
105t
-171,5-0,002283
0,770-e
•
e
105t
e
j,5t
-0,0424
uc
/18)
-SL
=
0,744
•
e
0,750
•
e
-1,40
•
=
,„,
.
-171,5
0,00595
•
•
,„5
105t
e
105t
-0,0424-
Aur
—r_
105t
+
E
/19)
•
105t
0,02488-e
-171,5
•
-0,00825-e
E
-1,40
0,01663
Die letzte
Gleichung stellt wiederum
zuziehende Korrektur
£uc
dar
um
•
die
•
105t
e
von
der gemessenen
die Prüf Spannung
uc
zu
Spannung ur2 ab¬
erhalten.
105t
199
-
-
2.5.7.2.3.1.3 Verlauf der Mess-, Prüf- und
Korrekturspannung
in Funktion der Zeit
Da Mess- und
ander
Form
Prüfspannung bei dieser Wellenform viel weniger
abweichen, als bei der vorher behandelten steilen Stosspannung
0,44/50
noch die
>Us, ist
es
vorteilhaft
vonein¬
von
der
der Mess- und der Prüf Spannung
aufzutragen, wie dies auf Abb. 96 ge¬
ausser
Korrekturspannung graphisch
schehen ist.
2.5.7.2.3.2
Berechnung
2.5.7.2.3.2.1
Die
Stosspannung 44,3/365 jus
der
Die Daten der
Daten
16,1/212 JJ.B
der
Schaltung
mit Ausnahme
des
Schaltung
dieselben, wie bei der Stosspannung
Dämpfungswiderstandes R,. Dieser beträgt
sind
hier:
(2.5.7.2/20)
Rd
2.5.7.2.3.2.2
Der
gehenden
75,05
=
Berechnungsgang
•
103
und
&
Lösung
Berechnungsgang ist in diesem Falle genau gleich, wie beim vorher¬
(Stosspannung 44, 3/365 /i s). Als Resultate findet man:
Fall
-0,0339-105t
uC2
(2.5.7.2/21)
=
0,499-e
=
0,4815-e
=
0,01614-e
-170,0-105t
-0,000392-e
E
-0,0339-105t
ur
/22)
—^
-170,0+0,001028-e
E
/23)
Aur
—r.
2.5.7.2.3.2.3
-0,0339-
Verlauf der Mess-,
-0,398-
105t
105t
-0,398-105t
-0,4825-e
-170,0-105t
-0,001422-e
Prüf- und
105t
-0,499-e
-0,398-105t
-0,01472-e
Korrekturspannung
in Funktion der Zeit
Die
genannten Spannungen uc„, uc
aufgetragen.
tion der Zeit t
und A Up sind in der Abb.
97 in Funk¬
200
-
-
Abbildung
96
Stosskomponente der Prüfspannung an der Messtelle
Objekt, sowie der Differenz beider, in Funktion der Zeit
Verlauf der
und
am
bei mittelsteilen Wellen
(26,
8
kV//is)
U
1 2
i
150
SO
t
..0
1
Berechnete Front der
2
Berechneter Verlauf der
3
Kurve der
«
!»
p,
3
Ja
0
Stosspannung u^2 an der Messtelle
Stosspannung uq am Objekt
Spannungsdifferenz beider:
Au„
Abbildung 97
Verlauf der
und
am
Stosskomponente der Prüfspannung an der Messteile
Objekt, sowie der Differenz beider, in Funktion der Zeit
bei flachen Wellen (2, 52 kV/ju s)
U
f i
r-^-""*
—
t
0
1
Berechnete Front der
2
Berechneter Verlauf der
3
Kurve der
o
*0
J
0
•0
n
Stosspannung uq2 an der Messtelle
Stosspannung uq am Objekt
Spannungsdifferenz beider: Au.-,
201
-
Zusammenstellung der
2.6
Einfache
2.6.1
-
verwendeten
Prüfspannungen
Prüfspannungsformen
Industriefrequente Wechselspannung
50 oder 150 Hz;
(bis 300
(bis
Positive oder negative
Gleichspannung
Positive oder negative
quasilinear ansteigende Spannung
33,0kV/>Us; (13, 2/241 /is; 435
Positive oder
77
kV/yUs; (66, 6/479,Us;
kVgw).
451
Positive oder negative
quasilinear ansteigende Spannung
0,330 kV/jUs; (1250/188'OOOjas;
Positive oder negative
quasilinear ansteigende Spannung
412,5kVgw).
0,0219 kV/;us; (15'000/235'000/As;
Positive oder negative
kVgw).
kVgw).
kVgw).
negative quasilinear ansteigende Spannung
6,
200
328
quasilinear ansteigende Spannung
0,00514 kV//jls; (50'000/320'000/1 s;
257
Gleichspannung mit überlagerter, positiver
quasilinear ansteigender Spannung
Positive oder negative
932
kV//is; (0, 44/50 jjls;
410
24,3kV/Ms; (16, l/212>is;
Positive oder
391
negative Gleichspannung mit überlagerter,
quasilinear ansteigender Spannung
5,13kV//is; (44,3/365/is;
oder nega¬
kVgw).
Positive oder negative Gleichspannung mit überlagerter,
tiver quasilinear ansteigender Spannung
tiver
kVgw).
Zusammengesetzte Prüfspannungsformen
2.6.2
tiver
kVgw).
427
positiver oder nega¬
kVgw).
positiver
kVgw).
oder nega¬
-
202
-
3. Teil
MESSRESULTATE
UND
BEOBACHTUNGEN
Ueberschlagspannungen
3.1
der vorliegenden Arbeit besteht darin, die Ueberschlag¬
Prüfanordnungen mit geometrisch inhomogenen Feldern, sowie
mit quasihomogenen Feldanordnungen, wie sie im Abschnitt 2.2 bereits be¬
schrieben worden sind, bei den verschiedenartigsten Beanspruchungsformen,
die im Abschnitt 2.6 zusammengestellt wurden, zu messen.
Die
Hauptaufgabe
spannungen
von
Aus der Fülle der Messungen geht hervor, dass es zweckmässig ist, bei
Darstellung und Besprechung der Ergebnisse die Versuchsanordnungen in
zwei Hauptgruppen und eine derselben weiter in zwei Untergruppen zu unter¬
teilen und auch die Formen der elektrischen Beanspruchung derselben ebenfalls
in zwei Hauptklassen zu zerlegen.
der
der Versuchsanordnungen wollen
Den Hauptgruppen
folgenden Bezeichnungen geben:
a
Prüfanordnungen
mit
wir die
quasihomogenen Feldern,
Prüfanordnungen mit geometrisch inhomogenen Feldern,
die Hauptgruppe b weiter in die Untergruppen:
b
und
b1 Prüfanordnungen
b, Prüfanordnungen
Schlagweite
stabförmiger, kugelförmiger
genügend grosser Schlagweite,
mit
scher Elektrode bei
mit
dünner
zylindrischer
oder dicker
Elektrode
bei
zylindri¬
genügender
zerlegen.
Prüfanordnung mit quasihomogenem Feld
keine
stationäre
bei
der
verstanden,
Vorentladung möglich ist. Zu dieser Gruppe gehören demnach alle
Anordnungen, bei denen die erste Vorentladungserscheinung sich ohne weitere
Spannungssteigerung zum vollständigen Ueberschlag ausbildet, sofern die zur
Verfügung stehende Beanspruchungszeit dazu genügt. Typische Vertreter dieser
Gruppe sind vor allem die Kugelfunkenstrecke mit nicht zu grosser Schlagweite
Unter
werde
eine
einer
solche
und der Plattenkondensator ohne störendes Randfeld
falls massiger
(Rogowski-Profil)
bei eben¬
Schlagweite 18) *).
Als
Prüf anordnung
mit
geometrisch inhomogenem Feld
hingegen eine solche bezeichnet werden, bei der sich
stationäre Vorentladungen ausbilden können**). Die Entwicklung
des Ueberschlages erfolgt hier aus der Vorentladung heraus nur bei weiterer
Spannungssteigerung. Unsere Betrachtungen beschränken sich dabei hauptsäch¬
lich auf solche Vorentladungen, die bei langsam ändernder Beanspruchung ent¬
stehen. Die Bezeichnung "geometrisch inhomogen" wird gewählt, um zu kenn¬
zeichnen, dass das betreffende Feld ohne Beeinflussung durch Raumladungen
inhomogen ist. Ein geometrisch inhomogenes Feld kann nämlich durch Raum¬
ladungssteuerung praktisch vollständig homogen werden.
soll
18) Zeichenerklärungen siehe Seite XIII.
*) Vorausgesetzt werden nicht unterteilte Isolierstrecken,
Schirmen.
**) Stationäre
also auch keine mit
Vorentladungen im Ein-Atmosphären-Druckbereich
englichen Sprachgebiet als "Corona" bezeichnet.
werden im
-
203
-
Bei negativer Polarität zeigen alle zur Gruppe b gehörenden Versuchs¬
anordnungen diese Erscheinung in angenähert gleicher Weise.
Bei positiver Polarität ist die Feldhomogenisierung bei den zur Gruppe
b2 zu zählenden Prüfobjektanordnungen für langsam veränderliche Beanspru¬
chung besonders ausgeprägt und dies umso deutlicher, je mehr sich die Bean¬
spruchung dem Ueberschlagswert nähert 19). Die Prüfobjekte der Gruppe bi
zeigen auch bei positiver Polarität eine gewisse Feldhomogenisierung oberhalb
der Einsatzspannung, doch ist diese Vergleichmässigung der Beanspruchung
weder örtlich noch zeitlich, im Vergleich zu der dazu unendlich langsam
ändernden Prüfspannung, konstant 20) *). Der wesentliche Unterschied dieser
Gruppe von Prüfanordnungen gegenüber der Gruppe b2 besteht darin, dass sich
bei positiver Polarität im erster en Falle der Ueber schlag aus einer unruhigen
Büschelentladung heraus ausbildet, währenddem sich im anderen Falle
von
Vorentladungsbeginn bis zum Ueberschlag ein und dieselbe ruhige
Glimmentladung zeigt, für die der Name "Ultrakoronaentladung"
vorgeschlagen wird *1).
Nach derEntladungsform lassen sich die gleichen Gruppen der Prüf¬
objektanordnungen auch folgendermassen benennen:
der Funke
einzige Entladungsform
ist,
a
Prüfanordnungen,
b
Prüfanordnungen,
möglich sind,
b-
Prüfanordnungen, deren Ueberschlagsfunken bei langsam ändernder po¬
sitiver Beanspruchung aus einer Büschelentladung entstehen,
b„
Prüfanordnungen, deren Ueberschlagsfunken bei langsam ändernder po¬
sitiver Beanspruchung aus einer Ultrakoronaentladung entstehen 22).
Die
1
deren
bei
erste und
denen
vor
Beanspruchungsformen
Einfache
der
Funkenausbildung Vorentladungen
wollen wir
uns
in zwei
Hauptklassen:
Prüfspannungen (Gleichspannung),
mit den beiden Unterklassen:
la
Prüfspannungen, Dei denen der Ueberschlag im oder nach dem Scheitel¬
erfolgt (industriefrequente Wechselspannungen, vollständige Stoss-
wert
spannungen),
lb
Prüfspannungen, bei denen der Ueberschlag während des Spannungsan¬
stieges erfolgt (quasilinear ansteigende Spannungen oder Keilwellen)
und
Zusammengesetzte Prüfspannungen (Gleichspannung
quasilinear ansteigender StosSpannung),
ohne weitere Zerlegung, eingeteilt denken.
2
Wir wollen
nun
zunächst die bei einfachen
menelement betrachtet.
wenn
man
überlagerter
Prüfspannungsformen erhaltenen
Resultate betrachten und uns anschliessend mit denjenigen,
gesetzten Prüf Spannungen liefern, Deschäftigen.
*) Dies gilt speziell dann,
mit
die Verhältnisse
an
die die zusammen¬
einem kleinen Volu¬
-
3.1.1
Mit einfachen Formen der
Die
mit
spannungen
tragen.
UD
204
-
Prüfspannung erhaltene Messresultate
einfachen Formen der Beanspruchung erhaltenen Ueberschlagsind auf den Abb. 98 bis 117 in Funktion der Steilheit S aufge¬
Die UeberSchlagspannungen Up wurden dabei auf einen Druck von 760 Torr
bei einer Temperatur von +20OC reduziert angegeben. Eine Umrechnung auf die
Normalfeuchtigkeit von 11 gr/m3 wurde jedoch unterlassen, da die Feuchtig¬
keitsabhängigkeit der Ueberschlagspannung nicht bekannt ist 24) Die zu diesen
Messergebnissen gehörige absolute Feuchtigkeit betrug im Mittel 7, 4 gr/m3,
ihr häufigster Wert war 6,7 gr/m3, bei 80 % der Einzelmessungen schwankte
sie zwischen 4 und 10, 5 gr/m3 und erreichte ausnahmsweise die Extremwerte
2,0 und 12,0 gr/m3. Als Mass der Steilheit S ist die JEC-Definition verwendet
worden.
Die Steilheit ist bekanntlich durch die
(3.1.1/1)
S
Gleichung
UD
=
—
TD
festgelegt.
und
Uq
Tq die "Zeit der Beanspruchung bis
Ueberschlagspannung.
Hierin sind
die reduzierte
zum
Ueberschlag"
Prüfspannungen der Klasse la, bei denen der Ueberschlag
Scheitelwert eintritt,
(Wechselspannungen, vollständige
Stösse), ist nach der JEC-Definition 1,25 mal grösser, als die Zeitspanne,
während der die Spannung von 10 % auf 90 % des Scheitelwertes, der mit der
Ueberschlagspannung Up identisch ist, ansteigt.
Die Zeit
TD
von
im
oder
des
Spannungsanstieges erfolgt (quasilinear ansteigende Spannung),
nach
Für
lich die
spannung
dem
Prüfspannungen
Zeit
von
der
Klasse
lb,
bei denen der
Ueberschlag während
ist bekannt¬
Tj) 1, 25 mal grösser, als die Zeitspanne, während der die
10 % bis auf 90 % des Ueberschlagswertes
UD ansteigt.
Prüf¬
Die zu den beiden Spannungsklassen gehörenden Messpunkte sind keines¬
wegs identisch und wurden daher auf den Kurvenblättern mit unterschiedlichen
Kennzeichen eingetragen. Weiter sind die Messpunkte im Zeichen auch nach der
Schlagweite unterschieden. Die Erklärung der Abkürzungen befindet sich auf der
Abb. 118.
Die ausgezogenen Kurven verbinden Punkte gleicher Schlagweite, die zur
Prüfspannungsklasse 1 b gehören, wo der Ueberschlag während des Spannungs¬
anstieges erfolgt. Die diese Kurven umgebenden strichlierten Linien schliessen
das zugehörige Streugebiet ein, innerhalb dessen 95 % der Einzelwerte einer
Messung liegen *).
Auf den Abb. 98 bis 101, sowie 116 und 117 sind die Resultate der Prüf¬
objektgruppe bi eingezeichnet; die Abb. 102 und 103 gelten für Prüfanordnungen
der Gruppe a, währenddem schliesslich die Ergebnisse der Gruppe b2 auf den
Abb. 104 bis 115 niedergelegt wurden. Wir wollen nun das typische Verhalten
der Kennlinien der genannten Gruppen nacheinander betrachten 25).
*)
Bei den
sich die
zusammengesetzten Prüfspannungsformen, Abschnitt 3.1. 2, beziehen
Streuungsangaben dagegen auf die äussersten gemessenen Grenzwerte.
Abbildung
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206
-
-
Abbildung
Legende
118
den Abb. 98 bis 117
zu
Ueberschlagspannungen Urj re(j bei einfachen Prilfspannungsformen (Klasse 1) in Funktion der
Steilheit s, mit der Schlagweite d als Parameter, an verschiedenartigen Prüfobjekten (Gruppe
a: Kugeltunkenstrecke, dicker zylindrischer Leiter bei kleiner Schlagweite; Gruppe bj: Spitze,
Dünner zylindrischer
Stab, dicker zylindrischer Leiter bei grosser Schlagweite; Gruppe b9:
"
Leiter).
Die
eingetragenen Messpunkte
stellen in
jedem Falle Mittelwerte dar. Von den mit Prüfspan¬
la (Spannungen, bei denen der Ueberschlag im oder nach dem Scheitelwert
erhaltenen Resultaten sind nur Messpunkte, nicht aber Kurven eingetragen. Die er¬
nungen der Klasse
erfolgt)
wähnten Punkte sind durch einen kleinen,
Klasse lb
erfolgt),
(PrüfSpannungen,
nach unten weisenden
bei denen der
Ueberschlag
vor
Strich,
von
denjenigen der
dem Erreichen des Scheitelwertes
die grösstenteils durch Kurven untereinander verbunden sind, zu unterscheiden.
Folglich bedeuten: Ç> o ^ Ç ÇQ usw. Messpunkte von Prüf Spannungen der Klasse la,
O o A D O 3 usw. solche von Prüf Spannungen der Klasse lb. Aus der Form der Messpunkte
geht die zugehörige Schlagweite d hervor und zwar bedeuten:
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=
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d
=
120
mm
o
d
=
20
mm
d
=
130
mm
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=
30
mm
d
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=
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150
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275
mm
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d
=
110
mm
d
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300
mm
mm
Liegen mehrere Messpunkte praktisch an der gleichen Stelle, sodass die soeben erklärten
Punktbezeichnungen nicht am richtigen Ort angebracht werden können, so wird die richtige
Lage jeweils durch ein kleines Kreischen markiert, welches mit dem an einer geeigneten
Stelle eingetragenen zugehörigen Zeichen durch einen Bezugsstrich verbunden ist. Um Ver¬
wechslungen auszuschliessen, sind solche Zeichen noch mit einem Ring umgeben. Sie liegen
also nicht an der richtigen Stelle, wohl aber das mit ihnen verbundene Kreischen.
Die ausgezogenen Kurven verbinden die Mittelwerte der zu ein und derselben Schlagweite ge¬
hörigen Messpunkte von Prüfspannungen der Klasse lb. Die am Ende der Mittelwertskurven
angeschriebenen Zahlen geben die zugehörigen Schlagweiten in mm an. Die strichlierten Linien
begrenzen ein die Mittelwertskurven umgebendes Streugebiet innerhalb dessen 95 % aller
Einzelmessungen liegen.
Die
dargestellten Resultate gelten
für
folgende atmosphärische Bedingungen:
Druck:
760 Torr
Temperatur:
+
Absolute Feuchtigkeit:
Eine Reduktion auf die
20° C
3
7, 4 gr/m3
12,0 gr/m,
2,0 gr/mo
6, 7 gr/m
Normalfeuchtigkeit
im Mittel
maximal
minimal
am
von
häufigsten.
11
gr/m
q
wurde also nicht vorgenommen.
-
207
-
3.1.1.1
Messungen der Ueberschlagspannungen
Gruppe b«, bei denen
sich der
positive Spannung
aus
von
Versuchsanordnungen
Ueberschlag
der
für
langsam
der
ändernde
Büschelentladung entwickelt
Die Abb. 98 ibs 101, sowie 116 und 117 zeigen die Kennlinien der Ver¬
suchsanordnungen von Spitze, Stab und dickem zylindrischen Leiter gegenüber
einer Kugel von 750 mm fb bei nicht zu geringer Schlagweite, also von Ver¬
suchsanordnungen, bei denen sich der Ueberschlag für langsam veränderliche
positive Prüfspannung aus einer Büschelentladung entwickelt 26) *).
3.1.1.1.1
Ergebnisse bei positiver Polarität
Sowohl Spitze wie Stab zeigen bei positiver Polarität und kleiner Steilheit
Prüfspannung die bekannten, sehr tiefen Werte der Ueberschlagspannung
bei recht geringer Streuung 27). Diese Ueberschlagspannungen nehmen weniger
als proportional zur Schlagweite zu und steigen im allgemeinen mit wachsender
Steilheit stetig an. Die obere Streugrenze rückt bei Spannungsanstiegen von der
Grössenordnung 10 kV//i s im Falle der Spitze und von 1 kV/jdi s im Falle des
Stabes ganz ausserordentlich hoch hinauf. Währenddem die Spitze bei kleiner
Steilheit tiefere Ueberschlagspannungen
als der Stab hat, ist es bei grossen
Steilheiten gerade umgekehrt 28). Wie die Abb. 116 zeigt, sind diese Eigen¬
schaften beim zylindrischen Leiter von 8 mm j& weniger stark ausgeprägt. Die
Ueberschlagspannungen sind hier bei kleinen Schlagweiten sogar ausgesprochen
hoch 29). Dies rührt davon her, dass diese Versuchsanordnung bei kleinen
Schlagweiten zur sogleich zu besprechenden Gruppe a gehört, also ein quasi¬
homogenes Feld besitzt.
der
Wichtig
anordnung ist
für die technische
Anwendung
einer bestimmten Funkenstrecken¬
ihr "Stosskoeffizient" k. Wir wollen diesen als das Verhältnis der
bei einer bestimmten Steilheit gemessenen Ueberschlagspannung
Up
schlagswert bei Gleichspannung U definieren.
(3.1.1/2)
k+
zum
Ueber-
=
Ug+
/3)
ugDie
Ueberschlaggleichspannungen sind auf
eingezeichnet.
*)
Diese
Ergebnisse
sind
dem
linken
Rand der Kurvenblätter
grundlegend für alle technischen Objekte, deren
Anordnung Spitze-Platte geerdet dargestellt.
Extremfall bekanntlich die
-
Die
208
-
Stosskoeffizienten sind wohl von den Stossfaktoren zu unterscheiden.
man bekanntlich das Verhältnis der oei Destimmter Steilheit
Hierunter versteht
Prüfstosses erhaltenen Ueberschlagspannung zu der 50 Hz-Ueberschlagwechselspannung. Es sind dies also Verhältniszahlen von Ueberschlagspannungen
gleicher oder verschiedener Polarität, währenddem die Stosskoeffizienten nach
unserer Definition stets Verhältniszahlen von Ueberschlagspannungen derselben
eines
Polarität sind.
positiven Stosskoeffizienten liegen für den untersuchten Steilheitsbe¬
zylindrischen Leiter von 8 mm é in der Nähe von 1, beim Stab und
speziell bei der Spitze sind diese Stosskoeffizienten beträchtlich grösser. Sie
schwanken je nach der Schlagweite zwischen 2,4 und 2, 7 bei einer Steilheit von
100 kV//j.s. Bei 1000 kV//ls betragen die entsprechenden Werte sogar 3,4 und
5,0. Die kleineren Zahlen gelten daoei für die Schlagweite 100 mm, die grös¬
seren für die Schlagweite 20 mm.
Die
reich beim
Wir wollen
nun
die
Entstehung
des positiven
Ueoerschlages
am
dicken zy¬
lindrischen Leiter bei grösserer Schlagweite anhand der Abb. 119 betrachten2o).
Der gerade Spannungsanstieg bis zum Maximalwert zeigt, dass die Vorentla¬
dungen bis
diesem
Zeitpunkt
klein
sind,
Prüfspannungsverlauf zu
Spannungszusammenbruch,
den ein positives Büschel einleitet,
erfolgt ausgesprochen langsam *). Bei
Spitze und Stab bildet sich der Ueberschlag ganz ähnlich aus, doch wird die
normale Spannungskurve einige Prozente unterhalb der erreichten Ueberschlag¬
spannung durch Vorentladungen sichtbar deformiert 30). Auf der Abb. 120 ist
dies infolge der ausserordentlich langsam verlaufenden Zeitablenkung nicht
sichtbar. Dieses Oszülogramm beweist indessen, dass der kapazitive Span¬
nungssprung am Anfang der sehr flachen Welle die Höhe der erreichten Ueber¬
schlagspannung bei solchen Schlagweiten sicher nicht mehr beeinflusst, denn
die nachfolgenden Ueberschläge, die dadurch zustande kommen, dass sich die
Belastungskapazität aus der zweiten Stosskapazität mit ihrer grossen Reserve
wiederholt auflädt, sind praktisch gleich hoch wie der erste 31). Bei dieser
ausserordentlich geringen Steilheit von 10~2kV//is ist die bereits erwähnte,
bei steilerer Beanspruchung sich zeigende, grosse Streuung praktisch ver¬
schwunden. Die Abb. 121 und 122 zeigen, wie die Ueberschlagspannungen von
Spitze und Stab bei einer Steilheit von rund 1 kV/^j. s streuen. Diese beiden
Oszillogrammserien wurden ohne Zeitablenkung aufgenommen. Die Strichlänge
der einzelnen Oszillogramme ist folglich der Ueberschlagspannung Urj pro¬
portional. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stössen ist die photographische
Schicht mechanisch weiterbewegt worden. Man beobachtet bei Spitze und Stab
für diese Steilheit der Beanspruchung eine rasche Zunahme speziell der oberen
Streubandbreite mit wachsender Schlagweite. Ganz interessant ist ferner, dass
der Mittelwert der Ueberschlagspannung praktisch gleich gross bleibt, wenn man
die Schlagweite zwischen den Grenzen 60 und 120 mm verändert.
zu
beeinflussen. Der
Die
meinen
zur
an
Klasse
viel tiefere
zu
um
den
den Maximalwert anschliessende
la gehörigen Prüfspannungen
Ueberschlagswerte.
als
man
30)
'
verursachen
bei den
soeben
im
allge¬
betrachteten
Prüfspannungen der Klasse lb erhält 33). Dies ist begreiflich, da die effektive
Beanspruchungszeit hier wesentlich grösser als Trjist. Bei Prüfwechselspan¬
nungen von Industriefrequenz Deobachtet man fast immer den Ueberschlag in der
positiven Halbwelle. Bei Spitze und Stab gilt dies ausnahmslos 33); bei dickem
*)
Die
Langsamkeit des hier beobachteten Spannungszusammenbruchs ist nicht
schaltungsbedingt. Den Beweis hierfür liefert der an späterer Stelle be¬
schriebene rasche negative Ueberschlag.
209
-
Abbildung
Mit dem Prüfstoss
66,6/479jlis
-
119
(6,77 kV/jus) aufgenommene Ueberschläge
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlag weite:
Po
Draht 8mm
d
130
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Ueberschlagspannung, gemessen:
Ueberschlagspannung, reduziert:
Steilheit, reduziert:
Zeit bis zum Ueberschlag:
fabs
0,958
,
11, 9 gr/ni
2
kV
113,
118, 2 kV|
12, 95 WJZ.S
Bei
Ï8
fe
i>
mm
9,0yUS
negativ
Draht 8
100
mm
/b
mm
0,956
11, 9 gr/mJ
172, 3 kV„w
180, 4 kVS
13, 20 kV^us
13,5/Us
„
Zylinderdurchmesser gehen dem positiven Durchschlag keine
Vorentladungen voraus; der Zusammenbruch selbst ist aber
sehr langsam. Der negative Durchschlag erfolgt auch hier wieder
grossem
nennenswerten
trotzdem
plötzlich.
Die in den
den
zur
Oszillogrammen eingetragenen Ueberschlagspannungen sind die unter
jeweils herrschenden klimatischen
Zeit der Versuche im Laboratorium
Verhältnissen gemessenen Werte. Diese wurden in üblicher Weise auf die Nor¬
malbedingungen (760 Torr, +20OC) reduziert und in obiger Tabelle mitange¬
Normalfeuchtigkeit (11 gr/rn^) wurde unterlassen.
zum Ueberschlag TD sind nach der IEC-Definition, auf reduzierte Spannungen bezogen, angegeben.
geben.
Die
Eine
Steilheit
Schaltung
Umrechnung
Srj
und die
nach Abb. 62.
auf
Zeit bis
210
-
Abbildung
Mit dem Prüfstoss
-
120
50'000/320*000
Ais
(0,00514
aufgenommene Ueberschläge
20 000
30 000
* » '* i
*
i
.
.
»
.
«
i
»
»
»
»
«..;..
kV/jus)
70 000
.
,
,
V
v
J
If
N
v
If
V
l
V
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Stab 10 mm
120 mm
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Ueberschlagspannung, gemessen:
Ueberschlagspannung, reduziert:
Steilheit, reduziert:
Zeit bis zum Ueberschlag:
|S
Eichfrequenz:
f
d
til
0,943
,
6,8 gr/m
76,0kVsw
80,
6
kV°£
0,0091^7^.8
k
8880/As
'
lOOO'Hz
*E
Bei diesem ausserordentlich flachen Stoss treten am Stab bei positiver Polarität
fast keine Streuungen der Ueberschlagspannung auf. Die Stosspannung verursacht
hier nacheinander viele Ueberschläge. Dies dauert so lange, bis sich die zweite
Stosskapazität C2 entladen hat. Da die Ueberschlagspannung in diesem Falle
sehr tief ist, erscheint der kapazitive Spannungsprung recht gross. Er beeinflusst aber das Resultat nicht, denn der zweite Ueberschlag ist praktisch gleich
gross wie der erste.
Diese Oszillogramme wurden ohne Zeitablenkung aufgenommen. Ihre Länge
gibt
somit die
Stössen ist die
Schaltung
Ueberschlagspannung Urj. Zwischen
photographische Schicht weiterbewegt
nach Abb.
66.
zwei
er¬
aufeinanderfolgenden
worden.
-
211
-
Abbildung 121
Mit dem Prüfstoss
1'250/188'000/ts
Amplituden
von
(0,330 kV/^ts)
Ueberschlagspannungen
gemessene
b
a
Polarität:
Pol
Objekt:
Po
positiv
Spitze 30°
Schlagweite:
d
100
Reduktionsfaktor :
k
0,954
3
5,1 gr/m
Feuchtigkeit:
Ueberschlagspannung,
(gemessen):
Min. Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mitt. Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Max.
reduziert
Mittlere Steilheit:
Zeit bis zum Ueberschlag:
Die
Streuung
Schaltung
nimmt mit der
nach Abb.
66.
fabs
*
A
-
mm
positiv
Spitze 30°
120
mm
0,954
3
5,1 gr/m
vD(V
98,8(94,3)kVgw 134,9(128,7)kVgw
Wd>
68,0(64,8)kVgw
75,2(
80,0(76,3)kVgw
98,3( 93,8)^
ÖW
0,75 kV//as
0,83 kV/wsöw
*D
Schlagweite
lOOyUS
rasch
zu.
130yds
71,7)kVsw
212
-
-
Abbildung 122
Mit dem Prüfstoss
1'250/188'000 jus (0,
Amplituden
von
kV/jJ.s)
330
gemessene
Ueberschlagspannungen
4u*vèVièM niu4tê
•
CM
®
ii»'
to
ë
Co
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Stab 10
d
100
Reduktionsfaktor:
k
0,955
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
fabs
5,
Min.
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
(gemessen):
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
A
Ueberschlag:
positiv
$
Stab 10 mm é
120 mm
mm
gr/m
0,955
,
5,0 gr/m
3
J
157,6(150,3)kV,
SW
64, 6(
61,7)kV,
SW
l)kVsw
(gemessen):
zum
v
vD<V
91, 2( 87,
0,87 kV/>s
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
mm
A
Vd<V
v
0
*D
m
1
tsT
«O
Co
Polarität:
reduziert
>
<
120 yUS
&w
111,0(106,0)kVgw
71,3( 68,
l)kVsw
2)kV„w
91, 3(
0,78 kV/yus
87
&w
120^u,s
100 mm einen
hier registrierte Maximum bei der Schlagweite d
120 mm, ist reiner Zufall. Die bei
grösseren Wert hat, als dasjenige bei d
100 mm Schlagweite beobachtete Streuung ist die grösste bei einfacher Bean¬
29 %.
spruchung gemessene. Sie beträgt: + 73,
Dass das
=
=
-
Schaltung
nach Abb.
66.
213
-
-
zylindrischem Leiter nur oberhalb einer gewissen Schlagweite. Dass die Ueberschlagwechselspannung der positiven Halbwelle kleiner ist, als die der nega¬
tiven, ist eine typische Eigenschaft der Prüfanordnungen von Gruppe bj, bei
denen der von langsam veränderlicher Spannung verursachte Ueberschlag aus
einer positiven Büschelentladung entsteht 34).
Das abweichende Verhalten, das der dicke zylindrische Leiter bei kleiner
Schlagweite zeigt, erklärt sich daraus, dass diese Objektanordnung zur Gruppe
a gehört, bei der bekanntlich der Ueberschlagsfunken ohne Vorentladungen ent¬
steht, also ein quasihomogenes Feld vorliegt.
3.1.1.1.2
Ergebnisse
bei negativer Polarität
Prüfanordnungen von Spitze, Stab und zylindrischem
grösseren Durchmessers ist auf den Abb. 99, 101 und 117 zu erkennen.
Bei kleiner Steilheit zeigen bekanntlich alle drei Versuchsanordnungen und ganz
speziell der Stab, recht hohe Werte der Ueberschlagspannungen. Bei kleinen
Schlagweiten nimmt die Ueberschlagspannung mit wachsender Steilheit aus¬
nahmslos dauernd zu. Dies ist aber bei grösseren Schlagweiten nicht der Fall.
Alle drei Anordnungen zeigen vielmehr innerhalb eines gewissen Steilheitsbe¬
reichs, der bei jeder Prüfobjektform an einer anderen Stelle liegt, ein ver¬
schieden stark ausgeprägtes Maximum der Ueberschlagspannungen. Bei weite¬
rer
Steigerung der Steilheit der Prüfspannung geht die Ueberschlagspannung
zunächst zurück und steigt hernach erst wieder in der erwarteten Weise weiter
an. Diese merkwürdige Erscheinung ist am wenigsten bei der Spitze ausgeprägt
und liegt bei dieser bei ganz grossen Werten der Steilheit; etwas stärker ist sie
beim Stab beobachtbar, wo sie bei etwas geringerer Steilheit auftritt, und
schliesslich
zeigt der untersuchte, 8 mm dicke, zylindrische Leiter bei noch
geringerer Steilheit diese Eigentümlichkeit besonders stark ausgeprägt 35),
Das Verhalten der
Leiter
1,
Die negativen Stosskoeffizienten betragen zirka 1, 6 bei der Spitze, zirka
1, 4 beim zylindrischen Draht von 8 mm 6 am Ort des
3 beim Stab und zirka
Zwischenmaximums der Ueberschlagspannung für eine Schlagweite von 100
von 1000 kV//is sind die entsprechenden Zahlen 1, 54,
Bei einer Steilheit
und
1, 22,
Die
mm.
1,18
also recht bescheidene Werte.
Streuungen
Schlagweiten durchwegs sehr gering.
sind für kleine
Dies
trifft auch für grosse Schlagweiten zu, sofern die Steilheit gering (unter 10_1
kV/yUs) oder aber auch sehr gross (über 103 kV/>us) ist. In der Gegend des
Zwischenmaximums haben die Streubänder ihre grösste Breite. Während bei
Spitze
zylindrischen
werden, erreichen
und dickem
beobachtet
trächtliche Ausmasse.
gross.
So können
Leiter
sie
Hier wird
beispielsweise
an
bei
vor
nur massige Streuungen
stabförmigen Elektrode sehr be¬
diesen Stellen
der
allem die untere Streubandbreite kolossal
von 10 kV/ju s und einer
bei einer Steilheit
alle Werte der Ueberschlagspannung vorkommen, die
175 und 260 kVgw liegen. Der Mittelwert befindet sich
dabei in der Nähe der oberen Grenze bei 243 kVgw Abb. 123 zeigt die kleine
Streuung der Ueberschlagspannung an der negativen Spitze bei geringen Steil¬
heiten des Spannungsanstieges und grossen Schlagweiten. Wählt man die Wellen¬
Schlagweite
von
100
mm
zwischen den Grenzen
steilheit
nur
wenig grösser,
so
nimmt dann die
Streuung rasch
zu.
Die Abb. 119b gibt uns noch Aufschluss darüber, dass der negative Ueber¬
schlag sich vom positiven stark unterscheidet. Währenddem beim letzteren der
Spannungszusammenbruch langsam erfolgt, ist er hier beim negativen Ueber¬
schlag ausserordentlich rasch 36).
214
-
-
Abbildung 123
Mit dem Prüfstoss
1'250/188'OOO^s (0,330 kV//ts)
Amplituden
von
gemessene
Ueberschlagspannungen
st-
to
CM
CM
CM
fr
.****
+
*
*
+
*
+
+
i
+
+
#
-»
Polarität:
Pol
Objekt:
Schlagweite:
Po
negativ „
Spitze 30°
d
80
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
fabs
0,953
5, 7 gr/m
reduziert
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
£d<V
p
Auch bei dieser Wellensteilheit gibt
Schaltung
nach Abb.
66.
100
mm
0,953
3
5, 7 gr/m
„
(216)kVgw
183
(174,3)kVsw
227
182
(173,3)kVgw
224,5(214)kVgw
182l5(173,8)kVqw
225
0, 63 kV/yiis
0,
290/1«
es
negativ
Spitze 30°
mm
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
(gemessen):
*,
b
a
Min.
*
*
Fälle,
wo
die
öw
(214,3)kVQW
585
kV/^as
390yus
Streuung verschwindet.
&w
-
215
-
Auch bei der negativen Polarität liegen die mit den zur Klasse la gehören¬
Prüfspannungen erhaltenen Ueberschlagswerte im allgemeinen und speziell
bei grosser Schlagweite und Steilheit tiefer, als die mit den zur Klasse lb ge¬
hörenden quasilinear ansteigenden Prüfspannungen erhaltenen Ergebnisse.
den
Beim dicken zylindrischen Leiter von 8 mm <S erfolgen, wie bereits er¬
wähnt, die Ueberschläge nur für kleine Schlagweiten, wo das Feld quasihomogen
ist, in der negativen Halbwelle industriefrequenter Wechselspannungen 34).
3.1.1.2
Messungen
der
Gruppe a,bei
Ueberschlagspannungen
denen sich der
von
Versuchsanordnungen
der
Ueberschlag ohne Vorentladungen entwickelt
Versuchsanordnung mit quasihomogenem Feld, näm¬
Kugelfunkenstrecke mit 250 mm Kugeldurchmesser, wurde ebenfalls in
der Abhängigkeit ihrer Ueberschlagspannung von der Steilheit der sie bean¬
spruchenden quasilinear ansteigenden Prüfspannung untersucht. Die Abb. 102
Ein Vertreter einer
lich die
und 103 zeigen die Ergebnisse dieser Versuche.
Im untersuchten Schlagweitenbereich zwischen 10 und 100 mm ist die Höhe
Ueberschlagspannung bei beiden Polaritäten bis zu einer Steilheit von
20 kV/ju s vollständig konstant 37) und ebenfalls unabhängig von der Klasse der
Prüfspannung, sowie wohl auch von ihrer Form. (Man vergleiche ebenfalls die
Messpunkte der 50 Hz-Wechselspannung. )
der
Bei grösseren Steilheiten beginnt dann die Ueberschlagspannung zuerst
langsam und nachher kräftig zu steigen. Dieser Anstieg ist bei mittleren Schlag¬
weiten am geringsten, bei kleinen und grossen am ausgeprägtesten 3">. Bis zu
einer Schlagweite von 45 mm 38) decken sich die positiven und negativen Kurven
auf dem ganzen Steilheitsbereich vollständig. Bei grösseren Schlagweiten liegen
dann bekanntlich die positiven Kurven höher, als die negativen (einpolige Er¬
dung); dies gilt selbstverständlich aber nur solange das Feld quasihomogen ist.
Es wurde ferner
untersucht,
ob sich die
Ueberschlagspannung
bei grossen
Steilheiten durch Bestrahlen mit ultraviolettem Licht, das von einer Hg-Dampflampe geliefert wird, herabdrücken lässt. Der bei mittleren Steilheiten be¬
kannte Einfluss 39) ist bereits bei 1000 kV/jUs verschwunden, wie die zu den
Schlagweiten 40 und 100 mm gehörenden Messpunkte zeigen40) 41h Die einzige
dabei
der
beobachtbare Veränderung besteht darin,
Bestrahlung
Bis
zu
zunimmt
Steilheiten
von
gering, oberhalb derselben
sen
Schlagweiten
Abb.
20
kV/jj. s
wächst sie
ziemlich beträchtlich
124 zeigt
nungen bei einer
uns
dass die Streubandbreite
mit
42).
ist die
langsam
Streuung stets vernachlässigbar
an
und ist namentlich bei gros¬
*).
von Amplituden positiver Ueberschlagspan¬
28,3mm und einer Steilheit von 89, 5kV/jds*ä>.
eine Serie
Schlagweite
von
Die Stosskoeffizienten betragen bei beiden Polaritäten für Steilheiten bis
für Steilheiten von 100 kV/jJ s 1,0 bis 1, 3 und für solche
35 bis 4,45. Dabei bezieht sich die erstere der beiden Zahlen
jeweils auf die Schlagweite 100 mm, die zweite auf 10 mm 37).
20kV/yUS 1,0,
von 1000 kV//is 1,
zu
*)
Ergebnisse wurden an mit staubfreiem Leder, dem Spuren von Oel an¬
hafteten, polierten und nachher eingebrannten Kugeln gemessen. Man ver¬
gleiche auch die Abschnitte 2. 5.3. 2. 5 und 4. 2. 33.
Diese
-
216
-
Abbildung 124
Mit dem Prüf stoss
13, 2/241 JJ. s (33,0 kV/jus) gemessene Amplituden
von Ueberschlagspannungen
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Kugelfunkenstrecke 250
d
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueber schlagspannung,
fabs
28.3 mm
0,955
,
10, 5 gr/ni
Md>
87.4 (83, 5)
kVgw
*D<V
83,8 (80,0)
kVgw
?D<V
85, 8 (82, 0) kV„w
bW
89, 5 kV/yas
1,0/us
reduziert
Min.
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
mm
/>
ist, ist die Streuung ausserordentlich klein (+ 1,5 %). Dies
massige Schlagweiten und Steilheiten, die nicht grösser sind als die
bei dieser Messung vorhandene, stets zu.
Wie
zu
erwarten
trifft für
Schaltung nach Abb. 62.
-
217
-
Abb. 60 stellt die für Eichzwecke benutzten Kurven der Ueberschlag¬
spannung in Funktion der Schlagweite dar, wie sie nach den Angaoen im Ab¬
schnitt 2.5.3.2.5 für unsere horizontalachsige Messfunken st recke erhalten
Ausserdem
wurden.
eingezeichnet.
Die
sind auf diesem Blatt noch die SEV-Eichkurven
Abweichungen
H)
mit¬
bei
Schlagweiten von mehr als 50 mm
wahrnehmbar und zwar geben die für vertikalachsige Funkenstrecken geltenden
SEV-Eichkurven im Schlagweitenbereich 50 bis 100 mm zu kleine, für 100 mm
übersteigende Schlagweiten hingegen zu grosse Ueberschlagspannungen.
werden
positive Eichkurve oberhalb der Töppler'schen Schlagweite 38)
Ueberschlagspannung aufweist, als der negative Kurvenast
und die Feldstärke im Ueberschlagspunkt der nicht geerdeten Kugel grösser
als die des entsprechenden Punktes der geerdeten ist, geht hervor, dass der
Ueberschlag im quasihomogenen Feld durch die Stärke des Feldes im Ueber¬
schlagspunkt der negativen Elektrode bestimmt wird^4).
Da
die
höhere Werte der
3.1.1.3 Messungen der
Gruppe
bg,
Ueberschlagspannungen
bei denen sich der
positive Spannung
aus
von
Versuchsanordnungen
Ueberschlag
einer
für
der
langsam ändernde
Ultrakoronaentladung entwickelt
Zur Gruppe der Versuchsanordnungen, bei denen sich der Ueberschlag
langsam ändernde positive Spannung aus der Ultrakoronaentladung ent¬
wickelt, gehört der dünne zylindrische Leiter. Es wurden Versuchsdrähte von
0,1 bis zu 2 mm i untersucht. Die Ergebnisse der Messungen zeigen die Abb.
104bis 115. Sie sind nach dem Drahtdurchmesser geordnet *).
für
3.1.1.3.1
Ergebnisse bei positiver
Das Verhalten dieser
heiten unterhalb
ca.
0,01
Auftreten
Polarität
positiver Polarität
für Steil¬
kV/jUs, je nachDrahtdurchmesser,
durch das
Anordnungen
bis
1
ist bei
der Ultrakoronaentladung mit ihren ganz ausserordentlich hohen
Ueberschlagspannungen, die proportional der Schlagweite sind, gekennzeichnet.
Deshalb werde dieses Gebiet in der Folge als "Ultrakoronagebiet" be¬
zeichnet. Innerhalb desselben kann mit einer mittleren Ueberschlagfeidstärke
von 22 kVg\y/cm gerechnet werden.
Das dazwischenliegende Gebiet von 0,01, bzw. von 1... 10 kV/^is Steilheit
eine starke Abnahme der Ueberschlagspannung mit wachsender
Steilheit 4ß). Es ist dies ein typisches "Uebergangsgebiet" zweier Zu¬
verzeichnet
stände mit unterschiedlichen Entlademechanismen. Beim dünnsten Leiter ist
Uebergangsgebiet am schmälsten, je dicker der Leiter gewählt wird, umso
das
von 0,1 mm liegt
Steilheitsgrenzen 1 und
10 kV/jUs; bei 1 mm Drahtdurchmesser erstrecken sich seine Anfänge bereits
von 10-2 kV/;Us bis 20 kV/jJs. Die Verbreiterung erfolgt also mit zunehmen¬
dem Durchmesser des Prüfdrahtes hauptsächlich nach unten hin in das Gebiet
mehr verbreitert
dieses
Gebiet
sich dieses. Bei einem Drahtdurchmesser
praktisch
vollständig zwischen
den
kleiner Steilheit.
*)
Schlagwei¬
Spitzen. Näheres
Zu dieser
eines ziemlich beschränkten
tenbereichs auch noch
mit feinen
Gruppe gehören innerhalb
Anordnungen
hierüber folgt im Abschnitt 3. 3.1. 2.
schlanken
-
218
-
Ueberschlagspannung, ganz be¬
genannten drei Hauptgebiete
zeigtauch hinsichtlich der Streuung eine zur betreffenden Zone gehörige Eigen¬
tümlichkeit. Aeusserst geringe Streuung, die fast unmessbar klein ist, zeigt
das Ultrakoronagebiet. Im Büschelgebiet hat die Streuung, genau so, wie die
Ueberschlagspannung, grosse Verwandtschaft mit den bei Spitze und Stab be¬
obachteten Verhältnissen. Die Streuung ist hier ziemlich gering und unabhängig
vom Drahtdurchmesser. Anders liegen begreiflicherweise die Verhältnisse im
Gebiet, das den Uebergang von zwei Entladezuständen ineinander umfasst. Es
zeichnet sich durch grosse Streuung aus, die noch mit wachsendem Drahtdurch¬
Die Streuung variiert
in Funktion der
ebenfalls,
trächtlich
messer
wie
die
Jedes der
stark zunimmt.
Die Abb.
kV//4.s)
Steilheit.
125
und
126 sind mit der Prüfwelle
1250/188'000 jus (0,330
Amplituden von Ueberschlagspannungen bei einem Draht¬
durchmesser von 0,2 mm und Schlagweiten zwischen 20 und 120 mm. Wie
Abb. 106 erkennen lässt, liegen die zu diesen Oszillogrammen gehörenden
Messpunkte am Rande des Ultrakoronagebietes. Der zur kleinsten Schlagweite
gehörende Messpunkt ist bereits zum Uebergangsgebiet zu rechnen und weist
dementsprechend grössere Streuung der Einzelmessungen auf; die drei übrigen
Messpunkte, die zu den grösseren Schlagweiten gehören, liegen noch innerhalb
des Ultrakoronagebietes und haben praktisch keine Streuung. (Die bei der
Schlagweite 20 mm beobachtete Streuung kann unter Umständen, wenigstens
zum
Teil, auf dem kapazitiven Sprung am Beginn der Prüfspannungswelle be¬
ruhen. Man vergleiche die diesbezüglichen Ausführungen im Abschnitt 2.5.5.2.)
gemessene
Weit innerhalb des Ultrakoronagebietes liegen die zu den Abb. 127 und
gehörenden Messpunkte. Sie ergeben sich für die flachste der erzeugten
Prüfwellen, nämlich für 50'000/320'000 )JLs (0, 00514 kV/jus). Hier bewirkt
die Prüfobjektbelastung eine starke Absenkung der ursprünglichen Leerlauf¬
höhe der Stosspannung. Abb. 127 zeigt dies für einen Prüfdrahtdurchmesser
sehr eindrucksvoll. Ueberschlage kommen erst für Schlagweiten
von 1, 5 mm
40 mm und weniger zustande, da der Spannungsscheitelwert durch die
von
lange und starke Koronabelastung sehr stark vermindert wird. Bei der Schlag¬
20 mm beobachtet man die grosse Ladungsreserve der Anlage, die
weite d
nach jedem Ueberschlag die Prüfspannung wieder mit fast unverminderter
Steilheit ansteigen lässt. Andererseits ist aber auch der mit der Spannung
rasch zunehmende Koronastrom, der vor jedem Ueberschlag sehr gross wird
und das Abflachen des Spannungsanstieges bewirkt, gut zu erkennen. Bei der
35 mm erfolgt nur ein einziger Ueberschlag bei praktisch hori¬
Schlagweite d
zontaler Tangente und bei 40 mm kommt der Ueberschlag erst im Wellenrücken
nach zirka 85 ms zustande. Abb. 128 wurde mit einem 0, 5 mm dicken Prüf¬
draht aufgenommen. Auch hier erfolgt der Ueberschlag Dei fast horizontaler
Tangente der Spannungskurve. Nach dem Zusammenbruch steigt die Spannung
128
=
=
erneut mit voller Steilheit
an.
129 bis 132 zeigen
Die Abb.
Oszillogramme von typischen Messpunkten
Uebergangsgebietes und zwar sind auf den Abb. 129 und 130 mit der Stossform 66, 7/479 jd s (6, 77 kV/ Jd s) gemessene Amplituden von Ueberschlag¬
spannungen bei den Drahtdurchmessern 0, 5 und 1 mm zu sehen, wie sie sich
für die Schlagweite 80 mm ergeben, währenddem zur Messung der auf den Abb.
131 und 132 dargestellten Ergebnissen der Stoss 1250/188*000
JU s (0,330 kV/jUs)
benutzt wurde. Der Drahtdurchmesser beträgt hier 1, bzw. 1, 5 mm und die
Schlagweiten sind 60 und 80, bzw. 100 und 120 mm. Diese Messpunkte liegen
zwar eindeutig im Uebergangsgebiet, gehören aber zu einer Steilheit, bei der
des
am
den
sehr dünnen Leiter reine Ultrakorona auftreten würde. Hier beobachtet
interessanten
man
Fall, wo zwei Entladungszustände ineinander übergehen,
wenn man die Schlagweite genügend stark verändert.
Für einen Drahtdurch¬
messer von 1 mm misst man bei kleiner Schlagweite (d
40 mm) sehr kleine
=
219
-
-
Abbildung
Mit dem Prüfstoss
125
1'250/188'000/1 s (0,
Amplituden
von
330
kV//ls)
gemessene
Ueberschlagspannungen
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
20
Reduktion sf aktor :
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
fabs
0,957
,
6, 2 gr/m°
(gemessen):
Min. Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mitt. Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Vr,,D ^D;
36,
5
(34, 9)
kVgw
98, 5(94,
UD (UD)
22,
4
(21, 4)
kVgw
96,
Ün(Ün)
(24, 2)
2,15kV//as
10,0s
kVgw
97,8(93,6)kV ÖW
0, 75 kV/yas
A
reduziert
Mittlere Steilheit:
Zeit bis zum Ueberschlag:
nur
bei kleinen
T~
Schlagweiten
kann unter Umständen auf den
zurückzuführen sein.
Schaltung
nach Abb. 66.
25,
U
S"
Bei positiver Polarität beobachtet
form
/\
(*n>
man
an
0,
2
mm
/&
40
mm
3
positiv
Draht
0,
2
mm
0,957
,
6, 2 gr/mJ
ÜW
2)kVgw
9(92,7)kVgw
130^
dünnen Drähten mit dieser Wellen¬
Streuung der Ueberschlagspannung. Dies
kapazitiven Sprung zu Beginn der Prüfspannung
eine
/
mm
220
-
-
Abbildung 126
Mit dem Prüfstoss 1
'250/188'000/is (0,330 kV/jUs)
Amplituden
4
-t
t
t
von
*-+*** +~~r
•+
+
u
++
+
J I i
t
1
CM
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
100
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
f
0,957
6, 2 gr/mJ
reduziert
Min.
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
(gemessen):
Draht
0,
2
M
(gemessen):
213
(203,8)kVgw
209, 5(200,
211
(202)
5)kVgw
kVs
SW
245,
5(234,8)kVgw
(231,5)kVgw
242
243
0,
(232, 5)kV„w
ÖW
565
kVAus
435,us
355/U.s
Auch bei positiver Polarität gibt
wo
Feldanordnungen
keine Streuung aufweisen.
Schaltung
nach Abb.
es Fälle,
Ueberschlagspannungen
66.
jrf
0,957
,
6, 2 gr/m-*
O.ôOkV/yus
Ueberschlag:
die
mm
mm
A
yD(u.D
(gemessen):
zum
CM
120
mm
„
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
II
positiv
0,2 mm/5
Ueberschlagspannung,
reduziert
J
to
sat_
abs
*
*-
++.+
es
_£s
gemessene
Ueberschlagspannungen
bei
geometrisch inhomogenen
-
221
-
Abbildung 127
Durch Prüfobjektbelastung verursachte Absenkung des Stosses
50
200 ODD
kV/jU
'000/320 '000JJL s (0,00514
50 000
100 000
1S0OOO
s)
S
Polarität:
Pol
Objekt:
Schlagweiten:
Po
d
Reduktionsfaktor :
k
Feuchtigkeit:
f
abs
positiv
1, 5 mm 6
20, 35, 40, 60, 80, 100, 130
Draht
d
Ueberschlagspannungen,
gemessen:
JD
Ueberschlagspannungen,
=
20
47, 3
d
mm
50, kVgw
0,0109 ÊV//US
reduziert:
*D
4*600 yUS
=
76,
kVgw
3
Steilheiten, reduziert:
Zeiten bis zum Ueberschlag:
mm
0,941
6,8 gr/m°
35
5
mm
kVgw
3 kVgw
81,
0,0077 ^kVAus
10'600/ls
Schlagweite wird die Prüfwelle auf Bruchteile ihrer ur¬
Leerlaufhöhe
abgesenkt. Ueberschläge kommen erst für Schlag¬
sprünglichen
20 mm beobachtet man
weiten unter 40 mm zustande. Bei der Schlagweite d
Durch Vermindern der
=
jedem Ueberschlag die Prüf¬
lässt. Anderer¬
spannung wieder mit fast unverminderter Steilheit ansteigen
zu er¬
seits ist aber auch der grosse Koronastrom vor jedem Durchschlag gut
kennen, der ein Abflachen des Spannungsanstieges bewirkt. Bei der Schlagweite
Spannungsreserve
die grosse
d
=
35
mm
Tangente
ca.
85
ms
Schaltung
erfolgt
und bei 40
nur
mm
zustande.
nach Abb.
66.
ein
der Anlage, die nach
horizontaler
einziger Ueberschlag bei praktisch
kommt der
Ueberschlag erst
im Wellenrücken nach
-
222
-
Abbildung 128
Mit dem Prüfstoss
50'000/320'OOOMs (0,00514 kV/^is)
aufgenommener Ueberschlag
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
d
Draht 0, 5
35 mm
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Ueberschlagspannung, gemessen:
fabs
0,941
3
6,4 gr/m
$
0,0069 öwkV/yu,s
Ueberschlagspannung, reduziert:
Steilheit, reduziert:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
T°
mm
jrf
74,3kV
78,9kv|*
ll'370/us
Hier wird auch wieder der Ueberschlag bei fast horizontaler Tangente der Priifspannung beobachtet. Nach dem Zusammenbruch erfolgt erneuter Spannungsan¬
stieg mit voller Steilheit zufolge der grossen Spannungsreserve der zweiten
Stosskapazität
Schaltung
Cg.
nach Abb. 66.
-
223
Aboildung
Mit dem Prüfstoss
66,6/479/is (6,
von
77
-
129
kV/yUs)
gemessene
Amplituden
Ueberschlagspannungen
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
d
Draht 0, 5
80 mm
Reduktionsfaktor:
k
0,954
Feuchtigkeit:
fabs
10,
reduziert (gemessen):
Min. Ueberschlagspannung,
UD(UD)
115,3(110,0)kVsw
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
VD(BD>
68,
VD(ÜD)
88,8 (
Mittlere Steilheit:
Zeit bis zum Ueberschlag:
ST
Max.
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
T£
Bei dieser Steilheit treten mitunter auch
Oszillogramm zeigt.
Schaltung
nach Abb.
62.
U
9
mm
jrf
„
gr/m
7
( 65, 5)
kVgw
84,8)kVgw
12,4kV/yU,s
&w
7,0yus
grössere Streuungen auf,
wie dieses
-
224
-
Abbildung
Mit dem Prüfstoss 66,
von
6/479/Js (6,
77
130
kV/jas)
Polarität:
Pol
Objekt:
Schlagweite:
positiv
Po
Draht
d
80
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
f
0,954
,
11, 2 gr/m°
Max.
Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Min. Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mitt.
Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis zum Ueberschlag:
Die hier beobachtete bemerkenswerte
Schaltung
nach Abb. 62.
Amplituden
gemessene
Ueberschlagspannungen
abs
140,
öD(öD)
1,0
mm
7
(134,1)
75,1(
109,
ST
12,8kV/>.s
8,5/ts
Tj)
3
Streuung beträgt:
(104, 3)
+
kVgw
71,6)kVgw
ÜD(ÜD)
U
^
mm
28, 5,
kVsw
ÖW
31,5%.
225
-
-
Abbildung 131
l^öO/ieS'OOOjUs (0,330 kV/jUs)
Mit dem Prüfstoss
Amplituden
>
9
9
9
t
von
t
I
i
i
i
i
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht 1
60 mm
d
mm
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
fabs
0,953
,
5f7gr/md
W
100,
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mitt. Ueberschlagspannung,
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
Hier beobachtet
man
*d*d>
?D<«D>
fe
den interessanten
i>
i
,
i
I
!
positiv
Draht 1
80
Reduktionsfaktor :
reduziert
i
i
5*
Polarität:
reduziert
i
ts
3-
Min.
gemessene
Ueberschlagspannungen
mm
jrf
mm
0,953
3
5,7 gr/m
3(96,5)kVgw 176(167,7)kVsw
54,3(51,7)kVsw 64,8(61,8)kVsw
118,
67, 9(64 7)kVgw
ÖW
0,92kV/>s
80yus
Fall,
wo
zwei
5(112,8)kVqw
0,70 kV/us
170yus
&w
Entladungszustände
in¬
übergehen, wenn man die Schlagweite variiert. Bei kleiner Schlag¬
weite (d ^ 40 mm) misst man ausserordentlich kleine Ueberschlagspannungen
bei massiger Streuung, bei grossen (d ^ 150 mm) sehr hohe Werte der Ueber¬
schlagspannung bei verschwindender Streuung. Dazwischen liegt, wie dieses
Oszillogramm zeigt, ein interessantes Uebergangsgebiet. Die kleinen Werte
gehören dem ersteren, die bei 80 mm Schlagweite auftretenden hohen Werte
dem zweiten Entladungszustand an.
einander
Schaltung
nach Abb.
66.
-
226
Abbildung
Mit dem Prüfstoss
-
132
1'250/188'OOOjus (0,330 kV/;us)
Amplituden
von
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
100
Reduktionsfaktor:
k
0,953
,
6, 6 gr/m
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
reduziert
Min.
abs
(gemessen):
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
|d<V
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
*D
1,
5
mm
fi
mm
5(203,5)kVsw
107,
5(102,5)kVgw
200
61
mm
3)kVgw
77, 7( 74,
l)kVsw
BW
(142,9)kVqw
0, 655 kv/yus
230/xs
positiver Polarität beobachtet man bei dieser Frontsteilheit an dickeren,
zylindrischen Leitern ein plötzliches Auftreten einer grossen Streuung ober¬
halb einer gewissen Schlagweite. Dabei wird das Vorhandensein zweier Zu¬
stände
erkennbar. Die
auftretenden Maximalwerte sind fast gleich hoch,
Bei
währenddem die Minimalwerte ziemlich streuen. Dass der sich
logramm ergebende
120
mm
kleiner als der bei d
=
Zahl der gemessenen Einzelwerte zurückzuführen sein.
Schaltung
nach Abb.
66.
aus
dem Oszil-
Ueberschlagspannung bei der Schlagweite
100 mm beobachtete ist, dürfte auf die zu kleine
Mittelwert der
6
(235,
247
(190,6)kV„w 150
kV/xxs
330yas
0,
positiv
Draht 1, 5
120 mm
0,953
3
6, 6 gr/m
213,
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
gemessene
Ueberschlagspannungen
öw
-
227
-
UeberSchlagspannungen bei ziemlich grosser Streuung und bei sehr grossen
150 mm) sehr hohe Werte der Ueber Schlagspannung bei ver¬
Schlagweiten (d
schwindend kleiner Streuung. Erstere Messungen haben folglich Aehnlichkeit
mit denjenigen bei Spitze und Stab und letztere zeigen reine Ultrakoronaentla¬
dung. Das Verhalten bei dazwischenliegenden, massigen Schlagweiten ist, wie
diese Oszillogramme zeigen, besonders interessant. Die kleinen Werte auf
Abb. 131 gehören dem Büschel-, die bei 80 mm Schlagweite auftretenden hohen
=
dem Ultrakoronazustand an. Bei dem zum Drahtdurchmesser 1,5 mm
Schlagweiten 100 und 120 mm gehörenden, soeben erwähnten Oszillo-
Werte
und den
(Abb. 132)
die
Maximalwerte
Einzelmessungen
Unordnung streuen *).
Dass der sich aus dieser Serie von Einzelmessungen ergebende Mittelwert der
100 mm
Ueberschlagspannungbei der Schlagweite 120 mm kleiner als der bei d
beobachtete ist, dürfte auf die zu geringe Zahl der gemessenen Einzelwerte
gramm
sind
wiederum
praktisch gleich hoch, während die übrigen
der
in normaler
=
zurückzuführen sein.
129 und 130 zeigen das Verhalten am entgegengesetzten Rand
nach grossen Steilheiten hin. Es gilt wieder für einen
Drahtdurchmesser von 1 mm bei einer Schlagweite von 80 mm. Wäre der Draht¬
Die Abb.
des
Zwischengebietes
durchmesser
der
genügend
Büschelentladung.
klein
(z.B. 0,1 mm)
Verteilung
Die
der
so
befänden wir uns im Gebiete
ist in beiden Fällen die
Streuung
normale.
Auf Grund der angeführten Beispiele erscheint es zweckmässig, sich das
gesamte Uebergangsgebiet in zwei Teile zerlegt zu denken; nämlich in dasjenige
für Steilheiten von mehr und das für Steilheiten von weniger als 1 kV//is.
Während die Breite des ersteren fast
wendeten Prüfdrahtes
unabhängig
vom
Durchmesser des
ver¬
nimmt die des letzteren mit abnehmendem Draht¬
durchmesser ab und verschwindet für einen solchen von 0,1 mm praktisch voll¬
ständig. Im Teilgebiet mit S > 1 kV//is streuen die einzelnen Messpunkte wie
ist,
Unordnung, im Teilgebiet mit S < 1 kV//ls ändert sich mit
abnehmender Steilheit das Verteilungsspektrum der Einzelmessungen mehr und
mehr so ab, dass die immer häufiger auftretenden Maximalwerte stets gleich
üblich in normaler
hoch sind.
An der Grenze
und wir befinden uns
Der
zur
Abb.
ladung. Er ergibt
weite
von
kV/>us).
des Uebergangsgebietes nach kleinen Steilheiten hin
verschwunden
Einzelmessungen gleich, die Streuung ist
im Gebiet der reinen Ultrakoronaentladung.
sind schliesslich alle
133 gehörende Messpunkt liegt im Bereich der Büschelent¬
einen Drahtdurchmesser von 1 mm, eine Schlag¬
sich für
mm und eine
Beanspruchung mit dem Stoss 13, 2/241 jus (33,0
Streuung ist gering und entspricht ungefähr derjenigen von Spitze
der gleichen Prüfspannungssteilheit.
100
Die
und Stab bei
Ausbildung des Ueberschlages im Gebiet der
auf den Abb. 134 und 135. Sie gelten für einen Prüf¬
Durchmesser und eine Schlagweite von 130 mm. Das erstere
Den zeitlichen Verlauf der
Büschelentladung sieht
draht
von
0,1
mm
Oszillogramm ergibt
man
sich mit dem Stoss
13, 2/241^1 s (33,0 kVAis),
und das
Beanspruchung mit der Prüf Spannung 66, 6/479>us
(6,77 kV/jUs). Der Spannungszusammenbruch erfolgt in beiden Fällen gleich
und zwar allmählich, nach der Ausbildung starker Vorentladungen, wie die kurz
vor dem Erreichen des Ueber schlagswertes erkennbare Deformation der Prüf¬
36).
spannung beweist 30)
zweite erhält
*)
man
bei einer
Gesamtstreuung erfolgt hier offenbar nicht nach dem Gesetz der idealen
Unordnung, doch dürfte sich die beobachtete, eigenartige Streuungsverteilung
evt. aus der Ueberlagerung zweier Maxwell'scher Streukurven, nämlich der¬
jenigen des ultrakoronabedingten Durchschlags mit sehr enger Bandbreite
und derjenigen des aus der BUschelentladung sich bildenden Durchschlags mit
grösserer Bandbreite, ergeben.
Die
-
228
Abbildung
Mit dem Prüfstoss
-
133
13, 2/241;iis (33,0 kV//J.s) gemessene Amplituden
von Ueberschlagspannungen
444 h mu H4,
I
t
\
J
T
Co
00
I
ça
Ca
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht 1
d
100
Reduktionsfaktor :
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
fabs
0,962
3
9,1 gr/ni
(gemessen):
Min. Ueberschlagspannung,
(gemessen):
Mitt. Ueberschlagspannung,
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
Die
zum
Ueberschlag:
Streuung
reduziert
reduziert
reduziert
'
mm
£
mm
Vd<üd>
115
(110,4)kVsw
Vd(üd)
111
(106,7)kVsw
VD<V
112,4(108 )kV„
ÖW
91, 5 kV//Us
1,2/Us
*D
der Ueberschlagspannungen ist in diesem Oszillogramm sehr ge¬
Vergleich mit der Abb. 136 folgt, dass die Streuung bei negativer
Polarität grösser ist als bei positiver. Meist ist es allerdings umgekehrt.
ring.
Durch
Schaltung
nach Abb.
62.
-
229
-
Abbildung 134
Mit dem Prüfstoss
._
1,4...
13,
2/241jus
(33,0
kV/^Us)
aufgenommene Ueberschläge
'
«,
®
*•
"fy^n*
negativ
Polarität:
Pol
Objekt:
Schlagweite :
Po
positiv
Draht 0,1mm j>
d
130
Reduktionsfaktor :
k
0,956
,
8, 9 gr/m"5
124,8 kVgw
0,956
,
8, 9 gr/m"1
130,6kV
267,
67,
Feuchtigkeit:
*abs
Ueberschlagspannung, gemessen:
Ueberschlagspannung, reduziert:
Steilheit, reduziert:
Zeit bis zum Ueberschlag:
D
fe
mm
91,8
kV^s
1,4/is
r
Draht 0,1mm
100 mm
ZOO
/
CU7
2 kVj
5
kv9SLs
4,0yUS
'
Währenddem der Zusammenbruch der Spannung bei positiver Polarität allmäh¬
lich nach der Ausbildung starker Vorentladungen erfolgt, ist bei negativer Span¬
nung ein plötzlicher, scharfer Zusammenbruch erkennbar.
Schaltung
nach Abb.
62.
230
-
-
Abbildung 135
Mit dem Prüfstoss
66,6/479/is
(6,
77
kV/jas) aufgenommene Ueberschläge
Polarität:
Pol
positiv
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
130
k
0,954
Reduktionsfaktor
:
Feuchtigkeit:
Ueberschlagspannung,
gemessen:
Ueberschlagspannung,
abs
ÜD
reduziert:
Steilheit,
Zeit bis
reduziert:
zum
Ueberschlag:
*D
0,1mm/5
mm
ll,2gr/ni
,
negativ
Draht 0, lmm
100 mm
0,952
11,4 gr/ni
,
97,0kVsw
252,0kVgw
101,8 kVoW
12, 7 kV7ü.s
264,6 kV„w
12, 25 kVjjus
21,5 /is
8,0yds
£
Auch bei dieser Steilheit entsteht der positive Durchschlag langsam unter vor¬
heriger Bildung starker Vorentladungen, währenddem bei negativer Polarität
der Durchbruch plötzlich erfolgt.
Schaltung
nach Abb. 62.
-
231
-
Einzigartig und einmalig sind bei dieser Gruppe von Versuchsanordnungen
positiven Stosskoeffizienten. Im Ultrakoronagebiet haben sie durchwegs
den Wert 1. Am Anfang des Büschelgebietes erreichen sie ihr Minimum, das
weit unter 1 liegt 47). Für den Drahtdurchmesser 0,1 mm beträgt dieses bei¬
spielsweise 0,39 für 120 mm Schlagweite, bzw. 0, 60 für eine solche von 20 mm.
Für den Drahtdurchmesser 1 mm sind die entsprechenden Zahlen 0,50 und
0, 82. Bei einer Steilheit von 100 kV/jus sind die Stosskoeffizienten immer noch
kleiner als 1 und bei 1000kV/jUs betragen sie für die soeben genannten Schlag¬
weiten bei 0,1 mm dickem Draht 0,87 und 2,66, bzw. bei einem Prüfdraht¬
durchmesser von 1 mm 0,82 und 2,16. Beachtlich gross werden die positiven
Stosskoeffizienten demnach nur bei sehr steilen, in der Front abgeschnittenen
Stössen, wenn sowohl Schlagweite wie Drahtdurchmesser gering sind.
ihre
Für Prüfspannungsformen grösserer Steilheit der Klasse la, also für
vollständige Stösse, sind diese Stosskoeffizienten erst recht gering und liegen
für den untersuchten Steilheitsbereich stets wesentlich unter 1. Sie betragen
beispielsweise für Steilheiten, die zwischen den Grenzen 10 und 100 KV/jjlb
liegen, für dieselben Schlagweiten, also für 120 und 20 mm, beim 0,1 mmDraht 0, 33 und 0,47 und beim 1 mm-Draht 0, 31 und 0, 55.
Eine
typische Eigentümlichkeit dieser Gruppe D2 von Prüf Objektanordnungen
darin, dass der Ueberschlag bei einer Beanspruchung mit industriefrequenter Wechselspannung in der negativen Halbwelle, also gleich, wie bei
den Prüfanordnungen der Gruppe a von der Toepler'schen Knickstelle an bis
zum Ort des grössten polaren Unterschiedes der
Ueberschlagspannungen, er¬
folgt 34),
besteht
3.1.1.3.2
Ergebnisse bei negativer Polarität
Das Verhalten der
nach Drahtdurchmessern
zur Gruppe b2 gehörenden Prüfanordnungen
zeigen,
geordnet, die Abb. 105, 107, 109, 111, 113 und 115.
Der allgemeine Verlauf der Kennlinien dieser Versuchsgruppe ist nur wenig
vom Drahtdurchmesser abhängig und zeigt grosse Aehnlichkeit mit den bei der
Gruppe b\ gefundenen. Bei kleinen Schlagweiten steigt auch hier die Ueberschlagspannung normal an, wenn man die Steilheit vergrössert und bei grossen
Schlagweiten beobachten wir hier ebenfalls die Ausbildung eines Zwischenmaxi¬
mums der UeberSchlagspannung. Dieses wird mit steigendem Drahtdurchmes¬
ser immer stärker ausgeprägt und verlagert sich nach Gebieten kleinerer Steil¬
heit.
Hinsichtlich der Streuung können gegenüber den zur Gruppe b\ zu rech¬
nenden Prüf Objektanordnungen einige Unterschiede beobachtet werden. So fällt
hier das Gebiet grösster Streuung nicht mit dem des Zwischenmaximums der
Ueberschlagspannung zusammen. Die Streuung wächst mit dem Drahtdurch¬
Schlagweite und der Steilheit. Auch hier ist die untere Hälfte des
messer, der
Streubandes,
also des Bereichs zwischen Minimal- und
Mittelwert,
eher etwas
grösser als die obere, doch sind die Gegensätze viel weniger stark ausgeprägt
als bei der Stabelektrode.
Die
negativen Stosskoeffizienten liegen durchwegs zwischen 1 und 2. Sie
ähnlich, wie bei den Versuchsanordnungen der Gruppe Dj, recht be¬
scheiden. Einzig bei kleinen Schlagweiten beobachtet man für grosse Steilheiten
namhafte Stosskoeffizienten. Sie werden begreiflicherweise umso grösser, je
geringer der Durchmesser des Versuchsdrahtes ist.
sind also
-
232
-
Beanspruchung mit Prüf Spannungen der Klasse
durchwegs deutlich tiefer, als die von der Klasse
bj erhaltenen. Dies trifft namentlich für die Ueberschlagspannungen vollständiger
Stosswellen zu. Die der industriefrequenten Wechselspannungen liegen aller¬
dings nur etwa 10 % tiefer, als diejenigen der quasilinear ansteigenden Span¬
la
Die Messpunkte, die
bekommt, liegen auch
nungen
man
bei
hier
IEC-Steilheit.
gleicher
Auch hinsichtlich der
Ausbildung
des
negativen Ueberschlages zeigen
sich
zwischen den hier besprochenen Versuchsanordnungen und den zur Gruppe bj
gehörenden, enge Parallelen. Dies wird durch die Abb. 134 b und 135 b deutlich
Der Spannungszusammenbruch erfolgt plötzlich und die ihm
vorangehenden Vorentladungen sind nicht stark genug, um eine merkbare Ver¬
formung des Prüfspannungsverlaufes zu bewirken.
veranschaulicht.
1 mm-Draht bei einer Schlagweite von 60 mm und
rund 90 kV/>J.s auftretende mittelgrosse Streuung
der Ueberschlagspannung. Die Abb. 137 und 138 vermitteln schliesslich ein
s und
Bild der schon recht kleinen Streuung bei einer Steilheit von rund 12
100 mm Schlagweite an Drähten von 0,1 und 0, 5 mm Durchmesser.
Abb.
einer
136 zeigt die
Prüfwellensteilheit
am
von
kV/ju
Hingegen sind, ähnlich wie bei positiver Polarität, also abweichend vom
der
Objektgruppe bj, die Ueberschlagspannungen bei Steilheiten
unterhalb ca. 1 kV/ jus hier proportional zur Schlagweite und es kann mit einer
mittleren Ueberschlagfeldstärke von 19 kV/cm gerechnet werden.
Verhalten
3.1.2
Mit
zusammengesetzten
Formen der
Messresultate
In
die wir
Abschnitt
diesem
uns
spruchung
soll
Prüfspannung
erhaltene
"'
Verhalten unserer Versuchsanordnungen,
Gruppen eingeteilt denken, bei einer Bean¬
Gleichspannung mit überlagerten Stössen beschrieben werden.
das
wieder in die bekannten
durch
Die bei den einzelnen Anordnungen, Schlagweiten und Steilheiten der über¬
lagerten Stösse gemessenen Ueberschlagspannungen Upj sind in Funktion der
Dauer der Stosspannung bis zum Ueberschlag Trj für die verschiedensten Vor¬
spannungen und alle vier möglichen Polaritätskombinationen (vergleiche Ab¬
schnitt 2.3.4.1) auf den Abb. 139 bis 166 aufgetragen.
Alle Spannungen sind wiederum auf einen Druck von 760 Torr, und eine
Temperatur von +20°C reduziert angegeben *). Die während der Durchführung
der Versuche herrschende Feuchtigkeit betrug am häufigsten 6,7 gr/m3, ihr
algebraischer Mittelwert war 7,0 gr/m3 und ihre äussersten Grenzen erreich¬
ten 6,3 und 8,3 gr/m3. Da die Abhängigkeit der Ueberschlagspannung von der
Feuchtigkeit auch in diesem Falle unbekannt ist, musste die Umrechnung der
*)
Die Reduktion der
Ueberschlagspannung bei zusammengesetzter Beanspruchung
auf die normale relative Luftdichte bei 20°C und 760 Torr wurde wie bei ein¬
facher Beanspruchung vorgenommen. Dies dürfte der Kleinheit der Korrektur
wegen
erlaubt
hängigkeiten
Die genauen, wahrscheinlich sehr komplizierten Ab¬
zusammengesetzter Prüfspannungsform sind noch nicht be¬
sein.
bei
kannt. Zur genaueren
4.2.24 verwiesen.
Orientierung
sei noch auf die
Ausführungen
im Abschnitt
233
-
Abbildung
Mit dem Prüfstoss
13,
Amplituden
-
136
2/241yUs (33,
von
0
kV/>Us)
gemessene
Ueberschlagspannungen
Polarität:
Pol
Objekt:
Schlagweite:
negativ
Po
d
Draht 1
60 mm
Reduktion sf aktor :
k
Feuchtigkeit:
fabs
0,962
3
9,1 gr/m
VD <wD>
163,9 (157, 5)
UD < V
145,4(139,7)kVsw
Jd
156, 7 (150, 5)
89, 5 kV/yua
1,8/»
Max. Ueber Schlagspannung,
reduziert
(gemessen):
Min.
Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mitt. Ueberschlagspannung,
reduziert (gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis zum Ueberschlag:
<V
Die hier beobachtete Streuung ist mittelgross.
Schaltung
nach Abb.
62.
mm
f>
kVgw
kV«,
DW
-
234
-
Abbildung 137
66, 6/479jus (6, 77 kV//i.s) gemessene
Amplituden von Ueberschlagspannungen
Mit dem Prüfstoss
es»
CS
in
CM
5
CM
CM
T
iHHiiH hm44*44-m
Polarität:
Pol
negativ
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
100
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueber Schlagspannung,
fabs
0,952
,
10,9 gr/m*5
reduziert
Min.
Ueberschlagspannung,
reduziert
Mitt.
(gemessen):
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
A
A
,
Vd <V
VD
<Sd)
Vd <V
XD
267
0,
5
mm
* >
4
mm
(254)
kVgw
262,8(250) kVgw
264, 7(252)
kV,
12,3kV//iSSW
21,
5 /is
gibt es speziell bei negativer Polarität auch Fälle, wo Prüf¬
objektanordnungen mit geometrisch inhomogenen Feldern praktisch keine Streuung
der Ueberschlagspannung zeigen.
Bei dieser Steilheit
Schaltung
nach Abb.
62.
-
235
-
Abbildung 138
66, 6/479,/Us (6, 77 kV/>Us) gemessene
Amplituden von Ueberschlagspannungen
Mit dem PrUfstoss
Polarität:
Pol
negativ
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
100
Reduktionsfaktor :
k
Feuchtigkeit:
Max. Ueberschlagspannung,
fabs
0,952
,
11, 4 gr/mJ
reduziert
Min.
reduziert
Mitt.
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
(gemessen):
Ueberschlagspannung,
reduziert
(gemessen):
Mittlere Steilheit:
Zeit bis
zum
Ueberschlag:
mm
fi
(SD)
268,
5
(255, 5)
kVgw
VD (üD)
263,
5
(250, 5)
kVgW
fD ^d>
264,6 (252,0) kVQW
12, 3 kV/^s
21, 5yus
vD
*D
Für kleinen Drahtdurchmesser ist die Streuung durchwegs
Schaltung nach Abb. 62.
0,1
mm
gering.
-
236
-
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Abbildung 142
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237
Abbildung 143
Abbildung 144
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Abbildung 145
GT)
Abbildung 146
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238
-
Abbildung
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Abb
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Abbildung
151
239
Abbildung
152
-
Abbildung
240
-
155
Abbildung 156
u.
U>
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Abbildung 158
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-
241
-
Abb
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Abbildung
161
Abbildung 162
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V
\
\
\\
1\\\
AU
V
,
\
\
\
\
V
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|
i'«/»
-
Abbildung 165
Km
u.
.
f//
h
T
'
ê
1
ft
°
(\
ft?
\
X
1
o]j
^-r^
1
1
\
OA
OJ
—
T
\
0*6 fit
242
243
-
-
Ueberschlagspannung auf Normalfeuchtigkeit
Zeit T— ist durch die bekannte Gleichung
(3.1.2/1)
Tn
unterbleiben
*).
Die
UD
=
—
u
worin S die Steilheit
wiederum
S
ist, festgelegt.
Auf den Kurvenblättern sind nach oben alle
positiven, nach unten alle ne¬
gativen Spannungen aufgetragen. Die Vorspannungen U_ sind links, die Stosskomponenten bis zum Ueberschlag Us rechts der durch den Zeitnullpunkt laufen¬
den Ordinatenachse eingetragen. Die erwähnte Ordinatenachse stellt den Zeit¬
punkt des Beginns der überlagerten Stosspannung dar. Von hier aus wird dem¬
nach die Zeit Trj der Stossbeanspruchung bis zum Ueberschlag gezählt. Je nach
der Steilheit der Überlagerten quasilinear ansteigenden Stosspannung werden
auf den Kurvenblättern drei verschiedene Abszissenmasstäbe verwendet. Der
links des Zeitnullpunktes liegende Abszissenteil stellt das Ende der Vorspan¬
nungsperiode dar. Diese dauert jeweils mehrere Sekunden, ist also gegenüber
der
Zeit
Tß
stets als unendlich lang
zu
betrachten. Die verwendeten
Vorspan¬
nungen sind durch dünne horizontale Linien links der Ordinatenachse markiert.
Sie
können innerhalb der durch die Ueberschlaggleichspannung gegebenen
gekennzeichnet sind und je in einem
endigen, frei gewählt werden. Die an die
Vorspannungsgeraden anschliessenden auf- oder absteigenden dünnen Linien
sind die Ersatzfronten der verwendeten quasilinear ansteigenden Stosswellen
nach der JEC-Definition. Ihr Ende trägt jeweils einen kleinen Kreis und inner¬
Grenzen,
die durch dicke horizontale Linien
kleinen Kreis auf der Ordinatenachse
halb und ausserhalb desselben einen Strich. Der Kreis markiert dabei den Mit¬
Strich den Maximal-, der innere den Minimalwert der
telwert, der äussere
Ueberschlagspannung.
Der die Kreise verbindende dick ausgezogene Kurvenzug
Ueberschlagspannung bei Veränderung
ist somit Ort auf dem der Mittelwert der
dieser eine quasilineare Spannung be¬
Spannungsdifferenz zwischen einem Punkt
Vorspannung ist die Stosskomponente der
Ueberschlagspannung Us und diejenige zwischen dem betreffenden Punkt und
der Abszissenachse stellt die Ueberschlagspannung Up dar. Der Linienzug
der Vorspannung
wandert,
wenn
man
stimmter Steilheit überlagert. Die
dieser Linie und der zugehörigen
Uberkreuzt
sich
an
einer
Stelle und schneidet die Abszissenachse zweimal.
(Gelegentlich kommen auch Fälle mit mehreren Ueberkreuzungen und Null¬
stellen vor.) Der Kreuzpunkt X ist dadurch ausgezeichnet, dass zwei Werte der
Vorspannung mit entgegengesetztem Vorzeichen, die in der Nähe der statischen
Ueberschlagswerte liegen, die gleiche Ueberschlagspannung Urjx bei gleicher
Zeit Tdx ergeben. Die beiden Nullpunkte besagen, dass es möglich sein muss,
Ueberschläge bei der Spannung Null für im allgemeinen zwei verschiedene
Werte von Tjj zu erhalten. Wir wollen die zu diesen Punkten gehörende Ueber¬
schlagspannung mit Uj)0 und die entsprechenden beiden Zeiten mit Tq0+ und
Too- bezeichnen, je nachdem die vorausgehende Vorspannung positiv oder ne¬
gativ ist. Im vorliegenden Falle gelang es nicht, diese Punkte experimentell
zu messen, da die hierfür erforderlichen Vorspannungen ausserordentlich nahe
)
zusammengesetzter Beanspruchung sind die Gesetze der Feuchtigkeitskomplizierter als bei einfacher Prüfspannungsform, daher wurde hier erst recht auf eine Reduktion der Ergeb¬
nisse auf die Normalfeuchtigkeit von 11 gr/m^ verzichtet. Genauere Angaben
Bei
reduktion unbekannt und sicher noch
über die komplizierten Einflüsse des Klimas sind im Abschnitt 4.2.24
finden.
zu
-
244
-
Ueberschlagswerten liegen müssen und deshalb eine sehr ge¬
Regulierung erfordern, die bei unserem Ver suchsaufbau nicht vorhanden
ist. Ausserdem sind infolge der Streuung diese, sowie alle zur grösstmöglichen
Vorspannung gehörenden Punkte labil. Weitere ausgezeichnete Punkte sind der
an
den statischen
naue
höchste und der tiefste Mittelwert der Ueberschlagspannung Urjm+ und uDm->
ferner die ohne Vorspannung, also mit einfacher Form der Prüfspannung, er¬
haltenen Punkte der positiven, bzw. der negativen Ueberschlagstosspannung
Usm+ "nd usm_, sowie die bereits erwähnten, auf der Ordinatenachse liegenden
Punkte der Ueberschlaggleichspannung U£)g+ und Urjg_. Aus dem allgemeinen
Kurvenverlauf der auf Abb. 167 dargestellt ist, geht weiter noch hervor, dass
es möglich sein muss, Ueberschläge unter gewissen Voraussetzungen auch bei
abnehmender Spannung zu erhalten. Auf Abb. 168 sind alle zum Verständnis der
Abb. 139 bis 167 notwendigen Angaben und Abkürzungen zusammengestellt.
Als Stosskoeffizienten wollen wir bei zusammengesetzter Beanspruchung
das Verhältnis der Ueberschlagspannung der zusammengesetzten Prüfspannung
Ud zur vorzeichengleichen Ueberschlaggleichspannung Uog definieren. Als
maximalen positiven, bzw. negativen Stosskoeffizienten km+, bzw. km_, bei
einer bestimmten Steilheit der überlagerten Stosswelle, definieren wir das Ver¬
hältnis
des höchsten
Ueberschlagspannung
gilt:
positiven, bzw. des höchsten negativen Mittelwertes der
zur entsprechenden Ueberschlaggleichspannung.
Folglich
Ur
(3.1.2/2)
Dm+
m+
U.
Dg+
Dm-
/3)
U,
Dg-
Abbildung
167
Allgemeiner Kurvenverlauf der Ueberschlagspannung
gesetzter Beanspruchung in Funktion der
bei
Zeit
zusammen¬
245
-
-
Abbildung 168
Legende
zu
139 bis 167
den Abb.
Resultierende
Ueberschlagspannungen Ud in Funktion der Zeit der Stossbeanspruchung bis
Ueberschlag Tq und der vorbeanspruchenden Gleichspannung U_ für Stösse unterschied¬
an verschiedenartigen Prüf Objekten
(Gruppe a: Kugelfunkenstrecke, dicker
zylindrischer Leiter bei kleiner Schlagweite; Gruppe bj: Spitze, Stab, dicker zylindrischer
Leiter bei grosser Schlagweite; Gruppe b,: Dünner zylindrischer Leiter).
zum
licher Steilheit
U_
Gleichspannungsvorbeanspruchung
Uq
Ueberschlaggleichspannung
Us
Mittelwert der Stosskomponente der Ueberschlagspannung
Dj>
Uj,
Up
Ug_
Uq
Tq
Tq
Maximalwert
[
Mittelwert
f
Minimalwert
j
der resultierenden
Ueberschlagstosspannung
Grösster Mittelwert der resultierenden Ueberschlagspannung
Zeit der
Stossbeanspruchung
bis
zum
Ueberschlag
Stossbeanspruchung
schlagspannung 0.
bis
zum
Ueberschlag bei der
Stossbeanspruchung bis
zum
Ueberschlag
Zelt der
X
Kreuzpunkt
Ujj_
TD_
Kreuzspannung
1
Stossbeglnn
Zeit der
2
Ueberschlagspunkt bei positivem Stoss
3
Ueberschlagspunkt bei negativem Stoss
1
2,
Ueberschlagspannung
1 3
im
resultierenden Ueber¬
Kreuzpunkt
Ersatzfronten
Die Kreischen auf den Ersatzfronten markieren die gemessenen Mittelwerte, die äusseren
Striche die griissten, die inneren die kleinsten beobachteten Einzelwerte. Der durch die
Kreischen verlaufende
stellt den
der
wenn man
Kurvenzug
Ueberschlagspannung wandert,
Die dargestellten Messwerte wurden unter
geometrischen Ort dar, auf
Vorspannung verändert.
dem der Mittelwert
die
folgenden atmosphärischen Bedingungen erhalten:
Druck:
760 Torr
Temperatur:
+
Absolute Feuchtigkeit:
7,0
8,3
6,3
6,7
20° C
gr/m3
gr/mg
gr/m,
gr/m
im Mittel
maximal
minimal
am
häufigsten
q
Eine Reduktion auf die Normalfeuchtigkeit
von
11
gr/m
wurde also nicht vorgenommen.
246
-
-
Ferner definieren wir als normale positive, bzw. negative Stosskoeffizienten
kn+, bzw. kn_, entsprechend das Verhältnis des Mittelwertes der positiven oder
negativen wirklichen *) Ueberschlagstosspannung bei der Vorspannung Null zur
entsprechenden Ueberschlaggleichspannung, also:
U
(3.1.2/4)
k^
/5)
UDg+
Usn-
"n-
Wir wollen
nun
sn+
UDg-
versuchen die charakteristischen Merkmale der Ueber-
schlagspannungen der zu den einzelnen Gruppen von Versuchsanordnungen, so¬
wie spezieller Eigentümlichkeiten einzelner Versuchsanordnungen innerhalb
ihrer Gruppe
zu
Die Abb.
beschreiben und untereinander
zu
vergleichen.
139 bis 148 veranschaulichen die Resultate
an Spitze und Stab,
Gruppe bi gehören. Das Verhalten der
Kugelfunkenstrecke und damit allgemein dasjenige von Objekten der Gruppe a
ist auf den Abb. 149 bis 152 dargestellt und schliesslich gestatten die Abb. 153
bis 166 einen Einblick in das sehr bemerkenswerte Benehmen des dünnen zylin¬
drischen Leiters, der bisher der einzig bekannte Vertreter der zur Gruppe b2
zu rechnenden Versuchsanordnungen ist **).
also
an
Versuchsanordnungen,
3.1.2.1 Messungen der
der
Wir befassen
uns
zur
Ueberschlagspannungen
Gruppe b«,
überschlag
vertretern der
die
bei denen sich der
aus
einer
der
Versuchsanordnungen
positive Gleichspannungs¬
Büschelentladung entwickelt
hier mit dem Verhalten
Prüfanordnungen
an
Gruppe
von
Spitze
und
'
Stao,
den Haupt¬
bj.
Die Abb. 139 bis 141 geben die Veränderung der Ueberschlagspannung an
Spitze bei 40 mm Schlagweite wieder, wenn man die Vorspannung zwischen
den statischen Ueberschlagsgrenzen reguliert und die Steilheit des überlagerten
Stosses dazu noch verändert. Abo. 139 ergibt sich für die Stosspannung
0, 44/50/j.s, die eine Steilheit von 932 kV/ju s hat, während Abb. 140 für den
Stoss 14,9/217yUs (26,8 kV//xs) erhalten wurde und bei Ueberlagerung eines
Prüf stosses von der Form 92/373jus (2, 52 kV/jUls) die in der Abb. 141 darge¬
stellten Ueberschlagspannungen erreicht werden. Es ist sehr erstaunlich und
für alle untersuchten Objektanordnungen bezeichnend, dass bei einer Vorspan¬
nung bis dicht unter die statische Ueberschlagsgrenze noch eine beachtliche
Stosspannungskomponente Us gleicher Polarität wie die der Vorspannung er¬
forderlich ist, um den Ueberschlag zustande zu bringen. Begreiflicherweise
sind diese Stosspannungskomponenten umso grösser, je steiler der überlagerte
der
Stoss ist 5°).
*)
d. h.
der
Ueberschlagstosspannung
am
Ort des
Objektes
und nicht
an
der
Messteile.
**) Ultrakoronatritt zwar bisweilen auch an feinen schlanken Spitzen und scharf¬
kantigen Elektroden auf, doch ist die Entladungsform unrein. Man ver¬
gleiche die diesbezüglichen Abschnitte 4.2.1 und 4.2.44.
-
247
-
Der Linienzug der Mittelwerte der Ueberschlagspannung hat bei der Spitze
jede Steilheit eine ganz bestimmte, charakteristische Form. Diese ist im
beobachteten Intervall nur schwach von der Schlagweite abhängig, wie ein Ver¬
gleich der Abb. 139,142,145, bzw. der Abb. 140 und 143 oder aber auch von 141
und 144 beweist. Diese Eigentümlichkeit besitzt nur die hier behandelte Gruppe
von Versuchsanordnungen.
für
Sowohl am negativen, wie auch in etwas vermindertem Masse am positiven
der Linienzüge, die für überlagerte steile Spannungsstösse gelten
(Abb. 139, 142, 145), sieht man, dass eine geringe negative Vorspannung die
Ueberschlagspannung des nicht vorgespannten Zustandes entschieden vermin¬
dert, eine kleine positive Vorspannung hingegen eher eine Erhöhung, falls über¬
Teilstück
haupt
eine
Veränderung feststellbar ist,
bewirkt.
Bei mittlerer Steilheit der überlagerten quasilinear ansteigenden Stoss(Abb. 140 und 143) liefern die zur Vorspannung Null gehörigen Mess¬
spannung
punkte zugleich die Extremwerte ÜDm+ und ÜDm- der Ueberschlagspannung.
Schwache Vorspannung irgendeines Vorzeichens bewirkt, speziell im negativen
Kurvengebiet, eine Herabsetzung der Ueberschlagspannung.
Stösse (Abb. 141 und 144) wird aber im negativen Gebiet
Verminderung der Ueberschlagspannung nur bei schwacher ne¬
gativer oder starker positiver Vorspannung beobachtet. Im positiven Gebiet ist
keine eindeutige Abhängigkeit von der Vorspannung feststellbar.
Für ganz flache
eine
deutliche
Die Abb. 169 zeigt den gemessenen Verlauf der Stosskomponente der Prüf¬
am Stab bei 40 mm Schlagweite, wie er sich bei Verwendung steiler
positiver Stösse von der Form 0, 44/50 jj.s ergibt. Beim Oszillogramm a ist die
spannung
stark positiv, beim Oszillogramm b ist sie Null und bei c stark
negativ. Der Frontverlauf der Stosskomponente deckt sich fast bis zum Errei¬
chen des Ueberschlagswertes mit demjenigen des vollständigen Stosses. Dies
ist ein Zeichen dafür, dass die auftretenden Vorentladungen den Spannungsver¬
lauf bis zum Ueberschlag nicht zu verändern vermögen. Ein weiteres Beispiel
hierfür zeigt das für die Schlagweite 100 mm geltende Oszillogramm der
Vorspannung
Abb.
170
sehr
eindrucksvoll.
Dieses Verhalten bildet
bekanntlich die Voraus¬
Berechnung der Stosskomponente der Ueberschlagspannung am
Ort des Objektes aus dem an der Messteile gefundenen Spannungsverlauf. Die
Messpunkte, die zu den besprochenen Oszillogrammen (Abb. 169) gehören, lie¬
gen auf dem positiven Kurvenzug der Abb. 139.
setzung
für die
171 zeigt drei entsprechende, zu Kurvenpunkten des negativen Zuges
139 gehörige Oszillogramme. Bei a ist die gewählte Vor¬
spannung stark positiv, bei b Null und beim Oszillogramm c negativ. Die in¬
Abb.
der erwähnten Abb.
teressante Stelle dieser
Oszillogramme
ist die
Gegend
des
Spannungsmaximums.
Während bei positiver Vorspannung eine deutliche Abflachung der Welle kurz
vor dem Maximalwert zu erkennen ist, zeigt das bei der Vorspannung Null auf¬
genommene Oszillogramm fast keine Abflachung und bei negativer Vorspannung
ist diese sogar vollständig verschwunden. Die Abflachung deutet auf Bildung
einer starken Vorentladung hin. Aus den Oszillogrammen kann daher geschlos¬
sen werden, dass die Entwicklung des Funkenkanals bei positiver Vorspannung
langsamer vonstatten geht als
bei
negativer.
Die Abb. 172 und 173 zeigen Spannungsverlauf und Streuung von zwei zum
positiven und von ebenfalls zwei zum negativen Kurvenzug der Abb. 141 gehören¬
den Messpunkten. Anordnung und Schlagweite sind hierbei die gleichen wie vor¬
her, aber der überlagerte Stoss (92/373jus) ist sehr flach. Bei positiver Pola¬
rität beobachtet man grössere Streuung als bei negativer. Die Höhe der Ueber¬
schlagspannung
ist hier viel
weniger
von
der
Vorspannung abhängig, als
bei
248
-
Abbildung
-
169
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 0, 44/50jus (932 kV^U s)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
0,141
ML
~
l
1
i
i
i
\
\*
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Ie*
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\CH
\
C5
***
°»
\ '*•
\
^
CM
®.
®
:®
negativ
positiv
Pol=
positiv
Polarität der Stosspannung:
Pol'
Objekt:
Schlagweite:
Po
positiv
Spitze 30
positiv
Spitze 30
d
40
40
40
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
*abs
0,949
6,7
0,949
6,7
0,949
6,7
61,0
gr/i
34,8
0
242,5(230)
262,5(249)
kV,
77,0
111,8
111,0
111,0
138,3
77,3
kvsw
538
658
736
0,141
0,166
0,186
Polarität der
Gleichspannung:
reduziert
(gemessen):
Wirkliche
Ueberschlagstosspannung,
Vs
reduziert:
Ueberschlagspannung, reduziert:
S^
Steilheit:
Zeit des Stosses bis
zum
VS*(B*) 210,5(200)
Ueberschlag:
Spitze 30
kV,
SW
SW
kV^us
Der Frontverlauf deckt sich fast bis zum Erreichen des Ueberschlagswertes mit
demjenigen der vollständigen Stosskomponente. Dies ist ein Zeichen dafür, dass
die auftretenden Vorentladungen den Spannungsverlauf nicht zu verändern ver¬
mögen. Deshalb ist auch
herrschenden Spannung
Genauigkeit möglich.
Schaltung
nach Abb.
85.
aus
eine
Berechnung
der
am
Objekt beim Ueberschlag
praktisch genügender
der gemessenen heraus mit
249
-
-
Abbildung 170
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 0, 44/50 jus (932 kV/jas)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
100
-A
200
100
Ü
Polarität der
Polarität der
Gleichspannung:
Stosspannung:
10
5
4
3
2
1
Pol=
Pol'
negativ
Spitze 30°
Objekt:
Schlagweite:
d
100
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
fabs
0,947
3
6, 9 gr/m
Po
reduziert
(gemessen):
Wirkliche
Ueberschlagstosspannung,
üe
üs*<V>
reduziert:
Ueberschlagspannung,
317
932
zum
Der Verlauf des
Ueberschlag:
1D
mm
0kVSW
238,
238,
reduziert:
Steilheit:
Zeit des Stosses bis
co
0,
(300)
5
kVgw
kV„w
kVgw
kV//US
5
257
jus
Oszillogramms bis fast zum Ueberschlag, der recht plötzlich
erfolgt, deckt sich praktisch mit demjenigen der vollständigen Stosskomponente.
Vorspannung ändert nichts am allgemeinen Kurven verlauf, speziell auch nichts
in der Nähe des UeberSchlages.
Schaltung
nach Abb. 85.
-
250
-
Abbildung 171
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 0, 44/50/18 (932 kV//j.s)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
ab
Polarität der Gleichspannung:
Polarität der Stosspannung:
Pol=
Pol"
positiv
negativ
Objekt:
Schlagweite:
Po
Spitze
d
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
fabs
reduziert
Wirkliche
(gemessen):
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Steilheit:
Zeit des Stosses bis
zum
Ueberschlag:
c
negativ
Spitze 30
negativ
Spitze 30
0
40
40
40
mm
0,949
6,7
üg
0,949
6,7
34,8
0
0,949
6,7
61,0
kVSW
Vs*<V )
258,5(246)
252(239)
197, 5(188)
kVSW
fe
132,5
97,7
721
122,6
122,6
64,7
125,7
w5S
693
481
0,182
0,175
0,133
i
30
gr/m
kV7)ls
/IS
Interessant ist hier die Gegend des Stosspannungsmaximums. Während bei a
eine deutliche Abflachung der Welle kurz vor dem Scheitelwert zu erkennen ist,
zeigt b fast keine Abflachung und bei c ist sie vollständig verschwunden. Die
Abflachung deutet auf Bildung einer starken Vorentladung hin (Vorwachsen des
Funkenkanals). Hier sind die Stossdurchschlagspannungen ziemlich verschieden,
die Ueberschlagspannungen weichen dagegen etwas weniger als sonst voneinander
ab.
Schaltung
nach Abb. 85.
-
251
Abbildung
-
172
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 92/373/jls (2, 52 kV/^Lts)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
Polarität der Gleichspannung:
Pol=
Polarität der
Pol"
Stosspannung:
negativ
positiv
negativ
positiv
Spitze 30°
Spitze 30°
Objekt:
Schlagweite:
Po
d
40 mm
40
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
*abs
0,950
,
8,1 gr/m
0,950
,
8,1 gr/mJ
Bg
60,9kVgw
34,8kVsw
US*(HS*)
133
(gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Min., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert (gemessen):
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
Max.,
Max.,
reduziert
(102, 2)
kVgw
kVsw
91,6
( 87,0)
kVgw
kV^
97,
5
( 92,6)
kVgw
128,1
kV,
103,4
kV(
107,3
kV,
88,0
kV,
115,5
kV,
93,7
kV,
67,2
kV,
46,4
kV(
kVsw
107,
Ös* (Hg*)
111, 5(106)
VgMëg*'
120
(114)
reduziert:
Wirkliche
reduziert:
SW
SW
SW
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere
SW
Ueberschlagstosspannung,
Min., reduziert:
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
Maximale Ueberschlagspannung,
Minimale
(126, 3)
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere Steilheit:
Zeit des Stosses bis
zum
Ueberschlag:
I
lKo
Bei positiver Polarität der
als bei negativer. Doch gibt
Schaltung
nach Abb. 85.
379
Stosskomponente
es
SW
kV,
54,6
SW
4,51 kV/ju.8'
25, 8 jus
Zeitkonstante der exponentiellen
Ablenkung:
mm
f>*
sind die
auch das Umgekehrte.
5
SW
SW
SW
68,7
kV,
53,2
kV,
SW
SW
kV,
58,9
SW
4,70 kV/yUS
20,0 fis
379
Streuungen
/US
eher
grösser
-
252
Abbildung
-
173
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 92/373/xs (2, 52 kV//Xs)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
Polarität der
Gleichspannung:
Pol=
negativ
Polarität der
Stosspannung:
Pol"
negativ
Po
Spitze 30
Objekt:
Schlagweite:
d
40
Reduktionsfaktor :
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Max., reduziert (gemessen):
fabs
0,950
,
8,1 gr/m0
Gemessene
Min.,
Ueberschlagstosspannung,
(gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert (gemessen):
reduziert
Wirkliche
Max.,
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Wirkliche
Min.,
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Wirkliche
Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
Maximale
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Minimale
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere
Ueberschlagspannung,
40
mm
17,43kVsw
0kVsw
99,8 (94,8)
kVgw
123 (117)
kVsw
96, 9 (92, 0)
kV
KVSW
121
(115)
kVsw
V<V>
98, 2 (93, 3)
kVsw
122
(116)
kVsw
Vs
96,0
kVSW
118,4
kVsw
Vs
93,1
kVSW
116,5
kVsw
Vs
94,4
kVSW
117,5
kVsw
Vd
113,4
kVsw
118,4
kVsw
Vd
110,5
kVsw
116,5
kVsw
*D
kVgw
111,8
w
4, 70 OV/us
20,0
jus
117,5
kV„w
4, 50 kV/>sbw
26,3
jus
379
379
A
Mittlere Steilheit:
/
zum
Ueberschlag:
Zeitkonstante der exponentiellen
Ablenkung:
'Ko
Bei der
Ueberlagerung von flachen
erwarteten Verhalten, wonach sich
zusammensetzen und eine
mm
0,950
,
8, 1 gr/ni
Vs*<ês*>
$s*<*s*>
reduziert:
Zeit des Stosses bis
negativ
Spitze 30°
/U.S
/US
Gleichspannung kommt man dem
die einzelnen Spannungskomponenten additiv
konstante Ueberschlagspannung ergeben, in einigen
Stössen und
Fällen schon viel näher. Bei den Anordnungen mit dünnen zylindrischen Leitern
die Ueberschlagspannungen, speziell bei positiver Polarität und massiger
liegen
Vorspannung, allerdings
Schaltung
nach Abb. 85.
erheblich tiefer als die statischen.
-
253
-
Ueberlagerung steiler Spannungsstösse, doch setzen sich Vorspannungs- und
Stosskomponente, speziell bei negativer Polarität noch lange nicht zu einem
konstanten Wert der Ueberschlagspannung zusammen und schliesslich sind die
Höhen der Ueberschlagspannungen bei zusammengesetzter Beanspruchung auch
noch immer grösser als die für Gleichspannung gültigen. Damit die Ueber¬
schlagspannung bei zusammengesetzter Beanspruchung konstant und gleich dem
Gleichspannungswert wird, müssen offenbar noch viel flachere Stosspannungen
als die hier benutzten angewendet werden.
Die Oszillogramme zweier positiver und zweier negativer Messpunkte an
der Spitze bei 70 mm Schlagweite und steilem Stoss sind auf den Abb. 174 und
175 wiedergegeben. Obwohl die Vorspannung bei 174 nur sehr wenig unter dem
42 kVsw liegt> muss man doch einen Stoss
statischen Durchbruchswert UDg+
=
gleicher Polarität
Steilheit
von
Sr>
=
von
663
der
namhaften Spannung Us+
kV/jus überlagern,
=
112,
8
kVg^y
damit der Durchbruch
bei einer
erfolgt. Die
Streuung
ist bei dieser Steilheit des überlagerten Stosses in allen untersuchten
Fällen nie besonders gross.
Bei der Schlagweite 100 mm kann im negativen Gebiet an der Spitze bei
Ueberlagerung der steilen Stossbeanspruchung keine Abhängigkeit des Kur¬
venverlaufs der Prüfspannung in der Nähe des Ueberschlages von der Vor¬
spannung mehr beobachtet werden, wie er bei kleinerer Schlagweite (40 mm) zu
erkennen ist. Bei dieser Schlagweite entwickelt sich der Ueberschlag stets
der
recht schnell.
Wir wenden
uns nun
den für den Stab erhaltenen
Untersucht wurde hier
nur
Ergebnissen
zu.
das Verhalten bei steilen Prüfstössen für die
Schlagweiten 40, 70 und soweit die Spannung der Anlagen ausreichte, auch für
die Schlagweite 100 mm. Der allgemeine Kurvenverlauf ist der gleiche wie bei
der Spitze, nur zeigt er die typischen Merkmale weniger stark ausgeprägt.
Die Ergebnisse der Messungen sind auf den Abb. 146 bis 148 dargestellt.
Da die statischen
bj
des
bei
Ueberschlagspannungen
der
Prüfobjekte dieser Gruppe
positiver Polarität kleiner als bei negativer sind, liegt der Kreuzpunkt
Kurvenzuges
im
negativen Gebiet (Urjx
ist
negativ)
und die Zeit
Tdo+
ist
Gruppe sämtlich grös¬
1 und zwar sowohl die normalen, wie die maximalen. In der folgenden
ser
Tabelle sind diese, sowie einige spezielle Werte der Ueberschlagspannung für
die untersuchten Fälle zusammengestellt:
kleiner als
Td0_.
Die Stosskoeffizienten sind bei dieser
254
-
-
Abbildung 174
überlagertem Stoss 0, 44/50/is (932
zusammengesetzter Beanspruchung gemessene
Amplituden von Ueberschlagstosspannungen
Bei aus Gleichspannung mit
uUUUiM
HH^M^h
»
t
»
t
»
i
i
.
kV/jus)
\
.
iii
T
^
-i-Ç—L
i-
00
Kl
CM CS
CM
Polarität der
Polarität der
CM
Csl
Pol=
Gleichspannung:
Stosspannung:
Po
positiv
positiv
Spitze 30°
positiv
positiv
Spitze 30°
70
Pol'
Objekt:
Schlagweite:
d
70
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Max., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Min., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert (gemessen):
*abs
0,948
6, 6 gr/m
mm
mm
0,948
,
6,6 gr/m
-
40,2kVsw
26.2kVsw
V<HS*)
248
(235)
kVg,,
255 (242)
kVgw
V<V>
241
(228,
SlkV^
246 (233)
kVsw
v<v>
244
(231,
5)kVgw
251 (238)
kVgw
Max., reduziert:
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
Vs
1",6
kVsw
127,6
kV,
Min., reduziert:
vs
109,2
kVsw
115,2
kV,
Vs
112,8
kVsw
121,3
Vd
157,8
kVsw
153,5
149,4
kVgw
141,4
Wirkliche
Wirkliche
Ueberschlagstosspannung,
Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
Maximale
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Minimale Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere Steilheit:
Zeit des Stosses bis
kV„w
153,0
BW
kV//i.s
663
zum
Ueberschlag:
0,168
,u.s
Cm
147,5
SW
SW
kV
689kV//us
0,174
/us
Die wirklichen
Ueberschlagstosspannungen, die Ueberschlagspannungen, sowie
und Tp gelten für den Ort des Prüf Objektes. Sie sind infolge
zwischen Messtelle und Objekt liegenden Kopplungsglieder mit den gemes¬
die Werte für
der
senen
Sp
nicht identisch.
Obwohl die Vorspannung bei
wert
Ugp
tät vonÇs
=
=
a nur
sehr wenig unter dem statischen Durchbruchs¬
42kVgw liegt, muss man noch eine Stosskomponente gleicher Polari¬
663 kV/u.s überlagern, damit
112,8 kVsw bei einer Steilheitvon Sjj
=
derDurchbrucherfolgt. Bei Ueberlagerung von Stössen dieser Steilheit ist dieses
Verhalten ganz allgemein bei allen untersuchten Prüfobjektanordnungen und Po¬
laritätskombinationen immer der Fall.
Schaltung nach
Abb.
85.
255
-
-
Abbildung 175
Bei
aus
Gleichspannung mit überlagertem Stoss 0, 44 /50jus (932
zusammengesetzter Beanspruchung gemessene
Amplituden von Ueberschlagstosspannungen
(VJ
in
ts"
CM
to
V.
*-«
v«
CN
c*
CM
CM
i
kV^LLs)
T
CM
o*>
1
1
r
t-
immun
i
i
i i l l i
®
U
i
HiUUli
ü i
negativ
negativ
Polarität der Stosspannung:
Pol-
Objekt:
Po
negaUv
SpiUe 30u
d
70
negativ
Spitze 30
70 mm
Reduktionsfafctor:
k
Feuchtigkeit:
fate
0,948
,
6, 6 gr/nT
Polarität der
Gleichspannung:
Schlagwette:
mm
104,7
Vorspannung:
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Max.,
reduziert
(gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Min., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Hltt., reduziert (gemessen):
Wirktiefte Ueberechligetoaspannung,
Max., reduziert:
Wirkliche
Ueberschlagstosspannung,
Min-, reduziert:
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
Maximale
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Minimale Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere Ueberschlagspannung,
0,948
,
6,6 gr/m
69,8 kVsw
kVsw
Vs* <V>
210 (199)
233
(221)
Vs* 'VI
203
(192,5)
kV^
224
(212,5)
kVsw
(V
206
(195,3)
kVgw
229
(217, 3)
kVg,,
Vs*
kVgw
kVg,,
Vs
76,5
kVSW
100,3
kVsw
Vs
69,7
kVSW
90,5
kVsw
Vs
72,5
kVSW
95,9
kVsw
Vd
181,2
kTSW
170,1
kVsw
Vd
160,3
kVsw
174,4
kVSW
reduziert:
177,2
Mittlere Steilheit:
520
kVSW
Zeit des Stosses bis zum Ueberschlag:
i
*d
kv/yu.s
0,133 /US
kV,
165,7
611 kV/ ^B
0,155
"w
/jis
Streuung ist bei dieser Steilheit der überlagerten Stosswelle in allen unter¬
suchten Fällen ziemlich gering. Weiter gilt allgemein, dass die Vorspannung
bei dieser Steilheit die Ueberschlagstosspannung nur sehr wenig beeinflusst.
Im übrigen sei auf das beim vorangehenden Oszillogramm auf Abb. 174 Gesagte
Die
verwiesen.
Schaltung
nach Abb.
85.
256
?ol.
+
_
+
_
+
_
+
-
+
_
+
-
+
-
d
S
mm
kV//xs
Po
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
Sp
40
658
40
693
68,1
64,3
4,86
4,50
40
40
40
40
70
754
70
820
66,0
53,2
4,79
3,52
70
70
70
70
100
850
100
932
St
40
659
St
40
686
+
St
70
764
_
St
70
824
+
St
100
851
-
St
100
926
+
.
-
"Dg
U
kV
kV
sm
111,0
122,6
69,2
112,2
60,0
108,8
145,2
173,7
94,0
182,7
72,0
179,3
187,5
238,5
111,6
120,6
149,4
175,1
188,4
234,5
32,1
71,1
32,1
71,1
32,1
71,1
42,7
118,2
42,7
118,2
42,7
118,2
51,3
157,7
32,6
80,4
46,0
140,3
57,1
198,3
"Dm
k
k
n
m
kV
119
130
69,2
113
60,0
109,5
153,0
181
94,0
183,5
73,5
179,5
189,5
247,5
124,5
149
160,5
3,46
1,73
2,15
1,58
1,87
1,53
3,40
1,47
2,20
1,55
1,69
1,52
3,66
1,51
3,42
1,50
3,25
215
1,25
194
3,30
1,18
3,71
1,83
2,15
1,59
1,87
1,54
3,58
1,53
2,20
1,55
1,72
1,52
3,70
1,57
3,82
1,86
3,49
1,53
3,40
Darin bedeuten:
Pol
Polarität
Po
Prüf objekt
d
Schlagweite
S
reduzierter
Mittelwert
der
Steilheit des
Messpunktes ohne
Vor¬
spannung
Dg
sm
JDm
reduzierte Ueberschlaggleichspannung
reduzierter Mittelwert der wirklichen Ueberschlagstosspannung bei
der Vorspannung Null
Grösster reduzierter Mittelwert der
sammengesetzter Beanspruchung
*n
km
normaler reduzierter Stosskoeffizient
Sp
Spitze
St
Stab
grösster
reduzierter Stosskoeffizient
Ueberschlagspannung
bei
zu¬
-
3.1.2.2
257
-
Messungen der Ueberschlagspannungen
der
Gruppe
einer
Versuchsanordnung
a, bei der sich der Ueberschlag ohne
Vorentladungen
entwickelt
Das einzige zur Gruppe a gehörende Prüf objekt, dessen Verhalten bei zu¬
sammengesetzter Beanspruchung untersucht wurde, ist die auch zu Eichzwecken
benutzte horizontalachsige Messfunkenstrecke mit 250 mm Kugeln. Bei den
Messungen wurde auch nur die steilste Prüf Spannung 0, 44/50/j.s (932 kV/u s)
angewendet, da anzunehmen ist, dass der Ueberschlagswert bei der Ueberlagerung flacherer Stösse unabhängig von der Vorspannung und gleich der statischen
Ueberschlagspannung sein dürfte. Die Ergebnisse der Untersuchungen bei den
Schlagweiten 10, 20, 40 und 60 mm sind auf den Abb. 149 bis 152 in üblicher
Weise dargestellt. Einzig bei der Schlagweite, die oberhalb der Toepler'schen
Knickstelle liegt, zeigt sich ein Unterschied zwischen positivem und negativem
Kurvenzug. Die Kreuzspannung ist bei dieser Gruppe von Prüfobjekten unter¬
halb der Toepler'schen Schlagweite Null, oberhalb derselben positiv. Dies ist
dass die positive UeberSchlaggleichspannung
zum Teil darauf zurückzuführen,
im ersten Falle gleich, im zweiten Falle grösser wie die negative ist. Aus dem¬
selben Grund sind unterhalb der Toepler'schen Schlagweite Tp^ und Td0_ ein¬
ander gleich, oberhalb derselben aber Tp0+ grösser als Td0_. Der Mittelwert
der Ueberschlagspannung bei der Vorspannung Null UgQ, scheint bei sehr kleinen
Schlagweiten (kleiner 10 mm) gleich dem grössten Mittelwert der Ueberschlag¬
spannung Urjn, zu sein, währenddem die Vorspannung Null bei grösseren Schlag¬
weiten (grösser 60 mm) den kleinsten stabilen Mittelwert liefert. Der positive,
wie auch der negative Linienzug sind bei kleinen Schlagweiten ausgebuchtet, bei
grossen eingebuchtet. Es bedeutet dies, dass starke Vorspannungen beliebiger
Polarität bei kleinen Schlagweiten die Ueoerschlagspannung verringern und bei
grossen Schlagweiten vergrössern.
-
Interessant ist ferner der Einfluss
der
Bestrahlung auf die Ueberschlag¬
spannung bei zusammengesetzter Beanspruchung. Dies wurde bei einer Schlag¬
weite von 40 mm untersucht. Auf der Abb. 151 stellen die Kreischen die mittleren
Ueberschlagspannungen ohne und die Kreuzchen diejenigen mit ultravioletter
Bestrahlung dar. Während die Messpunkte ohne Vorspannung, wie bereits an
früherer Stelle beschrieben, bei dieser Steilheit der überlagerten Welle keinen
Einfluss der Bestrahlung zeigen, vermindert Ultraviolettlicht hier die Ueber¬
schlagspannung, falls Vorspannung und Stoss das gleiche Vorzeichen besitzen
und erhöht sie, falls Vorspannung und Stoss entgegengesetzte Vorzeichen haben.
Vor einer Verallgemeinerung dieses Resultates ist zu warnen, da nicht genügend
Versuchsmaterial zur Beurteilung der erwähnten Abhängigkeit zur Verfügung
steht. Zum Schlüsse seien auch hier wieder die wichtigsten Spannungen, sowie
die Stosskoeffizienten in Form einer Tabelle zusammengestellt. Diese Stosskoeffizienten sind in jedem Falle grösser oder gleich 1.
-
mm
+
.
.
+
-
+
10
645
KFu
10
20
645
700
KFu
20
700
KFu
40
805
KFu
40
805
KFu
60
60
906
KFu
-
UDg
kV/,Us
KFu
KFu
+
S
d
Po
Pol.
888
258
-
UDm
sm
kV
30,3
30,3
57,8
57,8
111,0
111,0
164,0
162,0
kV
kV
106,5
106,5
125,0
125,0
109,5
109,5
127,5
127,5
181,5
181,5
247,5
249,0
166,2
166,2
218,8
208,3
Für die in der Tabelle verwendeten
Abkürzungen
kn
3,52
3,52
2,16
2,16
1,50
1,50
1,34
1,29
k
m
3,61
3,61
2,20
2,20
1,63
1,63
1,51
1,54
sei auf Abschnitt 3.1. 2.1 ver¬
wiesen. Des weiteren bedeutet:
KFu
Kugelfunkenstrecke
3.1. 2.3 Messungen der
der
mit 250
mm-Kugeln,
Ueberschlagspannungen
Gruppe b,, bei
Gleichspannung
denen sich der
aus einer
von
un
Destrahlt.
Versuchsanordnungen
Ueberschlag
bei
Ultrakoronaentladung
Am eingehendsten wurde ein Prüfdraht
von
0,1
mm
sucht,
positiver
entwickelt
Durchmesser unter¬
da angenommen werden muss, dass sich die charakteristischen
schaften dieser Gruppe von Versuchsobjekten umso deutlicher zeigen,
Eigen¬
je ge¬
ringer der Durchmesser des zylindrischen Leiters gewählt wird. Die Messer¬
gebnisse
sind in üblicher
auf den Abb.
Weise auf der Abb.
154 bis 156 für
20,
auf den Abb.
153 für die
Schlagweite 10
mm,
157 bis 159 für 50 und schliess¬
lich auf den Abb. 160 und 161 für 70
mm dargestellt. Bei den Messungen mit der
Schlagweite 10 mm wurde nur die steilste Stosspannungsform überlagert, bei
den Schlagweiten 20 und 50 mm gelangten alle drei Stösse zur Anwendung und
bei 70 mm Schlagweite konnten nur die Ergebnisse von der steilsten und der
mittleren Stosspannung vollständig ausgewertet werden, da diejenigen mit der
flachsten Beanspruchung durch einen technischen Fehler teilweise verloren
gingen. Bei allen übrigen Drahtdurchmessern wurde, um den Umfang der Ar¬
beit zu begrenzen, nur das Verhalten bei der Ueberlagerung des steilsten Stosses
untersucht. Abb. 162 gilt für einen Drahtdurchmesser von 0, 2 mm bei einer
Schlagweite von 70 mm, Abb. 163 zeigt die Verhältnisse am 0, 5 mm-Draht bei
derselben Schlagweite, währenddem schliesslich die drei Abb. 164, 165 und 166
das Verhalten des 1 mm-Drahtes bei den Schlagweiten 20, 50 und 70 mm wieder¬
geben.
Während beim steilsten Stoss gewisse Aehnlichkeiten mit dem Verhalten
Versuchsanordnungen der Gruppen bj und a zu beobachten sind, ist der po¬
sitive Kurvenzug bei mittleren und flachen Stössen hier von allen anderen völlig
verschieden. Das Absinken der positiven UeberSchlagspannung bei zusammen¬
gesetzter Beanspruchung unter den Gleichspannungswert ist ein typisches Merk¬
mal der Versuchsanordnungen dieser Gruppe b2- Weiter treten hier zum Teil
mehr als nur eine einzige Ueberkreuzung des Linienzuges auf, auf dem die
Ueberschlagspannung wandert, wenn man die Vorspannung ändert. Der als Kreuz¬
punkt bezeichnete Schnittpunkt der beiden labilen Kurvenäste liegt hier bei der
Gruppe b„ stets im positiven Gebiet.
von
-
259
-
gehören¬
0,1 mm
(Abb. 153, 154, 157 und 160) stellen wir fest, dass im negativen Kurvenzug bei
kleiner Schlagweite ein Maximum der Ueberschlagspannung oei starker negativer
Vorspannung vorhanden ist. Dieses wandert bei der Vergrösserung der Schlag¬
weite (man vergleiche nacheinander die Abb. 154, 157 und 160 als Zwischen¬
Wir wollen
nun
maximum
Eigentümlichkeiten
allmählich nach
Ein solches
(vergleiche
zur
rechts Dis
Zwischenmaximum
Abb. 139 und
rung dieses
jeweils
die
der
noch etwas näher betrachten.
Kurvenzüge
den
142),
zur
steilen Stossform
Beim Drahtdurchmesser
in das Gebiet mit
positiver Vorspannung.
hatten wir schon bei Spitze und Stab beooachtet
doch ist dort
nur
eine äusserst schwache Wande¬
zeigt der Vergleich der
Schlagweite, aber unterschiedlichem Drahtdurchmesser ge¬
154 und 164, bzw. 157 und 165 oder noch besser 160, 162, 163
Zwischenmaximums festzustellen. Weiter
selben
hörenden Abb.
und 166 wie das Zwischenmaximum sich mit wachsendem Durchmesser des Ver¬
suchsdrahtes immer stärker entwickelt.
zu den verschiedenen Schlagweiten
gehörenden Kurven des 0,1 mmzeigen ebenfalls Aehnlichkeiten mit den entsprechenden Kurven der
Kugelfunkenstrecke. So sind bei ganz kleinen Schlagweiten für beide Polaritäten
die Kurvenzüge ausgebuchtet (man vergleiche die Abb. 153 und 149), während
sie für etwas grössere eingebuchtet sind (siehe Abo. 157, 151 und 152).
Die
Drahtes
Die
Einbuchtung des negativen Kurvenzuges
bei den Prüf Objekten der
Grup¬
beiden Extremwerten im Bereich grosser Vorspannungen, ober¬
halb einer gewissen Schlagweite, zeigt die Charakteristik der Kugelfunkenstrecke
pe
b2
auch
mit den
(man vergleiche die Abb. 160 und 152), nur fehlt bei ihr das erwähnte
(Eine kleine Andeutung desselben ist zwar vorhanden.)
Zwi¬
schenmaximum.
Streuung der Ueberschlagspannungen ist beim steilsten überlagerten
geringen Drahtdurchmesser im allgemeinen ziemlich klein, jedoch et¬
was grösser als ohne Vorspannung. (Es sei nochmals betont, dass für die An¬
gabe der Streugrenzen hier die extremsten Ergebnisse verwendet wurden,
während bei den Messungen mit einfachen Formen der Prüfspannung als Streu¬
bandbreite ein Bereich angegeben wurde, innerhalb dessen nur etwa 95 % aller
Einzelmessungen liegen sollen. Daher wirken ohnehin die hier eingetragenen
Streuungen schon grösser, als die mit einfacher Beanspruchung erhaltenen. )
Man muss sich davor hüten, die Streuungen, die man an der Grenze der mögli¬
chen Vorspannung erhält, falsch zu deuten. Es werde in diesem Zusammenhang
auf die äussersten beiden Punkte, die bei positiver Vorspannung und positivem
Stoss für den 0,1 mm-Draht bei einer Schlagweite von 70 mm gemessen wurden
und auf Abb. 160 eingetragen sind, verwiesen. Die hierzu gehörigen Oszillogramme finden wir auf Abb. 176. Das Oszillogramm a gehört zum Messpunkt
mit der grössten, b zum benachbarten Punkt mit etwas geringerer Vorspannung.
Es fällt auf, dass bei a die Veränderung der Ueberschlagspannung aufeinander¬
folgender Messungen, die in gleichmässigen Zeitabständen erfolgten, eine ge¬
wisse Regelmässigkeit in der Streuung erkennen lassen. Die Erklärung hierfür
ist folgendermassen. Da das Objekt bis auf ca. 98% der statischen Ueberschlag¬
spannung vorgespannt ist, bewirkt schon eine sehr kleine Schwankung der Vor¬
Stossspannung eine ausgesprochene Aenderung der zum Ueberschlag nötigen
amplitude. Die aufgenommenen Schwankungen sind also Pseudo-Streuungen und
stellen vielmehr ein vergrössertes Abbild der zeitlichen Schwankungen der Vor¬
Die
Stoss für
spannung dar.
Nach
ordnungen
den
Betrachtungen über das Verhalten dieser Gruppe von Prüfan¬
Ueberlagerung steiler Spannungsstösse, wollen wir noch einige
bei der
charakteristische Merkmale bei mittelsteilen und flachen Stössen
ergebnissen herauszulesen versuchen.
Wie bereits kurz
messer
0,1
mm
erwähnt,
beschränkt.
aus
den Mess¬
wurden die Untersuchungen auf den Drahtdurch¬
260
-
-
Abbildung 176
Bei
aus
Gleichspannung mit überlagertem Stoss 0, 44/50 jüls (932 kV/>is)
zusammengesetzter Beanspruchung gemessene
Amplituden von Ueberschlagstosspannungen
VU 44
4 4 4 4 4 4
.,1,1.
1
| II Ill
1 1
i
1 II
III
IM
44444444444
'S \\
J.
illiii! II
II
II
!
1
i
Co
«3
SS
fcf
CN4
C«J
Ci
C\J
oo
r^
•BT
>-.
<M
®
®
Polarität der Gleichspannung:
Polarität der
Stosspannung:
Objekt:
Schlagweite:
Reduktlonafaktor-
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene UeberschlagstosSpannung,
Max., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstos Spannung,
Min., reduziert {gemessen):
Gemessene Uebe rechlagstosspannung,
Mltt.,
(gemessen):
Ueberac h lagstoa Spannung,
reduziert
Wirkliche
Po
Draht
70
k
0,944
,
7,5 gr/mJ
148, 8 kVgw
fgbe
B
„B
Min.,
reduziert:
Maximale Ueberschlagspannung,
reduziert:
Minimale
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere Steilheit:
Zeit des Stosses bis zum
70
mm
(>
mm
0,944
,
7, 5 gr/m3
105
kVs
kVgw
229
(218)
kVg
182
(172)
kV
218 (206)
kVg
190,
5
(180)
kV
225
(212, 5) kV,
„
Vs
Ueberschlagstos Spannung,
positiv
positiv
Draht 0,1
(205)
_
Vs* 'Bs*
Hin
reduziert:
p-
217
v
Vs* '"s*
_
mm
mm
A
Vg* (Hg*
y„
,
positiv
0,1
Pol"
Max., reduziert;
Wirkliche Ueberschlagstos Spannung,
Wirkliche
positiv
Pol=
d
83.5
kV
95,9
kVgw
52,
kV,
84,5
kV„w
„
ys
1
58.9
kVsw
91,5
kVsw
232,3
kV,
200,9
kV,
200,9
kV
1BB,
kV
207,7
kV
„
yD
v
Vp,
5
_
yn
Sß
Ueberschlag: Tp
453
kV/^us
0,128
/is
HW
198,5
kVAus
0,153 /iE
594
kVHW
äw
Oszillogrammserie gehörenden Messungen zeigen keine Streuungen
a. Es fällt aber auf, dass die Veränderung der Ueberschlag¬
spannung aufeinanderfolgender Messungen, die in gleichmässigen Zeitabständen
erfolgen, eine gewisse Regelmässigkeit erkennen lassen. Die Erklärung hier¬
für ist folgendermassen. Da das Objekt bis auf ca. 98 % der statischen Durch¬
schlagspannung vorgespannt ist, bewirkt schon eine sehr kleine Schwankung der
Vorspannung eine ausgesprochene Aenderung der zum Ueberschlag nötigen
Stossamplitude. Die aufgenommenen Schwankungen sind also PseudoStreuungen
und stellen vielmehr ein vergrössertes Abbild der zeitlichen Schwankungen der
Vorspannung dar.
Alle
zu
ausser
dieser
der ersten
Schaltung
nach Abb.
85.
-
261
-
Die zu den mittelsteilen Stosspannungen gehörenden Abb. 155, 158 und
161 zeigen untereinander grosse Aehnlichkeit. Ihre allgemeine Form ist also
von der Schlagweite unabhängig. Der positive Kurvenzug steigt zunächst
schwach über den statischen Wert hinaus und erreicht bei ca. 0,4/js sein Maxi¬
mum. Nachher fällt er sehr rasch auf einen nur noch schwach von der Vorspan¬
nung abhängigen Wert*), der einem umso kleineren Prozentsatz der statischen
Ueberschlagspannung entspricht, je grösser die Schlagweite ist. Der erwähnte,
noch schwach von der Vorspannung abhängige Ueberschlagswert wird nach
ca. lyUs erreicht. Der negative
Kurvenzug steigt zunächst während der
ersten JUls auf einen annähernd konstanten, von der Vorspannung unabhängigen
Betrag, der ca. 30 % höher, als der statische ist, an. Der Einfluss der Vor¬
ionisierung durch die Gleichspannungsvorbeanspruchung kommt bei Ueberlagerung dieser Stösse bereits viel stärker zur Geltung als bei den steilen Prüf-
nur
stössen.
Die
Streuungen
sind bei der
Ueberlagerung
dieser mittelsteilen Stösse in
allen betrachteten Fällen ziemlich unbedeutend. Die Abb. 177 und 178 die für
zwei
positive
und zwei negative Punkte des auf der Abb. 161 dargestellten Kur¬
sind zugleich ein Lob für die saubere Elektronenschrift des
venzuges gelten,
Oszillographen.
Ueberlagert
man
der
vorbeanspruchenden Gleichspannung flache Stösse,
fällt der positive Teil der Charakteristik sofort, während den ersten ca.
5 jus, steil auf einen ungenau definierten Wert ab, der in der Nähe der reinen
Ueberschlagstosspannung liegt und einen Bruchteil der statischen Ueberschlag¬
spannung ausmacht. Weiter beobachtet man noch eine ganz gewaltige Zunahme
so
Streuung, je weiter die Vorspannung vom positiven Maximalwert entfernt
je grösser die Schlagweite gewählt wird. Die riesenhafteste Streuung,
die überhaupt bei dieser Arbeit beobachtet wurde, zeigt die Abb. 179. Sie gilt
für eine Schlagweite von 70 mm. Währenddem die Streuung im Falle a, bei dem
die Vorspannung nur wenig unter dem grösstmöglichen positiven Wert liegt,
noch in den bekannten Rahmen gehört, erreicht sie im Falle b gegenüber ihrem
Mittelwert die astronomische Zahl von +230 %. Das negative Teilstück der
der
ist und
Charakteristik verläuft ähnlich wie bei mittelsteilen Spannungsstössen,
anfängliche Abnahme etwas weniger steil.
nur
ist
die
Die Stosskoeffizienten sind ausser bei einem Teil der positiven Charak¬
teristik bei flachen Stosspannungen ^ 1. In der nachfolgenden Tabelle seien nun
auch noch für die Gruppe b2 der Versuchsanordnungen die wichtigsten der ge¬
messenen
Spannungen,
sowie ihre Stosskoeffizienten
*) Die Ueberschlagstosspannung entspricht
zusammengestellt.
diesem bei der
Vorspannung Null.
262
-
S
d
mm
Po
mm
Pol.
+
-
+
-
+
.
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
0,11
o,M
0,1 j6
0,1 4
o,i 4
0,1 ç/
0,1?0,1 4
0,\4
0,1^
o,i</
o,i 4
0,1</
0,1 4
o,i 4
0,14
o,i 4
0,14
0,24
0,24
0,54
0,54
i
4
613
637
646
673
20
20
62,0
67,1
4,87
4,86
70
758
821
70
771
70
882
20
598
37,4
48,4
37,4
111,5
93,6
111,5
93,6
111,5
93,6
149,5
132,6
149,5
132,6
150,1
132,6
151,7
133,2
49,3
20
20
20
50
764
50
804
50
50
50
50
68,3
60,5
4,85
4,21
70
780
70
836
70
70
70
67,0
53,0
20
613
i
4
4
4
4
40,3
50
700
50
737
70
758
70
821
112,6
97,3
152,8
136,7
+
i
i
Bedeutung
kV
54
60,5
48,4
59
178
187,5
116
141,5
111,5
135,5
211,5
216
160
192,5
206
213,5
196,5
218
96,5
105,5
149,5
165
138,3
146,8
173,7
208
216,5
Prüfdraht
von
Prüfdraht
Prüfdraht
von
1
Prüfdraht
3,76
6,12
2,21
3,10
0,883
1,61
0,805
1,54
1,34
1,77
0,629
1,47
0,542
1,43
1,04
1,36
0,589
1,43
0,978
1,31
1,00
1,31
1,88
2,40
1,11
1,42
0,963
1,27
Abkürzungen
Ausserdem bedeuten:
0,1 4
0, 2 4
0, 5 4
4
98
104,5
113,5
123,5
96,8
124,9
der in der Tabelle verwendeten
bei der Tabelle im Abschnitt 3.1.2.1.
kV
96,5
103,9
106,9
115,8
42,7
60,3
38,9
57,7
149,2
165,7
70,2
137,5
60,5
133,7
155,1
180,8
88,0
189,6
146,5
173,7
151,9
174,2
92,6
25,7
17,0
48,4
37,4
48,4
4
i
Die
10
kV
i
-
-
kV/kV/yUS
10
20
-
mm
von
0,1
0, 2
0, 5
von
1
mm
mm
mm
6
4
4
4
ist die
3,81
6,15
2,34
3,30
1,11
1,62
1,00
1,58
1,60
2,01
1,04
1,51
1,00
1,45
1,41
1,63
1,82
1,45
1,37
1,61
1,29
1,64
1,95
2,62
1,41
1,70
1,36
1,49
gleiche
wie
-
263
Abbildung
-
177
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 14, 9/217yU.s (26,8 kV/^Us)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
Polarität der Gleichspannung:
Polarität der Stosspannung:
Pol=
Objekt:
Schlagweite:
Po
Draht
d
70
Reduktionsfaktor:
k
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
fabs
0,944
6.4 gr/m
126,1 kV
negativ
Pol~
A8
Max., reduziert (gemessen):
U» (H„»)
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
v
Min.,
reduziert
(gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Ug* (Bg«)
_
Mitt., reduziert (gemessen):
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
ys*
Max.,
ys
reduziert:
Wirkliche
Min.,
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Wirkliche
Maximale
Ueberschlagspannung,
226 (213, 5)
Ueberschlag:
Ablenkung:
kV,
191,5 (181) kV
(206)
222
(209,5) kV,
kV
_
(B„»)
195
205,7
kV,
(184,2)
179,3
kVgy/
kV,
198,2
kV,
173,3
kV,
Vs
202'°
kVSW
176'6
kVSW
S£
Tq
T,^
von
79,6
kVgw
83,0
kVgw
72,1
kVgw
77,0
kVgw
75,9
51,4
kVgw
kVgw
80,3
54, 9 kV/>s
^us
3,41
kV/>s
4,13/is
94,7 ^s
Bw
94,7
jus
mittelsteilen Stosswellen sind die Streuungen in
allen beobachteten Fällen eher gering.
Schaltung nach Abb. 85.
198
_
Zeitkonstante der exponentiellen
Ueberlagerung
(187)
kV„w
218
v
yD
zum
,,
U„
VD
Ueberschlagspannung,
Zeit des Stosses bis
0,lmm|i
mm
v
reduziert:
Mittlere Steilheit:
Auch bei der
70
0,944
6,4 gr/m
96,3 kV,
A
yD
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere
positiv
Draht
A
reduziert:
Minimale
t
mm
Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
mm
„
B
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
negativ
positiv
0,1
264
-
-
Abbildung 178
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 14,9/217 ,us (26,8 UV/jus)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
/'
///////////
P0l =
///////////
ObjektSchlagweite:
Po
negativ
negativ
Draht 0,1
d
70
Reduktionsfaktor:
k
0,944
Polarität der
Polarität der
Gleichspannung:
Stosspannung:
Pol"
Max
,
reduziert
Gemessene
(gemessen):
Ueberschlagstosspannung,
Min., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Mitt
reduziert (gemessen):
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
,
Max
,
reduziert:
Wirkliche
Mm
,
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
Maximale UeberSchlagspannung,
Wirkliche
reduziert:
Minimale Ueber Schlagspannung,
reduziert:
Mittlere
Ueberschlagspanming,
reduziert.
Mittlere Steilheit:
zum Ueberschlag:
exponentiel!en
Zeit des Stosses bis
Zeitkonstante der
Ablenkung:
6
>v>
Vs" <*s*>
190
Vs* <BS«>
188
Vs
171,9
Vs
negativ
Draht
70
0,1
mm
f,
mm
0,944
6, 4 gr/nT
,
,
6, 4 gr/m
».5 kVSW
Feuchtigkeit:
Vorspannung:
Gemessene UeberBch lagstos Spannung,
mm
mm
0kVgw
(lM9)/kVsw
210
(189)
kVgw
186 (175, 5)
kVg^,
206
(194,
SJkVg^y
(177, 5)
kVgw
208
(196,
5)kVsw
kVsw
190,7
168,2
kVgw
186,8
kVsw
Vs
170, 1
Wlgy
188,0
kVsw
Vd
189,4
kVgw
190,7
kVsw
Vd
185,7
kVg,^
186,8
kVsw
1
187,6
kV,
55,7 kV//»
/US
3,23
kVg
188,0
BW
53, 2kV/>s
3,75
/LS
Vs*
ow
kVsw
94,7
Bei
Ueberlagerung einer mittelsteilen Stosspannung kommt der Einfluss der
Vorionisierung durch die Gleichspannungsvorbeanspruchung, wie zu erwarten
ist, bereits viel stärker zur Geltung, als bei steilen Werten. Die Ueberschlagspannungen nähern sich den statischen Durchbruchswerten schon viel stärker.
Dies gilt bei allen Anordnungen und Polaritätskombinationen.
Schaltung
nach Abb.
85.
-
265
-
Abbildung 179
Bei aus Gleichspannung mit überlagertem Stoss 92/373/js (2, 52 kV/jus)
zusammengesetzter Beanspruchung aufgenommene Ueberschlagstosspannungen
i
.
i
'
i
i
i
UWAWVW
,>
4
*
>
^
-JQ—*
\
4
4
>
*
^
*
\
i
*
*
}
>
^
*
er
es» fo
m
CM
Polarität der
Polarität der
Gleichspannung:
Stosspannung:
Pol=
Pol"
positiv
positiv
^
positiv
positiv
6
Objekt:
Schlagweite:
Po
d
Draht 0,1
70 mm
Reduktionsfaktor:
k
0,947
Feuchtigkeit:
Vorspannung::
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Max., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
Min., reduziert (gemessen):
Gemessene Ueberschlagstosspannung,
'abs
7, 5 gr/m°
69,9
kV^
35,0
Os* <V>)
Vs*<ës'>)
32,1 (30,4)
kVsw
170
25,0 (23,7)
kVsw
50,9(48,2)
kV^
Vs* (»s">)
29,
(27, 6)
kVg,,
73, 7(69,8)
kV,
Vs
30,3
VSW
164,0
kV,
Vs
23,4
VSW
48,5
VSW
Vs
27,5
70,6
,VSW
Od
100,2
;VSW
199,0
:VSW
Vd
93,3
:VSW
83,5
I
97,4
Mitt.,
reduziert
Wirkliche
Max.,
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Wirkliche
Min.,
(gemessen):
Ueberschlagstosspannung,
reduziert:
Wirkliche Ueberschlagstosspannung,
Mitt., reduziert:
Maximale
Ueberschlagspannung,
reduziert:
Minimale Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere Ueberschlagspannung,
reduziert:
Mittlere Steilheit:
Zeit des Stosses bis
zum
Ueberschlag
Zeitkonstante der exponentielten
Ablenkung:
Bg
Draht 0,1
70 mm
0,947
,
mm
,
7, 5 gr/
,SW
ji
kV,
(161)
kV,
SW
SW
VSW
105,6
k
VSW
4|84kV//usl
97,4^
379
Das sehr interessante
2
mm
JUS
105,6/is
379
/is
Oszillogramm b zeigt die grösste bei allen durchgeführten
Messungen beobachtete Streuung. Bei der Üeberlagerung solch flacher Stösse
haben die Anordnungen mit Spitze und Stab massige bis kleine, diejenigen mit
dünnen zylindrischen Leitern zum Teil riesenhafte Streuung der Ueberschlagspannungen.
Schaltung
nach Abb.
85.
-
266
-
3.1.2.4 Zusammenfassung der Merkmale bei zusammengesetzter Beanspruchung
Bei sehr grossen Steilheiten der überlagerten Prüfstösse sind die Stossder Ueberschlagspannungen fast unabhängig von der Vorspannung;
komponenten
die resultierende
Ueberschlagspannung ändert
sich
folglich fast linear
mit der
Vorspannung.
Sind die überlagerten Spannungsstösse dagegen sehr flach, so werden die
resultierenden Ueberschlagspannungen fast unabhängig von der Höhe der Vor¬
spannung und die Stosskomponente der Ueberschlagspannung nimmt mit zu¬
nehmender Vorspannung fast linear ab.
3.2
Gleichstrom-Spannungs-Charakteristiken
Die Gleichstrom-Spannungscharakteristiken wurden nach der im Abschnitt
2.5.3a beschriebenen Weise aufgenommen. Untersucht wurden nur zylindrische
Leiter und zwar hauptsächlich ein Prüfdraht von 1 mm Durchmesser. Daneben
erfolgten noch einige Messungen am 0,1- und am 8 mm-Draht. Die in Funktion
der Prüfgleichspannung aufgenommenen Ströme sind auf den Abb. 180 bis 183
auf die Flächeneinheit des Messbelages bezogen, dargestellt. Es ist dabei an¬
genommen worden, dass die Stromdichte gleichmässig über den Belag verteilt
ist. Dies ist umso besser erfüllt, je höher die Beanspruchung und je grösser
Schlagweite im Vergleich zum Drahtdurchmesser ist. Die aufgetragenen
gelten für die zur Zeit der Durchführung der Versuche im Laboratorium
herrschenden klimatischen Verhältnisse. Der relative Luftdruck betrug dabei
die
Kurven
im Mittel 0,957 und schwankte zwischen den Grenzen 0,953 und 0,961. Die
während der Messperiode registrierten extremsten Werte des Druckes betrugen
724,4 und 729,6 Torr, und die Temperatur schwankte innerhalb der Grenzen
Die
3 und +21,1°C. Der Mittelwert der absoluten Feuchtigkeit war 4,18 gr/m3.
Feuchtigkeit erreichte ausnahmsweise die Grenzen 3, 2 und 5,7 gr/mo 51).
auf
zur
+19,
Abb.
180 und 181 vermitteln ein Gesamtbild der Charakteristiken bis hin¬
Die experimentell bestimmten Kurventeile sind
Ueberschlagspannung.
durch die Lineatur
von ihren mutmasslichen,
strichpunktiert eingezeichneten
Fortsetzungen unterschieden. Die kurz strichlierte Begrenzungslinie läuft durch
die zu den verschiedenen Schlagweiten gehörenden Endpunkte der Charakteristiken.
Diese Endpunkte geben die bei der Ueberschlagspannung herrschende, grösstmögliche stationäre Stromdichte an. Nur innerhalb der Begrenzungslinie sind
somit stationäre Vorentladungen möglich.
Die Abb. 182 und 183 stellen einen Ausschnitt der Abb. 180 und 181 dar.
Sie umfassen den unteren Spannungsbereich, zeigen also speziell die Verhält¬
nisse in der Nähe der Anfangsspannung genauer.
Wir wollen zunächst die Eigenarten der zur Prüfobjektgruppe
den Charakteristiken betrachten und untereinander vergleichen.
Die erreichbaren Stromdichten
b, gehören¬
sind ganz beträchtlich. Dies gilt speziell
Schlagweite und geringen Drahtdurchmesser.
Dabei handelt es sich um eine Ultrakoronaentladung. Ihre einzige Leuchterschei¬
nung ist ein ruhiger, sehr dünner, violett strahlender, den dünnen zylindrischen
Leiter umhüllender Glimmsaum; der übrige Teil des Gasraums ist völlig dunkel
und die Entladung praktisch geräuschlos.
bei
positiver Polarität
für kleine
-
267
Abbildungen 180
-
und 181
Stromspannungscharakteristiken bei Gleichstrom der Anordnung
zylindrischer Leiter gegen grosse Kugel
ZU
KV*
Koronastromdichte i_ in Funktion der Prüfgleichspannung Ut, mit Schlagweite d
(mm) und Drahtdurchmesser D (mm) als Parameter, für"die atmosphärischen
Verhältnisse:
Druck:
724, 4
+19,3
Feuchtigkeit: 3, 2
Temperatur:
Absolute
729,6
Torr
+21,1
°C
5,7
gr/m
,
-
268
-
Abbildungen 182 und 183
Stromspannungscharakteristiken
zylindrischer
bei Gleichstrom der
Leiter gegen grosse
Anordnung
Kugel
40
0
XN*
KVW
Koronastromdichte i_ in Funktion der Prüf gleichspannungU t, mit Schlagweite d
(mm) und Drahtdurchmesser D (mm) als Parameter, für die atmosphärischen
Verhältnisse:
Druck:
Temperatur:
Absolute Feuchtigkeit:
724, 4
+19,3
3, 2
729, 6
+21,1
5, 7
Torr
°C
gr/m
„
-
269
-
Spannungshöhe betrachtet, liefert hingegen die ne¬
allgemeinen den grösseren Glimmstrom. Umgekehrt ist es
nur in der Nähe der Anfangsspannung. Hier überwiegt der positive Koronastrom.
Die Erklärung dafür beruht auf der Tatsache, dass die positiven Anfangsspan¬
nungen bei den Drahtdurchmessern 0,1 und 1 mm kleiner sind als die negati¬
Dies zeigen die beiden, den unteren Spannungsbereich darstellenden
ven 52).
Bei einer bestimmten
gative Entladung
Abb.
(1
im
182 und 183.
Die aufgenommenen Charakteristiken gelten für gealterte, formierte Drähte
mm-Kupferdraht; 0,1 mm-Stahldraht). Grössere Abweichungen von diesen
nur ganz neue polierte Drähte 53). Schon nach kurz¬
Spannungstehen verschwinden diese Abweichungen. Mit zu- und
abnehmender Spannung gemessen erhält man praktisch dieselben Abhängigkei¬
ten, auch stimmen die zu verschiedenen Tagen aufgenommenen Messerien gut
überein, da die klimatischen Bedingungen keinen starken Schwankungen unter¬
Charakteristiken zeigen
zeitigem
worfen
unter
waren.
negativen Kennlinien des 0,1- und des lmmübrigen Prüfobjekte dieser Gruppe,
sind sehr angenähert Teilstücke von Parabeln. Es genügt folglich drei Punkte
einer Kennlinie zu messen, um ihren ganzen übrigen Verlauf mit praktisch ge¬
nügender Genauigkeit angeben zu können. Die Charakteristiken beginnen mit
endlicher Steilheit 54). rjer Scheitel O' dieser Parabeln liegt rechts unterhalb
des Koordinatenanfangspunktes O. Zu seiner Bestimmung diene die Abb. 184.
Die
Drahtes,
positiven,
wie auch die
sowie wahrscheinlich auch aller
Abbildung 184
Parabolische
Strom-Spannungs-Charakteristik
y.
y
fy-ax1
//=aib*xYb
/ft <»;.«¥wi'
qr
0
Koronastrom
y'
in Funktion der
i
o
\
Prüfgleichspannung x'.
270
-
-
Zwischen beiden Koordinatensystemen bestehen die Beziehungen:
(3. 2/1)
X
=
b
+
x'
/2)
y
=
c +
y'
Die Parabel hat im O--System die
Gleichung
/3)
und nach den
y
vorangehenden Beziehungen
/4)
Wir nehmen
pl
ax2
=
y'
nun
es
an,
a,
b,
c
O'-System
x')2
+
-
P3 (x3'>
der
Parabel
von
y3*) gegeben
zu
die
Gleichung:
c
seien die O'-Koordinaten
(xl', yi'); P2 (*2\ y2'1)»
die Konstanten
(b
a
=
im
den drei
Parabelpunkten:
und wir versuchen daraus
bestimmen. Ihre
Bestimmungsglei¬
chungen lauten:
I vV y3,} vV v»+ V V
+
-
/5)
/6)
b
=
'2
v^'
Zur
y3'>+ V^*
-
yi'>+ x3'<yi'
-
-
y2'>
y2'>
y2'-y3'
2
3
a
(b
A)
-
-
c
=
+
x2')2
afb
+
-
(b
+
x3')2
xg'^-yg'
Nachprüfung der Genauigkeit der angegebenen Berechnungsmethode sei in
folgenden Tabelle eine Gegenüberstellung der berechneten und der gemes¬
senen Werte einiger Kurvenpunkte gegeben.
der
271
-
-
PolaritätPositive
PolaritätPositive
Negative Polarität
(kV)
x'
berechnet
berechnet
gemessen
gemessen
y(^-)
rv
cm'
cm'
0,018
0,13
0,31
0,56
0,89
1,27
1,74
2,27
2,87
3,55
4,30
5,11
6,00
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Die
Uebereinstimmung
cm'
0,011
0,140
0,34
0,65
1,04
1,53
2,10
0,023
0,143
0,32
0,56
0,90
1,27
1,73
2,26
2,88
3,54
4,29
5,11
6,00
von
Rechnung
und
0,017
0,160
0,38
0,67
1,06
1,53
2,10
2,71
3,42
4,26
5,23
6,32
7,53
2,76
3,52
4,37
5,32
6,35
7,47
Messung
ist
,j
cm'
speziell
bei
positiver Po¬
larität recht gut.
Wir wollen
Es
gibt
für
nun
noch die
Schlagweiten
Kennlinien des
bis 120
mm nur
Leiters
von
8
mm
jb
betrachten.
negative Charakteristiken. Bei positi¬
Polarität ist die erste und einzige Entladungsform der Funken. Die gemes¬
negativen Charakteristiken beginnen bei der Anfangsspannung mit grosser
Steilheit, verlaufen zunächst konkav zur Abszissenachse und enthalten einen
Wendepunkt; von hier an verlaufen sie schliesslich in ähnlicher Weise wie die¬
ver
senen
jenigen der dünnen Drähte, also konvex zur Abszissenachse. Sie sind demnach
parabolisch. Im Dunkeln beobachtet man auch eine andere Form der Ent¬
ladung als bei dünnen Drähten. Diese Entladung besteht aus kleinen, unruhig
flackernden büschelähnlichen blauen Fäden, die an der Leiteroberfläche an¬
setzen. Der übrige Gasraum ist von einer fadblauen, schwachen Leuchter¬
scheinung erfüllt. Es ist ein zischendes ziemlich starkes Geräusch wahrnehm¬
nicht
bar 55).
3.3
Spezialversuche
Zur besseren qualitativen Erfassung der verschiedenen, erwähnten Vorentladungszustände wurden noch viele weitere, sehr verschiedenartige Unter¬
suchungen vorgenommen. Diese alle zu beschreiben übersteigt den Rahmen der
vorliegenden Arbeit allerdings erheblich. Es werden daher nur die am wichtigsten
erscheinenden Ergebnisse kurz mitgeteilt.
Hierbei sind vor allem die vergleichenden Betrachtungen der sichtbaren
Entladungsformen an neuen Versuchsanordnungen bei Gleich- und industriefrequenten Wechselspannungen (150 und 50 Hz), sowie Tesla Spannungen (ge¬
dämpfte Hochfrequenz von einigen 104 Hz) zu erwähnen. Ferner wird noch die
Abhängigkeit der Ueberschlagwechselspannung von der Schlagweite für einige
einfache Versuchsanordnungen bei grossen Schlagweiten gegeben.
-
-
3.3.1
Beobachtungen
3.3.1.1
von
Die
272
-
Entladungserscheinungen
Kugelelektrode
Eine gegenüber einer weit entfernten Ebene als Gegenelektrode angeordnete
(250 mm £) zeigt oberhalb ihrer Anfangsspannung von allen denkbaren
Elektrodenformen die Wechselspannungsbüschelentladung am allerschönsten.
Diese Entladungsform tritt hier nämlich ohne Nebenerscheinungen, die z.B. bei
der Spitze vorhanden sind, auf 56). Schon kurz oberhalb der Einsatz Spannung
Kugel
entstehen
ganz
plötzlich kräftige Büschel, deren heisse,
hell leuchtenden röt¬
lich-blauen Stiele an der Kugeloberfläche ansetzen und dauernd unruhig auf dieser
umherwandern. Bei zunehmender Spannung wächst die Länge dieser Büschel
ganz
ausserordentlich rasch. An ihren vorderen lichtschwachen Enden
fahl-blaue
setzen
Büschelfäden
strahlenförmig an, die beim Erreichen der Ueberschlagspannung bis zur Gegenelektrode verfolgt werden können. Der hellste
ihrer Fäden, sowie der dazu gehörige Büschelstiel, bilden dann beim Ueberschlag den Funkenkanal. Dieser Ueberschlag erfolgt ausnahmslos in der positi¬
ven Halbwelle der Wechselspannung. Daraus kann geschlossen werden, dass die
beobachteten Büschelerscheinungen sich auf die positive Halbwelle beschränken.
Die stroposkopische Beobachtung bestätigt diese Annahme vollständig. Die sicht¬
baren Entladungserscheinungen während der negativen Halbwelle sind im Ver¬
gleich dazu ausserordentlich schwach.
Die Tesla-Raumbüschel bewegen sich dagegen nur langsam und ihre An¬
satzpunkte wandern, solange die Spannungshöhe unverändert bleibt, praktisch
nicht, oder doch nur sehr langsam auf der Kugeloberfläche. (Diese Wanderungen
scheinen durch thermische Einflüsse bedingt zu sein. )
3.3.1.2
Bei
Die
Spitze
Gleichspannung oder industriefrequenter Wechselspannung
Spitze, und dies umso deutlicher, je schlanker und feiner
sie ist, dass die Büschelentladung nicht an ihrem vordersten
Ende, sondern
etwas davon entfernt, seitlich an der Spitze ansetzt. Das vorderste Ende glimmt
vielmehr und wird von einer Raumladungswolke eingehüllt ^>. Treibt man die
Schlankheit der Spitze immer weiter und weiter, so verschwindet schliesslich
jede Büschelentladung vollständig und die Spitze glimmt bis zum Erreichen der
Ueberschlagspannung ganz ruhig. In diesem Falle zeigt die Spitze reine Ultra¬
koronaentladung. (Ein durch einfaches Abreissen eines Kupferdrahtes von weni¬
ger als 0,05 mm 6 hergestelltes Drahtende wirkt bei einer Schlagweite von
beobachtet
positiver
man an
der
50 cm z.B. schon als eine "Ultrakorona-Spitze" 44)
Der Ueberschlag
kommt erst bei einer grossen Spannungshöhe zustande, die ein Mehrfaches der
Ueberschlagspannung der gewöhnlichen Spitze beträgt 5°).
45).)
Prüft
schlanke Spitzen mit Tesla-Spannung, so zeigen sie gleiches
gewöhnliche und der Stiel des Raumladungsbüschels setzt, so
gut man dies beobachten kann, hier wirklich am äussersten Spitzenende an. Da
die Stromdichte im Entladungskanal bei Tesla-Spannungen gross ist, wird die
Spitze jedoch angeschmolzen, was eine einwandfreie Beobachtung stört.
Verhalten,
man
wie
-
3. 3.1.3
Die
Kegelmantel-
273
-
oder Schirmelektrode
Die Kegelmantel- oder Schirmelektrode, die früher zur Erhöhung der
Ueberschlagspannung von Armaturen in den Hochspannungslaboratorien allge¬
mein angewendet wurde 1), zeigt bei kleineren *) Wechselspannungen, speziell,
wenn ihre Kante messerscharf zugeschliffen ist, ein Glimmen. Ausserdem be¬
obachtet man noch etwas heller leuchtende Punkte, die in gleichmässigen Ab¬
ständen längs der Kante oder Schneide der Elektrode angeordnet sind und deren
Zahl mit der Spannungshöhe wächst. Steigert man die Spannung weiter, so tre¬
ten hell leuchtende, rötlich blaue, unruhig wandernde Büschel, deren Länge
rasch mit der Spannung zunimmt, auf, die in der Nähe der Schneide, aber nicht
aus ihr, entspringen. Diese letztgenannte Büschelerscheinung tritt nur bei gros¬
sen Schlagweiten und sehr hohen Spannungen auf. Bleibt diese Erscheinung bis
zum Erreichen der Ueberschlagspannung aus, so erfolgt der Zusammenbruch
in der negativen Halbwelle, im anderen Falle aber stets in der positiven. Das
stroposkopische Bild zeigt während der positiven Wechselspannungshalbwelle
unterhalb einer gewissen Spannungshöhe längs der Schneide einen regelmässigen
Glimmsaum, im anderen Falle aber ausserdem noch typische Büschel. Diese
Büschel umgehen die vor dem Glimmsaum liegende Gaszone, in der starke
Raumladungen liegen müssen, sorgfältig. Bei der negativen Polarität beobachtet
man bei allen Spannungen die erwähnten, in regelmässigen Abständen angeordne¬
ten Glimmpunkte.
-
Das Verhalten unter
chenden Halbwelle der
Gleichspannung stimmt
Wechselspannung überein.
mit
demjenigen
entspre¬
der
zu einer bestimmten Spannungshöhe überwiegt also bei positiver Pola¬
Ultrakoronaentladung, die Ueberschlagspannung ist folglich recht hoch,
aber bei sehr hohen Spannungen entscheidet die positive Büschelentladung die
Höhe der Ueberschlagspannung. Durch Vergrössern der Schlagweite kann dann
diese Ueberschlagspannung nicht mehr wesentlich gesteigert werden. Der Vor¬
Bis
rität die
teil
der
in
diesem
Kapitel besprochenen Elektrodenform verschwindet
Spannungshöhe 59).
daher
mehr und mehr mit zunehmender
Das Verhalten der
Kegelmantel-Elektrode
bei
Tesla-Spannungen
ist nicht
untersucht worden.
3.3.1.4
Die
30 und 50
*)
Das Rohr
bei
mm
Wechselspannungsbeanspruchung untersuchten Rohrleitungen
f> zeigen ganz ähnliches Verhalten wie die Kugelelektrode.
Unter kleineren
6
m
Wechselspannungen sind hier solche
Gegenelektrode zu verstehen.
weit entfernter
bis
ca.
800 kV
,.
bei
von
ca.
-
274
-
Das Drahtkreuz
3.3.1.5
Kreuzt man zwei dünne, (1 mm dicke) zylindrische, an der gleichen Wech¬
selspannung liegende Drähte so, dass sie im Kreuzungspunkt einander be¬
rühren, so geht bei genügender Spannung von dieser Kreuzungsstelle eine posi¬
tive Büschelentladung aus. Ist das Drahtkreuz gegenüber einer schwachge¬
krümmten geerdeten Elektrode, die keinen störenden Rand besitzen darf, in
massigem Abstand (ca. 10 bis 100 cm) angeordnet, so erfolgt der Ueberschlag
in der positiven Halbwelle bei einer etwa gleich hohen Spannung, wie sie für die
Stabelektrode bei gleicher Schlagweite ermittelt wurde.
die Drahtberührung an der Kreuzungsstelle auf, indem der auf
Seite des Schlagraumes befindliche Draht leicht zurückgezogen
wird, an der Kreuzungsstelle der beiden Drähte also ein gewisser kleinster Ab¬
stand, den wir "Kreuzungsabstand" nennen wollen, entsteht, so wächst die Ueberechlagspannung rasch auf ein Vielfaches an, das positive Büschel verschwindet
Hebt
der
man
äusseren
in der negativen Halbwelle. Bei einem Kreuzungs¬
10- bis 20-fachen Drahtdurchmesser ist die UeberSchlagspannung
bereits auf einen Wert angestiegen, der nur wenige Prozente tiefer liegt, als
der für den Einzeldraht bei gleicher Schlagweite festgestellte.
und der
abstand
Ueberschlag erfolgt
vom
so beschaffen, dass bei Ueoerschlägen am
Funken, also keine Lichtbögen, entstehen, so
kann man, durch die Veränderung des Kreuzungsabstandes, nach bestimmtem Pro¬
gramm Ueberschläge zustande bringen. Wird der eine der beiden Drähte z.B.
in harmonische, mit der speisenden Spannung synchrone Schwingungen versetzt,
so gelingt es Ueberschläge z.B. stets im gleichen Zeitpunkt der positiven Halb¬
Ist der
Prüfobjekt
welle
speisende Stromkreis
nur
selbstlöschende
einzuleiten. Die
Anordnung entspricht
Mutator. Sind die beiden
in diesem Falle einem steuerbaren
schwingungsfähig angeordnet,
Korona-Entladung angeregt mit ihren Eigenfrequenzen
harmonisch zu schwingen. Durch passende Wahl dieser Eigenfrequenzen zu¬
einander und auch gegenüber derjenigen der Spannung kann man Ueberschläge
in ganz bestimmtem Rythmus automatisch zustande bringen.
so
werden
sich kreuzenden Drähte
sie durch die
Bei Tesla-Spannungen ist der Kreuzpunkt in keiner Weise mehr für das
Auftreten von Entladungen bevorzugt. Die Tesla-Raumbüschel entstehen an bei¬
den Drähten genau gleich, wie am Einzeldraht. Ihr Aussehen ist unabhängig von
der Form der Elektrode
3.3.1.6
Spannt
an
der sie entstehen.
Dünner Draht und Spitze
innerhalb der
Schlagweite einer Spitzen-Platte-Funkenstrecke
gleichen Wechselspannung wie die Spitze liegt,
parallel zur Platte aus, so beobachtet man je nach dem Verhältnis des Abstandes der Spitze vom Draht zur Schlagweite zwischen Spitze und Platte, die unver¬
ändert bleiben soll, dreierlei Verhalten.
einen dünnen
man
Draht,
der
an
der
Ist das erwähnte Verhältnis Null, berührt also der Draht gerade das vor¬
derste Ende der Spitze, so verhält sich die Anordnung gleich wie die des Draht¬
kreuzes beim Kreuzungsabstand Null. Bei mittleren Verhältnissen (0,2 Dis 0,5,
je nach Schlagweite) beobachtet
man am
Draht die übliche ruhige Glimmerschei¬
nung bis hinauf zur Ueberschlagspannung. Die Spitze bleibt dabei dunkel. Ist
das erwähnte Verhältnis ziemlich gross, befindet sich der Draht also ziemlich
-
nahe
275
-
Platte, so glimmt er gleichmässig, währenddem die Spitze büschelt.
erfolgt dann, je nach der Anordnung entweder zwischen Draht
Platte in der negativen Halbwelle, oder aber zwischen Spitze und Platte in
positiven. Ist das Schlagweitenverhältnis so gewählt, dass der Ueberschlag
der Spitze aus, also über die längere Wegstrecke erfolgt, so beobachtet
an
der
Der Ueberschlag
und
der
von
Funken, sowie auch
Büschelentladung, seitlich in
Raumladungszone umgeht.
man,
dass der
chende
Unterwirft
so
die vorher auftretende bis
zur
Platte rei¬
grossem Abstand die den Draht einhüllende
die Anordnung der Beanspruchung durch Tesla-Spannung,
Ueberschlag stets über die kleinere Schlagweite, also zwi¬
man
bildet sich der
schen Draht und Platte
aus.
3.3.1.7
Der dünne isolierte Draht
Einige dünne emaillierte Kupferdrähte (0, 2 und 0, 6 mm )b) wurden mit
Wechselspannung beansprucht und im Dunkeln beoDachtet. Bei massigen Span¬
nungen zeigt sich eine mehr oder weniger gleichmässige Glimmhülle, die aber
bei näherer Betrachtung wesentliche Unterschiede zu der am blanken Leiter
beobachteten zu zeigen scheint. Während letztere stark violett leuchtet, aber
sehr dünn ist und die Entladung einen mehr oder weniger reinen Ton von der
doppelten Frequenz der Prüf Spannung aussendet, ist die Glimmhülle des isolier¬
ten Leiters fahl-blau aber dicker und diese Entladung von einem zischenden Ge¬
räusch begleitet. Steigert man die Spannung weiter, so schiesst zunächst an
einer Stelle plötzlich eine positive Büschelentladung hervor. Ist die Gegen¬
elektrode genügend nahe, so leitet dieses Büschel sofort den Ueberschlag ein,
im anderen Falle glimmt der übrige Teil des Drahtes weiter und bei fortgesetzter
Spannungssteigerung bilden sich immer mehr solcher Büschelstellen 60). Die
Ansatzstellen ihrer Stiele sind unbeweglich; sie liegen dort, wo die Isolation
durchschlagen worden ist. Reguliert man die Spannung jetzt zurück, so bleiben
die Büschel bei viel tieferer Spannung, als bei der sie entstanden sind, noch
bestehen. Sie werden immer kleiner und verschwinden erst in der Nähe der An¬
fangsspannung vollständig *). Die Ueberschlagsspannung solcher Drähte liegt
wesentlich tiefer, als bei blanker Oberfläche.
Eine
*)
Prüfung dünner
isolierter Drähte
erfolgte
nicht bei
Tesla-Spannung.
dicken, durch Erhitzen stark oxydierten Konstantandraht
bei ziemlich kleiner Schlagweite (2 cm), zuerst Glimmen,
dann Büschel und hernach erneutes Glimmen bei Steigerung der industriefrequenten Wechselspannung. Die mit einem solchen Draht erreichte mittlere
An einem
0,8
beobachtet
mm
man
beträgt ca. 10...20% weniger, als für einen entspre¬
gealterten, formierten Draht, also ein Mehrfaches des
normalen Spitzenwertes und die Durchschlagshalbwelle ist die negative. Man
vergleiche auch die Angaben im Abschnitt 4.2.60.
Durchbruchfeldstärke
chenden,
normal
-
276
Der metallisch reine,
3.3.1.8
-
dünne blanke Draht
Da man speziell bei etwas dickeren neuen Drähten (1, 5 und 2 mm 6) eine
Steigerung der Ueberschlagwechselspannung während den ersten Minuten der
Beanspruchung feststellen kann, also eine gewisse Formierung erfolgt, wurde
noch das Verhalten des metallisch reinen, blanken Drahtes untersucht.
Es sind
zu
diesem Zweck
polierte
Drähte
(0,2
und
0,
5
mm
<()
aus
reinstem
ihre Entladungserscheinungen bei Wechselspannung
Platin *) verwendet,
Dunkeln beobachtet, sowie ihre UeberSchlagspannungen gemessen worden.
Weder der
der Oberfläche chemisch
an
gereinigte,
aber noch von
im
einer
geglühte, noch der glühende Draht zeigen
wesentlich anderes Verhalten als der gewöhnliche,
stundenlang gebrauchte
Draht 61)**). Beim ungeglühten, wie beim frisch geglühten Draht wird eine Prüf¬
wechselspannung von 90 % des normalen Ueberschlagswertes plötzlich einge¬
Gashaut
überzogene,
noch der frisch
schaltet. Die Einschaltung ist nicht synchronisiert, aber dafür ziemlich stark
gedämpft, um ein Ueberschwingen der Prüfspannung zu vermeiden. Wie ihr
Oszillogramm zeigt, steigt diese Spannung in wenigen Halbwellen auf ihren vol¬
len Wert an und ihre Form ist weitgehend oberwellenfrei. Diese Prüf Spannung
führt in keinem Falle zu Ueber schlagen. Beim noch glühenden Draht (0, 5 mm p)
treten hingegen bei dieser Spannungshöhe Ueberschläge auf, doch ist daoei zu
bedenken, dass hier die relative Luftdichte in der Schlagweite, verglichen mit
der beim kalten Draht vorhandenen, vermindert ist. Erniedrigt man die Spannung
auf ca. 65 % des Kalt-Ueberschlagswertes, so treten keine Ueberschläge mehr
auf, hingegen beobachtet man als Folge des starken elektrischen Windes eine
rasche Abkühlung des geheizten, gelb-rot leuchtenden Drahtes bis unter seine
tiefste, noch sichtbare Glühtemperatur 62). Schon wenige Sekunden nach dem
Einschalten der Spannung hört der Draht in der hochbeanspruchten Zone auf
thermisch sichtbar
zu
leuchten und seine ziemlich helle violette Koronahülle ist
erkennbar.
Gleichzeitig führt der Draht heftige mechanische
Schwingbewegungen aus, die viel stärker sind, als wenn er nicht geheizt wird 62).
Ob Platindrähte grösseren Durchmessers (1, 5 und 2 mm /$) Formierungser¬
scheinungen zeigen, konnte leider nicht untersucht werden. Die in diesem Ka¬
pitel aufgeworfenen Fragen sind somit noch nicht vollständig geklärt und eine
weitere Untersuchung erscheint deshalb sehr wünschenswert.
nun
deutlich
Auch diese
3.3.1.9
Objektanordnung
Dünner,
wurde nicht unter
auf Isoliermaterial
aufliegender,
Tesla-Spannung geprüft.
oder in dessen
Nähe befindlicher Draht
Ein Resocelrohr
(von 200
mm
6)
mit
halbkugelförmigem Abschluss,
das
mit dünnem Draht bifilar bewickelt war, wurde gegenüber einer zur Rohrachse
senkrechten Ebene in massigem Abstand (30 cm) angeordnet und sein Verhalten
bei 50 Hz Wechselspannungsbeanspruchung untersucht. Nach Anbringung des
Umkehrbogens der bifilaren Wicklung am vordersten Punkt der Halbkugel wurde
*)
Der verwendete Platindraht wurde in freundlicher Weise
von
der
Abteilung
Forschung (AfiF) an der ETH zur Verfügung gestellt.
**) Bei positiver Gleichspannung wurden auch einige Kontrollmessungen durch¬
geführt. Es ergaben sich ebenfalls keine Unterschiede bezüglich der Ober¬
flächenvorbehandlung.
für industrielle
-
277
-
mit den beiden auf der Oberfläche aufliegenden bifilar geführten Drähten schrau¬
benförmig zuerst die Halbkugel und hernach der zylindrische Teil des Isolier¬
körpers in weiten Windungen (1, 5 cm) umwickelt. Auf diese Weise sind Draht¬
überkreuzungen vermieden worden. Nur für sehr geringe Drahtdurchmesser
( ^0,05 mm) bleiben Büschel, die sonst von der Drahtoberfläche ausgehen, bis
zum Erreichen der Ueberschlagspannung aus. Die Ueberschlagspannung ist im
Falle der Büschelfreiheit ausserordentlich gross (330 kVgW), sie beträgt ca.
60 % des für den geraden Einzeldraht gemessenen Wertes; treten hingegen
Büschel auf, so ist die Ueberschlagspannung ungefähr gleich wie die einer StabPlatten-Funkenstrecke derselben Schlagweite.
Ordnet man einige wenige, geeignet geformte, den Isolierkörper umgebende
Drahtschlaufen in massigem Abstand (3 cm) von der Körperoberfläche an, so
kann der Drahtdurchmesser bis auf 1,5 mm gesteigert werden, ohne dass Bü¬
schelentladungen auftreten. Die Ueberschlagspannung steigt dabei, trotz der
Schlagweite (27 cm) auf einen Wert (490 kVsw),
der nur wenige Prozente unterhalb der für den Einzeldraht festgestellten Ueber¬
schlagspannung liegt.
durch diese Drähte verminderten
3.3.1.10
BUschelfreie Armaturen
Wie in der Einleitung bereits erwähnt wurde, war ich während meiner
Tätigkeit bei der A. G. Brown Boveri & Cie., in Baden (Schweiz) mit der Ent¬
wicklung büschelfreier Elektroden beauftragt. Die damals erzielten Forschungs¬
ergebnisse wurden seinerzeit in einer Patentschrift 8) veröffentlicht. Alle
technischen Armaturen (Leiter, Leiterenden und Armaturen von Isolatoren)
weisen unter Wechsel- oder positiver Gleichspannungsbeanspruchung bei ge¬
nügender Spannungshöhe Büschelentladungen auf. Sie können aber durch Umge¬
bung mit Drahtgebilden geeigneter Form alle durch elektrische Entlastung
büschelfrei gemacht werden. Damit wird ihre Ueberschlagsfestigkeit für Wech¬
sel- oder Gleichspannung auf ein Mehrfaches des ursprünglichen Wertes geho¬
ben. Für nähere Einzelheiten sei auf die erwähnte Patentschrift verwiesen.
3.3.1.11
Der
längsbeanspruchte
Isolierstab mit büschelnden oder
büschelfreien Elektroden
Es wurde ein
40
cm
den
glatter, zylindrischer
ringförmige
rechteckigem Querschnitt trug,
von
Stab aus Polistyrol
auf die Stabenden
Isolier länge, der zwei
mit
von
40
6 und
Elektro¬
mm
aufgezogene
Wechselspannung geprüft.
Diese Anordnung zeigt bei verhältnismässig kleinen Spannungen schon
Büschelentladungen, die bei Spannungssteigerung auf der Oberfläche des Isola¬
tors als Gleitbüschel weiter vorwachsen.
zum Beispiel durch strahlenförmige An¬
befestigter Drahtringe, die also auf der
Oberfläche eines Thoroïds liegen würden, büschelfrei, so gibt es bis zum Er¬
reichen der Ueberschlagspannung weder Büschel- noch Gleitentladungen und
die Ueberschlagspannung ist dabei ein Mehrfaches derjenigen, die mit bü¬
schelnden Elektroden erreicht wird. Bei gleicher Schlagweite liegt diese Span¬
von denen
nung nur wenig tiefer als die an zwei gekreuzten Drähten gemessene,
der eine unter Spannung steht und der andere geerdet ist.
Macht
man
ordnung einiger,
die beiden Elektroden
an
den Elektroden
-
278
-
3.3.1.12 Der dünne Draht bei Wechselspannungsdauerbeanspruchung
man schliesslich die bei der Messung der Ueberschlagspannung
verschiedenartigsten Formen der Prüfspannung benutzte Anordnung
eines dünnen zylindrischen Drahtes (1 mm f>), der gegenüber einer grossen Ku¬
gel (750 mm tf) angeordnet ist, bei massiger Schlagweite (70 mm) einer Wechselspannungsdauerbeanspruchung von 90 % des Ueberschlagswertes, so zeigen sich
sowohl am Draht, wie an der Kugel starke Oxydationserscheinungen. Die Kugel
überzieht sich sehr bald auch mit einem Staubbelag, der ständig an Dicke zu¬
nimmt. Dieser beeinflusst die Ueberschlagspannung aber nicht 63). (Die grösste
erreichte Schichtdichte des Staubbelages betrug aber zu Versuchsende kaum
0,1 mm. ) Am Draht entsteht nach Stunden allmählich ein schwarzer, russähnli¬
cher Ueberzug. Dieser beginnt dann sich stellenweise abzulösen, wodurch Un¬
Unterwirft
mit
den
entstehen, die die Ueberschlagspannung herabsetzen. (Ein 1 mmKupferdraht zeigt nach 14-stündiger Dauerbeanspruchung eine etwa 16 %ige Ab¬
nahme der ursprünglichen Ueberschlagspannung. ) Das ganze Laboratorium wird
von einem immer dichter werdenden "Nebel" erfüllt, dessen chemische Natur
ebenheiten
nicht untersucht wurde.
Der Ansatz eines
Belages am glimmenden Draht und damit auch die er¬
Ueberschlagspannung sind stark vom Drahtmaterial ab¬
hängig. Der Niederschlag scheint umso geringer zu sein, je widerstandsfähiger
das Material gegen chemische, durch die Entladung verursachte Angriffe ist.
(Rostfreier Stahldraht ist beispielsweise recht gut geeignet. )
Abnahme
wähnte
3.3.2
der
Ueberschlagwechselspannungen einfacher Anordnungen
bei grossen
Schlagweiten
Als letzte Resultate
seien noch die Kurven der Ueberschlagwechselspan¬
Schlagweite für die Anordnungen Stab-Platte, dünner
Draht-Platte und zweier gekreuzter Drähte 64) für Spannungen bis 700 kVsw an¬
gegeben. Die für die Normalbedingungen (760 Torr Druck, +20°C Temperatur
und 11 gr/m3 absolute Feuchtigkeit) geltenden Resultate sind auf der Abb. 185
dargestellt 32).
in
nungen
Funktion
der
Während die Kurve der
konkav
zur
Abszissenachse
Anordnung Stab-Platte bei grösseren Schlagweiten
verläuft, die Ueberschlagspannung also mit wachsen¬
Schlagweite immer weniger rasch zunimmt und überdies die Streuung stark
anwächst, besteht für die beiden anderen Anordnungen eine streng lineare Ab¬
hängigkeit. Die Charakteristiken sind bis zu den höchsten erreichbaren Span¬
nungen Geraden. Die Streuung der Messungen ist dabei für alle Schlagweiten
ebenfalls äusserst gering. Es bestehen berechtigte Gründe anzunehmen, dass
die Charakteristiken der Draht-Platte-Anordnung, sowie der gekreuzten Drähte,
auch für noch viel höhere Spannungen, als die hier erreichten, linear sina. Da¬
dass der mit der Anwendung büschelfreier Elektroden ver¬
raus ergibt sich,
bundene Vorteil mit wachsender Spannungshöhe ständig und zwar immer rascher,
der
zunimmt
3) 15) 22) 45).
Für die Anordnung Draht-Platte kann bei 50 Hz mit einer
schlagfeldstärke von 21 kVgW/cm gerechnet werden und bei
Drähten beträgt der besagte Wert 16 kV„w/cm.
mittleren Ueberzwei
gekreuzten
-
279
-
Abbildung 185
50
Hz-Ueberschlagwechselspannungen der Anordnungen Stab-Platte geerdet (1),
Platte geerdet (2), sowie zweier gekreuzter Drähte
Draht (0, 5 mm jt5)
(0, 5 mm jrf) (3) in Funktion der Schlagweite s
-
2
i
u
3
>
/
1
i
1
t
1000
/
1
/
1
é
1
1
900
I
i
1
1
i
i
t
1
i
700
600
500
400
1
300
200
S
0
1170
2(00
3tX)
41)0
5()0
6t)0
7t)0
mni
280
-
4.
DER
ERGAENZUNG
-
Teil
MESSRESULTATE
UND
BEOBACHTUNGEN
DURCH VEROEFFENTL1CHUNGEN AUF VERWANDTEN
FORSCHUNGSGEBIETEN
Uebersicht über den Teil 4
4.1
1.) Unabhängigkeit
Bei
gesamten Versuchsdurchführung
der
suchsresultate und
Beobachtungen,
wie
Kommentierung der Ver¬
vorangehenden Teilen 1...3
und
sie in den
dargestellt wurden, ist bewusst auf jegliche Vorbilder verzichtet worden um die
persönliche Meinungsbildung in keiner Weise zu beeinflussen. Die noch notwen¬
digen vergleichenden Betrachtungen mit der einschlägigen Literatur sollen nun
in diesem 4. Teil erfolgen.
2.
aus
) Forschungstendenz
Die wichtigsten zum Vergleich heranzuziehenden Untersuchungen stammen
dreissiger Jahren. In letzterer Zeit werden Forschungen hauptsächlich
den
nach drei grossen Richtungen betrieben. Die eine beschäftigt sich mit der Ergründung der Stromstösse (pulses) der Gleichspannungskorona und den damit zu¬
sammenhängenden Entladungserscheinungen, speziell in der Nähe des Einsatz¬
gebietes (onset region). Die andere Richtung befasst sich mit den verschiedenen
EntwicklungsStadien der Funkenentladungen, speziell im homogenen Feld. Die
dritte Richtung ist das Studium der Entladezeitverzüge, speziell beim Gleich¬
spannungsüberschlag ohne oder mit ganz geringen UeberSpannungen.
3.)
Zeitbereich und Inhalt der
Es werden
zu
nennenden
berichten und
berücksichtigten
Literatur
Literaturstellen berücksichtigt, die, aus den sogleich noch
ganz oder teilweise über experimentelle Untersuchungen
Juli 1952 veröffentlicht wurden.
nur
Gründen,
vor
4.
) Verzicht auf theoretische Erklärungen
Die Gasentladungen, speziell bei höheren Drücken, sind trotz eifrigster
Bemühungen auch heute noch eines der ungeklärtesten Gebiete der modernen
Physik. Je tieferen Einblick uns die zur Verfügung stehenden experimentellen
Unterlagen in die verwickelten Mechanismen der Gasentladungen erlauben, umso
weniger muss uns die Unzulänglichkeit unserer bisherigen Vorstellungen erstau¬
nen. Die theoretische Entwicklung scheint wieder ganz in Fluss zu kommen da¬
durch, dass bisher unberücksichtigt gebliebene Faktoren als an den Entladungs¬
mechanismen entscheidend beteiligt vermutet werden. (Es sei beispielsweise an
den Einfluss von Druckwellen innerhalb der Entladung auf deren Entwicklung,
wie sie von S. J.Drabkina 29)*) angenommen und von N.M. Gegechkori 53) weiter
verfolgt und mit Halbschattenphotogräphien Toeplers verglichen wird, erinnert. )
Aus diesen Gründen wird auf theoretische Erklärungen der gewonnenen Versuchs¬
ergebnisse verzichtet. Diese Arbeit soll nichts anderes als ein Tatsachenbericht
sein und bleiben.
*) Erklärung
sämtlicher Textzeichen auf Seite XIII.
281
-
5.) Reihenfolge
der
-
angeführten
Literaturstellen
zur Kommentierung benutzten Literaturstellen werden nach Sachge¬
geordnet, in kleineren Artikeln zusammengefasst, die ihrerseits in der
Reihenfolge der Textanordnung der Teile 1...3 erscheinen. Im 7. Teil dieser
Arbeit, dem Literaturverzeichnis, sind sodann die erwähnten Literaturstellen,
nach den Autoren in alphabetischer Reihenfolge geordnet, zusammengestellt.
Die
bieten
4.2
Kommentar
4.2.1
Erhöhung
der
zu
den
Messungen
und
Ueberschlagspannung
durch
Beobachtungen
im
inhomogenen
Feld
scharfkantige Elektroden
Elektroden mit scharfen Kanten sind eine seit Jahren verbreitete Lösung
Herabsetzung der Büschelbildung bei industrief requenten Wechselspannungs¬
anlagen in Hochspannungslaboratorien. Eine Charakteristik der damals als
günstigste Anordnung gefundenen, nämlich zweier gleicher Kreiszylinder mit
gemeinsamer Achse, deren scharfkantige Enden in gewissem Abstand einander
gegenüberstehen, wurde von A. Roth 121) aus Messungen bei BBC veröffentlicht.
Die dabei gefundene Charakteristik "Ueberschlagspannung in Funktion der
Schlagweite" ist, soweit sie eingezeichnet wurde, linear. Die dabei gefundene
mittlere Ueberschlagfeldstärke beträgt 10,6 kVgw/cm. Dieser an sich schon
recht hohe Wert, sowie die Bemerkung, dass der Ueberschlag aus der Glimm¬
entladung erfolge, sind Zeichen dafür, dass die Büschelbildung durch das Auf¬
treten von unreiner Ultrakorona stark zurückgedrängt wird. Die Verwendung
scharfkantiger Elektroden wird auch von B. L. Goodlet, F. S. Edwards und
R.R. Perry 55) untersucht und empfohlen.
zur
4.2.2
Erhöhung
der Ueberschlagspannung des
inhomogenen Feldes
durch dünne Isolierschirme
E. Marx 80) und H. Roser 120) haben gezeigt, dass sich die Ueberschlagwechselspannung des inhomogenen Feldes bei Industriefrequenz durch passende
Anordnung eines oder unter Umständen zweier dünner Isolierschirme innerhalb
der Schlagweite, mitunter ziemlich beträchtlich erhöhen lässt. Die Wirkung be¬
ruht hauptsächlich auf einer Vergleichmässigung des Feldes und der damit ver¬
bundenen Verminderung der Feldstärke, während der positiven Halbwelle an
der
stärker gekrümmten Elektrode.
wachsen der
Büschelentladungen.
Ausserdem hemmt der Schirm das Vor¬
Spannungshöhe nimmt der
Mit zunehmender
Vorteil des Isolierschirmes ab. Auch B.L.
55) beobachteten
die
Goodlet, F.S.Edwards und
spannungserhöhende Wirkung
von
Schirmen.
R.R.
Perry
-
4.2.3
Erhöhung
der
282
-
Ueberschlagspannung
des
inhomogenen Feldes
durch büschelfreie Elektroden
Herstellung büschelfreier Elektroden wird in einer Patentschrift von
Uhlig 8) beschrieben. Der sich aus der Verwendung derartiger
Elektroden an technischen Objekten ergebende Vorteil, wächst mit zunehmender
Spannungshöhe. Die erreichte starke Erhöhung der Ueberschlagwechselspannung beruht auf der vollständigen Beseitigung von Büschelentladungen an der
stark gekrümmten Elektrode während der positiven Wechselspannungshalbwelle
und auf einer weitgehenden Vergleichmässigung des Feldes.
Die
F.
Beldi und E.
4.2.4 Erhöhung der
Durchschlagspannung
einer
scher Luft als Dielektrikum durch
Durchführung
mit
atmosphäri¬
Raumladungssteuerung
Es lassen sich bekanntlich sehr Wechsel- und gleichspannungsfeste Durch¬
führungen bei Verwendung von atmosphärischer Luft als Dielektrikum bauen,
wenn man durch einen geeigneten Entladungsmechanismus
Raumladungen erzeugt,
die das Feld vergleichmässigen. Der Verfasser 148) erreichte auf diese Art
mittlere Durchbruchfeldstärken von 19,1 kVgyy/cm. Die Betriebsspannung der
genannten Durchführungsart ist durch die Hohe der zugelassenen Verluste be¬
stimmt.
4.2. 5
Ueberspannungsventil
mit Stossfaktor
<
1
In einer Patentschrift beschreibt der Verfasser 149) Anordnungen, deren
Stossfaktoren wesentlich < 1 sind. Bei diesen neuartigen Elektrodenkonfigura¬
tionen, die einen ausgesprochen guten Schutz gegen UeberSpannungen darstellen,
wird eine weitere Eigenschaft des Entlademechanismus am dünnen zylindrischen
Leiter benutzt.
4.2.6
Schaltung
zur
Messung
des Scheitelwertes hoher
Wechselspannungen
Diese neuartige, mit dem Preis der Denzler-Stiftung 1946 ausgezeichnete
Methode wurde von K. Berger 13) angegeben. Sie erlaubt unabhängig von Kurven¬
form und
Frequenz den Scheitelwert hoher Wechselspannungen genau
Spannungsverlauf zu beeinträchtigen.
ohne dabei den
zu
messen,
-
4. 2.7
Methoden
zur
283
Feststellung der
-
Polarität der
führenden Halbwelle einer
zum
Ueberschlag
Wechselspannung
Eine sehr schöne Methode zur Feststellung der Polarität der zum Ueber¬
schlag führenden Halbwelle einer Wechselspannung wurde von F.O. McMillan
und E.C. Starr 91) angegeben. Sie benutzten dabei eine Klydonographenanordnung, bei welcher nach dem Vorgang auf einem Nachleuchtschirm eine der be¬
treffenden Polarität entsprechende Lichtenbergfigur entsteht. Andere gebräuch¬
liche Methoden sind z. B. die Feststellung der Polarität mit Hilfe einer Glimm¬
lampe nach F. Faulhaber 37). Ihre erfolgreiche Anwendung setzt jedoch Aperiodizität des Kreises, in dem sie liegen, voraus, während das von mir verwendete, in
dieser Arbeit beschriebene Prinzip nicht an diese Bedingung geknüpft ist. Die
vorher genannten Methoden sind hier ohne Verwendung von Zwischenkreisen,
die wahrscheinlich zu erheblichen Schwierigkeiten führen würden, nicht anwend¬
bar. Eine einfache, allgemein benutzbare Methode besteht auch in der Aufnahme
von Oszillogrammen.
4.2.8
Schnellabschaltung
der
Prüfwechselspannung
beim
Objektüberschlag
Die zur Schonung des Prüfobjekts nach erfolgtem Ueberschlag nötige
Schnellabschaltung der Prüfwechselspannung gelang J. V. Lebacqz 76) mit Hilfe
eines mechanischen Schnellschalters beim ersten Stromnulldurchgang.
4.2.9
Beeinflussung der Ueberschlagspannung
stehenden
Objekts
durch der
eines unter
Ultrakoronaentladung
Prüfspannung überlagerte
hochfrequente Schwingungen
Die von mir beobachtete ausserordentlich starke Abhängigkeit der positiven
Ueberschlaggleichspannung, sowie auch der Ueberschlagwechselspannung an
dünnen Drähten von überlagerten Hochfrequenzschwingungen kleiner Amplitude
wurde auch bis zu einem gewissen Grade an der Spitze-Platte-Funkenstrecke
beobachtet. Hierüber berichtet uns W.Deutsch 28), dass besonders Schwingungen
von 3... 10 MHz wirksam sind. Die überlagerte Hochfrequenz verursacht offen¬
bar ein Kippen der Ultrakoronaentladung in den Büschelzustand.
4.2.10 Die Abweichungen der Eichkurven der benutzten horizontalachsigen
Kugelfunkenstrecke 250
mm
*S
von
den SEV-Kurven
Die beobachteten Abweichungen der für die horizontalachsige Funkenstrecke
mm-Kugeln ermittelten Eichkurven treten erst für Schlagweiten ober¬
halb der Toepler'schen Knickstelle auf. Diese Feststellung deckt sich mit der
Ansicht M. Toepler's 144), wonach die Ueberschlagspannung einer Funkenstrecke
mit 250
Feldbeeinflussung durch Störkörper,
Schlagweite grösser ist, als die kritische
bei
nur
an
dann verändert
der Knickstelle.
wird,
wenn
die
-
284
-
4.2.11 Eichkurven für die vertikalachsige Kugelfunkenstrecke 750
mm
(L
Als Absoluteichmittel wurden die vom Schweizerischen Elektrotechnischen
(SEV) 1944 veröffentlichten Eichkurven 125) für vertikalachsige, einpolig
geerdete Kugelfunkenstrecken verwendet. Diese lehnen sich eng an die entspre¬
Verein
chenden Vorschriften der DSC-Kommission
4.2.12 Beeinflussung der
an.
Ueberschlagspannung
einer Messfunkenstrecke
durch Raumladungen
Die bei meinen Versuchen beobachtete angebliche Beeinflussung der kapa¬
Teilung, sowie des den ohm'sehen Messwider stand durchfliessenden
Stromes, durch Raumladungen, kann zum Teil oder auch ganz durch eine Be¬
einflussung der Ueberschlagspannung der verwendeten Kugelfunkenstrecke
250 mm f> vorgetäuscht sein. M. Toepler 141) machte die Feststellung, dass ein
glimmender Draht in der Nähe der Kugelfunkenstrecke tatsächlich deren Ueber¬
schlagspannung verändert, hingegen kommen F.S.Edwards und J.F. Smee 30)
zitiven
zur
dass die beobachtete Abhängigkeit nicht durch die Raumladungen des
von ihm verursachte Feldstörung bedingt ist.
Ansicht,
Drahtes sondern durch
4. 2.13
Behandlung
einer
Vor den Versuchen
Kugelfunkenstrecke
reinigte
ich die
Kugeln
vor
den
Messungen
der Funkenstrecke nacheinander
chemisch reinem Aether und hernach mit einem
Wildlederlappen,
Probeüberschlägen war
dann die im Abschnitt 2.5.3.2.5 erwähnte Messgenauigkeit erreicht, der Formierungsprozess also beendet. Von Zeit zu Zeit wurden die Kugeln auch mit
Sigolin vorgereinigt, um die sich bildende Oxydschicht zu entfernen. W. Holzer
62) untersuchte die Abhängigkeit der Ansprechspannung einer Kugelfunkenstrecke
von ihrer Vorbehandlung und Formierung bei Stoss sehr eingehend und kommt
zur
gleichen Feststellung, dass ein Polieren mit ölhaltigem Lederlappen den
Nennwert der Ueberschlagspannung bei geringster Streuung gewährleistet. In
einer vortrefflichen Arbeit untersuchte auch M. Toepler 143) die Ansprechge¬
nauigkeit von Kugelfunkenstrecken sehr eingehend und behandelt unter anderem
auch den Formierungsprozess durch den Ueberschlagsfunken. Das Auftreten von
"tiefen Aussenseitern", wie er die unterwertigen Durchschläge nennt, kommt
dadurch zustande, dass die Funkenbildung nicht aus der Anfangsspannung heraus
erfolgt, sondern aus der Grenzspannung der Streifenentladung. Diese Streifen¬
entladung wird durch vereinzelte Staubspitzen auf der Kugeloberfläche ausgelöst,
die durch Abreiben mit einem ölhaltigen Lappen beseitigt, oder in die Oberflä¬
chenschicht eingeebnet werden. Die erwähnten tiefen Aussenseiter zeigen auch
flache Elektroden. Die Häufigkeit ihres Auftretens wird durch Reinigung mit
Aether, wie Y.Ischiguro und Y. Goscho 65) berichten, ebenfalls wesentlich ver¬
mit
dem
Alkohol,
geringe
mindert.
Spuren
von
Oel anhafteten.
Nach 5... 10
285
-
-
4.2.14 Einfluss längerer Messunterbrüche auf die Ueberschlagspannung
von
Kugelfunkenstrecken
Uebereinstimmend mit meinen
Feststellungen
hat auch schon M.
Toepler
143)
darauf hingewiesen, dass Messunterbrüche von einer Stunde oder mehr das
Auftreten unterwertiger Durchschlage und grösserer Streuung begünstigen. Es
ist dann erneute Formierung nötig um wieder zuverlässig messen zu können.
4.2.15
Fälschung der Ueberschlagspannung
des Dünndrahtfeldes
durch Randeffekte
Wie ich bei der Aufnahme der Gleichstrom-Spannungskennlinien der An¬
ordnung eines positiven Drahtes gegenüber einer geerdeten Kugel feststellen
musste, wurde die Ueberschlagspannung durch den Rand der als Messbelag
dienenden Folie, die isoliert auf die Kugel aufgeklebt war, stark gefälscht.
mit konzentrischen Zylinderanordnungen kann man
Ueberschlagspannung durch Einflüsse von Isolations¬
strecken täuschen lassen. So mass beispielsweise F. Faulhaber 37) als Ueberschlagwechselspannung zwischen einem Draht von 1 mm p1 und dem ihn umgeben¬
den koachsialen Zylinder von 680 mm p" nur eine Ueberschlagspannung von 110
kVeff statt 506 kVeff. Dabei erfolgte der Ueberschlag durch den Einfluss des
Endes der Abschirmstrecke während der positiven statt der negativen Halbwelle.
Die von Faulhaber beobachtete fadblaue Entladung am Draht, die durch die be¬
sagte Isolation zustande kommt, hat grosse Aehnlichkeit mit dem von O. Mayr
Auch
bei
Messungen
sich leicht in der wirklichen
84)
beschriebenen
Platte,
den
er
Entladezustand
"Vorhang"
zwischen
einem
nennt. Auch E.Uhlmann
"reinen"
Draht und einer
150) stellte die Ueberschlag¬
spannung konzentrischer Anordnungen bei dünnem Innenleiter zu tief fest. Er be¬
obachtete dabei zwei Werte der Ueberschlagspannung. Beim tieferen der beiden
Werte handelt es sich offenbar um Funkenbildung aus Büschelentladung und beim
höheren um eine solche aus unreiner Ultrakoronaentladung.
Potentialgebirge auf der ebenen, bzw. schwach gekrümmten Gegenelektrode,
z.B. durch ungleichmässige Staubschichten hervorgerufen werden kön¬
die
nen, beeinflussen speziell bei positiver Polarität dieser Gegenelektrode
Ueberschlagspannung unter Umständen erheblich. Dies stellte S. Franck 48) für
das Minus Spitze-Platte-Feld fest. Beim Minus-Draht-Platte-Feld wurde von
W.Deutsch 28) des weiteren noch nachgewiesen, dass die überschlagspannungsvermindernde Wirkung des Potentialgebirges einer ungleichmässigen Staubschicht
ausserdem umso stärker ist, je grösser die der Prüfspannung überlagerten
Hochfrequenzschwingungen sind.
wie
sie
-
-
4. 2.16
Wichtigkeit
der
Stosserdung
286
-
für die einwandfreie
oszillographische
Aufnahme rascher Vorgänge
Notwendigkeit guter Erdung des Stosskreises am Anschlusspunkt
Kathodenstrahloszillographen zuzuführende Messpannung berichten
T.E.Allibone, W.G.Hawley und R.R. Perry 3). Sie oszillographierten den Ver¬
lauf von 50 <£ Ueberschlagstosspannungen bis 1000 kVg der Wellen 1/5, 1/50
und 1/580 /is. Als Erdung benutzten sie Blechbänder, annlich wie sie auch von
mir angewendet wurden.
Ueber die
für die dem
4.2.17
Entionisierungszeit
der Schaltfunkenstrecke eines Stosskreises
Uebereinstimmend mit meinen Feststellungen kommen auch die Forscher
Gegechkori 1) zum Schluss, dass die Entionisierungs¬
I. S. Abramson und N. M.
zeit des Funkenkanals
Funken frei
von
den Konstanten des
Entladungskreises
und
von
der im
gewordenen Energie abhängt.
In diesem Zusammenhang verdienen auch die Arbeit von E. O. Lawrence
F.G.Dunnington 75) in der das Anfangsstadium der Funken behandelt wird,
sowie die Untersuchung von J.D.Craggs und J. M. Meek 26), die sich mit den
Nachprozessen in Wasserstoff und Argon befasst, Erwähnung. Die Entionisierung
des Entladekanals in Luft, allerdings bei kleineren Spannungen als der von mir
verwendeten, wurde unter anderem auch von H. Viehmann 151) untersucht.
und
4.2.18
Stationäre Vorentladungen
an
Messfunkenstrecken
Vorentladungen an Staubspitzen geometrisch
von M.Toepler 143) beobachtet und
als
"Streifenentladungen" bezeichnet wurden, verbunden mit unterwertigen
Durchschlägen, gehören nicht zu den quasi-homogenen Anordnungen; hier sollen
saubere, formierte Elektrodenoberflächen vorausgesetzt werden.
Das Auftreten
von
stationären
homogener Feldanordnungen,
wie
sie z.B.
nämlich zwei Grenzkurven, die sich bei einer
mehr als dem Kugeldurchmesser, also ausserhalb des für Mes¬
sungen benutzten Schlagweitenbereichs, schneiden. Es sind dies die Kurve der
Anfangsspannung und die Grenzkurve der Streifenentladung. Letztere liegt bei
Schlagweiten, die kleiner als die zum Schnittpunkt der erwähnten Kurven gehö¬
Nach
Schlagweite
Toepler bestehen
von
rigen sind, unterhalb, bei grösseren dagegen oberhalb der Anfangsspannungs¬
jeweils tiefer gelegene Charakteristik ist stabil, die höher
gelegene labil. In dem für die Spannungsmessung gebrauchten Schlagweitenbe¬
reich erfolgt daher der Ueberschlag beim Vorhandensein von Staubspitzen, also
charakteristik. Die
Zustand, stabil aus der Grenzspannung der Streifenentla¬
sauberen, formierten Elektroden labil aus der Anfangsspannung
heraus. Dies erklärt das gelegentliche Auftreten unterwertiger Durchschläge.
Die "tiefen Aussenseiter" entsprechen der Grenzspannung der Streifenentladung.
Bei Schlagweiten, die oberhalb des erwähnten Schnittpunktes der Charakteristi¬
ken liegen, erfolgt die Funkenbildung entweder stabil aus der Anfangs Spannung
heraus oder aber labil aus einer Streifenentladung. Letzteres erklärt das Auf¬
treten von überwertigen Durchschlägen, die bisweilen in diesem Schlagweiten¬
Im Grenzfall beträgt die Ueberschlagspannung
bereich beobachtet werden.
im nicht formierten
dung
und bei
-
287
-
soviel, wie die Charakteristik der Streifenentladung angibt; es sind die "hohen
Aussenseiter". In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, dass das
Auftreten der bekannten büschelähnlichen Vorentladungen erst bei viel grösseren
Schlagweiten,
ist, erfolgt.
als den hier
betrachteten,
wo
das Feld noch einigermassen homogen
Dass das Auftreten von Vorentladungen im homogenen Feld durch die Ober¬
flächenbehandlung der Elektroden bedingt ist, wird auch durch eine Arbeit von
C.Stoerk und W. Holzer 129) bestätigt. Diese beobachteten bei einem Verhältnis
von Schlagweite zu Kugeldurchmesser grösser als 1, 2 an nicht zu grossen Kugeln
(5... 15 cm fi), nach Feinschmirgeln derselben, unter niederfrequenter Wechsel¬
spannungsbeanspruchung im Dunkeln
stationäre
Vorentladungen
bei
Atmosphären¬
druck.
4.2.19
Homogenisierung
des Dünndrahtfeldes
Die sich bildenden Raumladungen in der Umgebung eines dünnen glimmen¬
den Drahtes bewirken bei langsam ändernder Beanspruchung, wo also genügend
Zeit zu ihrer räumlichen Verteilung zur Verfügung steht, eine Feldhomogenisie¬
Ladenburg und W. Tietze 73) untersuchten dies bei der Anordnung eines
negativer Gleichspannung liegenden Drahtes, der von einem konzen¬
trischen Zylinder umgeben ist. Es wird dort gezeigt, wie die Feldhomogenisie¬
rung. R.
dünnen,
an
rung mit wachsender Stärke des Glimmstromes immer stärker wird und beim
Erreichen der UeberSchlagspannung im ganzen Feldraum praktisch konstante
Feldstärke vorhanden ist. Auch O. Mayr 82) befasst sich theoretisch und experi¬
Raumladungsproblem. Sehr ausführlich wird die erwähnte
auch von E. Uhlmann 150) behandelt. Seine Untersuchungen
befassen sich ausser mit der konzentrischen Zylinderanordnung noch mit dem
Draht-Kugel- und dem Spitze-Platte-Feld. Die Messungen werden mit Gleichund Wechsel Spannung durchgeführt. Es wird eine Methode zur angenäherten Be¬
rechnung der tatsächlichen Feldverteilung, die sich unter dem Einfluss der
Raumladungen einstellt, aus den aufgenommenen Strom-Spannungs-Kurven an¬
gegeben. Wegen der stets herrschenden gleichmässigen Glimmentladung ist das
Gleichspannungsfeld jedes einzelnen Raumpunktes auch zeitlich konstant.
mentell mit diesem
Feldhomogenisierung
4. 2.20
Homogenisierung des Spitzenfeldes
Im Spitzenfeld wird ebenfalls eine gewisse Feldhomogenisierung, die mit
wachsendem Glimmstrom zunimmt, beobachtet, doch ist sie viel geringer als im
Dünndrahtfeld und zudem an einem bestimmten Raumpunkt unter Gleichspannungs¬
beanspruchung betrachtet, weder örtlich noch zeitlich konstant, da die Raumla¬
dungsverteilung nicht durch reine Glimmentladung bestimmt wird. Mit der Feld¬
stärkenverteilung im Spitze-Platte-Feld befassen sich unter anderem O. Mayr
G.W.Trichel 147) und E. Uhlmann 150). Während die Feldstärke im Dünn¬
drahtfeld beim Erreichen der Ueberschlagspannung überall praktisch denselben
84),
hat, ist sie im Plus-Spitze-Platte-Feld vor der Spitze am grossten, nimmt
Richtung nach der Platte hin zunächst rasch, dann langsam ab und steigt
vor der Platte wieder etwas an. Die Leuchterscheinung, die mit der Feldstärke
parallel einher geht, erlaubt diese interessante Feldverteilung auch visuell zu
verfolgen. Bei passender Einstellung der Spannung ist es nämlich möglich, ein
Leuchten in der Umgebung der Spitze und vor der Platte zu erhalten, während
ein grosser Teil des Schlagraumes völlig dunkel bleibt.
Wert
dann in
-
288
-
Die Koronastromstösse
4.2.21
(Corona Pulses)
allgemeinen diskontinuierlich, d.h. er besteht
In der Nähe der Anfangsspannung gilt dies aus¬
nahmslos für alle stationären Vorentladungen an Prüf Objekten in Luft von Atmos¬
phärendruck. A. F. Kip 69) und W. N. English 33) sowie W. N. English und
L.B.Loeb 35), und ganz speziell H.W. Bändel 7) untersuchten dies für die An¬
ordnung Spitze Platte und CG. Miller und L.B. Loeb 92) 93) 94) für das
konzentrische Draht-Zylinder-Feld bei Gleichspannungsbeanspruchung. Bei all¬
mählicher Spannungssteigerung tritt bei beiden Polaritäten ein vielmaliger We¬
chsel des Entladungsmechanismus ein, wie er sich durch die stufenweise Aenderung der Glimmstromstösse offenbart. Ein grundsätzlicher Unterschied in der
Form oder Zeitdauer dieser Impulse ist zwischen dem Spitze-Platte- und dem
Draht-Zylinderfeld bei niederen Spannungen weder bei negativer noch bei posi¬
Der
aus
Koronastrom
einzelnen Stössen
ist im
(pulses).
-
tiver Polarität festzustellen.
Erst oberhalb des Einsatzes der dauernden Korona
(onset
of
steady corona)
scheint sich bei wachsender positiver Spannung der immer deutlicher werdende
Unterschied in den Entlademechanismen der Anordnungen Spitze Platte, bzw.
-
Draht-Platte auch in der Feinstruktur des zeitlichen Verlaufes des Koronastro¬
mes zu zeigen. Obwohl der Strom von mir nicht oszillographiert wurde, ist an¬
zunehmen, dass der positive Glimmstrom der Draht-Platte- Anordnung kontinuier¬
lich ist,
sich also nicht mehr
aus
Glimmstössen
(pulses) aufbaut,
einem gewissen Grundstrom überlagert sind. Arbeiten
bzw. solche
Stützung dieser An¬
sicht sind z.B. die Hochfrequenzstöruntersuchungen von O.Daubenspeck 27) und
F.O.Mc.Millan 89). Der polierte dünne Draht zeigt nämlich unter Hochfrequenz¬
belastung während der positiven Halbwelle keinen Strom. Es wird daraus ge¬
schlossen, dass der Unterschied zwischen positiver und negativer Ionenbeweg¬
lichkeit ein erheblicher sein muss und dass der negative Strom auch bei Atmos¬
phärendruck von einer grossen Zahl freier Elektronen getragen wird 27). Legt
man an den dünnen polierten Draht niederfrequente Wechselspannung an, so ent¬
steht in beiden Halbwellen ein Strom. Der Anstieg ist in der negativen Halbwelle
aber wesentlich steiler als in der positiven. In der negativen Halbwelle ist der
Strom ausserdem von Hochfrequenzschwingungen kleiner Amplitude überlagert,
die in der positiven Halbwelle vollständig fehlen. Dasselbe gilt ausser für den
polierten Draht ganz besonders ausgesprochen noch für den gleichmässig dünn
gefetteten 89). Der Strom der Ultrakoronaentladung ist demnach frei von über¬
lagerten hochfrequenten Schwingungen. An Anordnungen mit büschelnden Elektro¬
den, also im Spitze-Platte- wie auch im Feld, das den dicken zylindrischen
Leiter umgibt und noch allgemeiner ausgedrückt, in Feldern technischer An¬
ordnungen, zeigen sich bei hohen Wechselspannungen während der positiven
Halbwelle bei Niederfrequenz im Strom unregelmässige starke Zacken, deren
Feinstruktur aus überlagerten Hochfrequenzschwingungen besteht. Dies berichtet
uns J. T. Lusignan
jr. 78). Der Strom der positiven Büschelentladung ist folg¬
lich diskontinuierlich und von hochfrequenten Schwingungen überlagert.
zur
-
4.2.22
Klassische Vorarbeiten
289
zu
-
den
Untersuchungen
über
Ultrakoronaentladung
Die klassischen Vorstudien zu den Untersuchungen über Ultrakoronaent¬
ladungen sind die Literaturstellen von E.Uhlmann 150) und O.Mayr 82) und 84).
Speziell Uhlmann hat, gleich wie dies in meiner Arbeit geschehen ist, die An¬
ordnung Dünndraht Kugel untersucht und als erster entdeckt, ohne es zu mer¬
ken, dass die positive Ueberschlaggleichspannung des geometrisch inhomogenen
Feldes in Luft von Atmosphärendruck höher liegen kann als die negative. Die
dabei aufgetretene Entladung muss eine unreine Ultrakorona gewesen sein, da
die angegebenen Ueberschlagspannungen zu tief sind und die durch ein plötzli¬
ches Ueberwiegen von Büschelentladung verursachten sogenannten "Grenzkurven"
-
in Wirklichkeit nicht vorhanden sind.
4. 2.23
Systematische Untersuchungen
mit Keilwellen
Systematische Untersuchungen mit quasilinear ansteigenden Spannungen
über einengrossen Steilheitsbereich bei Spannungshöhen von einigen
Hundert kV an den Grundanordnungen existieren noch nicht. Untersuchungen
mit Keilwellen bis 2000 kV wurden z.B. an Freileitungsisolatoren von J. J.Torok
(Keilwellen)
und F.D.Fielder
4.2. 24
146)
Beeinflussung
unternommen.
von
Vorentladungen, Anfangs-
und
Ueberschlag¬
spannungen durch das Klima
Ueberschlagspannungen auf den Normaldruck von 760
Normaltemperatur von + 20°C wurden in dieser Arbeit die für
Kugelfunkenstrecken geltenden SEV-Vorschriften 125) benutzt. Danach ändert
sich die Ueberschlagspannung im interessierenden Gebiet fast proportional zur
relativen Luftdichte. Streng genommen ist dieses Reduktionsverfahren nicht
allgemein anwendbar, doch im vorliegenden Fall wegen der Kleinheit der durch
die Reduktion verursachten Aenderung der Ueberschlagspannung praktisch zu¬
lässig. Wie S. Franck 49) zeigte, ist sogar bei Kugelfunkenstrecken die genaue
Luftdichtekorrektur (die in diesem Falle mit der Korrektur der Anfangsspannung
identisch ist,) sehr kompliziert. Sie ist eigentlich nicht an der Spannung, sondern
den Elektrodenausmassen anzubringen, wobei Kugeldurchmesser, Schlag¬
an
weite, Kugelpotential, Polarität und die Luftdichte selbst, Einfluss haben. In
einer weiteren Veröffentlichung von S.Franck 47) wird über die komplizierte
Abhängigkeit der Anfangsspannung der verschiedenartigsten Elektrodenformen
von Druck,
Temperatur und Feuchtigkeit der Luft innerhalb weiter Bereiche
Zur Reduktion der
Torr
und die
bei einer Wechselspannungsbeanspruchung mit 50 Hz berichtet. Darnach ist die
Aenderung der Anfangsspannung schwächer als proportional zur Dichte, wobei
es bei den meisten Elektrodenformen gleichgültig ist, ob diese Dichteänderung
ausschliesslich oder teilweise durch eine Temperatur- oder Druckänderung er¬
der Spitze hingegen ändert sich die Anfangsspannung mit wach¬
sendem Druck langsamer mit der Luftdichte als bei Temperaturänderung. Die
zeugt wird; bei
Erklärung hierfür
tischen
Vergleich
wird in der kinetischen Gastheorie
gesucht.
Durch
systema¬
verschiedenen Forschern gemessenen betriebsf requentenUeberschlagspannungen an Isolatoren und Spitzenfunkenstrecken kommt
der
von
-
290
-
Schluss, dass die Ueberschlagspannungen im technisch
ungefähr proportional zur relativen Dichte ändern. H. C. Bowker 16) bestätigt diese Proportionalität speziell im Kugelfeld auch in anderen
Gasen. Er untersuchte eine Kugelfunkenstrecke von 20 mm 6 im Schlagweiten¬
bereich von 4... 10 mm, Druckbereich 0, 25... 2 ata und Temperaturbereich
20... 1000°C in den Gasen H2 und N2.
W.Weicker
152)
zum
interessanten Gebiet
komplizierter, als die erwähnte Druck- und Temperaturabhängigkeit
diejenige von der Luftfeuchtigkeit zu sein. W.Weicker 152) gibt zwar im
Mittel pro gr/nw absolute Feuchtigkeitszunahme eine Erhöhung der Ueberschlagspannung von 1,0... 1,5 % für industriefrequente Wechselspannung und 0, 5... 1%
für Stosspannung an, bemerkt hierzu aber, dass diese Abhängigkeit stark von
der Spannungsform, Schlagweite, Polarität und Objektanordnung Destimmt wira.
Dies bestätigen auch die'Arbeiten von O.Gerber 54) sowie T.Nishi und J. Nakajima
99). Die erwähnten Arbeiten befassen sich alle mit Prüfobjekten, die zur Gruppe
bj *) gehören. Umgekehrte Feuchtigkeitsabhängigkeit der Ueberschlagspannung
sind aber auch bekannt geworden. Dies stellte beispielsweise J.V. Lebacqz 76)
bei der Halbkugelkuppen-Spitze fest. Dadurch, dass Feuchtigkeit, wie M. Menés
und L.H. Fisher 86) berichten, Büschelbildung im Spitze-Platte-Feld fördert,
Noch
scheint
der
Entlademechanismus
also zuweilen
stark verändert werden kann,
ist die
Aufstellung allgemein gültiger Reduktionsgesetze so gut wie ausgeschlossen. An
Leitungsseilen und dickeren Drähten sind, wie aus einer Arbeit von U.Müller 98)
hervorgeht, die Entladungserscheinungen stark von Durchmesser und Aufbau der
Seile abhängig; es wird also der Feuchtigkeitseinfluss bei zylindrischen Leitern
durchmesserabhängig sein. Diesbezügliche Untersuchungen an dünnen Drähten
fehlen fast völlig; über ihre Anfangsspannung wird von H. B. Brooks und F. M.Defandorf 19) berichtet, dass Feuchtigkeit dieselbe an reinen Drähten erhöht und
an verunreinigten erniedrigt. Die Beeinflussung ist also stark vom Oberf lachen
-
107) folgerten aus ihren ein¬
gehenden Versuchen über die Abhängigkeit der Anfangsspannung und der Verluste
vom Oberflächenzustand, dass die Dicke der jeden Leiter umgebenden Wasser¬
haut die dabei ausschlaggebende physikalische Grösse ist. Je grösser ihre Dicke,
desto niedriger liegt die Anfangsspannung und desto höher sind demzufolge die
Verluste. Nach Cohnstaedt 25) verdicken hohe relative Feuchtigkeit, ferner
"aktivierte" d.h. metallisch reine, nicht gealterte Elektroden und schliesslich
ultraviolette Bestrahlung alle die Wasserhaut. Anfangs Spannung und Verluste
sind daher von der relativen Feuchtigkeit abhängig. Die Dicke der Wasserhaut
an metallisch reinen Oberflächen ist umso grösser, je elektronegativer das be¬
treffende Metall ist. Ihre Dicke nimmt durch Alterung und Oxydation ab, da das
Oxyd elektropositiver als das reine Metall ist. Daher steigt die Anfangsspannung
bei fortschreitender Alterung, während die Verluste zurückgehen. Uebereinstimmend mit der Wasserhauttheorie erniedrigt schliesslich ultraviolette Be¬
zustand
abhängig.
K. Potthoff und B.
Mathiesen
strahlung die Anfangsspannung und erhöht die Verluste. Andererseits vermindert
die genannte Strahlenart den Zeitverzug der Entladung, was nach H.Ritz 117)
auch durch Steigerung der relativen Feuchtigkeit und damit ebenfalls durch Wasserhautverdickung erreicht werden kann. Bezüglich der Ueberschlagspannung
allgemein die Auffassung vertreten, dass ihre Höhe bei statischer Bean¬
spruchung im homogenen Feld mit steigender Absolutfeuchtigkeit zunimmt. Dies
wird unter anderem auch in der genannten Arbeit von Ritz bestätigt. Bei der
Ueberschlagstosspannung sind gleichzeitig zwei Beeinflussungen im Spiel. Eines¬
teils wächst die Ueberschlagspannung ähnlich der statischen Durchbruchspannung
mit steigender absoluter Feuchtigkeit, anderenteils nimmt sie aber infolge der
Beeinflussung des Zeitverzugs mit wachsender relativer Feuchtigkeit ab. Aus
diesen Gründen ist die Feuchtigkeitsabhängigkeit für Stossbeanspruchung geringer
wird
als für statische.
*) Man vgl. Abschnitt 3.1.
-
291
-
Auch die Feuchtigkeitsabhängigkeit der Ueberschlagspannung bei zusam¬
mengesetzter Beanspruchung wird sicherlich sowohl vom Absolut- wie vom Re¬
lativwert der Feuchtigkeit beeinflusst. Dies deshalb, weil die einfache statische
Ueberschlagspannung von der Absolutfeuchtigkeit abhängt, der statische Vorent¬
ladungsstrom, sowie der Entladezeitverzug der Stosspannungskomponente aber
mit dem Relativfeuchtigkeitsgehalt In Zusammenhang stehen. Schwächung oder
Verstärkung des genannten Stromes und damit auch der Vorentladung, aus der
sich der Funke entwickelt, müssen logischerweise ebenfalls auf die Höhe der
Ueberschlagspannung bei zusammengesetzter Beanspruchung mitbestimmend
sein.
4.2.25 Verschiedenheit der
Keilwellen oder
Ueberschlagspannung
oei
Beanspruchung mit
vollständigen Stössen gleicher IEC-Steilheit
Auf die Unterschiede der Ueberschlagspannungen der Anordnungen im un¬
gleichförmigen Feld, je nachdem ob der Ueberschlag in der Stirn oder im Rücken
der Stosswelle, bei gleicher IEC-Zeit bis zum Ueberschlag To erfolgt, hat unter
anderem J. H. Hagenguth 59) aufmerksam gemacht. Er empfiehlt die übliche Dar¬
stellungsmethode der Ueberschlagspannungen in Form von Stosskennlinien durch
breite Kurvenbänder, wie sie durch Aufzeichnen der Kurvenscharen von Ueber¬
schlagspannung Up in Funktion der Zeit bis zum Ueberschlag T2 mit dem Ver¬
hältnis von Stirnzeit Ti zur Zeit bis zum Ueberschlag T2 entstehen, zu ersetzen.
Bei den Messungen mit quasilinear ansteigender Spannung (Klasse lb*)),also mit
Keilwellen, wo der Ueberschlag in der Front erfolgt, ist T1/T2
1, bei den
Spannungen der Klasse la mit Ueberschlag im Scheitel oder Rücken, ist das ge¬
nannte Verhältnis T1/T„ grösser.
=
4.2.26
Entwicklung
von
Vorentladungen
Prüfobjekten
der
und Funken bei den
Gruppe
b«
_*)
Eine sehr grosse Zahl von Arbeiten berichten über die ersten Anfänge der
Vorentladungen im Einsatzgebiet, die Ausbildung der Vorentladungen selbst, so¬
wie die Funkenentwicklung und ihre Nachprozesse an Prüf objekten der Versuchs¬
gruppe bj. Hierher gehören alle technischen Anordnungen, auch die Leitungs¬
seile und speziell die Grundanordnungen Spitze-Platte und Kugel-Platte bei sehr
grosser Schlagweite. Aus der Fülle der vorhandenen Literatur stellen sollen nur
einige moderne und besonders markante berücksichtigt werden.
G.W.Trichel
147)
berichtet in seiner klassischen Arbeit über Glimmstösse
positiven Spitze-Platte-Funkenstrecke bei Gleichspannung,
dass sich der Strom aus einzelnen Stössen zusammensetzt, deren Ansatzpunkte
über die ganze Oberfläche der Spitzenelektrode verteilt sind. Die einzelnen Stösse
bestehen aus einer Reihe aufeinanderfolgender Elektronenlawinen, welche in die
Gebiete hoher Feldstärke um die Spitzenelektrode hineinlaufen und durch ihre
zurückbleibende Raumladung das Feld vergleichmässigen und so schliesslich den
Strom des betreffenden Impulses zum Verlöschen bringen. Solche Stromimpulse
im
Anfangsgebiet
einer
0,01 /Us; darauf folgt dann eine längere Zeitdauer von etwa
gebildete, zunächst örtlich konzentrierte Raumladung soweit
verteilt wird, dass eine Wiederzündung erfolgen kann. Diese Wiederzündung wird
entweder durch in der Raumladung verbliebene negative Ionen oder durch Elektro¬
nen, die lichtelektrisch von einem weiter entfernten Stromstoss ausgelöst worden
entwickeln sich in
1
/Us,
in der die
*) Man vgl. Abschnitt
3.1.
292
-
-
Spannung steigert, werden während den Stromvon der Spitze her in den Schlagraum hinein
wachsen. Erlöschen diese Stiele und zünden sie bei abgesenkter Raumladung
wieder, so verlängern sie sich in Kathodenrichtung weiter, ähnlich wie die Vor¬
entladung des Blitzes, allerdings mit umgekehrter Entwicklungsrichtung. Wenn
ein Stielbüschel die Platte erreicht, leitet ein kräftiger von dort rückwärts lau¬
fender Plasmaschlauch den Funken ein. W.N.English 33) unterscheidet bei po¬
sitiver Spitzenentladung mit wachsender Spannung drei Entladungsgebiete.
Erstens dasjenige mit intermittierendem Charakter (Geiger-Zählergebiet) bei
dem entweder ein bläuliches, eng an der Spitzenkuppe anliegendes Glimmen
(burst pulses) auftritt, oder aber die Entladung aus lichtschwachen Fäden be¬
steht, die in die Schlagweite deutlich hinein ragen (pre onset streamers). Der
Entladestrom hängt in diesem Gebiet von der Zahl der im Feldraum durch
äussere Ursachen gebildeten Elektronen ab. Zweitens ein von der äusseren Ioni¬
sation unabhängiges Gebiet, bei dem die Entladung aus gleichmässigen, der
Spitze eng anliegenden Glimmstössen (steady burst corona) besteht. Hier über¬
wiegt offenbar ein ultrakorona-ähnlicher Mechanismus und drängt durch die da¬
bei entwickelte starke Raumladung die Büschelbildung zurück. Beim dritten und
letzten Vorentladungsgebiet werden übe rschlagverursachende Büschelentladungen
(breakdown streamers) gebildet. Diese ähneln den im ersten Gebiet gebildeten
Entladungsfäden, nur sind sie viel länger und leuchtender. Vermögen schliess¬
lich diese Büschelentladungen den gesamten Schlagraum bis zur Kathode zu über¬
brücken und damit Sekundärprozesse an dieser Elektrode einzuleiten, so erfolgt
der Durchschlag.
Wenn
sind, eingeleitet.
stössen Büschelstiele
man
die
gebildet,
die
Die negative Spitzenentladung wird bei allen Spannungshöhen durch das Auf¬
von Trichel-Stössen (Trichel pulses) gekennzeichnet. Im Einsatzgebiet,
treten
wo
die
Entladung
von
einem bestimmten Punkt der
Spitze ausgeht, erscheinen
diese Stösse zuerst in
unregelmässigen Zeitabständen. Bei Spannungssteigerung
werden sie aber bald regelmässig und ihr Zeitabstand entspricht dann der Lauf¬
negativen Ionen im Feld, die grössenordnungsmässig einige ms beträgt.
Frequenz der Trichel-Stösse (pulse repetition frequency) nimmt eine ge¬
wisse Zeit lang mit wachsender Spannung zu, währenddem ihre Amplituden ab¬
nehmen. Auf einmal beobachtet man die Ausbildung eines neuen Entladungsfusspunktes an der Spitze, wobei die Stossfrequenz plötzlich ab- und die Stossamplitude zunimmt. Steigt die Spannung weiter, so geht die Frequenz der Stösse
erneut in die Höhe, während ihre Amplitude abnimmt, bis an der nächsten
Schwelle (change of mode) das soeben Beschriebene sich wiederholt. Bei ge¬
nügender Spannungssteigerung erfolgt schliesslich der Ueberschlag aus einer
"Trichel-pulse corona", ohne dass vorher oberhalb des Einsatzgebietes je ein
kontinuierlicher Strom hätte festgestellt werden können.
zeit der
Die
Wie
man
der
von H.W. Bändel
7) weiss, entspricht bei
Polaritäten der Koronaeinsatz nur einem einzigen Punkt in
heute durch die Arbeit
keiner der beiden
Strom-Spannungs-Kennlinie,
sondern besteht seiner Feinstruktur nach
aus
einer grossen Zahl von Wechseln der Entlademechanismen, die sich im Oszillo¬
graphen durch ihre Stosstromverläufe äussern. H.W.Bändel unterscheidet im
Einsatzgebiet bei positiver Polarität mit wachsender Spannung nacheinander
folgende Schwellen: Burst pulse onset, streamer onset, steady corona onset,
steady corona achieved, extention of discharge from tip und bei negativer die
Schwellen: Trichel pulse onset, beginning of glow wandering, streak thru fan,
Townsend discharge, multiple glow begin.
Interessant ist noch die Feststellung
und die negative
Anfangsspannung
von
W. N.
English, wonach
die
positive
Metall-Spitze-Platte-Anordnung
praktisch gleich hoch sind und an der Wasser-Spitze 34) sowie bis zu einem ge¬
wissen Grad auch an Halbleiterspitzen (FeS, CuO, As) 35) die negative Anfangs¬
spannung
bedeutend
tiefer
als
in
Luft der
die positive
ist. Auch bei Eisspitzen
ist nach
-
H.W.Bändel
6)
293
-
diese Tendenz schon merklich ausgeprägt. Erklärt wird dieses
Verhalten durch den kleinen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten der Nicht¬
metallspitzen. Versuche in reinem und unreinem Wasserstoff, Stickstoff und
Argon von G. L. Weissler 154) ergeben auch starke Unterschiede in den Anfangs¬
spannungen reiner Gase.
Wie bereits
erwähnt, sind die Vorentladungen bei statischer Beanspruchung
zylindrischen Leitern (Leitungsseilen) nach U. Müller 26) sehr viel¬
fältig und von Leiterdurchmesser, Aufbau, Oberflächenzustand und der Span¬
nungshöhe abhängig.
an
dickeren
Die Stosskorona im Spitze-Platte-Feld unterscheidet sich nach D. B. Moore
W.N.English 97) prinzipiell nicht von derjenigen unter Gleichspannung, nur
sind die auftretenden Erscheinungen durch die relativ viel schwächere Raum¬
ladung, ausgeprägter. Bei positiver Spitze zeigt sich an der Kuppenpartie wie¬
der helles Glimmen (burst pulse corona) und ausserdem treten noch lange ra¬
diale Leuchtfäden (streamers) in Erscheinung. Diese letzteren gewinnen bei
und
Spannungssteigerung deutlich an Intensität
schwache Raumladungsfeld vor der Spitze
und Leuchtkraft. Durch das relativ
entwickeln
sich die
Leuchtfäden in
Richtung der Kraftlinien und sind relativ länger als bei der Gleichspannungs¬
korona. Bei negativer Spitze zeigen sich wieder die regelmässigen TrichelStösse; ist die Spannung genügend hoch, so treten während eines Stosses mehrere
Trichel-Stösse auf. Hat sich der letzte gerade teilweise entwickelt, wenn der
Rechteckspannungsstoss aufhört, so verbleibt eine hochkonzentrierte Raumladung
positiver Ionen dicht vor der Spitze und in weiterer Entfernung vor ihr eine
Wolke negativer Ionen und Elektronen. Nach Ansicht von Loeb bildet sich dann
zwischen den genannten Ionenwolken ein positives Büschel (streamer) aus, wel¬
ches die beobachtete zackenförmige Entladung (spike) verursacht. Dass diese
Zackenentladung in elektropositiven Gasen ausbleibt, wird als Beweis dafür an¬
gesehen, dass dabei die während den Trichel-Stössen in elektronegativen Gasen
gebildete negative Ionenwolke massgebend beteiligt ist. Die sich bei dem unvoll¬
kommenen Stossdurchschlag bildenden Vorentladungen können, wie auch die
stationären
Gleichspannungsvorentladungen,
mit Hilfe der Wilson'sehen Nebel¬
H. Kroemer 70) zeigte. Bei ganz
positiven Stössen entstehen im Spitze-Kugel-Feld von der Spitze aus¬
gehende Nebelspuren, die Aehnlichkeit mit positiven Lichtenberg'schen Figuren
haben. Bei flachen positiven Stössen bilden sich feine, un verästelte Kanäle,
deren Zahl mit abnehmender Stossteilheit zunimmt, was vermuten lässt, dass
sie nacheinander entstehen. Spannungserhöhung fördert das Verästeln der Kanäle.
Bei positiver Stosspannung erscheint an der Spitze zunächst ein glimmender
Punkt, der bei genügender Spannungshöhe einer Büschelentladung weichen muss.
Bei negativer Spitzenpolarität bilden sich bei steiler Welle Büschel, bei flacher
hüllt eine Halbkugelspur die Spitze ein und bei Gleichspannung sitzt bekanntlich
ein Lichtpunkt vor der Spitze.
kammer
gut sichtbar gemacht werden, wie dies
kurzen
Die starke Stossbüschelentwicklung bei sehr hohen Spannungen und grossen
Schlagweiten und die damit verbundenen Stromimpulse wurden schon recht früh¬
zeitig von H.H.Schneider 122) ausführlich untersucht. Er oszillographierte den
Strom der Stosswelle 0,5/50 /is auf Hochpotential, wie er sich an Spitzen,
Kugeln, Ringen und Zylindern bei 2... 10 m Schlagweite und 200... 850 kVsw
Wellenscheitelspannung entwickelt und photographierte die sich dabei ausbilden¬
den Entladungen.
Bei positiver Polarität ist die Entwicklung der Entladung stark von der
Elektrodenform abhängig. An der Spitze bildet sich zunächst ein einziger Haupt¬
kanal, aus dem gerade, lichtschwächere Seitenäste entspringen. Die Kanäle
endigen in einer Streifenentladung mit diffusem Rand. Der Strom springt ziem¬
lich rasch an. In 5... 8
erreicht er eine erste Spitze von 4... 8 A bei 850 kV
und ca.
8
klingen
sind
m
yas
Schlagweite und klingt dann langsam exponentiell ab. Diesem
Spitzen und Täler überlagert, deren Ursachen vermutlich in
Ab¬
der
294
-
-
Ausbildung von Seitenästen an den Verzweigungsstellen zu suchen sind. Die
Hauptentladung bildet sich ruckweise aus und zwar nehmen die Entwicklungszeiten
der einzelnen Teilstücke mehr und mehr ab, je länger die Büschelentladung ge¬
worden ist. Das ruckweise Vorwachsen der Entladung hängt mit der die jeweilige
Kanalspitze einhüllenden Wolke positiver Ionen zusammen, die am Ende einer
Ruckstufe so stark geworden ist, dass sie die Entladung vorübergehend zum
Stillstand bringt, worauf ein Weiterwachsen in anderer Richtung und eine eventuelle
Verzweigung stattfindet. Durch die Verzweigungen wird die allgemeine Feldver¬
teilung vergleichmässigt, sodass die einzelnen Entladungsstrecken an Länge zu¬
nehmen. Das Ende eines jeden Stieles ist dort, wo die Feldstärke unter die
Ionisationsgrenze sinkt, während der ganze Kanal dort endigt, wo das Potential¬
gefälle nicht mehr genügt um in der Streifenentladung eine genügend grosse Io¬
nendichte für den Umschlag in einen Stiel zu erzeugen. Die positive Stossbüschelentladung an der Kugelelektrode wächst zunächst als stromschwache Strei¬
fenentladung ca. 5 /as lang vor, nachher kommt eine 10... 20 mal höhere Strom¬
spitze, die bis zu 80 A betragen kann, aber von sehr kurzer Dauer (0,1.. .0, 3/Us)
ist. Dabei entsprechen die angegebenen Zahlenwerte den bei der Spitze geschil¬
derten Verhältnissen. Während der kurzzeitigen Stromspitze wird ein langes ge¬
rades Kanalstück gebildet, aus welchem ähnlich wie bei der Spitze, Seitenäste
herausschiessen. Die Verzweigungsstellen sind aber hier nicht unbedingt auch
Knickstellen des Hauptkanals. Die anfängliche Verzögerung des Einsatzes der
Entladung wird mit dem Vorhandensein einer Raumladungssperrschicht erklärt.
In grosser Entfernung beobachtet man das Aufhören der Streifenentladung und
einer der Seitenäste wächst dann, genau wie bei der Spitze, als Hauptkanal wei¬
ter
vor.
Während bei der positiven Entladung die Büschelbildung bei einigen Metern
ca. 300 kV beginnt,
liegt ihr Einsatz bei negativer bedeutend
Schlagweite bei
höher, nämlich
bei
600. ..700 kV.
Bei
(Kugel
Büschelentladungen.
der verwendeten Elektroden
bildung der
in
Nach T. R. Foord 43) gibt
elektropositiven Gasen (non
es
negativer Polarität bestehen hinsichtlich
oder
Spitze)
keine Unterschiede in der Aus¬
positive Büschelkorona
attaching gases),
electron
im
Spitze-Platte-Feld
z.B.
N2,
nicht.
Die
sichtbare Entladungsform ist hier direkt der Durchbruch. Hingegen tritt
die positive Büschelentladung in elektronegativen Gasen (elektron attaching gases),
erste
z.B.
und
bei
CCI2F5
wird das
aus
und SFß, auf. Bei Drucksteigerung weit über die Atmosphäre hin¬
Vorentladungsgebiet, d.h. das Spannungsintervall zwischen Anfangs¬
Durchschlagspannung immer schmäler, bis es
elektropositiven Gasen gänzlich verschwindet.
bei sehr hohen Drücken wie
Viele interessante Arbeiten berichten über die Funkenentwicklung. A. ZinN.Nikolaevkaja 158) photographierten ebenfalls das Vorwachsen der
Entladung bei unvollkommenem Durchbruch in etwas kürzeren Funken strecken.
Es zeigte sich dabei, dass der Entladungskanal hier nicht durch eine einzige, von
german und
der Kathode
aus
zur Anode laufende Elektronenlawine gebildet
wird, sondern sich
mehreren Einzelstücken aufbaut, die allmählich zusammenwachsen und so
einen gemeinsamen Kanal bilden. Dass Elektronenlawinen durch ultraviolette
Strahlung auch im Gasraum beginnen können, bewies H.Raether 115), wobei die
Lawinen offenbar an Klebeelektronen im Gas anfangen, denn die zur Ionisation
verwendete Strahlenart besitzt ja nicht genügend Energie, um Atome zu ionisie¬
ren.
In
einer anderen Arbeit
wachsgeschwindigkeit
113)
berichtet H.Raether sodann über die Vor-
der Elektronenlawine in Luft und
Ho, die er zu 1,25, bzw.
10' cm/s ermittelt. Weiter untersuchen noch H.Tiaether,
0,75
C.D.Bradley
und L.B.Snoddy 111) die Ionenverteilung bei Stössen von einigen 10_5s und Span¬
.
nungen bis
sitiver
zu
Spitze
10 kV im Spitze-Platte-Feld mit Hilfe der Nebelkammer. Bei po¬
zeigt sich die bekannte Büschelbildung mit Stiel an der Spitze.
-
295
-
Diese Stiele
wachsen, infolge Aufsteilung des Spannungsgefälles am Kanalende, bis
Schlagweite hinein. Bei negativer Polarität wird die Spitze von einer,
je nach der Art des Gases verschiedenen, in Sektoren eingeteilten Ionenwolke
eingehüllt. Knapp vor dem Durchschlag schiesst ein kanalförmiges Gebilde bis
an die Gegenelektrode vor.
weit in die
T.E. Allibone und J. Meek haben sich bereits in einer älteren Arbeit 2) mit
der Entwicklung langer Funken bis zum vollendeten Durchbruch bei Stössen bis
2000 kV befasst. Sie benutzten dabei unter anderem die einpolig geerdeten An¬
ordnungen Spitze Spitze, Spitze Platte und Spitze-Kugel. Aus Aufnahmen mit
Boys-Kamera an Funkenstrecken mit 0,25...2 m Schlagweite bei Atmos¬
phärendruck und 0, 75 m bei vermindertem Druck (20.. .760 Torr) stellten sich
weitgehende Parallelen mit dem Verhalten des Blitzes heraus. So beobachteten
sie bei negativer Spitze ein Vorwachsen der Vorentladung von der Spitze nach
der Platte hin; bei umgekehrter Polarität dagegen eine gleichzeitige Entwicklung
zweier Vorentladungen von jeder Elektrode aus, die entweder in einem Zuge
oder in Ruckstufen gegeneinander vorwachsen. Die entgegengesetzt gerichtete
Hauptentladung, die den wirklichen Ueberschlagsfunken darstellt, setzt ein,
wenn der Vorentladungskanal voll ausgebildet ist. Die dabei gemessenen Vorwachsgeschwindigkeiten betragen für die Vorentladung 10l... 10? cm/s, also im
Grenzfall ca. eine Grössenordnung weniger als beim Blitz und für die Hauptent¬
ladung fand R. Strigel 130) 132), bei 30.. .40 % überschiessender Spannungs¬
höhe, Geschwindigkeiten bis zu 1/10 derjenigen des Lichtes. T.E. Allibone 4)
veröffentlichte in neuerer Zeit noch bemerkenswerte Photographien über die
Funkenbildung an der negativen Spitze bei Spannungen bis 500 kV.
-
-
der
Ueber die bekannte Tatsache, dass sich der Stossdurchbruch an einer ge¬
rundeten Elektrode viel rascher ausbildet als an einer scharf gekrümmten, kan¬
tigen, berichtet z.B. P. H. Mc. Auley 5), der das Ansprechen einer Stab-Fun¬
kenstrecke und einer dazu parallel geschalteten grossen Kugelfunkenstrecke
(150 cm fi) bei Stössen sehr grosser Steilheit (5000 kV/ /us) und Span¬
nungshöhe (3000 kV) untersuchte. Bei einer Schlagweite
von
25,4 cm sprach die Kugelfunkenstrecke allein an,
< 14
cm war.
Im
Schlagweitenbereich
zwischen
14
und
der Stabfunkenstrecke
wenn
41
ihre
cm
Schlagweite
zündeten beide
gleichzeitig und bei mehr als 41 cm Schlagweite an der Kugelfunken¬
erfolgten nur noch an der Spitzenfunkenstrecke Ueberschläge. Hieraus
lassen sich interessante, vergleichende Schlüsse über die vorhandenen Zeitver¬
züge und Vorwachsgeschwindigkeiten der Entladungen ziehen. C. L. Fortescue
46) stellte bei seinen Messungen der Ueberschlagscharakteristiken von Isolier¬
anordnungen unter Stoss fest, dass Kettenisolatoren mit scharfkantigen Schutz¬
armaturen höhere Stossfaktoren haben als solche mit runden, eine Tatsache, die
heute allgemein bekannt sein dürfte. Ausserdem beobachtete er, dass sich bei
Stossbeanspruchung nach dem Ueberschreiten der statischen Durchschlagspan¬
nung eine Streifenentladung auszubilden beginnt. Auch R. Strigel 131) stellte
fest, dass die statistische Streuzeit des Entlade Verzugs durch Vergrösserung
der Anodenkrümmung im inhomogenen Feld zunimmt. R. Strigel veröffentlichte
ebenfalls sehr interessante Beobachtungen 130) und 132) über die Ausbildung der
Entladung bei Spannungsstoss im Spitze Platte Feld (bis 3000 kV). Es macht
sich ein starker Einfluss des Spannungsanstieges der Versuchswelle bemerkbar.
Der Umschlag der dem eigentlichen Durchschlag vorausgehenden Kanalentladung
in die Funkenentladung geht bei positiver Spitze über eine Vorentladung vor sich,
die mit einer Geschwindigkeit von mehreren 10® cm/s von der Anode nach der
Kathode vorwächst. Die Geschwindigkeit der nachfolgenden Hauptentladung findet
dieser Verfasser ebenfalls wieder eine Grössenordnung höher. Bei negativer
Spitze stellt Strigel übereinstimmend mit einer Beobachtung von M.Toepler 144)
im homogenen Feld ebenfalls fest, dass die Vorentladung aus zwei Teilen ent¬
steht, die von den beiden Elektroden gleich rasch gegeneinander vorwachsen.
Ihre Geschwindigkeit entspricht etwa derjenigen der Hauptentladung bei umge¬
kehrter Polarität. Interessante Photos hierüber veröffentlichte auchW. Holzer 63).
Strecken
strecke
-
-
296
-
-
Die beobachteten Aufbauzeiten der Entladung von 30 ns bei Stossverhältnissen
kurz. Diese Zeiten umfassen das Vor¬
von nur 1,6 scheinen ausserordentlich
wachsen des Lawinenkanals und den Umschlag der unselbständigen in die
selbständige
von
Entladung. Es ergeben sich somit Elektronengeschwindigkeiten
1()8 cm/s im Mittel. Auch M. Menés und L. H. Fisher 86) mas-
mehr als 2
neuerdings
Spannungen bei
sen
•
Aufbauzeiten
für
ganz
schwach überschiessende
(0...1,5%)
Entladung an einer feinen positiven Spitze (Endkuppenradien
0,07, 0, 2 oder 0, 3 mm) gegenüber einer (5, 10 oder 15 mm entfernten) Platte.
Die Aufbauzeiten sind auch bei ganz geringem Spannungsüberschuss noch über¬
spannungsabhängig. Bei 0 % Ueberspannung zeigen die Aufbauzeiten einen oberen
der
Grenzwert von 0,1, bzw. 1 /is bei Drücken von 760, bzw. 30 Torr. Nach den
neuesten Messungen scheinen die angegebenen Zahlenwerte aber noch ein bis
zwei Grössenordnungen
zu
tief
sein.
zu
Aussergewöhnliche Streuung der positiven statischen
4. 2. 27
Ueberschlagspannung
Im allgemeinen
homogenen Feld bei
Ganz ausgesprochen
ist die
im
inhomogenen Feld
Streuung
statischer
der positiven Ueberschlagspannung im in¬
Beanspruchung nicht aussergewöhnlich hoch.
gross kann sie aber bei bestimmten Stabelektrodenformen
innerhalb eines beschränkten Schlagweitenbereichs doch werden. J.V. Lebacqz
76) fand diese Eigenschaft am stärksten beim Rundstab mit HalDkugelkuppe bei
mittleren Schlagweiten ausgeprägt. Dabei zeigte sich gleichzeitig die an früherer
Feuchtigkeitseinflusses. Weiter beobachtete er,
Eigenart durch die Oberflächenbeschaffenheit bedingt war und schon
die
Unregelmässigkeiten eines Brandkraters eine starke Umgestaltung des
abnormalen Verhaltens hervorzubringen vermögen.
Stelle
erwähnte Anomalie des
dass diese
4.2.28 Das Stossverhältnis
von
kantigen
und
von
abgerundeten Elektroden
hat bei gleicher Schlagweite die schärfer gekrümmte
Prüfspannungssteilheit geringere Ueberschlagspannung als
die weniger scharf gekrümmte Elektrode, während bei grosser Steilheit die Ver¬
hältnisse umgekehrt liegen. Die kantige Elektrode hat folglich auch das grössere
Stossverhältnis als die gerundete. Diese bereits im Abschnitt 4.2.26 erwähnte
Erscheinung ist gut bekannt und technisch bedeutungsvoll.
Im
inhomogenen Feld
Elektrode bei kleiner
4. 2.29 Hohe
Ueberschlagspannung
ihrem
an
Krümmungsradius
gerundeten Elektroden
nicht
zu
grossen
bei relativ
zu
Schlagweiten
Es ist klar, dass die Ueberschlagspannung einer gerundeten Elektrode
gegenüber einer Platte bei nicht zu grosser Schlagweite, wo das Feld noch als
quasihomogen zu betrachten ist, also keine stationären Vorentladungen möglich
sind, saubere, formierte Elektroden vorausgesetzt, relativ hoch liegt. Solche
Anordnungen sind z.B. der bei meinen Messungen gebrauchte, 8 mm dicke Zy¬
linder gegenüber einer Kugel bei einigen mm Schlagweite und der von J.V. Lebacqz
76) untersuchte, senkrecht zu einer Platte stehende Rundstab mit halbkugelför¬
migem Ende bei ebenfalls geringer Schlagweite.
-
297
-
4.2.30 Steilheitsabhängigkeit des Spannungszusammenbruchs beim
allgemein und
Infolge
in Feldern der
Gruppe b.,
üeberschlag,
im besonderen
der geringen Zeitauflösung in der Gegend des Spannungszusammen¬
von mir mit flachen Wellen an Versuchsobjekten der Gruppe bi
bruchs bei den
aufgenommenen Oszillogrammen lässt sich nicht aussagen, ob der Mechanismus
des Ueberschlages selbst-auch noch steilheitsabhängig ist. Letzteres muss nach
der bereits im Abschnitt 4.2.26 schon näher beschriebenen Arbeit von M. Menés
und L.H. Fisher 86) und verschiedenen Bemerkungen von R. Strigel 133) zum
mindesten für die allerersten Stadien bejaht werden, hingegen scheint der dann
folgende Spannungszusammenbruch kaum noch von der Funkenvorgeschichte, also
weder vom Prüfobjekt noch dem Prüfspannungsverlauf, wie M. Messner 87) im
homogenen Feld bei kleinen Schlagweiten mit Rechteckwellen feststellte, abhängig
zu
sein.
4.2.31
Entionisierung nach Stossdurchschlägen
Bei meinen
Untersuchungen mit Keilwellen sehr geringer Steilheit (Grösbestand jeder Stossüberschlag aus schaltungstechnischen
Gründen aus dem für die eigentliche Feststellung der Höhe der Ueberschlagspannung massgebenden ersten Ueberschlagswert und einer Serie nachfolgender
Ueberschläge, die durch erneutes, angenähert gleich steiles Ansteigen der Prüf¬
spannung verursacht wurden. Da die Höhe des ersten Ueberschlagswertes mit
den folgenden, die einen zeitlichen Abstand von grössenordnungsmässig 10^.. .10^
Ms besitzen, praktisch übereinstimmt, ist der Beweis dafür erbracht, dass die
Entionisierung zwischen zwei Ueberschlägen mindestens genügend weit fortge¬
schritten ist, um Rückzündungen zu verhindern. Diese Feststellungen bestätigen
gut die Untersuchungen von H. Viehmann 151), wonach die Ionisierung nach Stoss¬
durchschlägen in Luft nach 102/us noch nachweisbar, nach 104,u.s aber ver¬
schwunden ist. Er benutzte dabei Keilwellen mit Steilheiten zwischen 10-4 und
102 kV//U.s, aber nur geringen Spannungen von einigen kV und als Prüfobjekt
Rogowski-Elektroden mit 1,1 mm-Schlagweite. Wie zu erwarten ist, unterschei¬
den sich die Entionisierungsvorgänge im homogenen Feld nicht stark von den¬
jenigen im inhomogenen Feld. Es kommt dabei vielmehr neben den Konstanten
des Entladungskreises auf die im Funken freigewordene Energie an, wie dies be¬
senordnunglO_2kV//is)
reits im Abschnitt 4.2.17 und auch bei der
des
Flachwellengenerators
4. 2.32
im
Kapitel 2.
Ergänzende Messwerte
der
Gruppe b,
Als Ergänzung
bei
von
Besprechung der Schaltfunkenstrecke
ausgeführt wurde.
5. 5.2
Ueberschlagspannungen
Anwendung
von
Prüfspannungen
an
Prüfobjekten
der Klasse la
vorliegenden Arbeit angegebenen Ueberschlag¬
Gruppe bj bei Beanspruchung derselben mit zur
gehörigen Prüfspannungsformen, seien noch einige Literaturstellen
angeführt. P. Jacottet veröffentlichte in einer Arbeit 66) folgende Graphiken.
spannungen
Klasse la
an
zu
den in der
Prüf objekten der
1. Die 90 %-Ueberschlagstosspannungen in Funktion der Schlagweite im Bereich
50... 1300 mm an einer Stabfunkenstrecke bei beiden Polaritäten der einpolig
geerdeten Welle 1/50 /u,s.
298
-
2. Die
an
50%-Ueberschlagstosspannungen
-
in Funktion der
Schlagweite
bis 1400
mm
einer Stab-Stab-und einer Stab-Platte-Funkenstrecke bei beiden Polaritäten
der einpolig
geerdeten
Wellen
0, 5/50, 1/50
und
1, 5/40 /xs.
Schlagweite im Bereich
positive Ueberschlagstosspannung
250... 2500 mm für die Ueberschlagzeiten 0,1, 0,25, 0,5, 1, 2, 3 und
6 /as als Parameter; ausserdem mit den Stosswellen l/5 und 1, 5/40 ^s,
sowie einer Wechselspannungswelle von 60 Hz als Parameter.
3. Die
in Funktion der
von
4. Positive
Ueberschlagzeit im Be¬
Schlagweiten zwischen
254 und 2540 mm als Parameter. Die Ueberschlagzeit wird dabei vom Nenn¬
beginn bis zum Augenblick des Ueberschlags gerechnet.
reiche 0
in Funktion der
Ueberschlagstosspannung
10/is
an
einer Stab-Stab-Funkenstrecke mit
In einer weiteren Arbeit 68) vonP. JacottetundW.Weickerwerdendie50HzUeberschlagwechselspannungen, sowie die positiven und negativen 50%-Ueber¬
schlagstosspannungen bei den Wellen 1/50 und 1/5/us in Funktion der Schlagweite
von 100.. .2000 mm, dargestellt. Die Forscher T.E. Allibone, W. G. Hawley und
R. R. Perry 3) massen unter anderem die 50 %-Ueberschlagstosspannungen der
Wellen 1/5, 1/50 und 1/580 /u.s im Spitze-Platte-Feld bei Spannungen bis zu
1000 kV. Für die Anordnung Spitze
Platte veröffentlichten J. S. Carroll und
B.Cozzens 20) Messungen der Ueberschlagwechselspannungen bis 1200 kV
-
...
4. 2.33 Die den tiefsten Wert der
Ueberschlagspannung
Gruppe b, ergebende
Wie
Form der
an
Prüfobjekten
der
Beanspruchung
vorliegenden Arbeit gezeigt werden konnte, besteht die allge¬
Ansicht, wonach, abgesehen von der Durchschlagsenkung bei
ungedämpfter Hochfrequenz, die positive statische Ueberschlagspannung den
möglichen Minimalwert im inhomogenen Luftfeld von Atmosphärendruck dar¬
stelle, zu Unrecht. Dies gilt nicht nur für Prüfobjekte der Gruppe b2 (dünne
in der
mein verbreitete
Drähte),
sondern auch in Ausnahmefällen für solche der
Gruppe bj. Beispiels¬
genügend feinen positiven Spitze einer Spitze-Platte-Funken¬
strecke mit passender Schlagweite unter Gleich- oder industriefrequenter Wech¬
selspannung die Büschelbildung, durch beim Glimmen gebildete Raumladungen,
stark zurückgedrängt werden, dass die positive Ueberschlagspannung höher
so
als die negative zu liegen kommt, wie dies wohl J. Miyamoto 95) als erster fest¬
stellte. Die minimale Ueberschlagspannung ist in einem solchen Falle aber doch
die positive, sie tritt nur nicht bei Gleichspannung, sondern bei vollständigen
Stosswellen mittlerer Steilheit auf. Die von mir verwendeten, im Abschnitt
3.3.1.2 beschriebenen äusserst schlanken, feinen Spitzen zeigten sogar inner¬
halb eines weiten Schlagweitenbereichs keine Büschelbildung. Die reguläre stati¬
sche positive Entladung an ihnen ist die Ultrakoronaentladung und die Büschel¬
entladung entsteht nur als Ausnahmefall. Daher sind solche Spitzen zur Ver¬
suchsgruppe b2 zu rechnen. An den Miyamoto-Spitzen hingegen ist die BUschelentladung die reguläre Form und die Ultrakoronaentladung die Ausnahme; daher
werden diese zur Gruppe bj gezählt. E. Marx 79), der sich schon frühzeitig mit
dem Spitze-Platte-Feld in Luft von Atmosphärendruck befasst hat, fand an den
von ihm gebrauchten ziemlich feinen Spitzen (Nähnadel Nr. 10:
0,4 mm 4, 0,05 mm
Endkuppenradius) bei allen Steilheiten eine tiefere positive als negative Nullweisekann an einer
prozentüberschlagstosspannung. Dies ist durchaus erklärlich, da die von ihm
benutzten vollständigen Stosswellen, bei denen der Ueberschlag im Rücken er¬
10-7 s) bei variablem Rücken (Tr
10-3
4
1
folgt, grosse Frontsteilheit (Tp
10-6 s) besassen. Er beobachtete ferner, dass der polare Unterschied
1, 4
=
•
...
•
=
•
299
-
-
der
UeberSchlagspannungen mit zunehmender Steilheit der Prüfspannung, wie
heute allgemein bekannt ist, abnimmt. In der soeben angegebenen Literaturstelle
veröffentlicht E. Marx noch eine bemerkenswerte Beobachtung beim unvoll¬
kommenen
Stossdurchschlag. Legte er an der soeben beschriebenen Funken¬
strecke Stösse der genannten Formen von solcher Höhe an, dass sie gerade noch
keinen Durchschlag verursachten, so zeigten sich an der positiven Spitze viele
stielförmige Entladungen,
die einen
fast unverminderter Stärke bis
an
glockenförmigen Raum begrenzten und in
Gegenelektrode heranreichten. Ihre End¬
die
punkte
an der Platte leuchteten hell auf. Nach den an früherer Stelle zitierten
Literaturstellen wächst die den Durchschlag einleitende Vorentladung im ge¬
schilderten Fall von der Spitze nach der Platte. Bei ihrem Auftreffen wird dann
offenbar ein
zu
Sekundärprozess ausgelöst,
genügen braucht
der aber unter Umständen nicht immer
die rückwärts wachsende
um
Hauptentladung vollständig
aus¬
zubilden.
Das Entstehen der positiven
Büschelentladung, die
die
Ueberschlagspan-
nung tief hält, setzt nach den Untersuchungen von English, Miller und Loeb und
anderen das Vorhandensein des Luftsauerstoffes oder allgemeiner ausgedrückt,
eines
elektronegativen Gases, das zum mindesten in Spuren vorhanden sein muss,
Aus diesem Grunde zeigt die Spitze-Platte-Funkenstrecke bei positiver
Spitze beliebiger Form in den ausgesprochen elektropositiven Edelgasen höhere
Ueberschlagspannung als bei umgekehrter Polarität. Messungen von J. Miyamoto
95) 96) bestätigen dies.
voraus.
4. 2.34
Die Polarität der
zum
Ueberschlag führenden industriefrequenten
Wechselspannungshalbwelle bei den verschiedenen Prüfobjektgruppen
Die
an
verschiedenen Stellen dieser Arbeit gemachten verstreuten Angaben,
einiger noch anzuführender Literatur stellen über die Polarität
sowie die Hinweise
der
Ueberschlagshalbwelle industriefrequenter Wechselspannungen an den ver¬
Prüf Objektgruppen lassen sich im folgenden Satz zusammenfassen.
Der industriefrequente Wechselspannungsüberschlag erfolgt an den Objekten der
Gruppe a bei Schlagweiten unterhalb der Toepler'schen Knickstelle (man ver¬
schiedenen
gleiche
auch den Abschnitt 4. 2.38 überWesen und
stelle)
zuerst wahllos in einer der beiden
Lage der Toepler'schen Knick¬
Halbwellen, jedoch bei Annäherung an
die Knickstelle immer stärker überwiegend in der negativen, bei Schlagweiten
von der Knickstelle an aufwärts bis zu der des grössten polaren Unterschiedes
der Ueberschlagspannung ausschliesslich in der negativen, bei noch grösseren
Schlagweiten bis zur quasihomogenen Grenze, ausserhalb welcher stationäre
Vorentladungen möglich sind, immer stärker überwiegend in der positiven; an
den Objekten der Gruppe b\ stets in der positiven und an denjenigen der Ver¬
suchsobjektgruppe b, stets in der negativen Wechselspannungshalbwelle.
F.O.McMillan 90) sowie F.O.McMillan und E.C.Starr 91) untersuchten
Ueberschlagshalbwellenpolarität von Kugel- und Kugel-Platte-Funkenstrecken,
also allgemein ausgedrückt, an Objekten der Gruppe a experimentell und
J. M. Meek 85) gibt die theoretische Erklärung zu den gemachten Beobachtungen.
F.O.McMillan unterscheidet bei Kugelfunkenstrecken total vier Schlagweiten¬
bereiche, deren drei ersten bereits genannt sind und deren vierter den ganzen
übrigen nach oben hin unbegrenzten, inhomogenen Schlagweitenbereich umfasst.
Er gibt folgende Bereichsgrenzen an:
die
1. ) 0 < S/D < 0, 267 + 1, 5/D (Ort der Toepler'schen
2.)0, 267 + 1, 5/D < S/D <0, 55... 1,3;
3. ) 0, 55.. 1,3 < S/D < 2 D;
4.) 2D < S/D < oo
.
Knickstelle);
-
In den
Ausführungen
Entlademechanismen
gibt,
wenn
von
300
-
J. M. Meek werden drei Gebiete mit unterschiedlichen
genannt.
Es
sind dies
dieselben,
wie F. O. Mc. Millan
an¬
bei ihm das dritte und vierte Gebiet zusammenfasst. Das erste
man
Schlagweitengebiet unterhalb der Toepler'sehen Knickstelle bezeichnet Meek als
streng gleichförmig, das zweite von der Knickstelle bis zum einfachen Kugel¬
durchmesser als schwach ungleichförmig und schliesslich das dritte mit Schlag¬
weiten, die grösser als der Kugeldurchmesser sind, als stark ungleichförmig.
Diese Gebietseinteilung ist bei allen Kugelgrössen am Platze und wird bei sehr
kleinen, wie sehr grossen Spannungen, z.B. für letztere von J.T.Lusignan jr.
78), bestätigt.
W. Holzer 62) beschäftigte sich mit dem Problem der Polartität der Ueberschlagshalbwelle an Maxwell-Rogowski-Elektroden und stellte ähnliches Ver¬
halten wie bei Kugelfunkenstrecken fest. Bei kleinen Schlagweiten überwiegen
die negativen Durchschläge, dann kommt ein Uebergangsgebiet und bei grossen
Schlagweiten sind die Durchschläge positiv.
91) beobachteten, dass der Wechselspan¬
Spitze-Platte-Feld während der positiven Halbwelle erfolgt.
Dieses Resultat wird auch von J.T. Lusignan jr. 78) bestätigt, der diese Fest¬
stellung zugleich noch auf alle technischen Anordnungen, die ja sämtlich zur
Gruppe bj gehören, erweitert. Die von ihm verwendeten Spannungen betragen
bis zu 1000 kV
und die Schlagweiten bis zu 6 m.
F.O.Mc. Millan und E.C.Starr
nungsüberschlag
im
.,
Literaturangaben, die sich mit der Feststellung der Polarität
Wechselspannungsüberschlages an Objekten der Gruppe b2 beschäftigen,
sind falsch. Einzig aus den Gleichspannungsmessungen an der Anordnung DrahtKugel von E. Uhlmann 150), lässt sich folgern, dass Ueberschläge in der nega¬
tiven Wechselspannungshalbwelle innerhalb eines beschränkten Schlagweitenbe¬
reichs möglich sind. In Wirklichkeit erfolgen aber, wie bereits mitgeteilt, die
Ueberschläge hier ausnahmslos während der negativen Halbwelle.
Die meisten
des
4.2.35 Abnahme des Mittelwertes der negativen Ueberschlagstosspannung
bei
Es
Steigerung
der Steilheit der verwendeten Keilwellen
einzige Literaturstelle bekannt, bei der die in dieser
Feststellung, wonach der Mittelwert der negativen Ueber¬
schlagstosspannung bei Steigerung der Steilheit der verwendeten Keilwellen
unter Umständen auch abnehmen kann, bestätigt wird. Dies ist vermutlich da¬
rauf zurückzuführen, dass systematische Untersuchungen über ausgedehnte
Steilheitsbereiche bei grossen Schlagweiten, wo allein diese Erscheinung auf¬
tritt, bisher gefehlt haben. Es sei noch hervor gehoben, dass die angegebene
Feststellung den Mittelwert, nicht aber den Minimalwert an der unteren Streu¬
Arbeit
ist mir keine
gemachte
grenze betrifft.
4.2.36
Letzterer zeigt dauernd steigende Tendenz.
Unterschiedliche Zeit in der
Funkenausbildung
bei
positiver
und negativer Polarität im inhomogenen Feld
Aus allen dieser Arbeit
zusammenbruchs
zeitliche
in
Auflösung genügt
Ueberschlag
viel
zugrundeliegenden Oszillogrammen
des
Spannungs¬
sämtlichen
um
Arten inhomogener Felder geht, soweit ihre
dies erkennen zu lassen, hervor, dass sich der
langsamer ausbildet,
wenn
die stärker gekrümmte Elektrode
-
301
-
ist, als bei umgekehrter Polarität. Die aufgenommenen steilen negativen
Spannungszusammenbruche sind auch ein Beweis dafür, dass die Zeitkonstanten
des Oszillographenkreises genügend klein gemacht werden konnten um grössere
Fälschungen zu vermeiden. Die im Abschnitt 4.2.26 bereits dargelegten Aus¬
führungen über die unterschiedlichen Vorwachsgeschwindigkeiten der positiven
und negativen Vorentladungskanäle bestätigen die erwähnten oszillographischen
Beobachtungen vollständig. Nach den Messungen von M. Messner 87) mit Rechteckstössen von 10 m Wellenlänge, die in homogenen Feldern angestellt wurden,
liegt die schon früher ausgesprochene Vermutung nahe, dass die effektiven Zu¬
sammenbruchszeiten, also nicht die Aufbauzeiten, weder stark steilheits- noch
schlagweitenabhängig sein werden.
Anode
4.2.37 Das Verhalten der Kugelfunkenstrecke bei steilen Spannungsstössen
Bekanntlich
sprechen Kugelfunkenstrecken
bei
sehr
steilen
Spannungs¬
stössen erst bei Werten an, die höher alB die statischen liegen, für die die all¬
gemein verwendeten Eichkurven gelten. Als Regel für fehlerfreie Anwendbarkeit
dieser genannten Kurven gilt, dass die Zeit bis zum Durchschlag der Funken¬
Nennbeginn des Prüf stosses bis zum Beginn des Spannungs¬
von Atmosphärendruck mindestens 2 /xs betragen soll.
Ergibt sich eine kleinere Ueberschlagszeit, so kann nach W. Förster 44) 45)
die wirkliche Ueberschlagspannung durch Anbringung einer Korrektur an dem
strecke d. h.
vom
zusammenbruchs in Luft
aus
der Eichkurve entnommenen Wert angenähert ermittelt werden.
Nach meinen Messungen ist bei Keilwellensteilheiten bis zu 20 kV/ /u.s
keine Korrektur innerhalb des untersuchten Schlagweitenbereichs von 10.. .100 mm
an einer Kugelfunkenstrecke mit 250 mm Durchmesser nötig. Bei Spannungs¬
höhen
von
mindestens
mehr
als
40 kV
würde
2yUs entsprechen.
dies
der kritischen
Ueberschlagszeit
von
der sich auch mit diesem Problem
dass das Verhalten bei kurzen Stössen demjenigen
P.
Jacottet67),
befasste, kommt zumSchluss,
gedämpfter Hochfrequenz (Teslaschwingungen)
sehr ähnlich ist; nach seinen
Feststellungen sind Korrekturen erst bei Wellenhalbwertdauern nötig, die, je
nach Schlagweite und Kugeldurchmesser < 2... 5 /jls sind. Diese Feststellung
bezieht sich natürlich nur auf Rückenüberschlage. Sehr eingehend untersuchten
T. L. Bellaschi und W. L.Teague 10) und P.L. Bellaschi und P.H.Mc. Auley 11)
das Verhalten
umfasst
von
Messfunkenstrecken unter Stoss. Die erstgenannte Arbeit 10)
an Kugelfunkenstrecken mit den Durchmessern 62, 5, 250
Messungen
wie auch Förster, zum Schluss,
mm. Die Verfasser kommen dabei,
dass die UeberSchlagspannungen erst bei Ueberschlagszeiten von weniger als
Bei 0, 2 /US geben sie beispiels¬
2
/as über den statischen Wert erhöht werden.
weise eine Erhöhung von 25... 75 %, je nach Kugeldurchmesser und Schlagweite
und 2000
polaritätsabhängigen Ergebnisse
Toepler'schen Knickstelle. Diese Differenzen
können nur durch Oberflächenunterschiede und Formfehler der Kugeln, nicht
aber durch Feidunsymmetrie bedingt sein. Bei meinen Versuchen traten bei
kleinen Schlagweiten zuerst auch grössere Unterschiede auf. Durch die in den
Abschnitten 2.5.3.2.5 und speziell 4.2.13 angegebene Vorbehandlung und den
eigentlichen Messungen vorausgehendes Formieren verschwanden diese polaren
Unterschiede bis auf einen Restbetrag, der durch Formfehler bedingt war.
Letzterer wurde durch gegenseitiges Verdrehen der beiden Kugeln um ihre ge¬
meinsame Achse verändert und Hess sich durch passende Stellung der Kugeln
an.
Zu kritisieren
bei
Schlagweiten
an
dieser Arbeit bleiben die
unterhalb der
zueinander ebenfalls noch fast vollständig beseitigen. In der zweiten der genann¬
11) zeigen P. L.Bellaschi und P.H.Mc. Auley, dass die statischen
ten Arbeiten
-
302
-
l/5yas
Eichkurven für die Messung der 50 %-Ueberschlagstosspannung der Welle
noch Gültigkeit besitzen. Diese Feststellung gilt natürlich nur bis zu einer ge¬
Uebereinstimmend mit meinen Messungen
wissen unteren Spannungsgrenze.
fanden auch P. L. Bellaschi und W. L. Teague 10), dass der Stossfaktor einer Ku¬
gelfunkenstrecke mit wachsender Spannungssteilheit bei kleinen Schlagweiten
schneller zunimmt, als bei grossen.
4.2.38
Das Wesen und die
Lage der Toepler'schen Knickstelle
bei Kugelfunkenstrecken
M. Toepler 144) machte die berühmte Entdeckung, dass die Durchbruchfeidstärke einer Kugelfunkenstrecke mit wachsender Schlagweite zuerst abnimmt
und nach Durchlaufen eines Minimums wieder ansteigt. Der Stelle des Minimums
entspricht in der Ueberschlagspannungs-Schlagweitencharakteristik eine Knick¬
stelle, die zu Ehren Toepler's nach ihm benannt wird. Die physikalische Erklä¬
rung für die Knickstelle ist in einer Aenderung des Entlademechanismus zu su¬
chen.
Oberhalb
der genannten Knickstelle ist eine Beeinflussung der Ueber¬
durch Fremdfelder möglich, unterhalb derselben dagegen nicht.
Erde unsymmetrischer Spannung an den beiden Kugeln tritt ober¬
schlagspannung
Bei
gegenüber
halb der Knickstelle ein Polaritätsunterschied der
Ueberschlagspannungen auf;
die Knickstelle ist in diesem Falle also auch
Verzweigungspunkt der positiven
und negativen Kurvenäste und wird daher in der englischen Literatur bisweilen
"Triangular point" genannt.
auch
Ueber die Lage der
von
Toepler'schen
Knickstelle wird in einer ganzen Reihe
Arbeiten berichtet. J. Claussnitzer 23) findet für eine Funkenstrecke mit
50 mm-Kugeln bei symmetrischer oder
einpolig geerdeter Spannung die gleiche
Toepler'sehe Schlagweite von 20, 0 mm. Unterhalb derselben bestätigt er, dass
die zu einer bestimmten Schlag*-„ite gehörige
Ueberschlagspannung erstens für
den symmetrischen und den unsymmetrischen Fall und zweitens auch noch
für
grössere Kugeln (untersucht bis zu einem Kugeldurchmesser von 150 mm) gleich
ist. In einer weiteren Arbeit teilt J. Claussnitzer 24) die
Schlagweiten für die
Knickstellen an Kugelf unkenstrecken bis 1000 mm jri mit, wie er sie bei
einpoliger
Erdung unter Wechselspannung von 50 Hz gefunden hat. W.Weicker und W. Hor¬
cher 153) finden das Minimum der Durchbruchf
eidstärke, also den Ort der Knick¬
stelle bei einem Verhältnis von Schlagweite zu
Kugeldurchmesser von S/D
0, 2
und F.O.McMillan und E.C.Starr 91)
geben dafür die empirische Formel Sä
1, 6 VE" an, (dabei ist R der Kugelradius, ) während schliesslich nach F. O. Mc.
Millan 90) die Schlagweite der Toepler'schen Knickstelle bei
S/D 0,267 + 1,5/D
zu suchen ist, wie dies schon im Abschnitt 4.2.34
erwähnt wurde. Die von mir
an einer Messfunkenstrecke mit 250 mm
Kugeldurchmesser experimentell ge¬
fundene Lage der Knickstelle bei einer Schlagweite von
ungefähr 45 mm ist nur
als rohe Schätzung zu
werten, sie beträgt etwa 5... 10 mm weniger als sich nach
den angegebenen Formeln ergibt.
=
=
-
4.2.39
303
-
Einfluss ultravioletten Lichtes auf die
einer
Ueber den
Ueberschlagspannung
Kugelfunkenstrecke
komplizierten Einfluss
Bestrahlung auf die Ueber¬
wurde, lässt sich zusammen¬
fassend etwa das Folgende aussagen. Ultraviolette Bestrahlung kann sowohl eine
Herabsetzung wie eine Erhöhung der Ueberschlagspannung verursachen. Die
Grösse des Einflusses, der begreiflicherweise hauptsächlich durch die kürzer¬
welligen Linien des Quecksilberdampfspektrums verursacht wird, ist auf ver¬
schiedene Prüfspannungsformen unterschiedlich. Bei mittelsteilen Stössen wirkt
er eindeutig zeitverzugvermindernd, wodurch die Ueberschlagstosspannung ge¬
senkt wird. Diese Senkung wird zunächst, abgesehen von dem Verhalten bei sehr
kleiner Steilheit, immer grösser, je steiler die Beanspruchung wird, nimmt
jedoch oberhalb einer gewissen Grenze wieder mehr und mehr ab, um bei extrem
steilen Keilwellen völlig zu verschwinden. Im Bereich sehr kleiner Steilheiten,
also geringer, die statische Grenze überschreitender Ueberschlagspannungen, ist
jedoch der Bestrahlungseinf luss umso grösser, je kleiner die Ueberspannung wird.
Bei statischen Prüf Spannungen macht sich ein zweiter, spannungserhöhender Ein¬
schlagspannung,
der 1887
von
ultravioletter
H. Hertz
entdeckt
fluss unter Umständen bemerkbar. Ob der eine oder andere Einfluss
überwiegt,
hängt von vielen Grössen ab. So nämlich von der Intensität der Strahlung, dem Ab¬
stand und damit Spektrum des Strahlers, da die Adsorption im allgemeinen wel¬
lenlängenabhängig ist, ferner vom Material der Elektroden, vom Gas und seinem
Druck und schliesslich von der Kugelgrösse und der Schlagweite der Funken¬
strecke. Ihr empfindlicher Teil ist die Kathode; Bestrahlung des Schlagraumes
scheint wenig Einfluss zu haben. Das Wurzelgesetz von Rogowski und Fucks,
wonach die Ueberschlagspannung proportional zu der durch die Strahlung er¬
zeugten Fremdstromdichte erniedrigt werden soll, hat demnach keine allgemeine
Gültigkeit.
50) stellten
Strahlungsintensität
W. Fucks und W. Seitz
im Druckbereich
5... 50 Torr
fest,
haben, d.h. je
nach ihrer Grösse eine erhöhende oder vermindernde Wirkung haben, Material
und Gaszusammensetzung jedoch die Ueberschlagspannung nicht artändernd be¬
einflussen. Den artändernden Einfluss der Strahlungsintensität auf die Ueberschlagwechselspannung unterstreicht auch L.Binder 14). G.L.Nord 100)zeigte,
an einer Funkenstrecke mit 62 5 mm-Kugeln aus Bronce, dass der Einfluss des
Quecksilberlichtes auf die 50 %-Ueberschlagstosspannungen der Wellen 1, 5/40,
1/5 und 0.5/5 /xs bei kleinen Schlagweiten beträchtlich werden kann. J.Claussnitzer 22) berichtet uns sehr eingehend über den artändernden Einfluss der Be¬
strahlung innerhalb der verschiedenen Schlagweitenbereiche. Dieser muss aus
der Funkenvorgeschichte mit gänzlich verschiedenen Gesetzmässigkeiten (An¬
fangsspannung, Glimm-, Streifen- oder Büschelentladung) ohne weiteres er¬
wartet werden. Claussnitzer unterscheidet nicht weniger als fünf Schlagweiten¬
gebiete. Im Intervall I (bis zur Toepler'schen Knickstelle) werden Spannungser¬
niedrigungen (bis 5 %) mit dem Höchstwert an der Knickstelle beobachtet. Im
Intervall II tritt wieder Erniedrigung mit einem zweiten Höchstwert auf. Dann
folgt im Intervall HI artändernd eine leichte Spannungserhöhung. Das Intervall
IV ist durch die grösste Spannungserhöhende Wirkung, die 50 und mehr Prozent
betragen kann, gekennzeichnet. Hierbei wird durch die Belichtung an der Kathode
eine lange negative Streifenentladung durch eine kurze ersetzt, wodurch an der
Anode positive Streifen- und BUschelentladung verdrängt und an ihrer Stelle
positives Glimmen erzwungen wird. Im Intervall V, wird die Grenze des ohne
Bestrahlung auftretenden, also freiwilligen Glimmens, welche zugleich die
Durchschlagspannung ist, um ein Geringes erhöht. Die von R. Strigel 133) ge¬
machte Feststellung, dass einzig die Bestrahlung der Kathode einen Einfluss
dass
Gasdruck
und
von
artändernde Einflüsse
-
304
-
hat, wird allgemein bestätigt, jedoch ist nach der Arbeit von H. Raether 114)
die bei Funkenlicht vorhanden
zu bedenken, dass eine Ionisation im Gasraum,
ist, auch bei ultravioletter Bestrahlung im Hinblick auf vorhandene Klebeelektro¬
nen nicht ganz ausgeschlossen erscheint. Man vergleiche auch die Ausführungen
im folgenden Abschnitt 4.2.40.
Photoelektronen, Klebeelektronen und Anfangselektronen
4.2.40
Aus den Photoelektronen entstehen Klebeelektronen und erst diese sind An¬
Dieser Satz lässt sich als Zusammenfassung der Erkenntnisse
fangselektronen.
H. Raether 112), M.Suzuki, T.Nakamura und T. Mikami 137)
aufschreiben. Die natürliche, sowie die durch Fremdionisation
üblicher Intensität geschaffene Zahl freier Elektronen genügt bei weitem nicht, um
die beobachteten Vorgänge beim Stossdurchschlag zu erklären. Bezüglich des Me¬
chanismus der Anfangselektronenlieferung führen alle weiteren Beobachtungen zu
demSchluss, dass es sich dabei um die Freimachung von Klebeelektronen handelt,
aus
den Arbeiten
von
undR.Strigell35)
die in der
Hauptsache
an
der dünnen Wasserhaut und eventuell auch in absorbierten
Gasschichten auf der Kathodenoberfläche angelagert sind. Die Anlagerung einer ge¬
ringen Zahl von Klebeelektronen an einigen Molekülen im Gasraum scheint eben¬
falls nicht ausgeschlossen zu sein. Durch wiederholte Stossbeanspruchung wer¬
aufgebraucht. Ist ihre Nachlieferung durch die natür¬
zu gering, so steigt die Ueberschlagstosspannung
Der Einfluss der Bestrahlung wird darin gesucht, dass Photoelektronen
an.
dauernd in der Oberflächenschicht angesammelt und während den Stössen dann
als Anfangselektronen ausgetrieben werden. Durch einen gewissen Gleichge¬
den viele Klebeelektronen
liche oder künstliche Ionisation
wichtszustand in der Oberflächenschicht ist aber dafür gesorgt, dass die Dichte
der Klebeelektronen nicht unbegrenzt anwächst. Es besteht also grundsätzlich
Bestrahlung erzeugten
Stossdurchschlag führenden Anfangselektronen.
ein Unterschied zwischen den durch
den
zum
Photoelektronen und
Ob dies bei Bestrahlung durch Funkenlicht auch noch zutrifft, wo die Zahl
gebildeten Photoelektronen erheblich viel grösser ist,
der in der kritischen Zeit
möchte
4.2.41
allerdings dahingestellt
Senkung
der
bleiben.
Ueberschlagspannung
im
homogenen Feld
durch künstliche Ionisation
Neben der bereits im Abschnitt 4.2.39 ausführlich diskutierten Beeinflus¬
sung der Ueberschlagspannung durch ultraviolette Bestrahlung bleiben noch die¬
jenigen durch andere gebräuchliche Ionisatoren zu erwähnen. Als solche sind die
radioaktive, die Röntgen-, die Funken- und die Kohlelichtbogenbestrahlung zu
erwähnen, sowie die ebenfalls schon früher im Abschnitt 4.2.12 erwähnte Be¬
reitstellung von Trägern, die an glimmenden Elektroden (z. B. dünnen Drähten)
gebildet worden sind. Im Gegensatz zur Ultraviolettbestrahlung scheinen die
übrigen der genannten Bestrahlungsarten nur Uberschlagspannungssenkend zu
wirken. W.Rogowski und R.Tamm 118) untersuchten die Zweckmässigkeit der
Bestrahlungsart. Sie wendeten dabei den Quecksilberdampf- und den Kohlelicht¬
bogen, sowie Röntgen- und Radiumstrahlen an und kommen zu dem bemerkens¬
werten Resultat, dass Quecksilberdampflicht den Zeitverzug am stärksten her¬
absetzt. D.R.Hardy und J.D.Craggs 60), die sich kürzlich mit diesem Problem
auseinandersetzten, kommen dagegen zum Schluss, dass radioaktive Strahlung
ein zweckmässigeres Mittel sei als Ultraviolett. Aus der unvergleichlich viel
-
305
-
grösseren Zahl der bei Funkenlicht im kritischen Zeitraum
zur
Verfügung
stehen¬
Photoelektronen
den
strahlungsart,
ist eine ganz besonders grosse Wirksamkeit dieser Be¬
speziell bei Stossvorgängen, zu erwarten. Ebenfalls entscheidend
für die grosse Wirksamkeit des Funkenlichtes ist der Umstand, dass seine
untere Wellenlängengrenze erheblich tiefer, als die des
von
Quarzlampen
gelieferten Quecksilberdampf lichtes liegt und somit
tronen nicht
ist,
nur an
wie H.Raether
der
114)
Kathodenoberfläche,
die
Erzeugung
von
Photoelek¬
sondern auch im Gasraum
durch seine Versuche
glaubte nachweisen
zu
möglich
können.
Auch schon bei Gleichspannung kann die Senkung der Ueberschlagspannung
homogenen Felde erhebliche Werte annehmen. C.Brinkmann 18) beobachtete
beispielsweise an einer Funkenstrecke mit 50 mm-Kugeln (nach Feinschmirgeim
lung)
eine Absenkung bis über 20 % bei Funkenlicht, dagegen nur bis zu 6 % bei
Quecksilberdampflicht. Wie C.Brinkmann 17) in einer anderen Arbeit nachweist,
wirken hauptsächlich die kurzen Spektrallinien der elektrodennahen Metall¬
dampfgebiete auf die "Photokathode" der bestrahlten Funkenstrecke überschlagspannungssenkend. Es spielt daher das Material der Elektroden, zwischen denen
der Bestrahlungsfunken erzeugt wird, ebenfalls eine bedeutende Rolle. Weiter
lässt die Wirksamkeit des Funkenlichtes mit wachsendem Abstand von der Photo¬
kathode rasch nach, da die Adsorption dieser Strahlen mit Wellenlängen unter
200
myu durch den Luftsauerstoff nicht unerheblich ist. M. Toepler 145) unter¬
suchte
den Materialeinfluss, der das Funkenlicht liefernden Elektro¬
Ueberschlagstosspannung einer damit bestrahlten Funkenstrecke. Er
speziell noch
den auf die
beobachtete dabei periodische Schwankungen der Strahlwirksamkeit mit wach¬
sendem Atomgewicht, entsprechend den dabei auftretenden Spektren. Weiter
deutet dieser Forscher auch den vermutlichen, schon erwähnten Zusammenhang
zwischen Wellenlänge der
Bestrahlung und der Steilheit der an die Funkenstrecke
gelegten Prüfspannung auf die Grösse der Senkung der Ueberschlagspannung an.
Ob bei meinen Versuchen Funkenlicht auf die Höhe der Ueberschlagspannung bei
steilsten Stössen Einfluss gehabt hätte, bedarf noch der Abklärung.
4.2.42 Beeinflussung der Streuung der Ueberschlagspannung durch Bestrahlung
Nach der allgemein verbreiteten Ansicht wird die Streuung durch Bestrah¬
lung
vermindert und
zwar
dadurch,
dass
hauptsächlich
die obere
Streugrenze
und im allgemeinen damit auch der Mittelwert der Ueberschlagspannung herab¬
gesetzt werden. Es sind aber keine Fälle bekannt, wo die Streuung durch Be¬
strahlung völlig verschwindet und für die bei einigen wenigen meiner Messungen
festgestellte Zunahme der Streuung mit der Bestrahlung, die noch genauerer
Untersuchung bedarf, liegt nur eine einzige indirekte Bestätigung vor.
Unter der Fülle der
Literaturstellen, die die Streuungsverminderung durch
bestätigen, verdienen in der Folge einige Artikel be¬
sonders genannt zu werden. CS. Sprague und G. Gold 128) beschäftigten sich
mit der Eichung einer Kugelfunkenstrecke mit 500 mm Kugeldurchmesser unter
symmetrischer betriebsfrequenter Wechselspannung bis 850 kVgW. Bei einer Ent¬
fernung des Strahlers (Uviarc-Lampe mit 4 A Betriebsstrom bei 170 V Ver¬
brauchsspannung) von 3,6 m konnten sie noch eine deutliche Streuungsverminde¬
rung neben einer geringfügigen Herabsetzung der Ueberschlagspannung beobach¬
ten. Ueber einen ausserordentlich starken Rückgang der Streuung durch Bogenlicht und Radiumbestrahlung an einer kleineren Kugelfunkenstrecke berichten
R. van Cauwenberghe und G. Marchai 21). Wenn die Funkenstrecke auf 8 kV
Durchschlagspannung eingestellt war, wurde die Streuung durch Einbau von
ultraviolette Bestrahlung
-
306
-
auf den 50sten
auf den 50sten Teil, durch 10 mg ebenfalls
5 mg Radium
Teil und durch Bestrahlung mit Bogenlicht auf den 25sten Teil derjenigen im unbestrahlten Zustand vermindert. H.C.Bowker 16) stellt auch eine deutliche
durch Bestrahlung an einer Funkenstrecke mit 20 mm-
0,
Streuungsverminderung
Kugeln aus Kupfer oder
Nickel im Druckbereich
turen bis 1000OC in den Gasen
H2
und
N2
von
0,
25... 2 ata und
Tempera¬
fest.
indirekte Bestätigung für eine Streuungszunahme durch Bestrahlung
einem Artikel von L.H. Fisher 38) ab. Dieser stellte nämlich fest,
dass Wasserdampf im homogenen Feld in Luft deutlich die Streuung der Ueberschlagspannung vergrössert. Nach den Beobachtungen von K. Potthoff und
Die
leite ich
von
107) wirkt aber Luftfeuchtigkeit genau wie ultraviolette Bestrahlung
(zeitverzugvermindernd und vergrössernd oder vermindernd auf die Ueberschlagspannung). Daraus wird gefolgert, dass somit auch Bestrahlung eine
Streuungsvergrösserung wird verursachen können.
B.Mathiesen
4.2.43
Funkenbildung
im
homogenen Feld (an Prüf Objekten der Gruppe a)
Bekanntlich ist die Funkenbildung auf das Vorhandensein eines Anfangs¬
angewiesen, falls nicht bei sehr hohen Feldstärken Kaltemission aus
elektrons
J.W.Flowers 42) bewies, dass bei sorgfältiger Ent¬
Trägern, also in trockenen, staub- und ionenfreien Gasen an einer
Funkenstrecke bei Stossbeanspruchung Kathodenfeldstärken bis 500 kV/cm aus¬
gehalten werden, ohne dass irgend eine Entladung stattzufinden braucht. Dieses
Ergebnis ist unabhängig von der Gasart, sowie von dessen Druck (von Atmos¬
phärendruck bis Vakuum). Die angegebene Zahl ist von derselben Grössenordnung, wie sie für Kaltemission im Hochvakuum gefunden wurde. Im inhomoge¬
Feld wurde dabei noch die unerklärliche Tatsache festgestellt, dass die
nen
Ueberschlagspannung bei starker Anodenkrümmung von der Feldstärke in dieser
Elektrode abhängig ist. Der Durchschlag setzt in diesem Falle bei einer um
noch ca. 20 % höheren Feldstärke ein, als bei umgekehrter Polarität, für die
die Durchbruchfeldstärke bereits genannt wurde.
der Kathode stattfindet.
fernung
von
Die statistische Streuzeit des
Entladeverzugs, also dasjenige Zeitintervall
Spannung und dem Beginn der Ausbildung der Entla¬
bis sich ein Anfangselektron in passender Lage befindet,
um durch Stossionisation die Bildung einer Elektronenlawine einzuleiten. Wie
R. Strigel 133) im homogenen Feld bei kleiner Schlagweite nachwies, hängt dies
von der Ionisation vor der Kathode, ihrem Material und Oberflächenzustand ab.
Bei längeren Funken wird die statistische Streuzeit ausserdem noch vom Gas
und von der Anode beeinflusst. Diese Tatsache geht aus Funkenphotographien
M. Toepler 144) hervor. Bei Schlagweiten unterhalb der Toepler'schen
von
Knickstelle wachsen nämlich von beiden Elektroden gleichzeitig Entladungen vor,
die sich dann zu einem gemeinsamen Funkenkanal vereinigen, oberhalb der
Anlegen
dung, dauert so lange,
zwischen dem
der
Knickstelle entwickelt sich
ausser
den von den Elektroden vorwachsenden Ent¬
ladungen auch noch, offenbar unabhängig davon, mitten in der Schlagweite ein
Entladungsgebilde, das Toepler Funkenstamm nennt. Diese Tatsache wurde be¬
reits an früherer Stelle schon erwähnt. Die genannten drei Entladungsteile ver¬
einigen sich dann allmählich zum gemeinsamen Kanal.
Die Vorwachsgeschwindigkeit und damit auch die Aufbauzeit innerhalb des
Entladeverzugs, sind begreiflicherweise stark von der Ueberhöhung der Prüf¬
spannung über ihren statischen Wert abhängig. Hierüber berichten beispiels¬
weise J.White 155), E.Flegler und H.Raether 112) sowie R.Strigel 133). Mit
hohen Ueberspannungen befassten sich ausser Strigel auch R.C.Fletcher 41) und
R.R.Wilson 157) und speziell mit kleinen Ueberspannungen beschäftigten sich
307
-
-
39) 40) experimentell, während B.Loeb77) dazu
Erklärung gab. Sehr interessant ist die von Fisher und Bederson
40) 39) beobachtete Tatsache, dass im homogenen Feld in Luft von mehr als
200 Torr Druck bei Schlagweiten zwischen 3 und 14 mm Aufbauzeiten in der
Grössenordnung von 100 /is und mehr beobachtet werden, wenn man die Ueberspannung zu Bruchteilen eines Promilles wählt. Bei 0, 2 % Ueberspannung ist
diese Aufbauzeit dann schon auf 2. ..8 /as zurückgegangen und bei 2% Ueber¬
spannung beträgt sie grössenordnungsmässig noch 1/as. Diese langen Aufbauzei¬
ten und ihre Abhängigkeit von der prozentualen Ueberspannung kann nicht mit
Sekundärelektronenemission der Kathode durch Bombardierung mit positiven
Ionen erklärt werden, sondern ist vielmehr in einer Behinderung der durch Feld¬
verzerrung bewirkten verstärkten Ionisation zu suchen, die mit einem sekundären
photoelektrischen Prozess in Verbindung steht. Mit wachsender Ueberspannungshöhe nimmt die Aufbauzeit weiter ab, zuerst sehr rasch, nachher langsamer,
L.H.Fisher und B.Bederson
die theoretische
erreicht dann eine
erste konstante Grenze und fällt schliesslich bei noch viel
grösseren Ueberspannungen wieder rapid weiter ab. Nach J. White 155) beträgt
die Aufbauzeit bei 10 % Ueberspannung im Schlagweitenbereich von 1...5 mm
10-7 s; eine Erhöhung der Ueberspannung auf 30.. .40 % bringt
nur noch 1... 2
einen weiteren Rückgang auf 2... 3
10-8 s. Auf diesem Wert verbleibt sie dann
längere Zeit bei weiterer Steigerung der Ueberspannung. Dies bestätigen auch
E.Flegler und H.Raether 112) für eine Ueberspannung von 50 % und R. Strigel
133) auch noch für eine solche von 220 % bei 1,1 mm Schlagweite. Für sehr
grosse Ueberspannungen tritt dann allerdings, wie R.C.Fletcher 41) in Luft von
Atmosphärendruck ermittelte, eine erneute schroffe Abnahme der Aufbauzeit,
10-9 s verfolgt werden konnte, ein. Es wird vermutet, dass
die bis auf 0,5
•
•
•
dabei ein anderer Elektronenauslösemechanismus an der Kathode vorhanden ist.
In diesem Bereich ist die Aufbauzeit unabhängig von der Schlagweite nur noch
eine Funktion der Feldstärke, während sie bei etwas kleineren Ueberspannungen
mit abnehmender
Schlagweite,
bei ein und derselben Feldstärke
betrachtet,
zu¬
nimmt.
Im Bereich
ther
112)
dass
die
massiger Ueberspannungen beobachteten E.Flegler
mit Stössen
einigen 10-8
und H.Rae¬
Dauer und Drücken oberhalb 100
Torr,
Entladung zuerst aus einigen von einander unabhängigen, parallelge¬
schalteten Fäden, mit auf der ganzen Länge nahezu konstantem Querschnitt, be¬
steht. Einer dieser Kanäle bildet dann später die Funkenbahn. Anfänglich besteht
die Entladung aber in jedem Fall aus einer oder mehreren Elektronenlawinen,
die sich
von
einem
an
von
s
der Kathodenoberfläche oder im Gasraum befindlichen An¬
entwickeln. Je nach der Grösse des Pro¬
fangs- oder Klebeelektron ausgehend
duktes aus Druck p und Schlagweite
Townsend-Entladung,
Plasmaschlauch
den
aus
d entwickelt sich dann bei kleinen p d eine
bzw. bei grossen p d über den Büschelmechanismus ein
den ursprünglichen Lawinen. Die Grenze zwischen den bei¬
Torr
Entladungsarten liegt
cm.
Petropolous 103) ungefähr
Ueberspannung abhängig und
nach G. M.
Sie ist aber noch
von
der
bei p d
=
500
neigt die
Townsend-Mechanismus, bei
zwar
Entladung bei kleinen Werten derselben mehr zum
grösseren dagegen mehr zum Büschelmechanismus hin. Aus Nebelkammerauf¬
nahmen findet H.Raether 114) bei normalem Druck mit Rechteckstössen von 10-7s
Dauer eine unvergleichlich viel grössere Ladungsdichte im Lawinenkopf als an
der Kathode. Die Elektronenenergie erreicht Werte bis zu 5 e V. Der Hauptteil
der Energie wird dabei beim Durchlaufen der ersten freien Weglängen aufge¬
nommen. In einer weiteren Arbeit untersucht H.Raether 116) die einzelnen Stu¬
fen der auf dem Büschelmechanismus beruhenden Funkenentladung. Er unter¬
scheidet folgende Stadien: a) Die Elektronenlawine (avalanche), b) eine rasche
anodengerichtete Kanalentladung (anode directed streamer), c) eine gleichzeitige
vom
Lawinenkopf zurücklaufende, kathodengerichtete Kanalentladung (cathode
directed streamer) und schliesslich noch d) das Zusammenwachsen beider Kanäle
und die Ausbildung eines hochionisierten Funkenkanals (highly ionized spark
Channel). Eine ausserordentlich interessante Untersuchung über den Beginn der
308
-
-
Lawrence und F. Dunnington
Grunde besonders erwähnt zu
Funkenentladung veröffentlichten E.O.
Arbeit verdient auch schon
aus
dem
75). Diese
werden, da
die Untersuchungen an sich ungehemmt entwickelnden Funken, also nicht an
Entladungen, denen man in einem gewissen Entwicklungsstadium die Spannung
abgeschnitten hat, vorgenommen wurden. Zur Beobachtung kurzer Zeitabschnitte
der Entwicklungsgeschichte wurde dabei ein elektrooptischer Verschluss nach
Abraham und Lemoine (Kerrzelle zwischen gekreuzten Niçois) angewendet. Die
Funkenausbildung wurde photographiert und spektroskopiert. Aus der bis
10-8 s naCh Einsetzen der Entladung sichtbaren Spektrallinienverbreiterung
50
der Elektrodenmetalle durch Starkeffekt folgt eine Ionenfeldstärke vonl03kV/cm
•
und
4
•
der
10-8
Ionenabstand
s
berechnet
sich
zu
3,8
•
10""
Photos der ersten
der Kathode brei¬
cm.
zeigen die Entladung als feinen Faden, der noch
an
als an der Anode ist. (Bekanntlich ist es zu späteren Zeiten umgekehrt. )
10"4 cm2 geschätzt,
Der Querschnitt dieses Fadens wird an der Anode auf 5
106 A/cm2 ergibt.
woraus sich als Stromdichte der ungeheuere Wert von 1, 7
ter
•
•
folglich ionisiert und
die Hälfte der Entladung wird von positiven Ionen getragen. Als Kanaltemperatur
wird in diesem frühen Stadium 104 °K angegeben und deshalb thermische Ioni¬
sation für wahrscheinlich angesehen.
Etwa ein Drittel
4.2.44
der Moleküle des
Entladungsfadens
Ultrakoronaähnliche Vorentladungen
sind
an
Spitzen
Gewöhnliche, genügend feine, saubere Spitzen zeigen unter positiver
Gleichspannungsbeanspruchung bisweilen innerhalb eines beschränkten Span¬
nungsbereiches ultrakoronaähnliche Entladungserscheinungen. So berichtet uns
z.B. W.N.English 32), dass der Glimmstrom bei Metallspitzen mit Kuppenra¬
dius < 0,01 mm kurz oberhalb der Anfangsspannung keine Stösse (weder burst
noch streamer pulses) enthält, was nach den Ausführungen im Abschnitt 4.2.21
-
als Kriterium für den Ultrakoronamechanismus anzusehen sein dürfte. Anderer¬
Erscheinung auch bei etwas grösserer Spannungshöhe auftreten,
Schwaiger in seiner Dissertation 124), berichtet. An der von ihm
gebrauchten Versuchsanordnung ist mit wachsender Spannung nacheinander
Glimmen, dann Büschelentladung und nachher erneut Glimmen aufgetreten.
Dieses zweite Glimmen ist von einem Stromrückgang begleitet und besteht
höchstwahrscheinlich in einer ultrakoronaähnlichen Entladung.
seits kann diese
wie dies
F.
An
Wasserspitzen sind die kritischen Durchmesser der Endkuppen, bei
Büschelentladung überwiegen kann, grösser als bei Me¬
tallspitzen. Die kleineren der dabei von W.N.English 34) verwendeten Wasser¬
spitzen mit 0,205 mm Endkuppenradius zeigte bei keiner Spannungshöhe Büschel¬
entladungen. Das Auftreten der Ultrakorona scheint folglich, wie bereits im Ab¬
schnitt 4.2.26 mitgeteilt, durch einen kleinen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten, wie er Wasserspitzen eigen ist, begünstigt zu werden.
denen Ultrakorona die
-
4.2.45
Vorentladungen
309
-
Prüf Objekten der
an
Gruppe b9 bei positiver Polarität
An modernen Arbeiten über die positive Drahtkorona im konzentrischen
Zylinderfeld bei Gleichspannung sind vor allem die Artikel von C.G.Miller und
L. B. Loeb 92) und 94) zu nennen. Im zuerst angegebenen Aufsatz wird speziell
der engste Bezirk der Koronaanfangsspannungen in reinem Stickstoff, Sauerstoff
und Gemisch beider Gase innerhalb eines grossen Druckbereichs behandelt. Es
wird gezeigt, dass es, ähnlich wie bei Spitzen, auch hier wieder viele Einsatz¬
schwellen,
Schwellen
also nicht
äussern
einzige Anfangsspannung gibt.
eine
nur
als
sich
Die beobachteten
Wechsel der Entlademechanismen.
Die Forscher
umfangreicher Untersuchungen der fundamen¬
talen Geschehnisse der vielen verschiedenen Koronavorgänge bedarf, bis eine
Erklärung gewagt werden kann. In der zweiten der zitierten Arbeiten, die sich
über grössere Spannungsbereiche erstreckt, wird festgestellt, dass keine positive
Koronaentladung in reinstem Stickstoff möglich ist, es sind dazu zum mindesten
Spuren von Sauerstoff, also eines elektronegativen Gases, erforderlich. Dass
hierbei schon geringe Mengen sehr wirksam werden, wird von W.Rogowski 119)
sehr verständlich mit Hilfe des Massenwirkungsgesetztes erklärt. In reinem
Stickstoff bewirken Townsend Vorentladungen, die durch Photonenwirkung an
der Kathode Zustandekommen, eine Formierung, dieser äusseren aus Nickel be¬
stehenden Elektrode, nach Ansicht der Verfasser, bis daran spontan eine Glimm¬
entladung gebildet wird, die in einem Punkt auf der Drahtanode zusammenläuft.
Der dabei fliessende Strom zeigt im Oszillographen unregelmässige Zuckungen
und die einmal gezündete Entladung bleibt dann bei beachtlicher Spannungssenkung
bestehen. Bei tiefen Drücken verschwindet der zur Zündung notwendige Spannungsüberschuss (voltage overshoot) schliesslich vollständig und es handelt sich
eine normale Glimmentladung. Wird dem Stickstoff 1 % Sauerstoff beige¬
um
mischt, so ähnelt das Verhalten schon demjenigen von Luft sehr stark. Der
Koronaeinsatz bei Atmosphärendruck äussert sich durch das Auftreten von
Glimmstössen (burst pulses), die aber länger (1000 /xs) andauern, als in Luft.
kommen
zum
Schluss, dass
es
noch
-
Ihre Dauer wächst mit fallendem Druck noch beträchtlich.
Bei niederen
Drücken,
Spannung ausreichte, konnten auch durchschlagverursachende Büschel
(breakdown streamers) beobachtet werden. Die etwas kürzeren Glimmstösse in
Luft sind aber immerhin am Draht länger als an einer Spitze, deren Endkuppe
den gleichen Durchmesser wie der Draht hat. In reinem Sauerstoff bewirkt die
hohe Photonenadsorption eine starke Ionisation des Gasraumes, wodurch bei der
Einsatzspannung Vorentladungsbüschel (pre-onset streamers) und nicht Glimm¬
stösse (burst pulses) gebildet werden, wenn der Druck 200 Torr übersteigt. Im
wo
die
Druckbereich zwischen 200 und 50 Torr treten dann neben den Vorentladungs¬
büscheln auch Glimmstösse
auf und unterhalb 50 Torr werden
nur
Glimmstösse
beobachtet.
längerer Zeit mit den Vorentla¬
gleichen Gasen N2 und O2 und
Gemischen beider, allerdings nur mit Spannungen bis 4 kV; dafür aber benutzte
er ausser Gleichspannung auch nieder- und hochfrequente Wechselspannungen.
Er gelangt dabei zur Erkenntnis, dass der Strom in reinen elektropositiven Gasen
auch bei höheren Drucken zum grossen Teil durch freie Elektronen getra¬
Gase
wird. Dies wird durch kleinste Beimengungen elektronegativer
gen
verhindert. Er bestätigt ebenfalls, dass die Beimengung von nur 1 % O2 genügt,
um das gewöhnliche Verhalten der Korona wie in Luft zu erhalten. Die Korona¬
entladungen in Luft sind also auf das Vorhandensein von Sauerstoff angewiesen,
hingegen ist nach J. T. Lusignan jr. 78) an der Funkenbildung der Stickstoff und
nicht der Sauerstoff massgebend beteiligt. Dies gilt für den reinen Luftfunken,
also einen Funken genügender Länge, wo die von den Elektroden ausgehenden
Metalldämpfe keine Rolle spielen.
K.
dungen
Lange 74) beschäftigte
eines dünnen
(0,
2
mm
fi)
sich schon
vor
Drahtes in den
-
310
-
Nach den angeführten Beispielen ist die von C.H.J.Willis 156) gemachte
Feststellung, wonach aus dem Koronaspektrum von dünnen Drähten unter industriefrequenter Wechselspannung, hervorgehen soll, dass die Ionisierung des
Stickstoffes die Ursache der Koronaerscheinung ist, auch bei Berücksichtigung
der Vorgänge in der negativen Halbwelle, unverständlich.
H.
Von
ganze Reihe
Kroemer 71) 72) sowie
F. W. Peek jr.
102) stammen eine
photographischer Aufnahmen von Entladungen an Drähten bei po¬
sitiver Polarität.
Eine deutliche
Gegenüberstellung
des unterschiedlichen Aussehens einer
Entladung bei Gleichspannung
Mayr 84) veröffentlichten Photos, von denen
schon einmal früher die Rede war. Die eine zeigt die sogenannte Vorhangent¬
ladung, also eine Entladung mit Büschelcharakter, am sogenannten "reinen"
Draht, während die zweite die ultrakoronaähnliche Entladung am sogenannten
"unreinen" Draht zeigt. Wie im Abschnitt 3.3.1.7 beschrieben, besteht bei der
letzteren die einzige Leuchterscheinung aus einer dünnen, kräftig violett strah¬
lenden, am Draht eng anliegenden Glimmhülle.
büschelähnlichen und einer ultrakoronaähnlichen
finden wir aber
nur
in zwei von O.
Kroemer untersuchte die Anordnungen Draht Platte, Draht Draht und
Spitze-Platte in der Nebelkammer mit Rechteckstössen von einigen Zehntel jus
Dauer, sowie mit Hochfrequenz von 106 Hz. Infolge der relativ geringen Raum¬
ladung bei Stossbeanspruchung, die er aber doch mit Hilfe von Ablenkversuchen
direkt nachweisen kann, haben die positiven Figuren an Drähten ähnlich wie an
Spitzen, Büschelcharakter (wie Lichtenberg-Figuren). Die Entladungen beginnen
in diskreten Einzelpunkten nahe am Draht. Ein Einfluss von Alterung und For¬
mierung findet er nicht. Bei Hochfrequenz beobachtete er vom Draht ausgehende
feine, fast geradlinige Kanäle, an deren Enden dann positive Büschel, wie bei
Stoss, entspringen. Die Fäden werden als Beweis für das Vorhandensein stärke¬
rer Raumladungen angesehen.
-
-
4.2.46 Abnahme der positiven Ueberschlagstosspannung
Gruppe
bg
bei
Steigerung
Keilwellen oder
Die in dieser Arbeit
Steilheitsgrenze,
die
das
an
Objekten
der
der Steilheit der verwendeten
vollständigen Stosspannungen
an Objekten der Gruppe b£ oberhalb einer gewissen
Ultrakoronagebiet nach oben hin abschliesst, be¬
obachtete starke Abnahme der Ueberschlagstosspannung mit wachsender Steil¬
heit, scheint völlig neu zu sein, denn es fehlt in der Literatur jeglicher dies¬
bezüglicher
Hinweise. Diese Abnahme ist bei Maximal-, Minimal- und Mittel¬
wert gleichermassen vorhanden und tritt sowohl bei einer Beanspruchung mit
Keilwellen, wie mit vollständigen Stössen auf.
4.2.47
Stosskoeffizienten und Stossfaktor en mit Werten weit unter 1
Nach den in dieser Arbeit
dem
Stosskoeffizienten
spannung
und
Stossfaktor
niedergelegten Definitionen
das Verhältnis der Mittelwerte
Ueberschlaggleichspannung
derselben
das Verhältnis der Mittelwerte
von
versteht
man
unter
Ueberschlagstoss-
Polarität und unter dem
Ueberschlagstosspannung und
Ueberschlagwechselspannung. Letztere ist der Scheitelwert derjenigen Halb¬
welle der Wechselspannung, in der der Ueberschlag stattfindet.
von
-
311
-
Die einzige mir bekannte Literaturstelle, in der Stossfaktoren unter 1 er¬
werden, ist die bereits im Abschnitt 4.2.1 genannte, von A. Roth 121)
veröffentlichte BBC Messung an einem Paar dünnwandiger,
gleichachsiger
wähnt
-
Blechzylinder, deren scharfkantige Enden einander in einigen cm Abstand ge¬
genüberstehen. Die aus den genannten Messungen feststellbaren Stosskoeffizienten und auch die zugehörigen Stossfaktoren sind aber unvergleichlich viel höher,
als die bei meinen Untersuchungen an Objekten der Gruppe
b2 gefundenen.
4.2.48
Vorentladungen
an
Prüfobjekten
der
Gruppe b,
bei
negativer
Polarität
Von den gleichen im Abschnitt 4.2.45 genannten Verfassern stammen auch
Untersuchungen über Vorentladungen an Prüfobjekten der Gruppe b, bei nega¬
tiver Polarität.
Wie bei positiver Polarität finden C. G. Miller und L. B. Loeb 94) auch hier
eine ganze Reihe von Schwellen im Einsatzgebiet, die einen jeweiligen Wechsel
des Entlademechanismus anzeigen. In einer weiteren Arbeit derselben Verfas¬
93) wird,
wie bei
positivem Sprühdraht, der analoge Beweis erbracht, dass
eigentliche negative Koronaentladung im reinsten Stickstoff gibt.
Auch die negative Korona ist auf das Vorhandensein von mindestens kleinen
Mengen eines elektronegativen Gases, z.B. Sauerstoff, angewiesen. Die erste
ser
es
auch keine
Entladungserscheinung in reinem Stickstoff ist der Ueberschlag, aus dem sich
dann ein Lichtbogen entwickelt. Vor dem Ueberschlag besteht nur ein kleiner
Townsend-Strom, der jedoch den Emmissionsprozess für den Funkenüberschlag
durch
Formierung
der
Ueberschlagspannung ist
abhängig. Aehnlich wie
drahtförmigen
Kathode
erleichtert.
Die
Höhe dieser
Vorgeschichte des Drahtes weitgehend
bei umgekehrter Polarität zündet die Entladung bei
höherem Druck bei einem grösseren Werte, als sie verlöscht, falls man ihren
Strom durch Widerstände begrenzt. Bei Zumischung von 1 % Sauerstoff entsteht
bei Spannungssteigerung zunächst ein kontinuierlicher Koronastrom und die Ent¬
ladung besteht aus einem gleichmässigen diffusen Glimmen am Draht, welches
sich nach einiger Zeit bekanntlich (vergl. auch schon F.W.Peek jr. 102)) auf
einige Kathodenpunkte konzentriert und der Entladestrom dann Trichelstösse
zeigt. Dieses Verhalten entspricht schon ganz genau demjenigen von Luft bei
tieferen Drücken. Den Trichel-Entladungen ist gleichzeitig noch eine starke
Townsend-Entladung überlagert, diese geht bei Spannungssteigerung zugunsten
der Trichel-Entladungsstösse zurück. In reinem Sauerstoff lässt sich eine grosse
Vielfalt von Entladungsformen bei Druck- und auch bei Spannungsänderungen
feststellen. Auch bei negativer Polarität der Koronaentladung erbrachte H. Kroemer 71) durch Ablenkversuche in der Nebelkammer den Beweis für das Vor¬
handensein negativer Träger; er veröffentlichte auch Aufnahmen von Vorentla¬
dungen am negativen Draht 72).
daher
von
der
-
4. 2. 49
312
-
Ueberschlagspannungen bei zusammengesetzter Prüfspannungsform
Ausser den in der vorliegenden Arbeit angestellten Messungen von Ueber¬
schlagspannungen mit einer Gleichspannungsvorbeanspruchung überlagerten
Stössen, fehlen systematische Untersuchungen mit zusammengesetzten Prüfspannungsformen bis jetzt vollständig.
Ueber das noch kompliziertere Verhalten einer Wechselspannung mit über¬
lagerten Stössen wird nur in wenigen Arbeiten berichtet. So untersuchte bei¬
spielsweise R. Strigel 134) das Verhalten einer Stabfunkenstrecke. Es wäre da¬
her wünschenswert, die Ueberschlagspannungen der Grundanordnungen DrahtPlatte, Spitze-Platte und Kugel-Kugel bei dieser Beanspruchungsform noch zu
erforschen.
Interessant ist ferner das Verhalten der Grundanordnungen unter Gleich¬
welcher hochfrequente Wechselspannung überlagert wird. Für den
Spezialfall der Spitze war hierüber schon einmal im Abschnitt 4.2.9 die Rede,
als die Fälschung der Ueberschlagspannung an Objekten der Gruppe b2 durch
Ueberlagerung hochfrequenter Schwingungen behandelt wurde. Ausser der dort
spannung,
Arbeit von W.Deutsch 28) bleibt noch ein Artikel
110) zu nennen. In diesem hat nun nicht die Gleichspannung
sondern die hochfrequente Wechselspannung die grössere Amplitude. Es zeigt
sich dabei deutlich, dass die Hochfrequenzkoronaentladung in der Nähe des Ein¬
satzgebietes hauptsächlich durch negative Ionen erzeugt wird. Um die Korona¬
bildung zu unterdrücken, genügt es daher, die negative Raumladung durch Ueber¬
lagerung einer ganz geringen positiven Gleichspannung an der Spitze einer Spitzezitierten
von
bemerkenswerten
A. M. Prokofiev
Zylinder-Funkenstrecke
4. 2.50 Einfluss
von
zu
kompensieren.
Trägern
einer
glimmenden negativen Spitze und
von
Thermionen auf die Ueberschlagstosspannung
Bei allen in dieser Arbeit geprüften Versuchsanordnungen war die zum
Ueberschlag erforderliche Stosspannungskomponente bei Vorspannung bis dicht
unter die statische Ueberschlaggrenze erstaunlich hoch und dies begreiflicher¬
weise umso mehr, je steiler die überlagerte Welle war. Die dabei durch Glimm-,
Büschel- oder Ultrakoronaentladung gebildeten Träger haben also nur geringen
Einfluss auf die Ausbildung des Stossfunkens. Diese Beobachtung deckt sich mit
den Versuchsergebnissen von M.Suzuki, T. Nakamura und T. Mikami 137), die
die von einer glimmenden negativen Spitze erzeugten Träger durch ein kleines
Loch in der Kathode in den Schlagraum eines homogenen Feldes eintreten liessen und dabei keine Veränderung der Ueberschlagstosspannung feststellen konnten.
Auch Thermionen geben nach O. Mayr 83) keine Begünstigung des Stossüberschlages. Er benutzte für seine Versuche eine Funkenstrecke, deren Kathode
aus einem dünnen, geheizten Platindraht (0, 3 mm ^) bestand und deren Anode ein
zylindrischer Messingstab mit Halbkugelkuppe (9 mm j>) war. Durch die Heizung
wurde, wie auch im Abschnitt 3.3.1.8 der vorliegenden Arbeit festgestellt wer¬
den konnte, die Ueberschlaggleichspannung zwar nach Massgabe der durch die
Heizung verminderten Luftdichte erniedrigt, aber das Stossverhältnis erfuhr
keine Aenderung. Diese Versuche sind alle ein Fingerzeig dafür, dass es gar
viele Entlademechanismen gibt und dass die bei den einzelnen Prozessen ent¬
stehenden Träger ganz verschiedenartige Eigenschaften besitzen und daher auch
verschiedenartigen Aufbau haben müssen.
-
4.2. 51 Einfluss des Klimas auf die
313
-
Gleichstromspannungscharakteristiken
Die in dieser Arbeit
dargestellten Gleichstromspannungscharakteristiken
Messungen herrschenden klimatischen Bedingungen
aufgezeichnet. Es wurde auf jegliche Reduktion der Ergebnisse verzichtet, da
die Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit für die untersuchten
Versuchsanordnungen noch nicht genügend bekannt ist. Die erwähnten Klima¬
faktoren beeinflussen sowohl die Anfangsspannungen, wie den gesamten Kurven¬
verlauf und zwar sicherlich je nach Durchmesser, Oberflächenzustand, Alterung
wurden für die während den
und
Formierung
des Versuchsdrahtes und der
Schlagweite
der
schiedener Weise.
Schon die
dingungen
Beeinflussung
der
ist äusserst verwickelt.
Anfangsspannung
Anordnung
in
ver¬
durch die klimatischen Be¬
Begriff darüber geben beispielsweise
die zum Teil schon an früherer Stelle im Abschnitt 4. 2. 24 genannten Arbeiten
von S.Franck 47), F.W. Peek jr.
102), H.B.Brooks und F.M. Defandorf 19),
K. Potthoff und B.Mathiesen 107) und E.Marx und H. Göschel 81). Die
letztge¬
Einen
nannte Arbeit ist auch aus einem anderen Grunde sehr bemerkenswert. Es wird
nämlich festgestellt, dass sich die bei gleichen atmosphärischen Bedingungen
aufgenommenen Wechsel- und Gleichspannungskoronaverlustkurven überschnei¬
den können, somit die Verluste bei Wechselspannung unter Umständen geringer
als bei
Gleichspannung
sein können. Im
allgemeinen ist
es
bekanntlich und be¬
greiflicherweise umgekehrt.
Während bei Wechselspannung sich die Verlustkurven bei Aenderung der
klimatischen Bedingungen im allgemeinen parallel zueinander verschieben (z.B.
Leitungsseilen), ist dies, wie F.Beldi 9) berichtet, bei
mehr der Fall. Hier verursacht also das Klima auch eine
an
der
Gleichspannung nicht
Aenderung der Form
Verlustkurve, da es unter Umständen nach M. Menés und L.H. Fisher
den Entlademechanismus stark umgestalten kann und bei den im Vergleich
86)
zu
den
Wechselspannungsverlusten im allgemeinen wesentlich kleineren Ver¬
lusten bei Gleichspannung die Umpolarisationsverluste fehlen. Die positiven
Gleichspannungsverluste sind bekanntlich im technisch interessierenden Span¬
nungsbereich kleiner als die negativen und nach F. Beldi 9) dies umso mehr, je
schöner
das
Wetter ist.
Niederschlägen kleiner
Der Polaritätsunterschied der Verluste ist also bei
als ohne.
L.Hegy und G.W.Dunlap 61) beobachteten auch
an Seilen bei Aenderung der angelegten Span¬
Wechsel im Entlademechanismus
nung.
Im Wechselfeld gehen die Umpolarisationsverluste bei Bereicherung des
Gasraumes mit Schwebeteilchen (Rauch) nicht unbeträchtlich zurück. Dagegen
steigen sie, wenn es zur Ablagerung diese Schwebeteilchen (z.B. Wassertropfen)
auf der Leiteroberfläche kommt. N. B. Bogdanova und A. A. Vorobiev 15) unter¬
suchten den Einfluss von Niederschlägen im Gasraum, sowie Tropfen- und Eis¬
bildung an der Oberfläche von Leitern auf die Koronaverluste bei Gleich- und
bei Wechselspannung. Darnach sind die Verluste viel weniger von der Nieder¬
schlagsmenge im Gasraum als von der Oberflächenbenetzung, die bei genügen¬
Spannungshöhe verschwindet, abhängig. Der Koronastrom ist daher bei
hohen Spannungen praktisch unabhängig von der Niederschlagsmenge. Eingehende
Versuche über die Klimaabhängigkeit der Gleichspannungskorona speziell an
dünnen Drähten wurden schon sehr früh von F.W. Peek jr. 102) gemacht und
speziell für Leitungsseile von H. Prinz 108) nachgeprüft und erweitert.
der
-
4.2. 52
Lage
von
314
-
positiver und negativer Anfangsspannung zueinander
am
dünnen Draht und
an
der
Spitze
Ob die positive Anfangsgleichspannung des dünnen Drahtes
Atmosphärendruck höher oder tiefer als die negative liegt, hängt
messer
in
Luft
vom
von
Durch¬
von 0, 26 mm ist nach
123) die positive Anfangsgleichspannung grösser als die negative,
dagegen umgekehrt, die negative grösser als die positive. Diese An¬
des Drahtes ab. Unterhalb eines Durchmessers
W.O. Schumann
oberhalb
für den untersuchten Durchmesserbereich von 0,002 mm mit E0+
850 kV/cm bis 40 mm mit E0+
kV/cm und E0_
36, 5 kV/cm und E0_
37,7 kV/cm. Für den Grenzdurchmesser beträgt die Anfangsfeldstärke E0+
105 kV/cm. Darnach wäre für den von mir verwendeten 0,1 mm dicken
E0_
gaben gelten
=
900
=
=
=
=
=
positive als negative Anfangsgleichspannung zu erwarten
war. Der Widerspruch findet seine Erklärung
off enbar darin, dass die Angaben von Schumann für blanke Drähte gelten, während
von mir aber gealterte formierte Drähte verwendet wurden. Auch die Feuchtig¬
keit beeinflusst bekanntlich das Verhältnis der positiven zur negativen Anfangs¬
spannung. E. Marx 81) bestätigt ebenfalls, dass die positive Anfangsspannung bei
grösseren Leiterdurchmessern (Seilen) kleiner als die negative ist und dass der
polare Unterschied mit wachsendem Durchmesser zunimmt. Seinen Ausführungen
entnehmen wir ferner, dass die Anfangsgleichspannung kleiner als die Anfangs¬
wechselspannung ist.
Stahldraht eine höhere
gewesen,
was
aber nicht der Fall
Im Spitze-Platte-Feld in Luft von Atmosphärendruck ist nach Beobachtungen
gleichen Forschers E.Marx 79) an gewöhnlichen Spitzen die positive An¬
fangsgleichspannung stets etwas höher als die negative, die negative Anfangsstosspannung dagegen bedeutend höher als die positive.
des
4.2. 53 Beeinflussung der Koronaverlustkurve
von
Drähten durch Alterung
in dieser Arbeit festgestellt werden konnte, zeigen nur ganz neue
polierte Kupfer- und Stahldrähte, speziell in der Nähe der Anfangsspan¬
nung, grössere Verlustströme bei Gleichspannung als gealterte formierte. Bei
einer Schichtdicke der Oxydhaut von nur 10~4 mm ist der Alterungsprozess be¬
reits praktisch beendet und die Anfangsgleichspannungen haben ihre Endwerte er¬
reicht. Dies dauert bei starkem Sprühen nur wenige Minuten. Bei sehr langer
Spannungseinwirkung macht sich dann, speziell beim Stahldraht, ein weiterer
Wie
dünne
Faktor, nämlich die durch Korrosion verursachte Unebenheit der Oberfläche
bemerkbar. Hierdurch sinken sowohl Anfangs- wie Ueberschlagspannung wieder
und der Verluststrom
steigt. Diese Erscheinung
ist aber wohl
vom
Alterungs¬
prozess zu unterscheiden. A.v.Engel 31) untersuchte den Einfluss der Alterung
auf die Koronaverluste an einem Kupferdraht von 6 mm
bei Wechselspannung.
Eine
den
10-4
jb
Kupferoxydschicht auf der Drahtoberfläche bewirkte nach
Beobachtungen von Engel's eine Erhöhung der Anfangsspannung um 8 % und
mm
dicke
entsprechende Parallelverschiebung der Verlustkurve. Er erklärt dies mit
dadurch veränderten Kathodenfall, der mit der Austrittsarbeit immer
parallel einhergeht. Die durch die dünne Oxydschicht erhöhte Elektronenaus¬
trittsarbeit bedingt nach R. Strigel 136) bei negativer Polarität eine Vergrösserung des Entladezeitverzugs um mindestens drei Grössenordnungen, wodurch
nach K. Potthoff und P. Mathiesen 107) bei industriefrequenter Wechselspannung
eine deutlich bemerkbare Verzögerung des Zündzeitpunktes der Koronaentladung
in der negativen Halbwelle Zustandekommen soll, falls der Wechselspannungsscheitelwert nur wenig grösser als die Anfangsspannung ist.
eine
dem
-
4.2. 54
Die Form der
315
-
Gleichstromspannungscharakteristik
eines Drahtes
Die bekanntesten funktionellen Darstellungen der Gleichstromspannungs¬
charakteristiken für zylindrische Leiter sind die von F.W. Peek jr. 102) und
H.Prinzl08), 109). Nach Peek ist die Kennlinie eine Parabel mit dem Scheitelpunkt
bei der
Anfangsspannung
position
einer
und nach Prinz besteht die Kennlinie aus einer Super¬
Parabel und einer Geraden. Diese Form wählte Prinz, um aus¬
drücken
zu können, dass die Kurventangente der Stromspannungskennlinie, die
Anfangsspannung die Abszissenachse verlässt, nicht horizontal ist. Der
endliche Anstiegswinkel wird heute allgemein, so zum Beispiel in einer Arbeit
bei der
von F. Beldi 9),
bestätigt. Nach meinen Untersuchungen zeigt der Leiter mit
glatter Oberfläche (Draht) diese Eigenschaft viel ausgeprägter, als ein solcher
mit rauher (verseilter Leiter) und dies ausserdem umso mehr, je grösser sein
Durchmesser ist. Die Erklärung dafür ist die, dass der Sprüheinsatz am glatten
Draht an allen Oberflächenstellen bei derselben Spannung erfolgen kann, während
dies am rauhen Leiter nicht der Fall ist. Der grössere Anstiegswinkel beim
dicken Leiter als beim dünnen wird wohl durch das grössere Ionisationsgebiet
des ersteren verursacht. Aus meinen Messungen geht hervor, dass die Strom¬
spannungscharakteristik des dünnen, glatten, gealterten und formierten Drah¬
tes, speziell bei positiver Polarität, genaue Parabelform besitzt und mit endli¬
cher Steilheit beginnt. Deshalb benutzte ich als neue Darstellungsart ein Parabel¬
stück, dessen Scheitelpunkt auf seiner imaginären Fortsetzung im Gebiet ne¬
gativen Stromes und gleichpoliger Spannung liegt.
4.2.55
Ionenbeweglichkeiten
im Dünndrahtfeld unter
Gleichspannung
Seeliger 88) machen wohl als erste darauf aufmerksam,
Ionenbeweglichkeiten im Felde eines dünnen Drahtes erheblich grösser
als die normalen, sonst beobachteten sind. Sie berechneten diese aus den Strom¬
spannungscharakteristiken und fanden beispielsweise bei einem Drahtdurch¬
messer von 1 mm eine negative Ionenbeweglichkeit von 3,2 cmVvs gegenüber
dem normalen Wert von 1, 9 cmfyVs. Auch E.Uhlmann 150) findet bei Draht¬
durchmessern von mehr als 1 mm immerhin noch 2, 6 cmVVs. Er erklärt, dass
die die Beweglichkeit erhöhende grosse Zahl kleiner Träger Atomionen und
G. Mierdel und R.
dass die
Elektronen
sind. Weiter berechnet O.J.M.Smith
126)
aus
direkten Feldstärken¬
messungen mit einer rotierenden Drahtschleife örtlich veränderliche Beweg¬
lichkeiten von 3.. .4 cm2/Vs. im industriefrequenten Koronawechselfeld findet
156) als positive Ionenbeweglichkeiten 6... 10 cm2/Vs urid als
negative 2... 10 cmVVs im Bereich zwischen einfacher und doppelter Anfangs¬
spannung. Während darüber hinaus die positive Ionenbeweglichkeit den obigen
Wert nicht überschreitet, wächst die negative noch weiter an. Diese Feststel¬
lungen wurden an Drähten mit 0,46, 1, 6 und 2, 6 mm Durchmesser, die von
konzentrischen Zylindern mit den Durchmessern 610, bzw. 1550 mm umgeben
waren, gewonnen. Die örtliche Veränderlichkeit der Beweglichkeit wird auch
von V.I.Popkov 106) erwähnt. Diese sehr begreifliche Ansicht teile auch ich
und möchte noch bemerken, dass in extremen Fällen örtlich gewiss noch be¬
deutend grössere Beweglichkeiten vorhanden sein dürften.
C. H.J.Willis
-
4.2.56
Vorentladungen
an
-
der
Kugelelektrode
gemacht worden, dass
langsam ändernder Prüfspannung am reinsten an allein
Räume befindlichen grossen Kugeln auftreten.
Es
ist
noch
keiner Seite darauf aufmerksam
von
Büschelentladungen
im
316
bei
bei H.H.Schneider 122) ein diesbezüglicher Hinweis
Photographien positiver Stossbüschel. Doch unter¬
scheiden sich die Verhältnisse im Stossentlademechanismus, wo der eigentlichen
Büschelbildung in Elektrodennähe die Entwicklung einer stromschwachen Strei¬
fenentladung voraus geht, von den Verhältnissen bei statischer Beanspruchung.
Man vergleiche die diesbezüglichen Ausführungen im Abschnitt 4.2.26.
Für Stoss besteht
durch
die
zwar
aufgenommenen
Vor der positiven Spitzenkuppe existiert aber auch stets, ausser den bü¬
schelbildenden Trägern, noch eine gewisse Anzahl die Ultrakoronaentladung
fördender Träger, die die Büschelbildung unmittelbar vor der Spitzenkuppe be¬
hindern.
4.2.57
Ansatzstellen der positiven Büschelentladung
an
der feinen
Spitze
Die in dieser Arbeit beschriebene
Beobachtung, wonach die positive Bü¬
Gleichspannung oder industriefrequenter Wechsel¬
spannung stehenden feinen Spitze nicht an ihrem vordersten Ende, sondern etwas
davon entfernt, seitlich ansetzt, wurde auch schon von M. Toepler und T. Sasaki
schelentladung
einer
142) geschildert.
unter
Sie verwendeten bei ihren
Untersuchungen
eine
Spitze-Platte-
Funkenstrecke mit stumpfer oder spitzer (Nähnadel 0, 9 mm 6) Spitze. An der
letzteren erhielten sie bei positiver Polarität kurz vor dem Erreichen des Ue-
berschlagswertes der Prüfgleichspannung sehr rein und dauerd ein den ganzen
Entladungsraum überbrückendes schmales Stielbüschel, ohne gespreizte Krone
(ein Lichtband, rot, 1 mm 6) an der Anode, blau, 3 mm fr an der Kathode). Die
daraus entstehende Funkenentladung erfolgte ohne Streuung immer bei derselben
Spannung. Die Raumladungswolke vor der Spitzenkuppe wird hier offenbar kurz
vor Erreichen der Ueberschlagspannung plötzlich durchstossen und die Funken¬
bildung erfolgt auf dem kürzesten Wege aus der Spitzenkuppe heraus. Bei grös¬
seren Schlagweiten beobachtete Toepler hingegen die übliche kurzstielige Bü¬
schelentladung mit gespreizter Krone und die Funkenbildung erfolgte jetzt nicht
mehr achsial, sondern stark seitlich. Auch bei der Stosskorona mit rascher
Stossfolge bemerkten D. B.Moore und W.N.English 97) an einer positiven Spitze
mit 1 mm Endkuppenradius einer Spitze-Platte-Funkenstrecke helles Glimmen
an der Kuppe und weiter rückwärts am Schaft lange radiale Büschelentladungs¬
fäden. Vom vorangehenden Stoss bleibt eine gewisse Menge an Raumladung vor
der Spitzenkuppe liegen, wodurch die Büschelbildung beim kurz darauffolgenden
nächsten Stoss in dieser Gegend etwas unterdrückt wird. Auch W. N. English 33)
und 32) erwähnt die Tatsache, dass sowohl die von ihm verwendete saubere Spitze,
wie auch die nach dem Verfahren von Hudson mit Magnesiumoxyd fein bestäubte,
an ihrem vordersten Ende von einer Raumladungswolke umhüllt werden.
Diese
Wolke ist umso stärker, je feiner die Spitze ist.
-
4.2. 58
Sonderformen der Korona
ebenfalls
Die
84)
O. Mayr
von
317
an
-
Spitzen bei Gleichspannung
beobachtete
Spannungserhöhende Wirkung
des in dieser Arbeit beschriebenen ultrakorona-ähnlichen Entladezustandes
Spitzen
bei
Gleichspannung
Entladung. So machen
positiver
ist durchaus nicht die
an
einzige bekannte
H.M. Gaunt und J.D.Craggs 52) auf eine
positive Sonderform aufmerksam. Auch bei negativer Spitzenpolarität
Sonderformen der Entladung auftreten, wie A. Greenwood 56) berichtet.
Sonderform der
weitere
können
4.2. 59
Der senkrecht
eine
zur
Achse abgeschnittene Rundstab:
abgeartete Schirmelektrode
Die von J.V.Lebacqz 76) bei massiger Schlagweite festgestellte aussergewöhnlich hohe 60 Hz Ueberschlagwechselspannung am senkrecht zu Achse
abgeschnittenen Rundstab, im Vergleich zu den Ueberschlagspannungen aller
übrigen von ihm untersuchten Stabelektrodenformen, dürfte ihre Erklärung darin
finden, dass die soeben beschriebene Elektrode eine abgeartete Schirmelektrode
mit 90° Schneidenwinkel darstellt. An ihr wird daher im mittleren Schlagweiten¬
bereich der Ueberschlag aus einer unreinen Ultrakoronaentladung statt aus einer
-
Büschelentladung, die bei allen anderen seiner Elektrodenformen
speziell am Rundstab mit Halbkugelkuppe zu erwarten ist, erfolgen.
4.2.60 Vorentladungen
Die
bis
zur
dünnen isolierten Drähten bei
dünnen emaillierten
am
ganz
positiver Gleichspannung
Kupferdraht beiWechselspannung
vom
Einsatz
beobachtete und im Abschnitt 3.3.1.7 beschriebene,
Geräusch begleitete, fahlblaue Entladung, ähnelt der
Büschelgrenze
zischenden
einem
an
und
von
von
Mayr 84) bei positiver Gleichspannung beobachteten sogenannten Vorhang¬
entladung an "reinen" Drähten, während die von ihm an "verunreinigten" fest¬
gestellte Entladungsform Ultrakoronacharakter besitzt. Man vergleiche in die¬
sem Zusammenhang auch das in den Abschnitten 4.2.45 und 4.2.61 erwähnte,
O.
bzw. noch
zu
erwähnende.
An einem stark oxydierten dünnenDraht einerDraht-Platte-Funkenstrecke
mit ziemlich kleiner Schlagweite (2 cm) wurden bei Steigerung der Prüfwechselspannung nacheinander zuerst Glimmen, dann Büscheln und hernach erneutes
Glimmen von mir festgestellt. Diese Beobachtung entspricht der von F.Schwai¬
ger
124)
in
seiner Dissertation
veröffentlichten. Er benutzte bei seinen Mes¬
sungen positive Gleichspannung. Nach seinen bemerkenswerten Feststellungen
wird das Auftreten des zweiten Glimmens, das gegenüber der Büschelentladung
stromschwächer ist, durch kurzwellige Bestrahlung gefördert. Während ohne
Bestrahlung
der
Uebergang
vom
Büscheln
zum
zweiten Glimmen allmählich
er¬
plötzliches (in Sekundenbruchteilen) Kippen und
beim Aufhören der Bestrahlung ein ebenso plötzliches Rückkippen. Der Ueber¬
gang von der stromstärkeren zur stromschwächeren Entladung wird durch eine
Feldumbildung erklärt. Man vergleiche auch die Ausführungen im Abschnitt
folgt,
bewirkt Bestrahlen ein
4.2.44.
-
Einfluss der
4.2.61
auf die
318
Spannungsreinheit
Vorentladungen
-
und des Oberflächenzustandes
am
positiven
dünnen Draht
Nach den Ausführungen im Abschnitt 3.3.1.8 zeigt der an idealer positiver
Gleichspannung liegende dünne Platindraht unabhängig davon, ob seine Oberfläche
vor den Versuchen gereinigt, frisch geglüht, glühend oder stundenlang gebraucht
worden war, keine wesentlichen Unterschiede in den Entladungserscheinungen.
Dies steht offenbar im Widerspruch zu den Beobachtungen von O.Mayr 84). Es
muss jedoch berücksichtigt werden, dass mit der Beseitigung der Oberflächen¬
unreinheiten bekanntlich, wie unter anderem R.Strigel 135), 136), 133) bewies,
eine erhebliche Verminderung des Entladezeitverzugs einhergeht, sodass die
Ultrakoronaentladung beim Vorhandensein hochfrequenter Schwingungen in der
Prüf spannung in diesem Fall viel leichter gestört werden kann, als beim unrei¬
nen
Draht.
Eine weitere Ursache des abweichenden Verhaltens ist auch darin
zu er¬
blicken, dass die von O. Mayr 84) als "rein" bezeichneten Drähte mit Karborundpapier feingeschmirgelt wurden. Mikroskopisch gesehen ist die Oberfläche bei
dieser Behandlungsart von feinen Metall- und Schleifmittelstäubchen, die durch
Adhäsion haften bleiben, bedeckt. Diese feinen Partikelchen dürften ähnlich, wie
die von W.N.English 32) gebrauchte, mit feinem Magnesiumoxyd bestäubte Hud¬
son-Spitze Büschelbildung begünstigend wirken. Bei sehr kleinen Schlagweiten,
bzw. auch an dickeren zylindrischen Leitern würde der feine Staub, wie W. Hol¬
zer 62) und M. Toepler 143) an Kugelfunkenstrecken zeigten, das Auftreten von
Streifenentladungen bewirken, die die Ueberschlagspannung vermindern. Man
vergleiche die weiteren diesbezüglichen Angaben der Abschnitte 4.2.13 und
4.2.18. Wischt man jedoch nach dem Feinschmirgelprozess den Draht mit einem
Lappen ab, sodass
er
im
Sinne
Mayr's
unrein
wird,
so
werden die anhaftenden
Stäubchen entweder entfernt oder in die Oberflächenschicht
4.2.62
Die verstärkte mechanische
Koronabewegung
Leiters und seine
eingeebnet.
eines
geheizten
Kühlung
Die auch bei meinen Versuchen beobachtete viel stärkere Koronabewegung
geheizten Leiters wurde von A.Güntherschultze und H.J.Hesse 57) ent¬
deckt. Die Feldstärkenabhängigkeit dieser Erscheinung wurde von A. Günther¬
schultze 58) untersucht, während S. R. Parsons 101) die dadurch vergrösserte
eines
Abkühlung
studierte.
-
Dauerversuch mit
4.2.63
319
-
Ultrakoronaentladung
Bei sehr starkem und namentlich
die Ultrakorona stark gestört werden,
tieferer Spannung erfolgen kann. Man
ungleichem Staubbelag am Draht kann
sodass der Ueberschlag bei wesentlich
vergleiche die diesbezüglichen Ausfüh¬
rungen im Abschnitt 2.3.2.
dann,
Dass andererseits auch der Staubbelag auf der Gegenelektrode, namentlich
wenn er schlecht leitend und sehr ungleichmässig ist, die Entladung stört,
wurde
ebenfalls
wirkt unter
schon
Umständen
wurde ebenfalls
an
mehrfach erwähnt.
Die ungleichmässige Isolierschicht
völlig umgestaltend auf den Entlademechanismus. Dies
früherer Stelle im Abschnitt 4.2.15 erörtert. Als weitere
die Angaben von S. Franck 48) und G. Mierdel und
Unterlagen können noch
R. Seeliger 88) dienen.
4.2.64
Aus den in dieser Arbeit
Bipolare
Korona
wiedergegebenen Versuchsergebnissen
über die
Koronaentladung zwischen zwei gekreuzten Drähten, muss angenommen werden,
dass eine gegenseitige Beeinflussung der beiden die Leiter umgebenden Korona¬
zonen vorhanden ist. Diese Ansicht wird auch in den theoretischen und experi¬
mentellen Arbeiten von V.J. Popkov 104) und 105) vertreten.
-
320
5.
-
Teil
NACHWORT
In Luft von Atmosphärendruck werden immer wieder neue Sonderformen
Entladung entdeckt und es gibt sicher eine grosse Zahl, die wir noch nicht
kennen. Diese Sonderformen werden immer mehr oder weniger durch Zufälle
gefunden. Genau so wenig, wie man Entladungen mit Glimmcharakter bei nor¬
malem Luftdruck, nämlich die stromstarke Glimmentladung und die abge¬
schirmte Spitzenentladung erwartet hat, glaubte man auch nicht durch einfache
Abänderung der Randbedingungen eine neue Form des Koronatypus, die Ultra¬
koronaentladung, finden zu können. Da die soeben erwähnten, besonderen
Glimmentladungsformen wenig bekannt, aber doch sehr interessant und be¬
achtenswert sind, sollen sie anschliessend noch etwas näher geschildert wer¬
den. Ferner will der Berichterstatter Eigenschaften und Existenzbedingungen
der von ihm gefundenen Ultrakoronaentladung, soweit sie ihm bis heute bekannt
sind, noch zusammenfassen.
der
5.1
Zwei Sonderformen der Glimmentladung in Luft
5.1.1
Die stromstarke
Glimmentladung
bei
von
Atmosphärendruck
Atmosphärendruck
H. Thoma und L. Heer
139) *) 140) entdeckten eine stromstarke Glimm¬
gekühlten, ebenen, bzw. schwach gekrümmten Metall¬
elektroden bei Atmosphärendruck. Die Erscheinung bildet sich bei Gleich- und
auch bei Wechselspannung oberhalb eines gewissen Stromminimums aus. Dieses
liegt umso höher, je grösser der Elektrodenabstand ist; es beträgt beispiels¬
weise 0,3 A bei 50 mm Abstand. Es lassen sich bei 100 mm Schlagweite Strom¬
entladung
stärken
zwischen gut
von
mehr als
1 A mit einer Stromdichte
denfleck erreichen. Das
Spannungsgefälle
senordnung 100 V/cm und
trägt für Kupferelektroden
von ca.
Flamme
A/cm2
im Katho¬
weitgehend
Gleichspannung ist die Glimmentladung
Gegensatz zu dem meist zischenden Lichtbogen,
der
320 V. Unter
freier Atmosphäre, im
völlig geräuschlos. Die ganze Erscheinung ähnelt
in
10
in der positiven Säule hat die Grösstromunabhängige Kathodenfall be¬
im
grossen und ganzen der
eines
Bunsenbrenners. Auf der Kathode sitzt im bläulichen Lichte
strahlend der Kathodenfleck. Dann folgen in Richtung nach der Anode zunächst
ganz schwach bläulich leuchtend der Faraday'sehe Dunkelraum, an den sich ein
gelblich leuchtender Entladungsschlauch anschliesst, dessen Durchmesser bei
einer Stromstärke von 1 Amp. etwa 2 mm beträgt, und in einem sehr hellen
rötlich-weiss strahlendem Fleck endigt, der schätzungsweise 1/100 der Fläche
des Kathodenflecks misst. Die äussere Hülle des Schlauches, den man als
positive Säule ansprechen muss, leuchtet in dunklerem bläulichem Lichte und
wird ihrerseits von einer schwach rötlich aussehenden Aureole umgeben. Ihre
äussere Begrenzung hat bei unten liegender Kathode die Form der Flamme
eines
ist
Bunsenbrenners,
halb
die die Anode etwas
umspült;
ihr
grösster Durchmesser
gross wie die Schlagweite. Das Spektrum des Schlauches zeigt
Stickstoffbanden, aber im Gegensatz zum Lichtbogen, keine Linien der Elektro¬
ca.
so
denmetalle. Seine Temperatur wird zu weniger als 1000°C angenommen. Es
lässt sich auch kein Elektrodenabbrand feststellen. Bei nicht gekühlten Elektro¬
den erfolgt ein allmählicher Umschlag in den Lichtbogen, der durch viel ge¬
ringeres Spannungsgefälle, höhere Temperatur, das Auf treten von Metalldampf¬
Spektrum und Elektrodenabbrand gekennzeichnet ist.
linien im
*) Erklärung
sämtlicher Textzeichen auf Seite XIII.
-
5.1.2
Die
321
-
abgeschirmte Spitzenentladung
P.A.Thiessenund H.Bartel 138) entdeckten eine neuartige, abgeschirmte
Spitzenentladung. Die benutzte Anordnung besteht aus einem Plattenkondensator
und einer Spitze mit 17, 5° Flankenwinkel, die durch eine kleine Bohrung in der
einen Kondensatorplatte in den Schlagraum hineinragt. Die beiden zuletzt ge¬
nannten Elektroden liegen an derselben positiven Gleichspannung. Die Schlag¬
weite von der Spitze bis zur geerdeten Gegenelektrode wurde fest auf 20 mm
eingestellt und bei einer bestimmten Spannung als Parameter der Strom in
Funktion der Vorschiebung der Spitze gegenüber der durchbohrten Platte ge¬
messen.
Die
so
erhaltenen Kennlinien haben drei Gebiete. Bei einem bestimmten
zündet die Entladung und bei geringfügigem weiteren Vor¬
Vorschiebungsgrad
schieben erfolgt ein steiler Stromanstieg, bei dem sich die neuartige Entladung
diese erstreckt sich von der Spitze bis zur Gegenelektrode und weist
kennzeichnende Entladungsteile, wie bei vermindertem Druck auf (positive
ausbildet;
Kathodenlicht, Dunkelräume). Bei steigendem Vorschiebungsgrad der
durchläuft der Strom sehr bald ein Maximum und nimmt im zweiten Ent¬
ladegebiet wieder stark ab unter gleichzeitiger Rückbildung der sonderbaren
Entladung; schliesslich wird ein Stromminimum durchlaufen und die Entladung
besteht aus normaler positiver Glimmkorona, die bei erneutem Stromanstieg
Säule,
Spitze
schliesslich
allmählich in
eine
Büschelentladung übergeht. Die beschriebene
Spitzenschärfe abhängig und ist für grosse Span¬
nungen ausgeprägter als für kleine. Abstumpfen der Spitze bewirkt eine Erhöhung
des Strommaximums und eine Schmälerung des Uebergangsgebietes. In reinen
Gasen tritt sie nicht auf; am besten bildet sie sich in einem N2
O2 Gemisch
mit 15 % 00. Bei 15 kV beträgt das Maximum des Stromes 20, das Minimum
z
Sondererscheinung
ist
von
der
-
4
-
yuA.
5.2
Die
Ultrakoronaentladung
Die
Ultrakoronaentladung in Luft von Atmosphärendruck ist eine Sonder¬
oder Sprühentladung, die bei konstanter oder langsam
Spannung an dünnen Drähten rein und an schlanken feinen
Spitzen unrein auftritt, wenn die Gegenelektrode, deren Krümmung die Ueberschlagspannung beeinflusst, gering oder gleich Null ist. Voraussetzung für die
Ausbildung der Ultrakorona ist erstens ein möglichst konstanter Wert der
Oberflächenfeldstärke und zweitens ein nicht zu geringer Gradient derselben;
daher bildet sich diese Entladungsform am besten am dünnen zylindrischen
Leiter aus. Die Ueberschlagspannung erreicht ihr Maximum bei ebener Gegen¬
elektrode, ist proportional der Schlagweite (Millimeter- bis Meterbereich) und
unterhalb eines gewissen kritischen Wertes fast unabhängig vom Drahtdurch¬
Die Entladung ist umso stabiler, je höher die Spannung, je grösser
messer.
die Schlagweite (untersucht oberhalb 5 mm), je dünner der Draht und je ober¬
wellenärmer die Prüfspannung im Hochfrequenzgebiet ist. Ueber die Beschaf¬
fenheit der Sprühelektrode und speziell ihrer Oberfläche sind folgende Fest¬
stellungen gemacht worden. Ein direkter Materialeinfluss besteht nicht, doch
form
der Koronaändernder positiver
fördert ein kleiner Sekundärelektronenemmissionskoeffizient die Ultrakorona.
Die Rauhigkeit der Oberfläche und eine Bedeckung derselben durch Isolier¬
schichten beeinträchtigt diese Entladungsform. Ein die Ultrakorona fördernder
Formierungsprozess ist vorhanden; er verläuft bei sonst gleichartigen Ver¬
hältnissen umso langsamer je grösser der Sprühdrahtdurchmesser ist. Auch
-
322
-
spielt er eine umso grössere Rolle je dicker der verwendete Draht ist. Bei der
Gegenelektrode konnte auch keine Materialabhängigkeit festgestellt werden, hin¬
gegen kann die Form der Entladung durch Potentialgebirge auf dieser Elektrode,
wie sie durch ungleichmässige Isolierschichten und Staub hervorgerufen werden,
völlig umgestaltet werden. Die genannte Entladung ist weiter an das Vorhanden¬
sein von mindestens Spuren eines elektronegativen Gases, in Luft also des
Sauerstoffs angewiesen. Feuchtigkeit und speziell Nebel- und Tropfenbildung
beeinträchtigen die Entladung. Der während der Entladung beobachtete weisse
Nebel, ist vermutlich eine Stickstoffverbindung und fördert die Stabilität der
Entladung. Die Existenz dieser neuen Entladungsform erstreckt sich über einen
grossen Temperatur- und Druckbereich. Aus der grossen und ortsabhängigen
Ionenbeweglichkeit, sowie des wahrscheinlich von Glimmstössen freien Entla¬
dungsstromes darf geschlossen werden, dass am Entlademechanismus kleine
Träger, deren e/m ortsabhängig ist, in grösserer Zahl beteiligt sind. Die Ver¬
teilung der endgültig gebildeten, die leuchtende Zone der Stossionisation ver¬
lassenden Träger ist so, dass das Feld der Dunkelzone dadurch vergleichmässigt wird.
Die Leuchtzone der Ultrakoronaentladung besteht, im Gegensatz zu der¬
jenigen bei der gewöhnlichen Korona, aus einer intensiv rötlich-violett, der
Leiteroberfläche eng anliegenden strukturlosen Glimmhülle, die umso dünner
erscheint, unter je stärkerer Vergörsserung sie beobachtet wird. Unter Gleich¬
spannung ist die Entladung vollständig geräuschlos, unter Wechselspannung sendet
sie einen fast reinen Ton der doppelten Frequenz aus.
-
323
-
6. Teil
AUSBLICK
6.1
Vorschläge
für weitere
Untersuchungen
Es wäre sowohl vom wissenschaftlichen, wie vom technischen Standpunkt
betrachtet,wertvoll noch die Ueberschlagspannungen, bei aus industrief requenten Wechselspannungen und Keilwellen zusammengesetzter Prüf Spannung, für die
aus
hier behandelten
Grundanordnungen
zu
ermitteln. Es ist dies ein ziemlich
fangreiches Programm, da als zusätzlicher Parameter der Phasenwinkel
den Zeitpunkt des Beginns der Stossüberlagerung noch hinzukommt.
um¬
für
Auch wäre es interessant, die Gleichstromspannungscharakteristiken des
dünnen Drahtes in konzentrischer Anordnung bis hinauf zur wirklichen Ueber-
schlagspannung
zu messen.
Voraussetzung hierfür
ist ein
geometrisch genügend
genauer, glatter Messzylinder mit durch sehr kleinen Luftspalt (Grössenordnung
0,1 mm, eventuell sogar noch weniger) getrennten Abschirmstrecken. Dabei
könnte gleichzeitig noch die Feinstruktur des Entladestromes oszillographiert
und das
Hochfrequenzstörfeld
ausserdem mit
abgestimmtem Empfänger
durch¬
gemessen werden. Ausserdem würde die konzentrische Anordnung sich vorzüg¬
lich für die Ausmessung des Feldes, sowie der Raumladungsverteilung, weiter
für die Untersuchung der Koronastrahlung und schliesslich auch noch für das
Studium
der
sowohl eine
Funkenbildung eignen, wobei für die beiden letztgenannten Fälle
spektrale, wie eine zeitliche Analyse wünschenswert wäre.
Sehr aufschlussreich würde auch eine Untersuchung über möglichst alle
der Ultrakorona und ihre quantitativen Abhängigkeiten sein.
Hierher gehören die Untersuchungen über die Beeinflussung durch die Klima¬
Existenzgrenzen
faktoren
Druck, Temperatur und Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung, Zusätze
Dämpfen polarer Molekeln (speziell mit Rücksicht auf die Möglichkeit einer
elektrooptischen Feldstärkemessung), ferner Zusätze von Schwebekörpern
(Russ, Staub, Wasser- und Oeltröpfchen). Weitere wünschenswerte Studien
wären auf die nähere Ergründung der beobachteten Formierung zu erstrecken.
Sie würden chemisch-physikalischer Art sein und hätten sich mit dem Verhalten
von Oberflächendoppel schichten,
adsorbierten Gas- und Flüssigkeitsschichten
und dünnen Schichten chemischer Verbindungen mit den Elektrodenmaterialien
von
zu
befassen.
Auch fehlt bis heute immer noch eine vollständige Energiebilanz der ver¬
schiedenen Korona- oder Büschelentladungsformen in normaler Luft, die sich
durch Licht und Wärme, sowie weitere Strahlungen, ferner durch Schallwirkung
und schliesslich durch
Ein
Bildung chemischer
Produkte äussern.
noch unerforschtes Gebiet ist das der
Funkenbildung
interessantes,
Ultrakoronaentladung. Es würde sich sicher sehr lohnen, die einzelnen
Entwicklungsstadien dieser Funkenbildung zu photographieren, spektroskopieren,
sowie ihre Strahlungsimpulse zu oszillographier en.
aus
der
Die genannten Versuche würden unzweifelhaft wertvolles Material für die
Ergründung des Mechanismus der verschiedenen Entladungsformen
liefern.
weitere
-
6.2
Vorschläge
für die
324
-
Entwicklung
weiterer Messmethoden
und Prüf schaltungen
Aufbauend auf die in dieser Arbeit eingehend beschriebene Prüfschaltung
Erzeugung zusammengesetzter Spannung, die aus Gleichspannung und
dieser überlagerten Stössen gebildet wird, dürfte es nicht schwer sein, eine
für
die
Schaltung für die Erzeugung einer aus Wechselspannung und keilförmigen Stosszusammengesetzten Spannung zu entwickeln. An Stelle der Gleichspannung
wäre einfach die Prüfwechselspannung des beschriebenen Transformators direkt
über die Kopplungswiderstände auf das Objekt zu leiten und die Stossanlage je¬
weils nach Erreichung eines bestimmten Ladezustandes durch einen mit einem
bestimmten, frei wählbaren Zeitpunkt der Periode der Prüfwechselspannung
synchronen Impuls, auszulösen.
wellen
Es scheint nicht ausgeschlossen, dass sich die direkte Feldstärkenmessung
von W.G. Hoover 64)*) mit der rotierenden Drahtschleife, die
nach der Methode
mit künstlicher Quelle auf das
gebracht wird, auch für das
am
betreffenden Ort herrschende mittlere Potential
Ultrakoronafeld,
zum
mindesten bis
zu
einer ge¬
Spannungshöhe, eignet. Es wäre weiter abzuklären, ob nicht eine elegante
Methode der Feldstärkenmessung, durch den elektrooptischen Kerreffekt der
Luft stark erhöhende Zusätze von Dämpfen, geschaffen werden könnte.
wissen
Mit Hilfe von Photozellen und Elektronen vervielfachern genügender Stufen¬
zahl könnten in Verbindung mit einem Telemikroskop sicherlich ohne grössere
Schwierigkeiten die Strahlungsimpulse, die von verschiedenen Stellen einer Vor¬
entladung, speziell der Koronahülle, ausgehen, fast verzögerungs- und ver¬
zerrungsfrei oszillographiert werden. Man vergleiche auch die diesbezüglichen
Arbeiten von W. N. English 36) und H. M. Gaunt und J. D. Craggs 51).
Die Entwicklung der Entladung könnte am besten durch Zeitlupenphotos
verfolgt werden, die mit Hilfe eines weiterentwickelten elektrooptischen Ver¬
schlusses nach Abraham und Lemoine gewonnen werden könnten.
*) Erklärung sämtlicher Textzeichen auf Seite
Xin.
325
-
-
7. Teil
LITERATURVERZEICHNIS
7.1
Verzeichnis der erwähnten Literaturstellen
I. S. Abramson und N. M. Gegechkori, J. Exp. Theor. Phys. 21(1951)484*), Oszil¬
lographie investigation of the spark discharge. 4.2.17 **).
und J.M.Meek, J.AIEE 82(1938)513 und Proc.Roy.Soc.L. 166
development of the spark discharge. 4. 2.26.
T.E.Allibone
(1938)97.
The
T.E.Allibone, W. G.Hawley und R.R.Perry J.AIEE 75(1935)670. Stosspannungsuntersuchungen mit dem Kathodenstrahloszillograph. 4.2.16, 4.2.32.
E.Allibone,
T.
Nature
161(1948)970, Developmentof the spark discharge.
Auley, El.J. 36(1939)56, Gleichzeitiges Ansprechen
geschalteter Funkenstrecken. 4.2.26.
P.H.Mc.
H.W.Bandel, J.Appl.Phys. 22(1951)984,
zweier
4.2.26.
parallel¬
Corona from ice points. 4.2.26.
H.W.Bändel, Phys.Rev. 84(1951)92, Point-to-plane
corona
in
dry
air.
4.2.26.
4.2.21,
Uhlig, Patentschrift Schweizer Patent No. 246812, Einrichtun¬
Verhütung der Bildung von Büschelentladungen. 3.3.1.10, 4. 2. 3.
F. Beldi und E.
gen
zur
F. Beldi, BBC-Mitt.
4.2.51, 4.2.54.
33(1946)363,
Neue
Untersuchungen über
Koronaverluste.
P. L. Bellaschi und W. L. Teague, El. J. 32(1935)120, und P. L. Bellaschi, Energia Elett. 12(1935)200, Sphere gap characteristics on very short impulses. 4.2.37.
P.H.Mc.Auley,
sphere gaps. 4.2.37.
P.L.Bellaschi und
El.J.
31(1934)228, Impulse
calibration of
K. Berger, SEV-Bull. 35(1944)33, Eine neue Schaltung für die Erzeugung zeit¬
proportionaler Ablenkungen in Kathodenstrahloszillographen. 2.5. 5.3.
K.
Berger, SEV-Bull. 37(Sept. 1946), Schaltung zur Messung des Scheitelwer¬
von hohen Wechselspannungen ohne Herbeiführung eines Spannungszusam¬
tes
(5. Preisaufgabe
menbruches.
der
Denzler-Stiftung).
4.2.6
59(1938)161, Beitrag
W.Horcher,
gelfunkenstrecken für Niederfrequenz. 4. 2.39.
L.Binder und
N. B.
tion
ETZ
Bogdanova und A.A. Vorobiev,
on
conductors under
corona
J. Techn.
Phys.
zur
Neueichung der
Ku¬
18(1948)1185, Precipita¬
4.2.51.
conditions.
H.C.Bowker, Proc.Phys.Soc.L. 43(1931)96, Abhängigkeit der Durchbruchspannung einer Gasstrecke von der Temperatur. 4.2.24, 4.2.42.
C.Brinkmann,
Funken.
AFE
32(1938)1,
Ueber
Photoionisierung
durch den elektrischen
4.2.41.
C.Brinkmann,
AFE
33(1939)121, Zündspannungsabsenkung
bei
Fremdionisie¬
rung. 4.2.41.
H.B.Brooks und
F.M.Defandorf,
B.St.J.R.
1, 589,
The corona-voltmeter. 4.2.
24, 4.2.51.
Abkürzungen
siehe Seiten 333 und 334.
Diese Zahl bedeutet
denjenigen Abschnitt,
turstelle verwendet wurde.
in welchem die betreffende
Litera¬
-
Cozzens,
J. S. Carroll und B
over
voltage
J. AIEE
-
47(1928)892, Sphere-gap
and
point-gap
arc-
determined by direct measurement. 4.2.32.
as
Cauwenberghe
R.van
326
und
G.
Rev. Gén. El.
Marchai,
éclateurs de
27(1930)331, L'emploi
du
de
protection contre les
Claussmtzer, Phys. Z. 34 (1933)791, Ueber die Wirkung
lichtung auf den elektrischen Funken. 4. 2. 39.
der ultravioletten Be¬
radium dans les
et les
mesure
appareils
4.2.42.
surtensions.
J.
J.
Claussmtzer, ETZ 54(1933)911, Ueber die Toepler'sche
Anfangsspannung bei der Funkenbildung. 4.2.38.
Knickstelle
Ver¬
im
lauf der
J.
Claussmtzer,
ETZ
57(1936)177,
Cohnstaedt,
Joh. Ambrosius
serhaut
Glas und Metallen.
von
flachen.
Zur
Messung
mit
Kugelfunkenstrecken. 4.2.38.
Barth, Leipzig 1912, Beobachtungen über
die Was¬
Die Wasserhauttheorie der elektroaktiven Ober¬
4.2.24.
186(1946)241,
und J.M.Meek, Proc.Roy.Soc. L.
light from spark discharges. 4. 2.17, 4.2. 26.
J.D.Craggs
The emission of
O. Daubenspeck, AFE 30(1936)581, Experimentelle Untersuchungen der Korona¬
entladung in Luft, Wasserstoff und Kohlensaure. 4.2.21.
Ann. Phys. 26(1936)193, Der Einfluss hochfrequenter Schwingungen
positive Spitzenentladung. 4.2.9, 4 2.15, 4.2.49.
W.Deutsch,
auf die
S.J.Drabkina,
J.
Exp.
the channel of the gas
Theor. Phys. 21(1951)473,
discharge. 4.1.
Theory
of the
development of
F.S.Edwards und J. F.Smee, J.AIEE,
gelfunkenstrecken
fur
Vorabdruck 1938, Die Eichung
Wechselspannung bis 1 MV. 4.2.12.
A.v.Engel, Z.Phys. 68(1931)768,
Ueber die
von
Ku-
Wechselspannungskoronaentladung
oxydierten Kupferelektroden. 4.2.53.
an
English, Phys. Rev. 71(1947)638, Corona from fine positive points. 4. 2.44,
4.2.57, 4.2.61.
W. N.
W.N.
English, Phys. Rev. 74(1948)170,
4.2.21, 4.2.26, 4.2.57.
Positive und
negative point-to-plane
74(1948)179,
Corona from
a
co¬
rona in air.
W.N.
English, Phys.
Rev.
water
drop. 4.2.26, 4.2.
44.
English und L. B. Loeb, J.Appl. Phys. 20(1949)707,
4.2.21, 4.2.26.
W. N.
Pomt-to-plane
corona
onsets.
English, Phys.
W. N.
na.
Rev.
77(1950)850,
pulses from point-to-plane
Photon
coro¬
6.2.
F.
Faulhaber,
7,
4.2.15.
35(1941)431,
AFE
Das Glimmen
von
Drahten
im
Zyhnderfeld.4.2.
L. H. Fisher, Phys. Rev. 72(1947)423, An attempt to verify the theory of the long
spark of Loeb and Meek. 4. 2.42.
L. H. Fisher und B.
Bederson, Phys. Rev. 75(1949)1615,
spark in air. 4.2.43.
Search for the transition
of streamer to Townsend form of
L.H.Fisher
und B.
spark breakdown
R.C.
of
Rev.
at
Formative time
overvoltages.
Phys. Rev. 76(1949)1501, Impulse breakdown
atmospheric pressure. 4. 2.43.
Flowers, Phys. Rev.
by field
81(1951)109,
in uniform fields at low
Fletcher,
air
J. W.
Bederson, Phys.
in air
emission.
4. 2.43.
48(1935)954,
lags
of
4.2.43.
in
the
10"9
The initiation of electrical
s
range
discharges
-
43)
Foord, Nature, 166(1950)688,
T. R.
327
-
Positive point-to-plane spark breakdown of
compressed gases. 4.2.26.
44) W.Förster, Diss.T.H.Dresden 1933, Das Verhalten
bei Stosspannungen (10... 100 kV) nach Aufnahmen mit
lographen. 4.2.37.
45)
W.
Förster,
ETZ
dauer. 4.2.37.
55(1934)689,
Die
von
Kugelfunkenstrecken
dem Kathodenstrahloszil-
Kugelfunkenstrecke
bei sehr kurzer Stoss-
46) C.L.Fortescue, El.J. 27(1930)219, Ueberschlagscharakteristiken
anordnungen. 4.2.26.
47) S.Franck,
AFE
21(1928)318, Anfangsspannung
von
Isolier¬
und Gasdichte bei verschiedenen
Elektrodenformen. 4.2.24, 4.2.51.
48) S.Franck,
AFE
28(1934)485,
Der Staubeinfluss bei Funkenstrecken.
2.63.
49)
S. Franck, AFE 33(1939)54, Der Einfluss der Luftdichte nach den
telwerten für Kugelfunkenstrecken. 4.2.24.
50)
W.Fucks und
4.2.15, 4.
neuen
W.Seitz, Z.Phys. 103(1936)1, Zündspannungsänderung
IEC-Mit-
durch Be¬
strahlung. 4.2.39.
51)
H.M. Gaunt und J.D.
Craggs, Nature 167(1951)647,
discharge. 6.2.
Electrical und
optical cha¬
racteristics of d.c. corona
52)
H. M. Gaunt und J. D.
in d.c.
53)
Gegechkori,
N. M.
J.
of the channel of the
54)
O.
55)
B. L.
Craggs,
Nature
positive point-to-plane
168(1951)859,
corona.
Pre-breakdown
Exp. Theor. Phys. 21(1951)493,
spark discharge. 4.1.
Experimental investigation
Gerber, BBC-Mitt. 35(1948)296, Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Ueberschlagspannung von Isolatoren. 4.2.24.
Goodlet,
Erscheinungen
Perry, J. AIEE 69(1933)695,
Spannungen. 4.2.1, 4.2. 2.
F. S. Edwards und R. R.
bei hohen
Dielektrische
56) A.Greenwood, Nature 168(1951)41, Negative point-to-plane
of the discharge. 4.2. 58.
corona,
57)
Eine
A.
Güntherschultze und H.
nung
58)
59)
discharges
4.2.58.
an
J.Hesse, Z.Phys. 97(1935)113,
Koronaentladung. 4.2.62.
a new
neue
mode
Ersehe!-
erwärmten Drähten mit
Güntherschultze, ETZ 60(1939)1109, Forschungsarbeiten im Institut für all¬
gemeine Elektrotechnik der T.H.Dresden. A. Güntherschultze und Betz,Z.EL.
Chem. 44(1938)248, Koronaentladung. 4.2.62.
A.
J.H.Hagenguth,
El.
Engng. 60(1941)803,
Volt-time
areas
of
impulse spark-over.
4.2.25.
60)
D. R.
Hardy und J. D. Craggs, Trans. AIEE 69(1950)584,
voltage measurement. 4.2.41.
The irradiation of
spark
gaps for
61)
L.
Hegy
und G. W.
Dunlap,
El.
Engng. 53(1934)272,
Corona loss
vs.
atmospheric
conditions. 4.2.51.
62) W. Holzer, AFE 26(1932)865, Ueber den Stossdurchschlag der Luft im gleich¬
förmigen Felde bei grösseren Schlagweiten. 4.2.13, 4.2.34, 4.2.61.
63) W.Holzer, Z.Phys. 77(1932)676, Optische Untersuchung der Funkenzündung
Luft von Atmosphärendruck mittels des unterdrückten Durchbruchs. 4.2.26.
64) W.G.Hoover,
El.
Engng. 55(1936)448,Fields
and
chargesaboutaconduetor,6.
in
2.
328
-
-
65)
I. Jshiguro und I. Goscho, El. J. Tokio
2(1938)215, Unregelmässigkeit
Ueberschlagspannung zwischen grossen Elektroden. 4. 2.13.
66)
P. Jacottet,
4.2.32.
67)
P.
68)
Stosspannungen
Stabfunkenstrecken.
an
Frage der Messung von Hochfrequenzspan¬
Kugelfunkenstrecke. 4.2.37.
Zur
kürzester Dauer mit der
W.Weicker, ETZ 61(1940)565, Ueberschlagwechselspannungen
%-Ueberschlagstosspannungen von Stabfunkenstrecken. 4. 2. 32.
P. Jacottet und
und 50
69)
60(1939)92,
ETZ
Jacottet,
nungen und
58(1937)628, Stossüberschlagversuche
ETZ
in der
A. F. Kip, Phys. Rev.
rona in
air at
70) H.Kroemer,
kammer.
55(1939)549,
positive point-to-plane
Onset studies of
co¬
atmospheric pressure. 4.2.21.
AFE
28(1934)703, Untersuchungen
von
Entladungen
mit der
Nebel¬
4.2.26.
71) H.Kroemer, AFE 27(1935)782, Beitrag zur Kenntnis der Vorprozesse bei
ken- und Koronaentladungen mit Hilfe der Nebelkammer. 4.2.45, 4.2.48.
72) H.Kroemer, Z.Phys. 85(1935)647, Untersuchungen
der Nebelkammer. 4.2.45, 4.2.48.
von
Fun¬
Koronaentladungen
mit
73)
R. Ladenburg und W. Tietze, Ann. Phys. (V)14(1932)510, Untersuchungen über die
physikalischen Vorgänge bei der sogenannten elektrischen Gasreinigung. 4.2.19.
74)
K. Lange, AFE 31(1937)411, Experimentelle Untersuchung der Koronaentladung
für Gleichspannung, Nieder- und Hochfrequenz in reinstem Stickstoff, Sauerstoff
und Gemischen aus beiden Gasen. 4.2.45.
75)
E. O. Lawrence und F. G.
Dunnington, Phys.
sparks. 4.2.17, 4.2.43.
of electric
76)
77)
Rev.
Lebacqz, El. Engng. Trans. 60(1941)44,
4.2.8, 4.2.24, 4.2.27, 4.2.29, 4.2.59.
J.V.
L. B.
Loeb, Phys. Rev. 81(1951)287,
35(1930)396,
Behaviour
On the early stages
point gaps at 60 c/s.
of
Streamer breakdown and
sparking thresholds.
4.2.43.
78)
J. T.
Lusignan
21, 4.2.34,
79) E.Marx,
und
80)
jr., J. AIEE 47(1928)859,
AFE
study of high voltage flashovers. 4.2.
20(1928)589, Untersuchungen
Ueberschlag
im
unhomogenen
über den elektrischen
Felde. 4.2.
E.Marx, ETZ 51(1930)1161, Der Durchschlag
schen Felde bei verschiedenen
81)
A
4.2.45.
Göschel, ETZ 52(1933)1112,
4.2.51, 4.2.52.
82) O. Mayr, AFE 18(1927)270,
4.2.19, 4.2.22.
83) O.Mayr,
AFE
24(1930)15,
AFE
24(1930)8,
die
unhomogenen
elektri¬
4. 2. 2.
Koronaverluste
Raumladungsprobleme
Ueber
Durchschlag
4.2. 52.
der Luft im
Spannungsarten.
E. Marx und H.
spannung.
33,
der
Spannungsstufe
bei
hoher
Gleich¬
Hochspannungstechnik.
beim
Funkenüberschlag.
4.2.50.
84)
O.
Mayr,
Positive Ionen mit hohem
Ionisierungsvermögen und
4.2.15, 4.2.20, 4.2.22,
deren Einfluss auf den elektrischen Durchbruch in Luft.
4.2.45, 4.2.58, 4.2.60, 4.2.61.
85)
86)
J. M. Meek, J.Franklin I. 230(1940)229,
voltage for sphere gaps. 4.2.34.
M. Menés und L. H.
sitive
point
corona
A theoretical determination of breakdown
Fisher, Phys. Rev. 86(1952)134, Formative
4.2.24, 4.2.26, 4.2.30, 4.2.51.
in air.
time
lags
of po¬
-
329
-
Messner, AFE 27(1936)133, Kathodenoszillograohische Untersuchung
Luftaurchschlages bei grossen Schlagweiten. 4.2.30, 4.2.36.
M.
G. Mierdel und R.
lischen
Vorgänge
Seeliger, AFE 29(1935)149, Untersuchungen
bei der Elektrofilterung. 4.2.55, 4.2.63.
F.O.McMillan, El.Engng. 54(1935)282,
tor corona.
über die
Some characteristics of
des
physika¬
a. -c.
conduc¬
4.2. 21.
F. O. Mc Millan, El. Engng. 58(1939)56, Polarity
34, 4.2.38.
F.O.Mc.MillanundE.C.Starr,
J.AIEE
limits of the
49(1930)859,
sphere gap. 4.2.
The influence of
polarity
on
high-voltage discharges. 4.2.7, 4.2.34, 4.2.38.
22(1951)494, Positive coaxial cylin¬
O» and mixtures thereof. 4.2.21, 4.2.45.
C.G.Miller undL.B.Loeb, J.Appl.Phys.
drical
discharges
corona
in pure
N2,
CG. Miller und L.B.Loeb, J.Appl. Phys.
drical
corona
discharges
in pure
N„, O,
C.G.Miller und L.B.Loeb, J.Appl. Phys.
positive and negative
various mixtures at
22(1951)614, Negative
and mixtures thereof.
22(1951)740, Starting potentials
with coaxial
geometry
pressures from atmospheric to 27
coronas
coaxial cylin¬
4.2.21, 4.2.48.
in pure
mm
Hg.
N2,
4.2.
21,
of
02 and
pure
4.
2.45,
4.2.48.
J.Miyamoto, AFE 31(1937)371, Durchschlag
Feld (Spitze-Platte). 4.2.33.
und
Gasentladung
J.Miyamoto, AFE 33(1939)371, Durchschlag und Gasentladung
Feld (Spitze-Platte) in verschiedenen Gasen. 4.2.33.
im
im
inhomogenen
inhomogenen
English, J.Appl. Phys. 20(1949)370, Point-to-plane impul¬
4.2.26, 4.2.57.
D. B. Moore und W. N.
se corona.
U.Müller,
57(1936)825,
ETZ
spannungsleitern
T. Nishi und J.
von
Nakajima,
humidity
The influence of
G.L.Nord,
El.
Die
Abhängigkeit der Strahlungsverluste
der Luftdichte.
vonHöchst-
4.2.24.
34(Dez. 1937 u. Nov. 1938),
spark-over voltage of insulators. 4.2.24.
Sc. P.Inst. Phys. Chem.R.
on
the
Engng. 54(1935)955, Effect
of ultraviolet
on
breakdown voltage.
4.2.39.
S. R.
of
a
Parsons, Phys. Rev. 33(1929)75, The effect of
corona
current
on
the
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hot wire. 4.2.62.
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in
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4.2.64.
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corona discharge in atmospheric air.
under conditions of
V.J. Popkov, Elektrichestvo
4.2.55.
1(1949)33,
B.Mathiesen, ETZ 56(1935)3, Koronaverluste
selspannung. 4.2.24, 4.2.42, 4.2.51, 4.2.53.
nung.
4.2.51, 4.2.54.
Die Gesetze der
wires.
recombination of ions
4. 2.64.
On the theory of the unipolar d.c.
K. Potthoff und
H.Prinz, AFE 32(1938)114,
on
am
corona.
Seil bei Wech¬
Koronakennlinien bei Gleichspan¬
-
109)
H.Prinz, AFE 35(1941)705,
Zur
330
-
Gültigkeit des Peek'schen Koronaverlustgesetzes.
4.2.54.
110) A.M.Prokofiev, J. Techn. Phys. 20(1950)802,
na by negative ions. 4. 2.49.
111)
Exitation of
high frequency
coro¬
H.Raether, Z.Phys. 94(1935)567,
Raether, C.D.Bradley und L.B.Snoddy, Phys. Rev. 47(1935)541, Gasentladun¬
H.
4.2. 26.
gen in der Nebelkammer.
112) H.Raeaher, Phys.
37(1936)560,
E.Flegler und H.Raether, Z.Phys. 103(1936)315,
Die Ionisierungsvorgänge in Gasen bei Stosspannung. 4.2.40, 4.2.43.
Z.
113) H.Raether,
58(1937)1394, Z.Phys. 107(1937)91, Untersuchung
ETZ
der Elektro¬
nenlawinen in der Nebelkammer. 4.2.26.
114) H.Raether, Z.Phys. 107(1937)91, Untersuchung
Nebelkammer. 4.2.39, 4.2.41, 4.2.43.
115) H.Raether, Z.Phys. 110(1938)611,
Funkenstrecke.
116) H.Raether,
Ueber die
der Elektronenlawinen
mit der
gasionisierende Strahlung
einer
4.2.26.
63(1942)301,
ETZ
Ueber den
elektrischen
von
Gasen.
homogenen Feldes
in Luft.
Durchschlag
4.2.43.
117) H.Ritz,
AFE
26(1932)219, Durchschlagfeldstärke
des
4.2.24.
118)
Rogowski
W.
und R.
Tamm, AFE 20(1928)107, Hg. -lampe und Radium als Vorio¬
nisatoren. Dir Einfluss auf den elektrischen Funken.
119)
Rogowski,
W.
Z.
4.2.41.
Phys. 98(1935)399, Elektronenanlagerung und Ionenbildung
bei
Gasen. 4.2.45.
120) H. Roser, ETZ 53(1932)411, Schirme zur Erhöhung der Durchschlagspannung in
Luft. (Zusammenfassung der Ergebnisse aus Forschungsarbeiten von Holzkamp,
Krüger, Kruscheff, Meier und Heinz Müller.) 4. 2.2.
121) A.Roth, Springer
122) H.H.Schneider,
4.2.26, 4.2.56.
Wien
AFE
1938, Hochspannungstechnik. 4.2.1, 4.2.47.
34(1940)457, Büschelentladungen
123) W.O.Schumann, Springer
Berlin
1924,
bei
hohenStosspannungen.
Elektrische Durchbruchsfeldstärke
von
Gasen. 4.2.52.
124)
125)
F.Schwaiger, Diss. T.H.München 1940, Entladungsvorgänge
Feld bei Gleichspannung. 4.2.44, 4.2.60.
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126)
O.
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J.M.Smith, Trans. AIEE
(SEV),
Publikation
im
inhomogenen
173(1944), Regeln
4.2.24.
67(1948)1137,
The space
Charge due
to corona.4.2.
55.
127) A.Spälti.Diss.ETH 1943,
Ein
Röhrengerät
und Strom. 2.5.3.2.2.
128) C.S.Sprague
und G.Gold, El.
50-cm sphere gap. 4.2.42.
129)
C.Stoerk und W.Hölzer,
Kugelfunkenstrecken
130) R.Strigel,
Messung
von
Leistung, Spannung
Engng. 56(1937)594, Sixty-cycle
calibration of the
Techn.Phys. 10(1929)317, Spannungsmessungen
in Luft.
W.V.Siemens
4.2. 26.
kenstrecken.
Z.
zur
mit
4.2.18.
15(1936)1, Entladeverzug
von
Kugel-und Spitzenfun-
-
R.Strigel, ETZ 59(1938)33,
Atmosphärendruck. 4.2.26.
59(1938)1,
ETZ
R.Strigel,
331
-
Ueber die Statistik des
Entladeverzugs
Ueber die Aufbauzeit innerhalb des
in
Luft
von
Entladeverzugs.
4.2.26.
R.
Strigel, Springer (1936), Stosspannungstechnik.
4.2.
30, 4.2.39,
4.2.43 und
4.2.61.
R.Strigel, W.V.Siemens 21(1942)118, Ueber die 50 %-Ueberschlagstosspannung
wechselspannungserregter Schutzfunkenstrecken. 4.2.49.
Strigel, AFE 27(1933)137, Materialabhängigkeit
4.2.40, 4.2.61.
R.
R.
AFE
Strigel,
26(1932)803,
Kathodenmaterial und
des
Entladeverzugs
Entladeverzug.
4. 2.
in Luft.
53,
4.2.
61.
M.Suzuki, T.Nakamura, T.Mikami,
Stossdurchschlag. 4.2.40,
tron beim
1(1937)134,
El. J.Tokio
Das
Anfangselek¬
4.2.50.
Bartel, Z. Techn. Phys. 16(1935)285, Eine neuartige abge¬
Spitzenladung mit Uebergang einer stromstarken Entladungsform in
P.A. Thiessenund H.
schirmte
eine stromschwächere.
5.1.2.
L.Heer, Z. Techn. Phys. 13(1932)464, Die stromstarke Glimment¬
Atmosphärendruck, eine neue Entladungsform. 5.1.1.
H. Thoma und
ladung
bei
L.Heer, Z.Techn. Phys. 14(1933)385, Glimmentladung
phär endruck. 5.1.1.
H. Thoma und
M.
n. Zur
Toepler, ETZ 51(1930)777,
Kugeln. 4.4.12.
in Atmos-
Spannungsmessung aus Funkenbildung
zwi¬
schen
M.
Toepler
aus
und T.
Sasaki,
AFE
26(1931)111,
Toepler, AFE 24(1932)429, Zur
4.2.13, 4.2.14, 4.2.18, 4.2.61.
M.
Kenntnis der
M. Toepler, ETZ 53(1932)1219, Knickstelle
4.2.10, 4.2.26, 4.2.38, 4.2.43.
M.
Funkenkonstante für
Funkenbildung
verschiedenen Grenzspannungen. 4.2.57.
Funkenspannung (Vorprozesse).
im Verlauf
der
Toepler, Phys. Z. 40(1939)206, Schlagweitenvergrösserung
Strahlhelligkeit von Stossfunken. 4.2.41.
Anfangsspannung.
durch Strahlstoss
und
J.JT.Torok und
F.D.Fielder,
J.AIEE
49(1930)46,
Ionisation
currents
and
the
breakdown of insulation. 4.2.23.
G.W.Trichel, Phys.Rev. 55(1939)382, The mechanism of the positive point-toplane corona in air at atmospheric pressure. 4.2. 20, 4.2.26.
E. Uhlig,
Patentschrift Schweizer Patent No.
244166, Durchführung
für Höchst¬
spannung führende Leiter. 4.2.4.
E.
Uhlig,
Patentschrift Schweizer Patent No.
248621, Ueberspannungsableiter.
4.2.5.
E.
Uhlmann,
H.
23(1929)323, Der elektrische Durchschlag von Luft zwischen
Zylindern. 4.2.15, 4.2.19, 4.2.20, 4.2.22, 4.2.34, 4.2.55.
AFE
konzentrischen
Viehmann, AFE 25(1931)253, Der Stossdurchschlag der Luft nach Untersuchun¬
Kathodenstrahloszillographen. 4.2.17, 4.2.31.
gen mit dem
H. 74/75, 1, Umrechnung der
Isolatoren auf einheitliche Luftverhältnisse. 4. 2.24.
W.Weicker, Hescho-Mitt. (1936)
nung
von
W.Weicker und W. Horcher, ETZ 59(1938)1029,
tafeln für Kugelfunkenstrecken. 4.2.38.
Ueberschlagspan-
1064, Grundlagen zu neuen
Eich¬
-
154)
G. L.
rona
-
Weissler, Phys. Rev. 63(1943)96, Positive and negative point-to-plane
in pure and impure hydrogen, nitrogen and argon. 4.2.26.
155) H.J.White, Phys.
static
156) C.H.
332
Rev.
49(1936)507,
Effect of intense illumination
on
time
spark breakdown. 4.2.43.
J.
Willis, J. AIEE 46(1927), 3, 272, Space charge
4.2.45, 4.2.55.
and current in
co¬
lag
in
alternati¬
ve corona.
157) R.R.Wilson, Phys.Rev. 50(1936)1082, Very
158)
A.
Zingerman
chanism of the
short time
lag
of
sparking. 4.2.43.
Nikolaevkaja, J. Exp. Theor. Phys. 16(1946)499,
progress of a discharge. 4.2. 26.
und N.
The
me¬
333
-
7.2
1.
Liste der im Literaturverzeichnis benutzten
AFE
Ann.
Abkürzungen
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33 West 39th Street, New York.
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Via Revere
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Friedrich-Ebert-Str.
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334
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den Sie¬
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Zeitschrift für Physik.
Springer-Verlag,
Berlin-Charlottenburg
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Barth, Salomonstr. 18B, Leipzig
Jebenstr.
1,
Johann Ambrosius
C 1.
-
335
-
8. Teil
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabenstellung, Objekte
8.1
und
Prüfspannungen
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht in der Messung der
quasihomogener und geometrisch inhomogener
artigen Prüf spannungsformen.
nung
Felder
Nach den hier benützten Definitionen wird unter einem
Feld
(Gruppe a)
ein
solches
verstanden,
Ueberschlagspanbei verschieden¬
quasi homogenen
in welchem keine stationären Vorent¬
ladungen möglich sind. In solchen Feldern bildet sich also die erste Vorentla¬
dungserscheinung ohne weitere Spannungssteigerung zum vollständigen Ueberschlag aus, falls die zur Verfügung stehende Beanspruchungszeit dazu genügt.
Aus dieser Gruppe von Versuchsanordnungen wurde eine einpolig geerdete horizontalachsige Kugelfunkenstrecke mit 250 mm Kugeln näher untersucht. Das
geometrisch inhomogene Feld (Gruppe b) ist dadurch gekennzeichnet, dass sich
in ihm stationäre Vorentladungen ausbilden können. Die Entwicklung des Ueberschlages erfolgt hier aus der Vorentladung heraus nur bei weiterer Spannungs¬
steigerung. Die Betrachtungen beziehen sich auf Anordnungen, deren eine Elek¬
trode stark und deren andere Elektrode dagegen nur schwach gekrümmt oder
eben ist. Letztere ist geerdet und die Polaritätsbezeichnung richtet sich nach
dem Potential der ersteren. Bei negativer Polarität zeigen alle Arten inhomoge¬
ner Felder ähnliche Vorentladungen; bei positiver hingegen müssen zwei Unter¬
gruppen unterschieden werden. Es sind dies solche, die bei genügender statiT
scher Spannungshöhe Büschelentladungen zeigen (Untergruppe bj) und solche,
denen Ultrakoronaentladungen auftreten (Untergruppe b2). Die zuletzt ge¬
an
nannte Entladungsform ist eine neuentdeckte. Aus der Untergruppe bi, in die
alle technischen Objekte gehören, wurden die Anordnungen Spitze (30°)-Kugel
(750 mm fi) und Stab (10 mm Vierkant)-Kugel(750 mm f&) untersucht. Die Unter¬
gruppe b2 umfasst im wesentlichen nur den dünnen zylindrischen Draht als stark
gekrümmte Elektrode; Messungen wurden an den Anordnungen Draht (2; 1; 0, 5;
0,
2 und
0,1
mm
kreuzten Drähten
$-Kugel(750
(von je 0,
5
ji), Draht (0,5
jS) angestellt.
mm
mm
mm
jrf)-Platte
und
an
zwei ge¬
Die benutzten Prtifspannungsformen waren Gleichspannungen, industriefréquente Wechselspannungen (50 und 150 Hz), quasilinear ansteigende Span¬
nungen, die auch Keilwellen genannt werden (1000.. .0, 001 kV/ /is Steilheit),
oder einer Gleichspannung überlagerte quasilinear ansteigende Stösse (1000...
1 kV/ /as). In beschränktem Umfange wurden auch vollständige StosSpannungen
gebraucht.
Gleich- und
Wechselspannungen, sowie vollständige Stösse und Keilwellen
Prüfspannungsformen (Klasse 1), die wohl von den "zusammen¬
gesetzten" Spannungen (Klasse 2) zu unterscheiden sind. Von den letzteren wurde
lediglich die Beanspruchung durch Gleichspannung mit überlagerten Keilwellen
angewendet. Ausser im quasihomogenen Feld (Gruppe a) ist die Ueberschlagspannung nicht nur von der IEC-Steilheit der Prüfspannung, sondern über dies
noch von ihrer Form abhängig. Daher ist eine Unterteilung der Klasse 1 der
einfachen Prüfspannungen noch in die beiden Unterklassen la und lb nötig. Zur
Klasse la zählen die industriefrequenten Wechselspannungen und die vollständi¬
sind "einfache"
gen
Stosspannungen,
also allgemeiner
ausgedrückt, Prüfspannungen,
bei denen
-
336
-
der Ueberschlag im oder nach dem Scheitelwert erfolgt. Die Klasse lb umfasst
andererseits die quasilinear ansteigenden Spannungen, also allgemein gesagt,
solche Prüfspannungen, bei denen der Ueberschlag während des Spannungsan¬
stieges erfolgt. Die Gleichspannung gehört als Uebergangsform beiden Unter¬
klassen an.
zu Spannungen von ca. 300 kVg^; in einigen Ausnahme¬
Wechselspannungen bis 700 kVgw angewendet. Ferner wurden
Stromspannungscharakteristiken der verschiedenen Prüfobjektanordnungen bei
Gleichspannungen bis zum Ueberschlag aufgenommen.
Gemessen wurde bis
fällen
wurden
Gliederung
8.2
des Stoffes
wichtigsten Abschnitte der Arbeit sind die Teile 2, 3 und 4. Im
beschrieben, also nähere Angaben über die
Versuchsobjekte, die Schaltung zur Erzeugung der diversen Prüfspannungsformen, sowie die Methoden ihrer Messung gemacht. Im Teil 3 werden dann die
Messresultate graphisch dargestellt und beschrieben, sowie wichtige Beobach¬
tungen mitgeteilt. Der 4. Teil dient schliesslich dazu, die gemachten Feststel¬
lungen in Zusammenhang mit den einschlägigen Literaturstellen zu bringen und
dadurch die gewonnenen Erkenntnisse zu erweitern und zu ergänzen.
Die drei
Teil 2 wird die Versuchsapparatur
Neuentwickelte
8. 3
Schaltungen
Zur Schonung der Prüfobjekte wurde ausser bei Stosschaltungen, wo der
Ueberschlagsfunken selbstlöschend ist, die elektronische Schnellabschaltung an¬
gewendet. Zu diesem Zwecke, sowie zur Erzeugung sehr flacher Stosspannungen,
wurden folgende neue Schaltungen entwickelt.
)
Schnellabschaltung der Unterspannung des Prüftrans¬
Wechselspannungsüberschlag am Objekt und die syn¬
chrone Wiedereinschaltung ohne Ueberschwingen der Spannung. Die Abschaltung
erfolgte dabei im ersten Stromnulldurchgang nach Eintritt des Prüfobjektüber¬
schlages und die Wiedereinschaltung im ersten Nulldruchgang der Generator¬
spannung nach gegebenem Kommando.
1.
Die elektronische
formators beim Gleich- und
2.
)
Flachwellengenerator. Es ist dies eine Schaltung zur Erzeugung
Spannungsstösse mit Frontdauern von der Grössenordnung 10-4.
10-1 s und etwa 100 mal längeren Rückenhalbwertdauern bei hohen Spannungen
unter Mitverwendung eines normalen Marx'schen Stossgenerators mit Verviel¬
fachungsschaltung, bei der im eigentlichen Stosskreis jedoch keine einzige Fun¬
kenstrecke gebraucht wird, sodass die Grenzen der Anwendbarkeit der Schaltung
nach grossen Zeiten hin nur durch die Ableitungs- und Sprühverluste bestimmt
Der
sehr flacher
_
_
sind.
3.)
anlage
Die vollautomatische
zur
Erzeugung
Steuerung
einer Gleich- und einer
der zusammengesetzten
Stosspannungs-
Prüf Objekt bean sprue hung.
Dabei
Prüfobjekt der nachfolgende Gleich¬
stromlichtbogen durch elektronische Schnellabschaltung der Speisung gelöscht
und die Gleichspannungsvorbeanspruchung ohne Ueberschwingen am Prüfobjekt
wird
im
Moment
des
Ueberschlages
am
bei einer bestimmten Ladespannungshöhe des Stossgenerators wieder eingeschal¬
tet.
-
337
Hauptergebnisse
8.4
8.4.1
Hauptergebnisse
-
der
der Messungen
Messungen
von
Ueberschlagspannungen
bei einfachen Formen der
Prüfspannung
Kugelf unken strecke von 250 mm ^ (Gruppe a)
Ueberschlagspannung bei positiver und negativer Polarität im
Schlagweitenbereich zwischen 10 und 100 mm bis zu einer Steilheit von 20 kV/ jus
völlig konstant, unabhängig von der Form der Prüfspannung und fast proportional
zur Schlagweite. Die mittlere Ueberschlagfeldstärke ist höher als bei sämtlichen
übrigen Feldformen und nimmt mit zunehmender Schlagweite langsam, aber un¬
aufhörlich ab (im angegebenen Schlagweitenbereich von 30 auf 25, 4 bei positiver,
bzw. 24,4 kVsw/cm bei negativer Polarität) *). Bei grösseren Steilheiten be¬
ginnt die Ueberschlagspannung dann zuerst langsam und hernach kräftig anzustei¬
gen. Der Stosskoeffizient, unter dem das Verhältnis von Ueberschlagstosspannung
Bei der untersuchten
ist
die
zur Ueberschlaggleichspannung derselben Polarität definitionsgemäss verstanden
wird, ist bei sonst gleichen Verhältnissen umso grösser, je kleiner die Schlag¬
weite ist. Er beträgt für positive sowie negative Polarität bei 100 kV/ /is Steil¬
heit 1,0... 1, 3 und bei 1000 kV/ yus 1,35... 4,45, wobei die jeweils erst genann¬
ten Zahlen sich auf eine Schlagweite von 100, die zweit genannten sich auf eine
solche
von
10
mm
beziehen.
Spitze wie Stab (Gruppe b]j zeigen bei positiver Polarität
kleiner Steilheit einer Prüfspannung der Klasse lb tiefe Werte der Ueber¬
Sowohl
und
schlagspannung. Die mittlere Ueberschlagfeldstärke
Schlagweite im Bereich von einigen cm zuerst rasch
kVgw/cm>
nimmt
mit
zunehmender
ab und erreicht allmählich
dann schliesslich bei Schlag¬
langsam abzunehmen. Die in¬
homogenen Felder dieser Gruppe bi zeigen die weitaus tiefsten mittleren, positi¬
ven
Ueberschlagfeldstärken. Die Ueberschlagspannungen nehmen daher weniger
als proportional zur Schlagweite zu. Im allgemeinen steigen sie auch, wie zu er¬
warten ist, mit wachsender Steilheit dauernd an. Während bei kleiner Steilheit die
Spitze tiefere Ueberschlagspannungen als der Stab hat, ist es bei grossen Werten
der Steilheit gerade umgekehrt. Die Stosskoeffizienten sind bei dieser Gruppe von
Versuchsanordnungen beträchtlich. Sie schwanken bei Stab und Spitze, je nach der
Schlagweite, zwischen 2,4 und 2,7 bei einer Steilheit von 100 kV/ /as und zwischen
3, 4 und 5, 0 bie einer solchen von 1000 kV/ Ais. Die kleineren Zahlen gelten dabei
für die Schlagweite 100 mm, die grösseren für 20 mm. Die zur Klasse la gehören¬
den Prüf Spannungen verursachen im allgemeinen noch tiefere Ueber schlagswerte.
Der Ueberschlag erfolgt bei niederfrequenten Wechselspannungen in der positiven
den nahezu konstanten Wert
weiten
von
von ca.
5
um
mehreren Metern unaufhörlich weiter
Halbwelle.
negativer Polarität zeigen Spitze und Stab (Gruppe bi) bei
Prüfspannung der Klasse lb hohe Werte der Ueberschlag¬
spannung. Auch die mittlere negative Ueberschlagfeldstärke nimmt mit wachsen¬
der Schlagweite im allgemeinen zunächst etwas ab, erreicht aber schliesslich einen
fast konstanten Wert, der bei ca. 15 kVsw/cm liegt. Für kleine Schlagweiten
Bei
kleinen Steilheiten einer
Ueberschlagspannung mit wachsender Steilheit dauernd
grossen hingegen innerhalb eines gewissen Steilheitsbereichs vorüber¬
gehend ab, worauf dann bei grossen Steilheiten erst eine eindeutige, dauernde Zu¬
nahme folgt. Die Stosskoeffizienten betragen ca. 1, 5 bei der Spitze und 1, 2 beim
sie sind also recht beschei¬
Stab für eine Prüfspannungssteilheit von 1000 kV/
nimmt der Mittelwert der
zu,
bei
y«.s;
den. Die mit Prüf Spannungen der Klasse la erhaltenen Werte der
nung
liegen auch
hier wieder tiefer als die
Ueberschlagspan¬
vorgenannten.
*) Ausserhalb der quasilinearen Grenzschlagweite, wo laut Definition stationäre
Vorentladungen möglich sein sollen, erfolgt langsame Anschmiegung an die Cha¬
rakteristiken der Gruppe b«.
-
338
-
(Gruppe b2) zeigt bei positiver Polarität
gehörenden Prüf Spannung für kleine Steilheiten Ultrakorona-,
für grosse hingegen Büschelentladungen. Im Ultrakoronagebiet, das sich je nach
Drahtdurchmesser bis zu einer Steilheitsgrenze von lbzw. 10-2 kV/yus erstreckt,
sind die Ueberschlagspannungen ausserordentlich hoch und proportional zur
Schlagweite. Bei ebener Gegenelektrode erreicht die mittlere Ueberschlagfeldstärke mit 22 kVgm/cm ihren Höchstwert. Bei grösseren als den vorge¬
nannten Steilheiten erfolgt ein rascher und kräftiger Rückgang der Ueberschlag¬
das sich bei Steilheiten von mehr
spannungen. Diese betragen im BUschelgebiet,
als 10 kV//U,s anschliesst, gleich viel wie bei den Objekten der Gruppe bi. Da
die statische Ueberschlagspannung sehr hoch liegt, sind die Stosskoeffizienten am Anfang des Büschelgebiets ausserordentlich klein und liegen weit unter
1. Bei 1000 kV/^s sind sie immer noch kleiner als 1; sie betragen beispiels¬
weise 0, 9 bis 0,8 für Drähte mit Durchmessern zwischen 0,1 mm bei 120 mm
Schlagweite. Prüf Spannungen der Klasse la erzeugen im Ultrakoronagebiet gleich
hohe Ueberschlagswerte, wie solche der Klasse lb, im Büschelgebiet dagegen
auch hier wieder tiefere. Unter niederfrequenter Wechselspannungsbeanspru¬
chung erfolgt der Ueberschlag stets in der negativen Halbwelle.
Der
dünne
zur
Klasse lb
einer
Draht
Drahtes (Gruppe b2"> ist bei negativer
Stosskoeffiähnlich, wie für die Vertreter der Gruppe bi. Die
zienten liegen durchwegs zwischen 1 und 2. Hingegen sind die Ueberschlagspannun¬
gen bei kleinen Steilheiten bis ca. 1 kV/u.s wieder proportional zur Schlagweite
und die mittlere Ueberschlagfeldstärke beträgt bei ebener Gegenelektrode
Das Verhalten des dünnen
Polarität sehr
19
kV„w/cm.
Hauptergebnisse der Messungen
8.4.2
von
Ueberschlagspannungen
zusammengesetzten Formen
der
bei
Prüfspannung
Gleich- und Stosspannung zusammengesetzte Prüfspannungsform
Gruppen von Prüf Objekten insofern qualitativ eine Uebereinstimmung,
als zum Zustandebringen eines Ueberschlages bei einer Vorspannung bis dicht
unter die statische Grenze, noch eine erstaunlich grosse Stosspannungskomponente gleicher Polarität, wie die der Vorspannung, nötig ist. Begreiflicher¬
weise sind die noch erforderlichen Stosspannungskomponenten umso grösser, je
steiler der überlagerte Stoss ist. Hieraus ersieht man, dass Träger, die bei
einem bestimmten Entlademechanismus gebildet worden sind, nicht unbedingt
einen zwar artverwandten, aber doch unterschiedlichen Mechanismus fördern
müssen. Bei jeder Entladungsart scheinen Träger mit verschiedenartigen Ei¬
genschaften, die sich nur durch unterschiedlichen Trägeraufbau erklären las¬
sen, gebildet zu werden. Bei sehr grossen Steilheiten der überlagerten Prüf stösse sind die Stosskomponenten der Ueberschlagspannung fast unabhängig von der
Vorspannung; die resultierende Ueberschlagspannung ändert sich folglich fast
linear mit der Vorspannung. Sind die überlagerten Spannungsstösse dagegen
sehr flach, so werden die resultierenden Ueberschlagspannungen, wie es auch
nicht anders zu erwarten ist, fast unabhängig von der Höhe der Vorspannung und
die Stosskomponente der Ueberschlagspannung nimmt mit zunehmender Vorspan¬
Für
zeigen
aus
alle
nung fast linear ab.
Nur beim dünnen Draht
(Gruppe b2) kann die resultierende positive Ueber¬
zusammengesetzter Prüfspannung unter den gleichpoligen
statischen Wert sinken, bei allen anderen dagegen sich diesem höchstens nä¬
hern, gleichgültig, wie flach man die überlagerten Stösse auch wählt. Bei der
Ueberlagerung von flachen positiven Stössen mit einer Steilheit von grössenordnungsmässig 1 kV/usauf gleichpoliger Vorspannung, beträgt die resultieren¬
de Ueberschlagspannung nur noch ca. 1/3 derjenigen bei Gleichspannung. Dieser
schlagspannung
bei
-
339
-
Wert entspricht der Ueberschlagstosspannung und ist nahezu unabhängig von der
Höhe der Vorspannung, ausser wenn letztere sehr nahe an der statischen Ueber-
schlagsgrenze liegt.
Sonstige wichtige Ergebnisse
8.4.3
8.4.3.1
Die Gleichstromspannungscharakteristiken dünner Drähte
Gleichstromspannungscharakteristiken des dünnen Drahtes sind bei
die die Abszissenachse bei der An¬
von Parabeln,
fangsspannung mit endlicher Steilheit verlassen und deren Scheitelpunkte folglich
unter der Stromnullinie liegen.
Die
beiden Polaritäten Stücke
8.4.3.2
Die Eigenschaften der Ultrakoronaentladung
Die Ultrakorona ist eine bisher unbekannt
ren
Eigenschaften
terscheiden.
sich
von
denjenigen
gebliebene Entladungsform, de¬
Büschelentladung stark un¬
Tendenz zur Bildung eines Entla¬
der bekannten
Während bei der letzteren die
dungskanals besteht, der infolge Konzentration des Feldes auf die jeweilige Ka¬
nalspitze bei nur geringer Spannungssteigerung rasch vorwächst, hat die Ultra¬
koronaentladung das Bestreben, alle Inhomogenitäten durch passende Verteilung
ihrer Raumladungen zu beseitigen. Dadurch wird die Gasstrecke ausserordentlich
durchschlägst est. Dieses unterschiedliche Verhalten ist in der Art der bei bei¬
den Entladungsmechanismen vorhandenen Träger begründet. Bei praktisch allen
technischen Gebilden, so auch beim Stab und bei der Spitze, treten beide, die
Büschel- und die Ultrakoronaentladung auf, nur überdeckt die erstere die zweit¬
genannte. An einer äusserst fein geschliffenen Spitze lässt sich beobachten, dass
an deren vorderstem Ende Ultrakoronaentladung, weiter hinten aber Büscheler¬
scheinung auftritt; der Ueberschlag erfolgt daher im allgemeinen nicht aus der
vordersten Kuppe der Spitze heraus auf kürzestem Wege, sondern von einem
weiter entfernt gelegenen Punkt des Spitzenschaftes aus in weitem Bogen unter
Umgehung der Ultrakoronawolke. Voraussetzung für die Ausbildung der Ultra¬
möglichst konstanter Wert der Oberflächenfeldstärke und
geringer Gradient derselben; daher bildet sich diese Ent¬
besten am dünnen zylindrischen Leiter aus.
korona ist erstens ein
zweitens ein nicht
ladungsform
am
zu
Ultrakoronaentladung besteht, im Gegensatz zu derje¬
gewöhnlichen Korona, aus einer intensiv rötlich-violett, der Lei¬
teroberfläche eng anliegenden, strukturlosen, sehr dünnen Glimmhülle. Unter
Gleichspannung ist die Entladung vollständig geräuschlos, unter Wechselspan¬
nung sendet sie einen fast reinen Ton der doppelten Frequenz aus.
Die Leuchtzone der
nigen
bei der
Erzeugt
technischen Objekten
Ueberschlagfeldstärke
man an
reine
Ultrakoronaentladung,
so
kann
kVsw/cm bei Wechsel- und
negativer Gleichspannung und einer solchen von 22 kVsw/cmbei positiver Gleich¬
spannung gerechnet werden, im Gegensatz zu 15 bzw. 5 kVsw/cm beim Büschel¬
mit einer mittleren
von
19
überschlag. Die genannten Zahlen gelten dabei
für ebene Gegenelektroden. Die
Konstruktionsdistanzen lassen sich somit auf den dritten Teil verringern. Als
Nachteil werden damit erhebliche dielektrische Verluste in Kauf genommen
wer¬
den müssen.
Ein weiterer Vorteil bei der technischen
Verwendimg der Ultrakoronaent¬
der, dass die Abhängigkeit der Ueberschlagspannung von der Schlag¬
weite praktisch bis zu den höchsten erreichten Spannungen linear ist,
während¬
dem bei büschelnden Anordnungen die Zunahme der Schlagweite ganz unverhält-
ladung
ist
-
340
-
schneller erfolgt, als der Anstieg der Ueberschlagspannung. Ausser¬
dieDltrakoronaentladung mit wachsender Spannungshöhe immer stabi¬
ler, sodass man von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet, keine Grenze für die
Höhe der anwendbaren Betriebsspannung sieht. Dir wirtschaftlicher Vorteil wird
mit zunehmender Spannungshöhe daher grösser werden müssen, sofern man die
auftretenden Sprühverluste nicht berücksichtigt.
nismässig
dem wird
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dassdie sich in der an die Elektro¬
angrenzenden Gaszone abspielenden Elementarprozesse einzig und allein den
Charakter der Entladung in der ganzen Schlagweite, gleichgültig, ob es sich da¬
bei um Millimeter oder Meter handelt, massgebend beeinflussen. Die neue Ent¬
ladungsform ist auf das Vorhandensein von mindestens Spuren des Luftsauer¬
stoffs angewiesen und tritt deshalb in reinen elektropositiven Gasen, wie bei¬
spielsweise in N2, nicht auf .Feuchtigkeit und speziell Nebel- und Tropfenbildung
beeinträchtigen die Entladung .Aus der grossen und ortsabhängigen Ionenbeweglich¬
keit, sowie des wahrscheinlich von Glimmstössen freien Entladestromes, darf
geschlossen werden, dass am Entlademechanismus kleine Träger, deren e/m
ortsabhängig ist, in grösserer Zahl beteiligt sind.
de
-
341
-
9. Teil
DANK
AN
DIE
FOERDERER
Mein im innersten Herzen
Lehrer,
DIESER
empfundener
Dank
DISSERTATION
gebührt
in erster Linie mei¬
Herrn Prof. Dr. K.
Berger, Vorstand des Hochspannungs¬
laboratoriums der ETH und Versuchsleiter der Forschungskommission für
Hochspannungsfragen (FKH)für dieUebernahme des Referats, für viele wertvol¬
le Anregungen, seine unermüdliche Hilfe bei Schwierigkeiten und das stets ent¬
gegengebrachte tiefe Interesse an der durchgeführten Arbeit, sowie für dasUeberlassen der grossen Laboratoriumshalle und ihrer Einrichtungen während der
langen Dauer der Versuchsdurchführung und ebenfalls für die freundliche Zur¬
verfügungstellung verschiedenen Materials der FKH.
verehrten
nem
Auch möchte ich der Firma A.G. Brown Boveri u. Cie., Baden, Schweiz,
speziell dem Leiter des Hochspannungsversuchslokals, Herrn Oberingenieur
F. Beldi, meinen tief empfundenen Dank für die grossen Freiheiten aussprechen,
die mir bei der Durchführung von Forschungsarbeiten während meiner seiner¬
zeitigen Anstellung in den Jahren 1942 bis 1946 zuteil wurden. Damals entdeck¬
te ich die beschriebene neue Entladungsform und entschloss mich, zu ihrer wei¬
teren Erforschung unter Leitung von Herrn Prof. Dr. K. Berger am Hochspan¬
nungslaboratorium der ETH die vorliegende Arbeit durchzuführen.
und
Ebenfalls bin ich Herrn Prof. E.
Gerecke, Vorstand des Instituts für all¬
ETH, für dieUebernahme des Korreferats, seine
kritischen Betrachtungen zur vorgelegten Arbeit und für seine liebenswürdigen
Auskünfte über Gleichrichterfragen zu Dank verpflichtet.
gemeine Elektrotechnik
an
der
Weiter danke ich Herrn Prof. Dr. M.
Strutt, Vorstand des Instituts für hö¬
ETH, ganz besonders für die Zurverfügungstellung
umfangreichen Maschinen-, Apparate-und Instrumentenparks.
here Elektrotechnik
des
gesamten sehr
an
Für die tadellose
der
Ausführung der benötigten Versuchseinrichtungen,
Aufstellung der Schaltungen und die freundliche
wie für die Mithilfe bei der
terstützung bei den Messungen möchte ich Herrn Briner, Mechaniker am
spannungslaboratorium der ETH, meinen herzlichen Dank aussprechen.
so¬
Un¬
Hoch¬
Mit
Herr
beispielloser Hingebung unterstützte mich mein Kollege und Freund,
Dipl. -Ing. E. Schnorf, Zollikon, beim Aufbau der Schaltung für zusammen¬
gesetzte Beanspruchung,
während seiner
ich auch ihm
an
sowie
bei der
Versuchsdurchführung.
ganzen Ferienzeit unermüdlich helfend
dieser Stelle herzlich danken.
zur
Er
stand mir
Seite. Dafür möchte
Kollegen, den Herrn Dipl. -Ing. E. Leimgrübler, Aarau und
Broccard, Zürich, danke ich für ihre Mithilfe und anregenden
Diskussionen, besonders dem erstgenannten auch für die freundliche Ueberlassung eigener Apparate.
Auch meinen
Dipl. -Ing. J.
J.
gewissenhafte Ausführung zeichnerischer Arbeiten und
Berechnungen gebührt auch Herrn Th. Ernst, Wet¬
spezielles Dankeswort, zumal er diese Arbeiten alle in seiner Frei-
Für die tadellose und
die Mithilfe bei numerischen
tingen,
ein
und Ferienzeit ausführte.
Schnell-Peter, Wettingen, recht herzlich für
sorgfältige Ausführung der Maschinenschrift des Textes.
Weiter danke ich Frau H.
vorbildliche und
die
Es ist mir weiter eine angenehme Pflicht allen Beteiligten des Juris-Ver¬
lages und ganz speziell seinem Leiter, Herrn Dr. H. Christen, für die vorbild¬
liche Ausgestaltung dieser Dissertation den wohlverdienten Dank auszusprechen.
-
342
-
Schliesslich ist
es mir ein Bedürfnis, allen noch nicht genannten Perso¬
Institutionen, die mir unentgeltlich Gerätschaften zur Verfü¬
stellten, auch bestens zu danken, es sind dies:
nen, Firmen und
gung
Baumann, damaliger Vorstand des Instituts für Schwachstromtechnik
jetziger Vorstand des Instituts für technische Physik an der ETH, sowie
Abteilung für industrielle Forschung (AfiF), ferner seinen Herren Sektions¬
Prof. Dr. E.
und
der
chefs Dr.Schaetti und Dr. Held.
Prof. F.
Kobold,
Vorstand des Instituts für Geodäsie und
Prof.Dr.P.Scherrer,
Vorstand
des
Instituts
für
Topographie
an
der ETH.
Experimentalphysik
an
der
ETH.
Prof .Dr. F. Tank, Vorstand des Instituts für Hochfrequenztechnik
Möbelfabrik H. u.E.
Müller, Wettingen.
Eidg. Landestopographie, Bern.
Versuchstation Däniken der FKH.
Versuchstation Letten der FKH.
Schweizerischer Elektrotechnischer Verein.
an
der ETH.
Lebenslauf
Am 4.3.1914 wurde ichin
meiner beruflichen
Ausbildung
1933
Maturität
1933
Praxis
an
in
Leicester, England geboren. Die wichtigsten Daten
sind:
der Oberrealschule
Crimmitschau,
1933-35
Studien
schule
1935-37
an
der Mechanischen
bei
Paul
Trütschler &
Gey,
Deutschland
Dresden,
Praxis
Werdau, Deutschland
Textilmaschinenfabrik
der
der
Abteilung
der Technischen Hoch¬
Deutschland
Auto
-
Union-A.-G.,
Werk
Horch,
Zwickau,
Deutschland
1938-42
Studien
an
der Abteilung für Elektrotechnik der
Hochschule, Zürich, Schweiz
Eidgenössischen
Technischen
1942-45
von
Forschungs- und Planungsaufgaben im Hochspannungs-Versuchslokal der A.-G. Brown, Boveri & Cie., Baden,
Bearbeitung
Schweiz
1946-50
Assistententätigkeit bei Herrn Prof. Dr. K. Berger am Institut für
Hochspannungstechnik der Eidgenössischen Technischen Hoch¬
schule, Zürich, Schweiz
1950-52
Vollendung
der
vorliegenden
Berger
Herrn Prof. Dr. K.
Dissertation
unter
Leitung
von