Bearbeitungszeit: 120 Min.

Srtrr 1 vott 1
KUUSUn HOCUSpRIINUNGSTECHNIK UND EMV WS 2013114
Prof. Dr. U. Adolph
Klausu r Hochspan
DATUM: 06,03.14
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Name:
Matr.-Nr.:
Bearbeitungszeit: 120
Min.
Hilfsmittel: Taschenbuch der Mathematik, Physik und Elektrotechnik, Taschenrechner. Scripte und handgeschriebene Ergänzungen zur Hochspannungstechnik und zur
EMV sowie Laborberichte.
Hinweis: Falls vorgesehen, sind die Antworten an den entsprechenden Stellen im
Aufgabenblatt einzutragen und zwar sowohl Zahlenwert als auch Einheit. Die Zahlenangabe soll im "lngenieur-Format" erfolgen, die Mantisse soll 4-oder Stellig sein,
der absolute Zahlenbereich muss sich im Bereich von 0,00 bis 999,99 bewegen.
Beantworten Sie alle Fragen mit knappen, stichwortartigen Sätzen, vergessen Sie
aber nicht, auf aile Aspekie einzugehen.
Fügen Sie zwischen den einzelnen Aufgaben einen Querstrich ern, nummerieren Sie
alle Blätter, und schreiben Sie auf allen Blätter lhren Namen und die MatrikelNummer.
Dieses Deckblatt muss mit abgegeben werden, die Arbeit wird sonst nicht gewertet!
Aufgabe
Punkte
Aufgabe
Punkte
Aufgabe
1
Z
3
4
5
6
Summe aller Punkte:
Prozent:
Note:
Punkte
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SrrTE 2 voN 2
1. Teil EMV
1. Aufgabe (20 Punkte.)
Gegeben ist die folgende lmpulsfolge.
Tt2
Die Frequenz der öcnwrngung oerragr
r tvlt-tz, oer Scheitelwert
ist 1 Volt.
a) Zeichnen Sie die Einhüllende der oben dargestellten Schwingung in das folgende
Diagramm cler Atdsgangsspanlnung ein.
Periodendauer
f
lmpulsdauer
Ti-
Gerade
\r1 -...
Grenzfrequenz
r_
,G-
g fiunktej
=...
b) Welche schaltungstechnische Maßnahme muss getroffen werden, damit das ursprüngliche Signal unterhalb der Grenzkurve bleibt? Geben Sie Schaltung und die
Dimensionierung an. Tragen Sie die gedämpfte Einhüllende in das Diagramm ein.
(12 Punlde.)
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SrrrE 3 voN 3
flMHz
Hinweise für die Zeichnungen;
Breite eines Kästchens: 25 mm, Höhe eines Kästchens: 20 mm
Bei logarithmischen Maßstäben gelten folgende Umrechnungen:
lg('l;=0; lg(2)=0,3; lg(3)=0,5;lg(4)=0,6; lg(5)=0,7; lg(6)=0,8;lg(8)=0,9
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Serrr 4 voN 4
2. Aufgabe (20 Punkte.)
ln den Leitungszug einer Signalleitung wird folgendes einfaches Filter eingefügt.
Mit R = 1,2 kQ und C = 100 pF
a)
Zeichnen Sie das Dämpfungsverhalten über der Frequenz
flMHz
b)
Bis zu welcher Frequenz kann das Filter venruendet werden, wenn das Nutz-
signal um nicht mehr als SdB gedämpft werden dart?
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Srrre 5 voN 5
3. Aufgabe (10 Punkte.)
Es sei folgende Übertragungsstrecke gegeben, bestehend aus zwei Leitungen und
einem Verstärker. Beide Leitungen besitzen jeweils eine Dämpfung von 7 dB. Der
Verstärker habe eine Verstärkung von 6 dB. Wie groß muss die Spannung des Senders sein, damit am Empfänger eine Spannung von 4 mV verfügbar ist?
(Hinweis: Die Bezugsgröße Uo = 1 trlV)
Leitung
1
Empfänger
Kmusun
HocHSpRUNUNGSTECHNIK UND EMV
WS 2013114
Srtrc
6
vott6
2. Teil Hochspannungstechnik
4. Aufgabe (15 Punkte.)
Gegeben ist folgende Schaltung zur Erzeugung von Blitzstoßspannungsimpulsen.
Rsr
Dt
Rsz
Dt
SF
Ra
Die Werte für die Widerstände und Kapazitäten lauten:
Ä,r
: 500 kC)
R,::500
C':20
k,f)
nF
Rr:2,7 kQ
Ra:
680
f)
Cb,grr:750 PF
(Bemerkung. C o,ses ist die Gesamtkapazität der Reihenschaltung von
:\
Berechnen Sie die Stirnzeit
I
Cs1
und
Cp2l)
und die Rückenhalbwerlzeit T2von u(f). ÜberprU-
fen Sie, ob mit der gegebenen Schaltung ein (nach VDE 0432) normgerechter
Blitzstoßspan
b)
n
ungsimpu ls erzeugt wird (mit Begrü nd ung).
Welchen Wert muss die Kapazität Cnz haben, falls der Kondensator C51 einen
Wert von 800 pF hat.
c)
An der Kapazität
Coz
wird eine Scheitelspannung (Extremwert eines lmpulses U")
von 1250 V gemessen. Berechnen Sie die Ladespannung U6 (Hinweis: Rechnen
Sie mithilfe des Wirkungsgrades).
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Setrr 7 vott
7
5. Aufgabe (15 Punkte.)
Gegeben sei die folgende Elektroden-Anordnung mit einem Plattenabstand von
d = 8 cm. Die angelegte Spannung ist eine Wechselspannung mit
Uetr
= 150 kV.
(Randeffekte sind vernach lässigbar!)
a)
Berechnen Sie die maximale Feldstärke zwischen den Elektroden. lst die lso-
lation der Elektroden-Anordnung bei der angegebenen elektrischen Beanspruchung gewährleistet? Das heißt, liegt die maximale Feldstärke unterhalb
der Durchschlagspannung von Luft?
b) Zwischen den Elektroden werden nun zwei PVC-Platten als
Dielektrikum
(er = 2,4) mit einer Dicke von d1 = 2 cm in der unten skizzierten Weise angebracht.
Wie groß ist nun die maximale elektrische Feldstärke in der Luft- und in der
PVC-lsolierschicht? Skizzieren Sie den Feldstärkeverlauf. Hält die Anordnung
der elektrischen Belastung (Durchschlag in Luft) jetzt noch stand?
e,
c) Wie groß muss die Dieke
:2r4
dt der zwei PVe-Platten (tr = 2,4) gewählt werden,
damit es innerhalb der Luftstrecke gerade nicht zum Durchschlag kommt?
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WS 2013114
Se
rrg 8 voN 8
6. Aufgabe (20 Punkte.)
Es soll ein Einleiter-Drehstrom-Kabel mit einer Kunststoffisolierung und einer elektro-
statischen Abschirmung für eine Nennspannung von 20 kV auf Teilentladungen getestet werden.
Der Leiter ist aus Kupferdraht und hat einen Außendurchmesser d = 2 cm. Um eine
Oberflächenglättung des Leiters zu erreichen, wird eine 1,5 mm starke leitfähige
Kunststoffschicht (tr = 2,3) auf den Leiter aufgebracht, an die sich eine Isolierung
(t'" = 3) mit einer Dicke von 5 cm normalen,ueise unmittelbar anschließt.
Durch einen Produktionsfehler entsteht zwischen Leiterglättung und lsolierung ein
ringförmiger Luftspalt von 0,5 mm.
a) Bei welcher außen anliegenden Prüfspannung muss mit dem Einsatz von Teilentladungen gerechnet werden, wenn in der Hochspannungshalle Normalbedingungen herrschen? (15 Punkte)
Isoliemng
b) Handelt es sich dabei um innere oder äußere Teilentladungen (TE)? (2 Punkte)
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Srrrr
9 voru 9
c) Skizzieren Sie die Lage der TE in den unten abgebildeten Spannungsverlauf über
der Zeit. (3 Punkte)