Praktikum Hochspannungstechnik Grundversuch

Labor für
Hochspannungstechnik
Prof. Dr.-Ing. Andreas Küchler
Fakultät Elektrotechnik
Praktikum
Hochspannungstechnik
Grundversuch
Semester
Gruppe
Teilnehmer
Versuchstag
Ausarbeitung
Testat
Bemerkungen
© nur für den persönlichen Gebrauch innerhalb des Hochspannungpraktikums an der FHWS zugelassen
Praktikum Hochspannungstechnik – Grundversuch
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1 Allgemeines
1.1 Versuchsziel
Der Versuch dient dem Erlernen der Sicherheitsregeln im Hochspannungslabor, der Einführung der
Spannungsarten Wechsel-, Gleich- und Stoßspannung sowie dem Kennenlernen grundlegender Zusammenhänge.
1.2 Sicherheit im Hochspannungslabor
Jeder, der am Praktikum teilnimmt, muss mit den besonderen Sicherheitsvorschriften des Hochspannungslabors vertraut sein. Sie werden separat ausgegeben und sind Bestandteil dieser Anleitung.
Sollte Ihnen bei der Versuchsdurchführung etwas unklar sein, wenden Sie sich bitte immer an den Betreuer.
Hier noch einige Anmerkungen:
Der Versuchsraum entspricht den Sicherheitsanforderungen nach VDE. Dies heißt, es sind geerdete
Trenngitter vorhanden, die Sicherheitsschaltung löst beim Öffnen der Tür den Leistungsschalter
sowie den automatischen Erdungsschalter aus. Wesentliche Sicherheitskriterien sind ein mechanisch sicherer Aufbau der Schaltung und vor allem ein sicheres und dauerhaftes Erden und Kurzschließen der Schaltung und der Kondensatoren nach dem Betrieb mit Hochspannung. Manuelle
Erdung und Kurzschluss von Kondensatoren ist grundsätzlich erforderlich.
Betreten eines Versuchsraumes
1. Leistungsschalter ausschalten, Trennschalter öffnen
2. Tür öffnen
3. alle Teile, die Hochspannung geführt haben können, nacheinander mit der Erdungsstange entladen
4. Kondensatoren nacheinander erden und dauerhaft kurzschließen
5. Erdungsstange in den speisenden Hochspannungstrafo einhängen
Erst jetzt dürfen weitere Personen den Versuchsraum betreten!
Es lässt sich nicht immer sicherstellen, dass durch Abschalten einer Schaltung die Schaltung spannungsfrei ist und bleibt. Dies ist in erster Linie bei Gleichspannungs- und Stoßspannungsschaltungen eine Gefahr, da sich die Kondensatoren nicht selbständig entladen und nach einmaligem Kurzschluss sich eine Spannung durch Polarisationsvorgänge im Dielektrikum wieder aufbauen kann.
Einschalten der Hochspannung
1. Schaltungsaufbau selbst überprüfen und durch den Betreuer kontrollieren lassen
„
„
„
„
„
„
„
alles mechanisch stabil?
richtig dimensioniert (Verlustleistung, Spannungsfestigkeit, etc.)?
können Messkabel, Stangen u.a. die Hochspannung verschleppen?
sind die Abstände genügend groß?
sind Prüfobjekte explosionsgefährdet?
sind alle Erdungspunkte sicher geerdet?
sind die Messgeräte ausreichend geschützt?
2. Erdung der Schaltung aufheben
von der Person durchzuführen die den Raum als letzte verlässt
„ evtl. Kurzschlüsse von Kondensatoren entfernen
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„ Erdungsstange entfernen
3. Türe schließen (Sicherheitskreis schließen)
4. Schaltung unter Spannung setzen
„
„
„
„
„
Einschalten durch Betreuer genehmigen lassen
Trennschalter schließen
Leistungsschalter einschalten
Durchschlagspannung der Anordnung überschlagsmäßig abschätzen
Spannung unter Beobachtung der Schaltung und der Messwerte von Null anvorsichtig erhöhen.
1.3 Hochspannungsbaukasten
Zahlreiche Versuche werden mit dem sog. Hochspannungsbaukasten durchgeführt. Er erlaubt den
raschen und flexiblen Aufbau von Wechsel-, Gleich- und Stoßspannungsversuchen in einem räumlichen Raster. Im Praktikum können dadurch alle Schaltungen von Grund auf vollständig selbst aufgebaut werden. Bei Projekt-, Diplom-, Master- und Forschungsarbeiten ist der schnelle und flexible
Aufbau von Versuchsschaltungen möglich. Im Folgenden wird der Hochspannungsbaukasten prinzipiell erläutert.
Die Abmessungen einer Hochspannungsanlage werden vor allem durch die Höhe der zu erzeugenden Spannung und die notwendigen Isolationsstrecken in Luft bestimmt. In Bild 1.1 sind die Maße
eines Grundelementes für 100 kV Wechselspannung oder 140 kV Gleich- und Stoßspannung angegeben. Die Isoliergehäuse aus Kunststoff enthalten Widerstände, Kondensatoren, Gleichrichter,
Funkenstrecken etc.
Bild 1.1:
Grundelement des
HochspannungsBaukastens
1 Isoliergehäuse
2 Metallflansch
3 Anschluß- und
Befestigungsbolzen
Bild 1.2 zeigt die Hilfselemente mit denen ein mechanisch stabiler und elektrisch sicherer Aufbau
einer Schaltung erfolgt.
Ein weiterer wichtiger Punkt beim Aufbau von Schaltungen ist der Einbau eines automatischen
Erdungsschalters. Dieser wird in der Schaltung am Kondensator mit der größten Kapazität eingebaut und sorgt nach dem Abschalten für das Entladen und Kurzschließen des Kondensators. Es
handelt sich dabei um ein zusätzliches Sicherheitselement, das die manuelle Erdung mit Hilfe der
Erdungsstange keinesfalls ersetzt! Manuelle Erdung ist immer erforderlich!!!
Zum besseren Verständnis ist in Bild 1.3 der Aufbau einer fertigen Schaltung mit dem Hochspannungsbaukasten dargestellt.
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Bild 1.2: Hilfselemente zum elektrischen und mechanischen Aufbau [2]
1 leitende Verbindung der Knotenpunkte
2 Knotenpunkt
3 Grundelement
4 Fußteil
5 leitenden Verbindung der Fußteile
6 Isolierstützer
Bild 1.3: Aufbau einer Gleichspannungs-Vervielfachungsschaltung (Greinacher-Kaskade) mit
dem Hochspannungsbaukasten [2]. Die Funktion der Schaltung wird in den Gleichspannungsversuchen erläutert.
Zur Verdeutlichung des Umgangs mit dem Hochspannungsbaukasten und der Sicherheits-vorschriften findet im Hochspannungslabor ein Demonstrationsversuch statt. Dabei wird eine Einweggleichrichterschaltung mit Kugelfunkenstrecke gemäß Bild 1.4 aufgebaut. Nach dem Abschalten
und Erden soll an einem elektrostatischen Voltmeter beobachtet werden, dass sich nach dem Entfernen der Erdung durch Polarisation wieder eine Spannung (wiederkehrende Spannung, Rückkehrspannung) aufbaut, weil das Dielektrikum des Kondensators Ladung über längere Zeit speichern
kann.
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Bild 1.4:
Einweggleichrichterschaltung
10 MΩ
10000 pF
V
elektrostatisches
Voltmeter
1.4 Literaturhinweise
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
A. Küchler; Hochspannungstechnik: Grundlagen-Technologie-Anwendungen; SpringerVerlag, 2. Aufl. 2005
D. Kind, K. Feser; Hochspannungs-Versuchstechnik; Vieweg, 5. Aufl. 1995
F.H. Kreuger; Industrial High Voltage; Delft University Press, Bd. 1 bis 3, 1991 - 1995
E. Philippow; Taschenbuch Elektrotechnik; Carl Hanser Verlag, 1982
A.J. Schwab; Hochspannungsmeßtechnik; Springer, Berlin 1969
K. Küpfmüller; Einführung in die theoretische Elektrotechnik; Springer
E. Kuffel, W.S. Zaengl, J. Kuffel; High Voltage Engineering: Fundamentals; Newnes,
2nd edition, 2000
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2 Grundlagen:
Erzeugung und Messung von Wechsel-, Gleich- und Stoßspannungen
2.1 Erzeugung von Wechselspannung
Hohe Wechselspannungen werden durch speziell isolierte, in der Regel mit Öl gefüllte Hochspannungstransformatoren erzeugt. Im Praktikum wird ein einseitig geerdeter Prüftransformator in
Isoliermantelbauweise verwendet. Seine Primärspannung ist einstellbar von 0 bis 230 V. Die maximale Sekundärsspannung beträgt 100 kV (effektiv). Der Trafo wird im Praktikum stets mit einem
10 MΩ Schutzwiderstand zur Strombegrenzung betrieben.
Bild 2.1: Ölisolierter Trafo in Isoliermantelbauweise [2]
1 Hochspannungswicklung
2 Niederspannungswicklung
3 Eisenkern
4 Fundament
5 Hochspannungsanschluß
6 Isoliergehäuse
7 Metallgehäuse
2.2 Erzeugung von Gleichspannungen
Eine hohe Gleichspannung kann aus einer hohen Wechselspannung durch eine Einweggleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter und einem Glättungskondensator erzeugt werden. Dabei ist
auf die max. Sperrspannung der Dioden zu achten, evtl. müssen mehrere in Reihe geschaltet werden. Oft werden Vervielfachungsschaltungen benutzt, um höhere Gleichspannungen zu erreichen.
Im Praktikum wird eine einfache Gleichrichterschaltung eingesetzt.
Bild 2: Einweggleichrichterschaltung [2]
Eine Hochspannungsdiode besteht aus vielen seriell
geschalteten Einzeldioden. Um in Sperrichtung eine gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die
Einzeldioden zu erreichen, sind diese mit parallelen Widerständen beschaltet.
2.3 Erzeugung von Blitzstoßspannungen
Eine Stoßspannung ist ein sehr steil ansteigender Spannungsimpuls. Sie wird in der Hochspannungstechnik zur Nachbildung von Überspannungen, die beispielsweise infolge eines Blitzeinschlags entstehen, benutzt. In der Medizintechnik ist die stoßartige Entladung von Kondensatoren
zur Stoßwellenerzeugung von Bedeutung.
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Bild 2.3: Stoßspannungsverlauf [1]
Zur Erzeugung einer Stoßspannung wird im Versuch ein Kondensator auf eine bestimmte Spannung
aufgeladen. Die nachfolgende spannungslose Schaltung wird dann schlagartig mit der Kondensatorspannung beaufschlagt: Der Stoßkondensator CS wird auf die Ladespannung U0 aufgeladen. Nach
Zünden der Kugelfunkenstrecke wird die Belastungskapazität CB über den Dämpfungswiderstand
RD rasch aufgeladen. Der exponentielle Rückenabfall der Stoßspannung ergibt sich durch Entladung
von CB und CS über den Entladewiderstand RE.
Die Schaltungselemente beeinflussen die Form der Stoßspannung. Im Praktikum wird die skizzierte
Grundschaltung verwendet. CS ist sehr groß zu wählen, RE = 6100 Ω und RD = 260 Ω. Durch die
gewählten Bauteile ergibt sich eine Stirnzeit TS von 1,2 µs und eine Rückenhalbwertszeit TR von
50 µs (siehe Stoßspannungsverlauf).
Bild 2.4: einstufige Stoßanlage [2]
Um den Impuls auszulösen, werden getriggerte Kugelfunkenstrecken als „Schalter“ benutzt. Der
Abstand einer Kugelfunkenstrecke wird gerade so klein eingestellt, dass es nicht zu einem Überschlag kommt. In einer der beiden Kugeln ist eine „Zündkerze“ eingebaut. Ein Auslöseimpuls, den
man durch einen Ankoppelkondensator der „Zündkerze“ zuführt, ionisiert einen Teil der Kugelfunkenstrecke, die daraufhin durchschlägt.
2.4 Spannungsteiler
Ohmsche Spannungsteiler, bestehen aus mehreren in Reihe geschalteten Widerständen. An den
oberspannungsseitigen Widerständen fällt fast die gesamte Spannung ab. Die Spannung am unterspannungsseitigen Widerstand, kann mit konventionellen Meßmethoden aufgenommen werden. Bei
Wechsel- und Stoßspannung verfälschen die Streukapazitäten das Ergebnis. Der ohmsche Teiler ist
deshalb nur für Gleichspannung geeignet. Bei 50 Hz macht sich in der Regel der Einfluss der Streukapazitäten bereits bemerkbar.
Kapazitive Teiler bestehen aus mehreren Kondensatoren (Ober- und Unterspannungskondensatoren) zur Messung einer Wechsel- oder Stoßspannung. Sie sind für Gleichspannung ungeeignet.
Zudem werden für schnell veränderliche Vorgänge ohmsch-kapazitive und gedämpfte kapazitive
Teiler verwendet, die ein frequenzunabhängiges Übersetzungsverhältnis besitzen, wenn die oberund unterspannungsseitigen Zeitkonstanten gleich gewählt werden (R´1C´1 = R1C1 = R2C2). Diese
Teiler nennt man auch kompensierte Teiler.
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Bild 2.5: Bauarten von Hochspannungsteilern [1]
Beim Anschluss von Messgeräten, z.B. Oszilloskop etc., ist zu beachten, dass die Eingangsimpedanz der Messschaltung das Übersetzungsverhältnis des Teilers beeinflussen kann. In der Praxis
werden besondere Ankopplungsschaltungen verwendet.
2.5 Spannungsmessung mit Kugelfunkenstrecken
Ist die zu messende Spannung größer als die Durchschlagspannung der Funkenstrecke, schlägt diese
durch. Die Durchschlagspannungen sind abhängig vom Elektrodenabstand und dem Kugeldurchmesser für atmosphärische Normalbedingungen in Tabellen aufgelistet. In den zuständigen Bestimmungen VDE 0433 sind die Standardwerte Ud der Durchschlagsspannungen von Kugelfunkenstrecken in Abhängigkeit von Kugeldurchmesser D und von der Schlagweite S angegeben und zwar
bezogen auf atmosphärische Normalbedingungen bei einem Luftdruck p = 1013 mbar und bei einer
Temperatur ϑ = 20° C. Da die Durchschlagspannung der relativen Luftdichte δ im Bereich von 0,9
– 1,1 proportional ist, gilt für die Bestimmung der tatsächlichen Durchschlagspannung Udδ bei
Luftdichte δ :
U dδ = U d ⋅ δ =
273 + 20
p
⋅
⋅Ud
1013 mbar 273 + ϑ
Hierbei ist ϑ in °C einzusetzen. Die Genauigkeit liegt bei ca. 3 %. Kommt es zu einem Durchschlag, bricht die zumessende Spannung zusammen, was meist nicht erwünscht ist. Kugelfunkenstrecken erfassen den Scheitelwert der Spannung und sind für alle Spannungsarten geeignet.
2.6 Spannungsmessung mit Wandlern
Ein Spannungswandler besteht aus einem Trafo, der die Hochspannung auf eine für das Messgerät
geeignete Spannung heruntertransformiert. Mit einem nachgeschalteten Messgerät auf der Unterspannungsseite kann die Wechselspannung erfaßt werden. Die Bandbreite von Spannungswandlern
ist begrenzt. Sie werden deshalb in der Regel nur als 50 Hz Betriebsspannungsmessgeräte eingesetzt.
2.7 Spannungsmessung mit elektrostatischen Voltmetern
Zwei Elektroden unterschiedlichen Potentials ziehen sich durch die Kraft des el. Feldes an. Diese
Kraft ist ein Maß für die Spannungsdifferenz (siehe Versuch 1). Elektrostatische Voltmeter arbeiten
ohne Rückwirkung auf den Messkreis, sie sind jedoch sehr aufwendig gebaut. In Laboratorien wird
mit ihnen der Effektivwert von Wechsel- und Gleichspannungen gemessen. Für schnell veränderliche Vorgänge sind sie viel zu träge.
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3 Versuche
Alle Messwerte sind als Einzelwerte (Tabellen) und mit den Versuchsaufbauten und Randbedingungen
nachvollziehbar zur dokumentieren. Bei allen Hochspannungsversuchen sind grundsätzlich auch die atmosphärischen Bedingungen (Luftdruck, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit) festzuhalten.
Für alle drei Spannungsarten sind Messreihen, mit unterschiedlichen Elektroden (Kugel-Kugel und
Spitze-Platte) aufzunehmen. Es wird dabei die Abhängigkeit der Durchschlagspannung Udδ vom
Elektrodenabstand d bestimmt, Udδ = f(d).
Alle Spannungen werden über Spannungsteiler gemessen.
In allen 6 Messreihen wird die gleiche Elektrodenhalterung, deren Abstand sich vom Bedienpult aus
verstellen lässt, verwendet. Die Messfunkenstrecke besteht aus der Elektrodenhalterung mit eingeschraubter Elektrodenanordnung. Sie nehmen für die angegebenen Schlagweiten jeweils 3 Messwerte auf und bilden jeweils den Mittelwert zur Festlegung des Messpunktes.
Folgende Elektrodenanordungen werden eingeschraubt:
• Kugel-Kugel (d = 100 mm)
• Spitze-Platte
Teilweise sind Vorentladungen zu beobachten, notieren Sie sich diese, im Versuch 3 wird darauf
näher eingegangen. Die atmosphärischen Bedingungen (p, ϑ) sind aufzunehmen, da alle Messungen
mit den Kugelelektroden auf Normalbedingungen umgerechnet werden müssen.
3.1 Versuch Wechselspannung
3.1.1 Bauteile
Zur Wechselspannungsmessung wird ein kapazitiver Spannungsteiler verwendet, der Oberspannungskondensator (100 pF) wird in die Schaltung eingebaut, die verschiedenen Unterspannungskondensatoren (verschiedene Messbereiche) befinden sich im Bedienpult.
Folgende Bauteile stehen Ihnen zur Versuchsdurchführung zur Verfügung:
Die freie Spalte ergänzen Sie bitte zur Versuchsvorbereitung.
Bauteil
Funktion
Hochspannungstrafo
Schutzwiderstand (10 MΩ)
Kondensator (100 pF)
Meßfunkenstrecke
Erdungsschalter
3.1.2 Versuchsanordnung
Skizzieren Sie den Versuchsaufbau zur Versuchsvorbereitung, Bauteile siehe 3.1.1, Baukastensystem siehe Kap. 1.
3.1.3 Durchführung
• Bauen Sie den Versuch nach Ihrer Skizze auf.
• Stellen Sie einen bestimmten Abstand der Funkenstrecke ein.
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• Vor der Inbetriebnahme des Versuchsaufbaus ist dieser vom Betreuer abzunehmen.
• Erhöhen Sie nun langsam die Spannung, bis es zum Überschlag kommt. Um zuverlässige Spannungswerte zu erhalten, ist dieser Vorgang dreimal durchzuführen und der Mittelwert zu bilden.
Alle Ihre Messergebnisse sind in Ihrem Messprotokoll, das Sie im Rahmen der Versuchsvorbereitung erstellt haben, einzutragen.
• Nehmen Sie Messwerte bei verschiedenen Schlagweiten (1, 2 und 3cm) auf.
• Tauschen Sie nun die Elektroden aus und nehmen Sie Ihre zweite Messreihe auf.
3.2 Versuch Gleichspannung
3.2.1 Bauteile
Zur Erzeugung der hohen Gleichspannung wird eine Einweggleichrichterschaltung verwendet. Die
Ladespannung am Glättungskondensator CS wird über einen ohmschen Spannungsteiler gemessen,
der Oberspannungswiderstand ist 280 MΩ groß. Die verschiedenen Unterspannungswiderstände
befinden sich im Bedienpult. Desweiteren wird die Wechselspannung vor dem Gleichrichter, über
den kapazitiven Spannungsteiler aus dem vorherigen Versuch aufgenommen, für die Ausarbeitung
ist nur die gemessene Gleichspannung wichtig. Die Messfunkenstrecke wird über einen vorgeschalteten Dämpfungswiderstand RV = 260 Ω dem Glättungskondensator und dem Messwiderstand
parallel geschaltet.
Versuchsvorbereitung: Die verwendeten Dioden haben eine Sperrspannung von 140 kV. Wieviele
Dioden müssen seriell geschaltet werden, wenn die maximale Transformatorspannung ausgenutzt
wird? Der Gleichrichter muss eine max. Sperrspannung von ____ kV aushalten, es müssen ____
Diode(n) seriell geschaltet werden.
Folgende Bauteile stehen Ihnen zur Versuchsdurchführung zur Verfügung:
Die freie Spalte ergänzen Sie bitte zur Versuchsvorbereitung.
Bauteil
Funktion
Hochspannungstrafo
Schutzwiderstand (10 MΩ)
Kondensator (100 pF)
Diode(n) (140 kV, 100 kΩ)
Kondensator (10000 pF)
Widerstand (280 MΩ)
Widerstand (260 Ω)
Messfunkenstrecke
Erdungsschalter
3.2.2 Versuchsanordnung
Skizzieren Sie den Versuchsaufbau zur Versuchsvorbereitung.
3.2.3 Durchführung
•
•
•
•
Bauen Sie den Versuch nach Ihrer Skizze auf.
Stellen Sie einen bestimmten Abstand der Funkenstrecke ein.
Vor der Inbetriebnahme des Versuchsaufbaus ist dieser vom Betreuer abzunehmen.
Erhöhen Sie nun langsam die Spannung, bis es zum Überschlag kommt. Um zuverlässige Spannungswerte zu erhalten, ist dieser Vorgang dreimal durchzuführen und der Mittelwert zu bilden.
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Alle Ihre Messergebnisse sind in Ihrem Messprotokoll, das Sie im Rahmen der Versuchsvorbereitung erstellt haben, einzutragen.
• Nehmen Sie Messwerte bei verschiedenen Schlagweiten (1, 2, 3, 4, 5 und 6 cm) auf.
• Setzen Sie nun Spitze-Platte-Elektroden ein und vergleichen Sie die Durchschlagspannungen für
positive und negative Spitzen bei d = 3 cm.
3.3 Versuch Stoßspannung
3.3.1 Bauteile
Die Stoßanlage besteht aus einer Gleichrichterschaltung zur Spannungserzeugung und einer getriggerten Kugelfunkenstrecke (Kugelabstand einstellbar) mit nachgeschalteter einstellbarer Meßfunkenstrecke. Es soll die Wechselspannung vor dem Gleichrichter, die Ladespannung U0 des Stoßkondensators CS und der Maximalwert der Stoßspannung gemessen werden. Der Oberspannungskondensator zur Stoßspannungsmessung hat eine Kapazität von 1200 pF, ansonsten werden die
Teiler aus dem vorherigen Versuch wieder verwendet. Zur Ausarbeitung ist nur der Maximalwert
der Stoßspannung wichtig. Führen Sie den Versuch mit der gewählten Polarität aus dem Gleichspannungsversuch durch.
Folgende Bauteile stehen Ihnen zur Versuchsdurchführung zur Verfügung:
Die freie Spalte ergänzen Sie bitte zur Versuchsvorbereitung.
Bauteil
Funktion
Hochspannungstrafo
Schutzwiderstand (10 MΩ)
Kondensator (100 pF)
Diode(n) (140 kV, 100 kΩ)
Kondensator (10000 pF)
Widerstand (280 MΩ)
getriggerte Kugelfunkenstre.
Widerstand RE = 6100 Ω
Widerstand RD = 260 Ω
Kondensator (1200 pF)
Meßfunkenstrecke
Erdungsschalter
3.3.2 Versuchsanordnung
Skizzieren Sie den Versuchsaufbau zur Versuchsvorbereitung.
3.3.3 Durchführung
•
•
•
•
•
Bauen Sie den Versuch nach Ihrer Skizze auf.
Zu Beginn stellen Sie den Abstand der Funkenstrecke gleich ein.
Vor der Inbetriebnahme des Versuchsaufbaus ist dieser vom Betreuer abzunehmen.
Erhöhen Sie nun langsam die Spannung, bis es zu einem Überschlag kommt.
Von dieser Einstellung aus müssen Sie nun die Ladespannung und den Abstand der getriggerten
Auslösefunkenstrecke korrigieren.
• Der Abstand Ihrer getriggerten Auslösung ist dann richtig eingestellt, wenn es gerade nicht von
allein zum Überschlag kommt. Sobald Sie nun die Triggerung betätigen, wird die Stoßspannung
ausgelöst. Sie müssen parallel zur eingestellten Ladespannung den Abstand der Auslösefun-
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•
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kenstrecke mitverändern. Wird die Ladespannung erhöht, muss auch der Abstand vergrößert
werden, damit die Funkenstrecke immer optimal eingestellt ist (wählen Sie den Abstand lieber
ein wenig größer).
Vor jeder Auslösung muss mind. so lange gewartet werden, bis der Stoßkondensator voll
aufgeladen ist.
Notieren Sie Ihre Messwerte dann, wenn die sogenannte 50%-Durchschlagspannung eingestellt
ist (d.h. bei der Spannung, bei der gerade die Hälfte der Auslösungen zum Durchschlag der
Messfunkenstrecke führt).
Alle Ihre Messergebnisse (auch der Abstand der getriggerten Kugelfunkenstrecke) sind in Ihrem
Messprotokoll, das Sie im Rahmen der Versuchsvorbereitung erstellt haben, einzutragen.
Nehmen Sie 50%-Werte bei verschiedenen Schlagweiten (1, 2 und 3cm) auf.
Tauschen Sie nun die Elektroden aus und nehmen Sie Ihre letzte Messreihe auf.
Nehmen Sie ein Bild des Stoßspannungsverlaufs auf.
4 Ausarbeitung
Es ist eine klare Gliederung mit vollständigen Überschriften einzuhalten. Grundsätzlich gehören zur Ausarbeitung die Angabe des Versuchsziels und die Dokumentation des Versuchsaufbaus (d.h. Beschreibung
des Aufbaus, Schaltbild, räumliches Bild, Bezeichnung der Geräte, Daten der Bauelemente). Der Versuchsablauf ist zu beschreiben, Messdaten sind zu dokumentieren (Tabellen) und auszuwerten (Diagramme).
Abkürzungen und Symbole sind zu erklären. Diagramme und Zeichnungen sind verständlich zu beschriften. Die Ergebnisse sind zu beschreiben und zu erklären, Schlussfolgerungen sind zu ziehen.
a) Vergleich der Spannungsarten
• Zeichnen Sie zwei Diagramme Udδ = f(d). Stellen Sie in einem die Messwerte für die Kugel-Kugel Anordnung und in dem anderen die Messwerte der Spitze-Platte Anordnung dar.
Tragen Sie folgende Spannungen ein:
− vom Wechselspannungsversuch die Spitzenwerte/ √2
− vom Gleichspannungsversuch die gemessenen Gleichspannungen
− und vom Stoßspannungsversuch den erreichten Maximalwert der Stoßspannung.
Das sind jeweils die Spannungen, die beim Durchschlagen an der Messfunkenstrecke
angelegen haben.
• Diskutieren und erklären Sie die Kurvenverläufe der einzelnen Diagramme.
• Vergleichen Sie die Diagramme miteinander und erklären Sie die Ursachen für Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Gehen Sie dabei auch auf die Homogenität der Elektrodenanordnung und
auf Polaritätseffekte ein.
b) Einfluss der atmosphärischen Bedingungen
Vergleichen Sie in drei Diagrammen für Wechsel-, Gleich- und Stoßspannung jeweils die gemessenen Durchschlagspannungen Udδ, die auf Normalbedingungen umgerechneten Messwerte Ud0 und
die VDE-Tabellenwerte Ud.
Erklären Sie ggf. die Abweichungen.
Geben Sie die Ausarbeitung zusammen mit der Vorbereitung und den Original-Messprotokollen ab.