Schaltstoßspannung
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Messplatz für Prüfstoßspannungen Hochspannungslabor Definition Laboring.: Dipl.- Ing.(FH) Günther Schmidt Labormeister: Harry Sigler Messungen Schaltungsaufbau Da die Isolierung von elektrischen Elementen eines Hochspannungssystems durch hohe Überspannungen, sei es durch Blitzeinschlag, oder durch Schaltüberspannungen, zerstört werden können, ist es notwendig, diese Bauteile entsprechend zu prüfen. Obwohl diese Überspannungen von sehr kurzer Dauer (Mikrosekunden- bis Millisekundenbereich) sind, können ihre Maximalwerte weit über denen der stationären Spannung im Dauerbetrieb liegen. Die Kenntnisse über die Höhe dieser Überspannung und deren Auswirkungen auf die Isolierung sind von größtem Interesse um alle Bauelemente entsprechend sicher und langlebig zu konstruieren. Laborleiter: Prof. Dr.-Ing. habil R. Haller Grundlegende Aufbaumöglichkeiten Die hier dargestellten Diagramme zeigen Messungen mit der Prüfstoßspannungsanlage des Hochspannungslabors. In den Bildern 6a u. 6b wird eine Blitzstoßspannung der Form 1,2/50 dargestellt. Das Bild 7 zeigt die gleiche Stoßspannung nur mit eingebauter Abschneide-Funkenstrecke. Es zeigt wie die auftretende Überspannung mit Hilfe der Funkenstrecke begrenzt wird. Bild 3: Schaltung zur Erzeugung der Stossspannung. Blitzstoßspannungen Überspannungen als Folge von Blitzeinschlägen werden als atmosphärische oder äußere Überspannungen bezeichnet. Diese werden im Labor durch Blitzstoßspannungen nachgebildet. Die Zeit bis zum Erreichen des Scheitels beträgt bei ihnen ca. 1µs. Kenngrößen: Im folgendem Bild 1 ist der zeitliche Verlauf der Blitzstoßspannung dargestellt, wie er in der VDE 0432-2; ICE-Publ. 60-2 festgelegt wurde. B Rücken Stirn Û u(t) 0,5Û 0,3Û 0 C A 01 a d e - G le ic h s p a n n u n g U gG le ic h s p a n n u n g s q u to s s k a p a z itä t L S to s s k r e is in a d e w id e r s ta n d Z F Z ü n d fu n k e n tla d e w id e r s ta n d R dD ä m p fu n g s w id e r s ta r ü f o b je k t C gK a p a z itiv e e l a s t u n g s k a p a z i t ä t S t o s s k r e i s ( C b = C t + C g) e d n n G lle u k tiv itä t s tr e c k e d r u n d la s t Funktionsprinzip Der Stosskondensator Cs wird von einer Gleichspannungsquelle Ug über einen hochohmigen Ladewiderstand RL auf die Gleichspannung U0 aufgeladen und durch einen Durchschlag der Zündfunkenstrecke ZF entladen. Die Kugelfunkenstrecke schlägt dabei entweder selbst durch oder wird durch eine gesteuerte Hilfsentladung gezündet. Die gewünschte Stossspannung u(t) tritt dann am Belastungskondensator Cb und damit auch am Prüfobjekt Ct auf. Der zeitliche Verlauf u(t) der Stossspannung wird durch die Grösse der Schaltungselemente im Prüfkreis bestimmt. Die kurze Stirnzeit erfordert eine rasche Aufladung von Ct auf den Scheitelwert Û, der lange Rücken eine langsame Entladung. Dies wird erreicht, indem Re » Rd gewählt wird. S1 0,9Û U 0L C sS R LL R eE C tP C bB Bild 6a: Blitzstoßspannung 1,2/50 (Vollwelle) Vervielfacherschaltungen Ts t Tr Bild 1: Blitzstoßspannung Û Scheitelwert der Blitzstoßspannung A,B,C Hilfspunkte zur Konstruktion der Blitzstoßspannung Ts Stirnzeit Tr Rückenhalbwertzeit Übliche Zeiten für Ts und Tr: 1,2µs ±30% /5µs ±20% 1,2µs ±30% /50µs ±20% 1,2µs ±30% /200µs ±20% Da mit dem einstufigen Aufbau nur Stossspannungen mit einem Maximalwert von etwa 150- 200 kV, mit sinnvollem Aufwand realisiert werden können, ist man bei Bedarf einer größeren Spannung gezwungen, eine so genannte Vervielfacherschaltungen zu benutzen. Im Prinzip ist jede Erweiterungsstufe der Vervielfacherschaltung wieder ein ganz normaler, einstufiger Messaufbau. Als erster erkannte ein E. Marx im Jahre 1923 dieses Prinzip, weswegen die mehrstufigen Aufbauten auch MarxVervielfacherschaltungen genannt werden. Schaltstoßspannungen Schaltstoßspannungen sind innere Überspannungen, die als Folge von Schalthandlungen in Hochspannungsnetzen auftreten. Diese werden im Labor durch Schaltstoßspannungen nachgebildet. Sie benötigen zum Erreichen des Scheitels mindestens 100µs, also wesentlich länger als äußere Überspannungen. Bild 6b : Ausschnitt (Anstiegszeit Ts ) der Blitzstoßspannung 1,2/50 (Vollwelle) Kenngrößen: Im folgendem Bild 2 ist der in der VDE 0432-2; ICE-Publ. 60-2 festgelegte zeitliche Verlauf der Blitzstoßspannung dargestellt. Bild 4: Mehrstufiger Aufbau mit anschließender Spannungsmessung Prüfling Cb S 0,9Û Dämpfungswiderstand Rd Td u(t) Û 0,5Û 0 Tcr t Th Bild 2: Schaltstoßspannung Entladewiderstand Re Û Tcr Th Td Scheitelwert der Schaltstoßspannung Scheitelzeit Rückenhalbwertzeit Scheiteldauer Übliche Zeiten für Tcr und Th: 100µs ±30% /2500µs ±20% 250µs ±30% /2500µs ±20% 500µs ±30% /2500µs ±20% Bild 7: Blitzstoßspannungswelle an einer Abschneide- Funkenstrecke (abgeschnittene Welle) Stosskondensator Cs Bild 5: Stoßanlage im HS- Labor der FH Regensburg
