Stoßspannungs- Und Stoßstrommesstechnik: Grundlagen - Messgeräte - Messverfahren

ISBN-13: 9783642131165 / Niemiecki / Twarda / 2010 / 285 str.

Klaus Schon

Opis

Betriebsmittel zur Ubertragung und Verteilung elektrischer Energie mussen vor dem Einsatz mit Stossspannungen oder Stossstromen auf ihre Zuverlassigkeit gepruft werden. Das Buch behandelt die erforderliche Messtechnik: von Generatorschaltungen zur Erzeugung genormter Stossspannungen und Stossstrome uber Messsysteme und deren Kalibrierung, Verfahren zur Bestimmung von Messunsicherheiten bis zu den mathematischen und experimentellen Grundlagen, um das Ubertragungsverhalten raumlich ausgedehnter Messsysteme fur schnelle transiente Vorgange zu kennzeichnen."

Spis treści

1 Kennzeichnung und Erzeugung 1.1 Parameter von Stoßspannungen 1.1.1 Blitzstoßspannung 1.1.2 Schaltstoßspannung 1.1.3 Schwingende Blitz- und Schaltstoßspannungen 1.1.4 Steilstoßspannung 1.2 Parameter von Stoßströmen 1.2.1 Exponential-Stoßstrom 1.2.2 Rechteck-Stoßstrom 1.2.3 Kurzschlussstrom 1.3 Erzeugung von Stoßspannungen und Stoßströmen 1.3.1 Blitz- und Schaltstoßspannungen 1.3.2 Abgeschnittene Stoßspannungen 1.3.3 Steilstoßspannungen 1.3.4 Exponential-Stoßströme 1.3.5 Rechteck-Stoßströme 1.3.6 Kurzschlusswechselströme 2 Darstellung im Zeit- und Frequenzbereich 2.1 Analytische Darstellung von Stoßspannungen 2.2 Spektrum von Stoßspannungen 2.3 Analytische Darstellung von Stoßströmen 2.4 Spektrum von Exponential-Stoßströmen 2.5 Analytische Darstellung von Kurzschlussströmen 3 Grundlagen zum Übertragungsverhalten 3.1 Sprungantwort eines Systems und Faltungsintegral 3.2 Fourier-Transformation und Übertragungsfunktion 3.3 Laplace-Transformation 3.4 Eigenschaften von RC- und RLC-Gliedern 3.4.1 Sprungantwort von Tiefpass und Schwingkreis 3.4.2 Übertragungsfunktion von Tiefpass und Schwingkreis 3.5 Antwortzeit, Anstiegszeit und Bandbreite 3.6 Beispiele für die Faltung 3.6.1 Dreieckfunktion auf RC-Glied 3.6.2 Dreieckfunktion auf RLC-Glied 3.6.3 Stoßspannung auf RC-Glied 3.6.4 Antwortfehler und Fehlerdiagramm 3.7 Experimentelle Sprungantwort 3.7.1 Auswertung der experimentellen Sprungantwort 3.7.2 Antwortparameter der Sprungantwort 3.7.3 Messschaltungen für die Sprungantwort 3.7.4 Erzeugung von Sprungspannungen 3.8 Ergänzende Betrachtung zum Übertragungsverhalten 4 Digitalrecorder, Stoßvoltmeter und Impulskalibrator 4.1 Aufbau und Eigenschaften von Digitalrecordern 4.2 Fehlerquellen bei der Signalaufzeichnung 4.2.1 Ideale Digitalisierung 4.2.2 Digitalrecorder mit realem AD-Wandler 4.2.3 Weitere Fehlerquellen 4.3 Software zur Datenauswertung 4.4 Stoßvoltmeter 4.5 Impulskalibrator 5 Messung von Stoßspannungen 5.1 Messsystem mitSpannungsteiler 5.1.1 Übertragungsverhalten von Stoßspannungsteilern 5.1.2 Ohmscher Stoßspannungsteiler 5.1.3 Kapazitiver Stoßspannungsteiler 5.1.4 Gedämpft kapazitiver Stoßspannungsteiler 5.1.5 Ohmsch-kapazitiv gemischter Stoßspannungsteiler 5.2 Kugelfunkenstrecke 5.3 Kapazitiver Feldsensor 5.3.1 Prinzip des kapazitiven Feldsensors 5.3.2 Feldsensor für Linearitätsnachweis von Spannungsteilern 5.3.3 Dreidimensionaler Feldsensor 5.4 Elektrooptischer Sensor 5.4.1 Pockels-Effekt 5.4.2 Kerr-Effekt 6 Messung von Stoßströmen 6.1 Messsystem mit niederohmigem Messwiderstand 6.1.1 Induktivitäten eines niederohmigen Widerstandes 6.1.2 Aufbau koaxialer Messwiderstände 6.1.3 Stromverdrängung (Skineffekt) 6.1.4 Kettenleiterersatzschaltbild 6.1.5 Experimentelle Sprungantwort 6.1.6 Besondere Bauformen 6.1.7 Grenzlastintegral 6.2 Strommessspulen nach dem Induktionsprinzip 6.2.1 Rogowski-Spule 6.2.2 Strommessspule mit Magnetkern 6.2.3 Gleichstromwandler 6.2.4 Magnetfeldsensor 6.3 Stromsensor mit Hall-Sonde 6.4 Magnetooptischer Sensor 7 Kalibrierung der Messsysteme 7.1 Allgemeines zur Kalibrierung und Rückführung 7.2 Vergleich mit einem Referenzsystem bei Stoßspannung 7.2.1 Prinzip der Vergleichsmessung 7.2.2 Festgesetzter Maßstabsfaktor 7.2.3 Alternativen für den Linearitätsnachweis 7.2.4 Messung der Zeitparameter 7.2.5 Dynamisches Verhalten 7.3 Alternative Kalibrierung von Stoßspannungsmesssystemen 7.3.1 Kalibrierung bei Niederspannung 7.3.2 Auswertung der Sprungantwort 7.3.3 Einfluss benachbarter Objekte (Näheeffekt) 7.3.4 Kurz- und Langzeitverhalten 7.4 Kalibrierung von Digitalrecordern 7.5 Kalibrierung von Stoßstrommesssystemen Anhang A1 Fourier- und Laplace-Transformation A1.1 Fourier-Transformation A1.2 Laplace-Transformation A2 Bestimmung von Messunsicherheiten A2.1 Der GUM A2.1.1 Grundkonzept des GUM A2.1.2 Modellfunktion einer Messung A2.1.3 Ermittlungsmethode vom Typ A A2.1.4 Ermittlungsmethode vom Typ B A2.1.5 Beigeordnete

O autorze

Dr.-Ing. Klaus Schon studierte Elektrotechnik an der TU Berlin und ging 1969 nach seinem Abschluss als Dipl.-Ing. zur Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. Hier befasste er sich im Hochspannungslabor zunächst mit den Eigenschaften von Isolierstoffen und promovierte 1975 über den Einfluss von Teilentladungen auf Kunststofffolien an der TH Darmstadt. Seine weiteren Aufgaben lagen in der Mess- und Kalibriertechnik im Hochspannungsbereich, insbesondere in den Bereichen Kapazität und Verlustfaktor, Teilentladungen, Stoßspannung und Stoßstrom. 1982 wurde ihm die Leitung des PTB-Hochspannungslaboratoriums und später die Leitung der Arbeitsgruppe „Messwandler und Hochspannung“ übertragen. Dr. Schon war Mitglied in verschiedenen nationalen und internationalen Arbeitsgremien, die sich mit der Hochspannungsprüf- und -messtechnik, Normung und Akkreditierung befassen.

Blurb

Betriebsmittel zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie sind infolge von Blitzeinschlägen und Schaltvorgängen im Netz hohen transienten Spannungen und Strömen ausgesetzt. Sie werden daher vor ihrem Einsatz mit genormten Stoßspannungen oder Stoßströmen auf ihre Zuverlässigkeit geprüft. Dabei ist eine fundierte Messtechnik erforderlich, um eine Über- oder Unterbeanspruchung des Prüflings zu vermeiden oder um die Qualität der Anwendung zu gewährleisten. Das Buch behandelt - die prinzipiellen Generatorschaltungen zur Erzeugung von Stoßspannungen und Stoßströmen - die Messsysteme und deren Kalibrierung gemäß IEC 60060 und IEC 62475 - die Verfahren zur Bestimmung von Messunsicherheiten - die mathematischen und experimentellen Grundlagen zur Kennzeichnung des Übertragungsverhaltens der räumlich ausgedehnten Messsysteme für schnelle transiente Vorgänge. Es wendet sich an Ingenieure und Techniker sowie an Studenten im Fachgebiet Hochspannungstechnik und elektrische Energieversorgung.