Autor: pftpft

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Der Wasserwiderstand RW ist ein Eigenbau. Er arbeitet als Begrenzungswiderstand vorzugsweise für AC-Belastungstests, bei dem Durchschläge erwartet werden. Der große Vorteil eines Wasserwiderstands ist das hohe Energieabsorptionsvermögen. Damit können auch Entladungen „stehen gelassen werden“, ohne Gefahr zu laufen, dass der Vorwiderstand thermisch überlastet wird.

Der Vorwiderstand hat auch die niedrigste parasitäre Eigeninduktivität im Vergleich zu allen anderen Widerstandsarten. Dies wird in dieser Anwendung aber nicht benötigt.

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Der Meßwiderstand RM dient vorzugsweise zur Messung einer Gleichspannung bzw. der Ladespannung des Stoßkondensators CS. Er ist in zwei Varianten verfügbar 140MOhm und 280MOhm. Die 280MOhm Variante ist wohl die verbreitete, da die Verluste bei Nennspannung 140kV DC dann nur noch 70W betragen – die Rückwirkung auf den Messkreis wird dadurch kleiner.

Beim Zusammenbau sollte immer darauf geachtet werden, dass der Messanschluss erdseitig ist. Damit wird der Personenschutz sichergestellt. Andernfalls würde man auch einen Spannungsteiler bekommen, dann aber auf Hochspannungspotential.

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Der Ladewiderstand RL dient im Wesentlichen dem Schutz der Komponenten. Durch den Ladewiderstand RL werden die Aufladevorgänge beim Aufladen der Stoßkondensatoren CS verzögert und dadurch ergibt sich ein reduzierter Strom. Gleichzeitig schützen die Ladewiderstände im Fall eines Durchschlags die nachgelagerten Komponenten, da der Strom dann im Wesentlichen durch den Ladewiderstand begrenzt wird.

Den Ladewiderstand gibt es in zwei Werten: 10MOhm und 2.5MOhm, wobei die meistverwendete Variante wohl die 10 MOhm sein wird.

Für die Dimensionierung des Ladewiderstands muss es keine hohe Genauigkeit geben, denn die Aufladung einer Gleichspannung erfolgt so oder so auf den Scheitelwert der Spannung. Für das Durchschlagsverhalten ist es wichtig, dass der Ladewiderstand möglichst hochinduktiv und sehr niederkapazitiv ist, damit eine rückwärtig laufende Wanderwelle von der Durchschlagsstelle nicht in die Quelle läuft.

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Optisch unterscheiden sich die Entladewiderstände kaum von den Dämpfungswiderständen. Der wesentliche Unterschied steckt im inneren Aufbau. Während Dämpfungswiderstände so niederinduktiv wie möglich aufgebaut sind, werden Entladewiderstände bewusst hochinduktiv aufgebaut. Denn die Entladewiderstände – vorzugsweise zur Entladung der impulsfömigen Prüfspannungen LI und SI eingesetzt – müssen hochinduktiv sein, damit die Zündung der oberen Stufen erfolgen kann.

Entladewiderstände sind mit die am höchsten belasteten Bauteile in einem Impulsspannungsaufbau. Denn die fast die komplette Energie wird in ihnen umgesetzt. Zuerst wird der Belastungskondensator CB und der Prüfling DUT (device under test) durch den Stoßkondensator CS aufgeladen, danach entladen sich alle über den Widerstand RE. Die maximale Impulskadenz wird also über den Widerstand RE festgelegt.

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Den Dämpfungswiderstand gibt es in sehr vielen unterschiedlichen Werten, deren Auflistung hier sich nicht lohnen würde – zu viele unterschiedliche Werte würden sich ergeben. Grund dafür ist die Anpassung der normativ geforderten Kurvenform in Verbindung mit dem Prüfling und der vorhandenen Stoßkapazität. Daher sind diese Widerstände historisch „maßgeschneidert“ auf die jeweilige Anwendung. Das ist natürlich sehr hinderlich, wenn es um eine Standardisierung geht. Daher gibt es hier totz der vielen Variationen gewisse „Best-Seller“, mit denen sich die Kurvenform einhalten lässt.

Die Dämpfungswiderstände haben eine wesentliche Besonderheit: Sie sind sehr niederinduktiv gewickelt. Nimmt man einen Widerstandsdraht und wickelt den nur auf den Wickelkörper, so ergibt sich alleine aus der Länge des Drahtes eine gewisse Induktivität. Durch die Wicklung wird die Induktivität nocheinmal verstärkt. Gerade für schnelle Vorgänge ist die Induktivität hier störend. Daher werden diese Widerstände bewusst niederinduktiv gewickelt, z.B. indem man zwei Lagen des gleichen Drahts übereinanderwickelt, den einen aber im Uhrzeigersinn auf den Wickelkörper wickelt, den anderen im Gegenuhrzeigersinn. Dadurch heben sich die Induktivitätsanteile größtenteils weg.

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Die Hochspannungsdioden sind für die Gleichrichtung der hohen Wechselspannung. Es gibt sie in zwei verschiedenen Ausführungen: 20mA 100kOhm und 5mA 500kOhm. Man erkennt: Die Entwickler haben bereits an den Schutz der Dioden gedacht und einen Dämpfungswiderstand direkt mit eingebaut. Das ist besonders wichtig, wenn auf der DC-Seite ein Durchschlag erfolgt und der Kurzschlussstrom des Transformators über die Dioden fließen würde. Die Dioden sind ölgefüllt, damit Sie zum einen die Verlustleistung während der Gleichrichtung abgeben können. Vielmehr ist die Ölfüllung aber wichtig, um die dielektrische Festigkeit zu wahren.

Ein Test der Diodenfunktion kann mit einem normalen Multimeter nicht durchgeführt werden, da die Flussspannung viel zu hoch ist. Eine Messung mit einem Isolationswiderstandsmesgerät mit 1kV DC Spannung ist dafür aber geeignet. In Flussrichtung muss sich ein Widerstandswert ähnlich des auf der Diode aufgedruckten Dämpfungswiderstands ergeben. In Sperrrichtung sollte sich ein Widerstand im hohen Mega-Ohm-Bereich befinden.

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Sollte im Fehlerfall die Diode defekt sein, so kann sie auch selbst repariert werden. Im Inneren ist eine Diode Semikron SKXA 150 verbaut mit einer Sperrspannung von 150kV und einem Durchlassstrom von 1A. Diese gibt es als einzelnes Zubehör bei vielen Online-Shops.

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Viele Kondensatoren und ölgefüllte Widerstände leiden am gleichen Problem – Undichtigkeiten. Dies ist auch nicht weiter verwunderlich, da die meisten Teile des Hochspannungsbaukastens aus den 1950er bis 1980er Jahren sind und durch mehrfache Bewegung als auch die dielektrische und zeitliche Alterung in Mitleidenschaft gezogen wurden. Die allermeisten ölgefüllten Bauelemente leiden damit wie die Menschen auch an einer „Inkontinenz“ mit zunehmendem Alter. Für die Bauelemente des Hochspannungsbaukastens gibt es hingegen eine Abhilfe – die Neuabdichtung der wesentlichen Dichtflächen.

Dabei ist es wichtig, dass der Kondensator oder Widerstand nicht vollständig zerlegt wird, sondern im Wesentlichen im Öl verbleibt. Dadurch muss kein Vakuum- und Imprägnierprozess gemacht werden und die Reparatur kann eine „kleine Reparatur“ werden, die auch selbst durchgeführt werden kann. Daher sollte der Kondensator oder der Widerstand nur im stehenden Zustand geöffnet und nur der obere Flansch entfernt werden.

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Unter CZ Zusatzkondensator werden nun alle Kondensatoren zusammengefasst, die nicht in die voherigen Gruppen CB Belastungskondensator, CM Messkondensator und CS Stoßkondensator passen. MWB als auch Haefely haben in den Jahren noch einzelne Kondensatoren hinzugefügt.

CZ 300pF: Der 300 pF Kondensator von MWB war als Kopplungskondensator gedacht, um mit dem alten Zündimpulsauslösegerät ZAG die Zündfunkenstrecke zu triggern. Das ist mittlerweile dank der optischen Triggerung nicht mehr notwendig. Der 300 pF Kondensator lässt sich aber sehr gut als Kopplungskondensator für Teilentladungsmessungen verwenden.

CZ 500 pF: Der 500 pF von Haefely war auch für den Zweck als Kopplungskondensator gedacht.

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Der Belastungskondensator CB mit 1200 pF und 140 kV DC erfüllt mehrere Aufgaben: Zum Einen ist er als reine Belastungskapazität für die Impulsspannungprüfungen im Einsatz. Gleichzeitig dient er aber auch als kapazitiver Spannungsteiler für die Stoßspannungsmessung. Und in einigen Fällen wird er auch als Kopplungskondensator für Teilentladungsmessungen verwendet. Doch Vorsicht: Der Kondensator ist als reiner DC-Kondensator ausgelegt, und eine AC-Beanspruchung kann ihn zerstören. Daher sollte der Belastungskondensator CB nur mit einer AC RMS Spannung von 25% der angegebenen DC Spannung (hier 140kVDC*25%=35kV RMS) betrieben werden. Andernfalls sind die kapazitiven Umladeströme zu groß und der Kondensator wird zerstört.

Um zu sehen, wie stark ein Kondensator bereits „gelitten“ hat, empfiehlt es sich, regelmäßig eine Messung mit einem Kapazitätsmessgerät zu machen UND die Messergebnisse zu dokumentieren. Typischerweise sind Hochspannungskondensatoren aus einer Reihenschaltung mehrerer Kondensator-Wickel zusammengesetzt. Bei Überlastung schlagen einige der Kondensator-Wickel durch und so erhöht sich die Gesamtkapazität. Also: Je höher der Wert gegenüber dem Nominalwert, desto näher ist der Ausfall!

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Wie oben bereits erwähnt, kann man den CB Belastungskondensator auch als Kopplungskondensator für AC Teilentladungsmessungen nutzen. Hier aber die Spannung auf maximal 35 kV AC beschränken.

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Der Messkondensator CM hat eine Kapazität von 100 pF bei 100 kV AC. Am unteren Ende ist eine UHF-Buchse, die üblicherweise kurzgeschlossen ist. Nur, wenn der Kondensator als Messteiler, kapazitiver Vorwiderstand oder für die Teilentladungsmessung als Kopplungskondensator verwendet wird, ist die Kurzschlusskappe zu entfernen und die jeweilige Sekundäreinheit hier anzuschließen.

Da die Buchse sehr empfindlich auf mechanische Belastungen reagiert, sollte hier anstelle eines direkten Anschlusses der Messteiler eine kurze Zuleitung montiert werden. Wir nutzen dazu 25cm BNC-Leitungen.

Um den aktuellen „Gesundheitszustand“ eines Kondensators zu beurteilen, bietet es sich an, die Kapazität der Kondensatoren regelmäßig zu messen UND zu dokumentieren. Steigt die Kapazität, weist das darauf hin, dass intern einige Kondensatorwickel der Reihenschaltung schon einen Durchschlag erlitten haben und die restlichen Kondensatoren damit einer höheren Spannung ausgesetzt sind.

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Die beiden Hauptprobleme des Kondensators sind verlorene Kurzschlusskappen und Undichtigkeiten. Gegen beide kann man selbst etwas tun:

Montage unverlierbarer Kurzschlusskappen: Solche kompakten Kurzschlusskappen, wie sie MWB damals verbaut hat, sind kaum noch zu finden. Daher empfiehlt sich die Beschaffung von UHF-Kabelsteckern. Diese werden intern zu einem Kurzschluss verbunden. An der Kabelseite kann ein Gewinde reingeschnitten werden, welches mit einer kleinen Leitung oder einem Seil verbunden wird. Das andere Ende des Seils wird an der Montageschraube des Ausgangsstutzens montiert. So geht die Anschlusskappe nicht mehr verloren.

Undichtigkeiten kommen von defekten Papierdichtungen an den Flanschen des Kondensators. Papierdichtungen gibt es in DIN A4 Bögen in allen Dicken und die entsprechenden Formen können mit einer Schere oder diversen Locheisen selbst gemacht werden. Damit bekommt man die Flansche wieder dicht. Ausgelaufenes Öl lässt sich mit dem Standard-Transformatoren-Öl ersetzen. Hier sollte man jedoch beachten, dass das Öl vorher gut getrocknet ist. Auch das kann man selbst machen –> siehe Öltrocknung im DKU