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E-Book

Stoßspannungs- und Stoßstrommesstechnik

Grundlagen - Messgeräte - Messverfahren

AutorKlaus Schon
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl285 Seiten
ISBN9783642131172
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis66,99 EUR
Betriebsmittel zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie müssen vor dem Einsatz mit Stoßspannungen oder Stoßströmen auf ihre Zuverlässigkeit geprüft werden. Das Buch behandelt die erforderliche Messtechnik: von Generatorschaltungen zur Erzeugung genormter Stoßspannungen und Stoßströme über Messsysteme und deren Kalibrierung, Verfahren zur Bestimmung von Messunsicherheiten bis zu den mathematischen und experimentellen Grundlagen, um das Übertragungsverhalten räumlich ausgedehnter Messsysteme für schnelle transiente Vorgänge zu kennzeichnen.

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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhaltsverzeichnis7
Einleitung10
1 Kennzeichnung und Erzeugung von Stoßspannungen und Stoßströmen12
1.1 Parameter von Stoßspannungen12
1.1.1 Blitzstoßspannung13
1.1.2 Schaltstoßspannung22
1.1.3 Schwingende Stoßspannungen bei Vor-Ort-Prüfungen24
1.1.4 Steilstoßspannung25
1.2 Parameter von Stoßströmen26
1.2.1 Exponential-Stoßstrom27
1.2.2 Rechteck-Stoßstrom28
1.2.3 Kurzschlusswechselstrom29
1.3 Erzeugung von Stoßspannungen und Stoßströmen31
1.3.1 Generatoren für Blitzund Schaltstoßspannungen31
1.3.2 Erzeugung von abgeschnittenen Stoßspannungen37
1.3.3 Erzeugung von Steilstoßspannungen38
1.3.4 Generatoren für Exponential-Stoßströme39
1.3.5 Erzeugung von Rechteck-Stoßströmen43
1.3.6 Erzeugung von Kurzschlusswechselströmen44
2 Darstellung von Impulsen im Zeitund Frequenzbereich48
2.1 Analytische Darstellung von Stoßspannungen48
2.2 Spektrum von Stoßspannungen55
2.3 Analytische Darstellung von Stoßströmen58
2.4 Spektrum von Exponential-Stoßströmen62
2.5 Analytische Darstellung von Kurzschlusswechselströmen63
3 Übertragungsverhalten linearer Systeme und Faltung65
3.1 Sprungantwort eines Systems und Faltungsintegral66
3.2 Fourier-Transformation und Übertragungsfunktion69
3.3 Laplace-Transformation72
3.4 Eigenschaften von RCund RLC-Gliedern74
3.4.1 Sprungantwort von Tiefpass und Schwingkreis74
3.4.2 Übertragungsfunktion von Tiefpass und Schwingkreis77
3.5 Antwortzeit, Anstiegszeit und Bandbreite79
3.6 Beispiele für die Faltung81
3.6.1 Keilstoßspannung auf RC-Glied81
3.6.2 Keilstoßspannung auf RLC-Glied84
3.6.3 Stoßspannung auf RC-Glied86
3.6.4 Antwortfehler und Fehlerdiagramm87
3.7 Experimentelle Sprungantwort91
3.7.1 Auswertung der experimentellen Sprungantwort91
3.7.2 Antwortparameter der Sprungantwort93
3.7.3 Messschaltungen für die Sprungantwort95
3.7.4 Erzeugung von Sprungspannungen97
3.8 Ergänzende Betrachtungen zum Übertragungsverhalten100
4 Digitalrecorder, Stoßvoltmeter und Impulskalibrator106
4.1 Aufbau und Eigenschaften von Digitalrecordern107
4.2 Fehlerquellen bei der Signalaufzeichnung113
4.2.1 Ideale Digitalisierung114
4.2.2 Digitalrecorder mit realem AD-Wandler116
4.2.3 Weitere Fehlerquellen122
4.3 Software zur Datenauswertung124
4.4 Stoßvoltmeter125
4.5 Impulskalibrator126
5 Messung von Stoßspannungen131
5.1 Messsystem mit Stoßspannungsteiler131
5.1.1 Übertragungsverhalten von Stoßspannungsteilern138
5.1.2 Ohmscher Stoßspannungsteiler144
5.1.3 Kapazitiver Stoßspannungsteiler153
5.1.4 Gedämpft kapazitiver Stoßspannungsteiler157
5.1.5 Ohmsch-kapazitiv gemischter Spannungsteiler167
5.2 Kugelfunkenstrecke169
5.3 Kapazitiver Feldsensor171
5.3.1 Prinzip des kapazitiven Feldsensors172
5.3.2 Feldsensor für Linearitätsnachweis von Spannungsteilern174
5.3.3 Dreidimensionaler Feldsensor175
5.4 Elektrooptischer Sensor176
5.4.1 Pockels-Effekt176
5.4.2 Kerr-Effekt180
6 Messung von Stoßströmen185
6.1 Messsystem mit niederohmigem Messwiderstand185
6.1.1 Induktivitäten eines niederohmigen Widerstandes189
1191
2,191
1-2191
6.1.2 Aufbau koaxialer Messwiderstände192
6.1.3 Stromverdrängung (Skineffekt)194
6.1.4 Kettenleiterersatzschaltbild198
6.1.5 Experimentelle Sprungantwort von Messwiderständen199
6.1.6 Besondere Bauformen200
6.1.7 Grenzlastintegral202
6.2 Strommessspulen nach dem Induktionsprinzip204
6.2.1 Rogowski-Spule210
6.2.2 Strommessspule mit Magnetkern215
6.2.3 Gleichstromwandler217
6.2.4 Magnetfeldsensor218
6.3 Stromsensor mit Hall-Sonde219
6.4 Magnetooptischer Sensor223
7 Kalibrierung der Messsysteme228
7.1 Allgemeines zur Kalibrierung und Rückführung229
7.2 Vergleich mit einem Referenzsystem bei Stoßspannung231
7.2.1 Prinzip der Vergleichsmessung232
7.2.2 Festgesetzter Maßstabsfaktor235
7.2.3 Alternativen für den Linearitätsnachweis237
7.2.4 Messung der Zeitparameter238
7.2.5 Dynamisches Verhalten239
7.3 Alternative Kalibrierung von Stoßspannungsmesssystemen241
7.3.1 Kalibrierung bei Niederspannung242
7.3.2 Auswertung der Sprungantwort243
7.3.3 Einfluss benachbarter Objekte (Näheeffekt)244
7.3.4 Kurzund Langzeitverhalten245
7.4 Kalibrierung von Digitalrecordern247
7.5 Kalibrierung von Stoßstrommesssystemen249
Anhang 1 Fourierund Laplace-Transformation254
A1.1 Fourier-Transformation254
A1.2 Laplace-Transformation256
Anhang 2 Bestimmung von Messunsicherheiten259
A2.1 Der GUM259
A2.1.1 Grundkonzept des GUM260
A2.1.2 Modellfunktion einer Messung261
A2.1.3 Ermittlungsmethode vom Typ A262
A2.1.4 Ermittlungsmethode vom Typ B264
A2.1.5 Beigeordnete Standardmessunsicherheit267
A2.1.6 Erweiterte Messunsicherheit268
A2.1.7 Effektiver Freiheitsgrad269
A2.1.8 Messunsicherheitsbudget270
A2.1.9 Angabe des vollständigen Messergebnisses271
A2.1.10 Abschließende Bemerkungen271
A2.2 Beispiele für die Unsicherheitsberechnung272
A2.2.1 Maßstabsfaktor eines Stoßspannungsmesssystems272
A2.2.2 Unsicherheit der Spannungsmessung bei einer Prüfung277
Abkürzungen281
Sachverzeichnis283

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