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Vorwort
5
Inhaltsverzeichnis
7
Einleitung
10
1 Kennzeichnung und Erzeugung von Stoßspannungen und Stoßströmen
12
1.1 Parameter von Stoßspannungen
12
1.1.1 Blitzstoßspannung
13
1.1.2 Schaltstoßspannung
22
1.1.3 Schwingende Stoßspannungen bei Vor-Ort-Prüfungen
24
1.1.4 Steilstoßspannung
25
1.2 Parameter von Stoßströmen
26
1.2.1 Exponential-Stoßstrom
27
1.2.2 Rechteck-Stoßstrom
28
1.2.3 Kurzschlusswechselstrom
29
1.3 Erzeugung von Stoßspannungen und Stoßströmen
31
1.3.1 Generatoren für Blitzund Schaltstoßspannungen
31
1.3.2 Erzeugung von abgeschnittenen Stoßspannungen
37
1.3.3 Erzeugung von Steilstoßspannungen
38
1.3.4 Generatoren für Exponential-Stoßströme
39
1.3.5 Erzeugung von Rechteck-Stoßströmen
43
1.3.6 Erzeugung von Kurzschlusswechselströmen
44
2 Darstellung von Impulsen im Zeitund Frequenzbereich
48
2.1 Analytische Darstellung von Stoßspannungen
48
2.2 Spektrum von Stoßspannungen
55
2.3 Analytische Darstellung von Stoßströmen
58
2.4 Spektrum von Exponential-Stoßströmen
62
2.5 Analytische Darstellung von Kurzschlusswechselströmen
63
3 Übertragungsverhalten linearer Systeme und Faltung
65
3.1 Sprungantwort eines Systems und Faltungsintegral
66
3.2 Fourier-Transformation und Übertragungsfunktion
69
3.3 Laplace-Transformation
72
3.4 Eigenschaften von RCund RLC-Gliedern
74
3.4.1 Sprungantwort von Tiefpass und Schwingkreis
74
3.4.2 Übertragungsfunktion von Tiefpass und Schwingkreis
77
3.5 Antwortzeit, Anstiegszeit und Bandbreite
79
3.6 Beispiele für die Faltung
81
3.6.1 Keilstoßspannung auf RC-Glied
81
3.6.2 Keilstoßspannung auf RLC-Glied
84
3.6.3 Stoßspannung auf RC-Glied
86
3.6.4 Antwortfehler und Fehlerdiagramm
87
3.7 Experimentelle Sprungantwort
91
3.7.1 Auswertung der experimentellen Sprungantwort
91
3.7.2 Antwortparameter der Sprungantwort
93
3.7.3 Messschaltungen für die Sprungantwort
95
3.7.4 Erzeugung von Sprungspannungen
97
3.8 Ergänzende Betrachtungen zum Übertragungsverhalten
100
4 Digitalrecorder, Stoßvoltmeter und Impulskalibrator
106
4.1 Aufbau und Eigenschaften von Digitalrecordern
107
4.2 Fehlerquellen bei der Signalaufzeichnung
113
4.2.1 Ideale Digitalisierung
114
4.2.2 Digitalrecorder mit realem AD-Wandler
116
4.2.3 Weitere Fehlerquellen
122
4.3 Software zur Datenauswertung
124
4.4 Stoßvoltmeter
125
4.5 Impulskalibrator
126
5 Messung von Stoßspannungen
131
5.1 Messsystem mit Stoßspannungsteiler
131
5.1.1 Übertragungsverhalten von Stoßspannungsteilern
138
5.1.2 Ohmscher Stoßspannungsteiler
144
5.1.3 Kapazitiver Stoßspannungsteiler
153
5.1.4 Gedämpft kapazitiver Stoßspannungsteiler
157
5.1.5 Ohmsch-kapazitiv gemischter Spannungsteiler
167
5.2 Kugelfunkenstrecke
169
5.3 Kapazitiver Feldsensor
171
5.3.1 Prinzip des kapazitiven Feldsensors
172
5.3.2 Feldsensor für Linearitätsnachweis von Spannungsteilern
174
5.3.3 Dreidimensionaler Feldsensor
175
5.4 Elektrooptischer Sensor
176
5.4.1 Pockels-Effekt
176
5.4.2 Kerr-Effekt
180
6 Messung von Stoßströmen
185
6.1 Messsystem mit niederohmigem Messwiderstand
185
6.1.1 Induktivitäten eines niederohmigen Widerstandes
189
1
191
2,
191
1-2
191
6.1.2 Aufbau koaxialer Messwiderstände
192
6.1.3 Stromverdrängung (Skineffekt)
194
6.1.4 Kettenleiterersatzschaltbild
198
6.1.5 Experimentelle Sprungantwort von Messwiderständen
199
6.1.6 Besondere Bauformen
200
6.1.7 Grenzlastintegral
202
6.2 Strommessspulen nach dem Induktionsprinzip
204
6.2.1 Rogowski-Spule
210
6.2.2 Strommessspule mit Magnetkern
215
6.2.3 Gleichstromwandler
217
6.2.4 Magnetfeldsensor
218
6.3 Stromsensor mit Hall-Sonde
219
6.4 Magnetooptischer Sensor
223
7 Kalibrierung der Messsysteme
228
7.1 Allgemeines zur Kalibrierung und Rückführung
229
7.2 Vergleich mit einem Referenzsystem bei Stoßspannung
231
7.2.1 Prinzip der Vergleichsmessung
232
7.2.2 Festgesetzter Maßstabsfaktor
235
7.2.3 Alternativen für den Linearitätsnachweis
237
7.2.4 Messung der Zeitparameter
238
7.2.5 Dynamisches Verhalten
239
7.3 Alternative Kalibrierung von Stoßspannungsmesssystemen
241
7.3.1 Kalibrierung bei Niederspannung
242
7.3.2 Auswertung der Sprungantwort
243
7.3.3 Einfluss benachbarter Objekte (Näheeffekt)
244
7.3.4 Kurzund Langzeitverhalten
245
7.4 Kalibrierung von Digitalrecordern
247
7.5 Kalibrierung von Stoßstrommesssystemen
249
Anhang 1 Fourierund Laplace-Transformation
254
A1.1 Fourier-Transformation
254
A1.2 Laplace-Transformation
256
Anhang 2 Bestimmung von Messunsicherheiten
259
A2.1 Der GUM
259
A2.1.1 Grundkonzept des GUM
260
A2.1.2 Modellfunktion einer Messung
261
A2.1.3 Ermittlungsmethode vom Typ A
262
A2.1.4 Ermittlungsmethode vom Typ B
264
A2.1.5 Beigeordnete Standardmessunsicherheit
267
A2.1.6 Erweiterte Messunsicherheit
268
A2.1.7 Effektiver Freiheitsgrad
269
A2.1.8 Messunsicherheitsbudget
270
A2.1.9 Angabe des vollständigen Messergebnisses
271
A2.1.10 Abschließende Bemerkungen
271
A2.2 Beispiele für die Unsicherheitsberechnung
272
A2.2.1 Maßstabsfaktor eines Stoßspannungsmesssystems
272
A2.2.2 Unsicherheit der Spannungsmessung bei einer Prüfung
277
Abkürzungen
281
Sachverzeichnis
283
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