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Ifesskondensatorschaltung für Wechselstrom-Hochspannungskreise.
Es ist bekannt, dass man in Wechselstromhochspannungskreisen den Ladestrom eines Kondensators zur Spannungsmessung verwenden kann, u. zw. misst man, wenn an den Kondensator eine sinusförmige Spannung angelegt wird und ein Strommesser für Wechselstrom den Ladestrom des Kondensators bestimmt, den Effektivwert der Spannung, die zwischen den beiden Kondensatorbelägen herrscht. Man hat auch schon gezeigt, dass man auch den Maximalwert, d. h. den Scheitelwert der Spannungskurve bestimmen kann, wenn man den Ladestrom eines Kondensators, der an der zu messenden Spannung liegt, kommutiert und durch ein den Mittelwert des Stromes anzeigendes Messinstrument, z. B. ein Drehspulmessgerät, misst.
Letzteres bestimmt den Mittelwert des kommutierten Ladestromes und da die Ladung des Kondensators vor der Kapazität C, bezogen auf Y4 Periode, d. h. von dem Spannungswert 0 bis zum Maximalwert P ganz unabhängig von der Kurvenform ist und nur durch die Gleichung Q = CP = Sidt
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stromes in Ampère, v die Periodenzahl pro Sekunde und C die Kapazität des Kondensators in Farad.
Wünscht man den Effektivwert der Spannungskurve zu erhalten, bezogen auf den Maximalwert einer sinusförmigen Spannungskurve, so ist diese Gleichung noch durch den konstanten Faktor zu dividieren.
Die obige, an undfür sich bekannte Methode hat mithin den Vorteil, in Wechselstrom-Hochspannungs- kreisen den Scheitelwert der Spannungskurve (Maximalwert) dauernd durch direkte Ablesung festzustellen, was insbesondere bei Durchschlagsprüfungen von sehr grosser Bedeutung ist, namentlich im Hinblick auf die sonst übliche Methode der Funkenstreekekontrolle, die naturgemäss nur im Moment des Überschlags eine Spannungsmessung zulässt.
Die Gleichrichtung des Ladestromes kann nun auf mechanischem Wege, z. B. mittels eines SynchronGleichrichterkollektors erfolgen. Hiebei muss jedoch die Phase des Kollektors jeweils so eingestellt werden, dass ein maximaler Ausschlag des Messinstrumentes erfolgt, was dann der Fall ist, wenn der Ladestrom genau beim Durchgang durch Null konimutiert wird. Diese Unannehmlichkeit kann man dadurch vermeiden, dass man statt des rotierenden Gleichrichters einen Ventilröhren-Gleichrichter benutzt, z. B. eine Glühkathoden-Elektronenröhre.
Die Fig. 1 der beiliegenden schematischen Zeichnung zeigt beispielsweise eine in diesem Sinne ausgeführte Schaltung. Es bedeutet C einen Kondensator, der z. B. in einem getrennten Messkreisausschnitt des einen Belages an zwei zueinander parallelliegenden, gegeneinander geschalteten Glühkathodenröhren a und b angeschlossen ist. In den einen dieser Parallelzweige ist das den Mittelwert messende Messinstrument e (z. B. Drehspulinstrument) eingeschaltet. Bei dieser Anordnung wird mithin je nur ein Wechsel der Periode für die Maximalwertmessung ausgenutzt, während der andere Wechsel über den andern Zweig direkt an Erde fliesst.
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Hiebei entsteht aber in dem Kreis a-b, wie mit den Pfeilen angedeutet, ein Kreisstrom, der durch die Heizspannung der beiden Glühkathodenröhren hervorgerufen wird und einen dauernden Aussehlag am Messgerät zur Folge hat. Wie die praktische Ausführung der Messung zeigt, schwankt dieser Ausschlag mit der Grösse der Heizspannung und kann auch durch Vertauschen der Anschlussdrähte nicht ganz kompensiert werden. Bei den Versuchen hat sich ein dauernder Ausschlag von zirka 7-20% ergeben, der bis zu einer gewissen, an den Kondensator angelegten Spannung konstant bleibt. Die Spannungswerte innerhalb dieser Grenzen lassen sich demnach nicht messen, jedoch werden die höheren Spannungswerte richtig angezeigt. Es ist deshalb eine Korrektur des konstanten Ausschlages nicht zu berüek- sichtigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Schaltung des Messkondensators nach dem Hauptpatent, welche diesen Missstand dadurch beheben soll, dass bei Zusammenschaltung dieses Messkondensators mit zwei an diesen gelegten, gegeneinander geschalteten Ventilröhren-Gleichrichtern zu einem Messkreis in diesen mindestens eine elektromotorische Hilfsspannung mit der Massgabe eingeschaltet ist, dass sie auf die durch dieVentilröhren-Gleichrichter im Messkreis bedingte Lokalspannung kompensierend einwirkt.
Fig. 2-7 der beiliegenden schematischen Zeichnung betreffen verschiedene Ausführungsbeispiele der verbesserten Messkondensatorschaltung.
In Fig. 2 bezeichnet C wieder einen an einem Hochspannungskreise liegenden Messkondensator mit Messausschnitt e. Die aussen liegenden Belägè haben hiebei den Zweck, das Randfeld sowie den Einfluss der äusseren Felder zu vermeiden. Der Messausschnitt c an einem Belag ist mit den beiden in Parallelzweigen liegenden, gegeneinandergeschalteten Glühkathoden-Elektronenröhren a, b zu einem Messkreis zusammengeschaltet, wobei einer der Parallelzweige ein Messgerät e, z. B. ein Drehspulinstrument, enthält, während in den andern Parallelzweig eine durch ein Element oder eine Polarisationszelle d dargestellte Gegenspannung verlegt ist. Die Grösse dieser Gegenspannung ist mindestens so gross als die Summe der wirksam den Kreisstrom verursachenden Spannungen der Elektronenröhren.
Die Gegenspannung, die naturgemäss den einen Kondensatorbelag auf ein konstantes, um den Betrag der Gegenspannung anderes Potential hebt, kann leicht kompensiert werden durch eine weitere, elektromotorische Kraft, die in die Verbindungsleitung von dem Kondensator zum Zweigpunkt des Gleichrichterkreises eingeschaltet ist ; diese elektromotorische Kraft ist durch ein Element B angedeutet.
Sind die zu messenden kommutierten Ladeströme sehr klein, so ist es manchmal zweckmässig, statt je nur eines Wechsels beide Wechsel der Perioden auszunutzen. In diesem Fall kann gemäss Fig. 3 als Messinstrument ein Differentialspulinstrument t verwendet werden, dessen Spulen einander entgegengesetzt geschaltet sind, so dass beide Wechsel denselben Ausschlag hervorrufen. Auch hiebei tritt die vorher erwähnte Erscheinung des konstanten Ausschlages am Instrument ein und ist durch eine Gegenspannung dz im Messkreis zu kompensieren.
Ganz besonders unangenehm wird der konstante Ausschlag im Messinstrument dann, wenn die Heizung der Glühkathoden der Elektronenröhren durch Wechselstrom erfolgt. Fig. 4 gibt die in diesem Falle zu verwendende Schaltung wieder, wo auch wiederum a, b die Elektronenröhren, hier aber mit Wechselstrom von einem Heiztransformator g aus gespeist, e das Messinstrument und d die kompensierende Gegenspannung darstellt. Es zeigt sich, dass der konstante Ausschlag infolge des Wechselstromcharakters des Heizstromes in praktischen Fällen auf den halben bis zum vollen Ausschlag des Instrumentes ansteigt.
So sind ohne die Kompensation elektromotorische Kräftemessungen der Hochspannung nicht mehr möglich. Entsprechend den höheren Spitzenwerten der Wechselstromheizung ist es zweckmässig, die Gegenspannung zu erhöhen. Hiedurch wird naturgemäss der Fehler, der sich durch die Hebung des Potentials des Messbelages am Kondensator ergibt, erhöht. Dieser weitere Fehler lässt sich zum grossen Teil in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise durch einen dem Gleichrichterkreis vorgeschalteten Saugtransformator h kompensieren, dessen eine Wicklung zwischen den Messausschnitt c des Kondensators C und den Gleichrichterkreis geschaltet ist, während seine andere Wicklung zwischen den andern Belagteilen cl des Kondensators und der Erde liegt.
Das Übersetzungsverhältnis des Transformators ist entsprechend dem Verhältnis der beiden Kapazitätsströme herzustellen.
Dieser Transformator kann auch gemäss Fig. 6 ersetzt werden durch einen Widerstand w, der in den sonst geerdeten Teil des Kondensators a eingeschaltet ist und dessen Grösse zweckmässig so gewählt wird, dass der Spannungsabfall . fl gleich . 1'2 wird, wo fz der äquivalente Widerstand des Messkreises ist. Hiebei ist vorausgesetzt, dass die Elektronenröhren innerhalb der Sättigungskurve beansprucht sind, so dass annähernd der Spannungsabfall mit dem Röhrenstrom proportional anwächst. Was die Grösse des über den Widerstand w fliessenden Stromes il anbetrifft, so richtet sich dieser nach der Kapazität des Schutzbelages gegen den gegenüberliegenden, mit der Hochspannung verbundenen Kondensatorbelag.
Damit nun zwischen dem Messbelag und dem Schutzbelag keine Spannungsdifferenz eintritt, die eben Randfeldwirkungen hervorrufen würde, so müssen die Spannungsabfälle beider Beläge nach der Erde hin gleich gross gemacht werden.
Werden statt der Glühkathode-Elektronenröhren, die einen Spannungsabfall von der Grössenordnung eines Volts besitzen, gemäss Fig. 7 Ventilröhren benutzt, z. B. Neon-Ventilröhren, so ergeben sich in der letzteren Anordnung, die etwa einen Spannungsabfall von 100 Volt aufweist, grössere Fehler in der
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Messung. Diese rühren daher, dass die Gleichrichtung erst beginnt, wenn der Messkreisausschnitt selbst ein Potential von mindestens 100 Volt erreicht hat.
Da infolgedessen die erforderliche Gegenspannung ebensolche hohe Werte erreicht, ist hier die Batterie in zwei Teile s geteilt, die in die Erdverbindung jeder Ventilröhre geschaltet sind. Hiebei wird der Isolationsfehlerstrom ein Minimum. Man kann selbstverständlich nach dem Vorhergesagten auch die Batterie, wie es z. B. bei den übrigen Figuren angedeutet ist, auf einer Stelle vereinigen.
In'die Erdverbindung der einen Ventilröhre ist das Messinstrument eingebaut, wenn man nicht vorzieht, analog der Fig. 3 ein Differentialinstrument anzuwenden, welches von beiden Ventilröhrenströmen gespeist wird und hiebei natürlich mit gleicher Empfindlichkeit den doppelten Ausschlag gibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Messkondensatorschaltung zum Messen von Maximalwerten in Wechselstrom-Hochspannungskreisen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zusammenschaltung des Messkondensators (e) mit zwei an diesen gelegten, gegeneinandergeschalteten Ventilröhren-Gleichrichtern (a, b) zu einem Messkreis in diesen mindestens eine Hilfsspannung (d bzw. s) mit der Massgabe eingeschaltet ist, dass sie auf die durch die Ventilröhren-Gleichrichter im Messkreis bedingte Lokalspannung kompensierend einwirkt.
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Ifess capacitor circuit for AC high voltage circuits.
It is known that you can use the charging current of a capacitor for voltage measurement in AC high voltage circuits, u. betw. if a sinusoidal voltage is applied to the capacitor and an ammeter for alternating current determines the charging current of the capacitor, the rms value of the voltage between the two capacitor layers is measured. It has already been shown that the maximum value, i.e. H. the peak value of the voltage curve can be determined if the charging current of a capacitor, which is connected to the voltage to be measured, is commutated and measured by a measuring instrument that shows the mean value of the current, e.g. B. a moving coil measuring device measures.
The latter determines the mean value of the commutated charging current and since the charge of the capacitor in front of the capacitance C, based on Y4 period, i.e. H. from the voltage value 0 to the maximum value P is completely independent of the curve shape and only by the equation Q = CP = Sidt
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current in amperes, v is the number of periods per second and C is the capacitance of the capacitor in farads.
If you want to obtain the effective value of the voltage curve, based on the maximum value of a sinusoidal voltage curve, then this equation has to be divided by the constant factor.
The above method, which is known per se, therefore has the advantage of continuously determining the peak value of the voltage curve (maximum value) in AC high-voltage circuits by direct reading, which is of great importance in particular for dielectric tests, especially with regard to the otherwise common method the spark gap control, which naturally only allows a voltage measurement at the moment of the rollover.
The rectification of the charging current can now be done mechanically, e.g. B. by means of a synchronous rectifier collector. In this case, however, the phase of the collector must be set in such a way that a maximum deflection of the measuring instrument takes place, which is the case when the charging current is reduced exactly when it passes through zero. This inconvenience can be avoided by using a valve tube rectifier instead of the rotating rectifier, e.g. B. a hot cathode electron tube.
FIG. 1 of the accompanying schematic drawing shows, for example, a circuit implemented in this sense. It means C a capacitor which z. B. is connected in a separate measuring circuit section of the one coating to two mutually parallel, mutually connected hot cathode tubes a and b. The measuring instrument e (e.g. moving coil instrument) measuring the mean value is switched on in one of these parallel branches. With this arrangement, only one change in the period is used for the maximum value measurement, while the other change flows directly to earth via the other branch.
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In this case, however, as indicated by the arrows, a circular current arises in the circle a-b, which is caused by the heating voltage of the two hot cathode tubes and results in a permanent failure of the measuring device. As the practical execution of the measurement shows, this deflection fluctuates with the magnitude of the heating voltage and cannot be completely compensated even by swapping the connecting wires. The tests showed a constant deflection of around 7-20%, which remains constant up to a certain voltage applied to the capacitor. The voltage values within these limits cannot therefore be measured, but the higher voltage values are displayed correctly. A correction of the constant deflection is therefore not to be taken into account.
The present invention now relates to a circuit of the measuring capacitor according to the main patent, which is intended to remedy this deficiency in that when this measuring capacitor is connected to two valve tube rectifiers connected to it and connected to one another to form a measuring circuit, at least one electromotive auxiliary voltage is switched on in this measuring circuit that it has a compensating effect on the local voltage caused by the valve tube rectifiers in the measuring circuit.
2-7 of the accompanying schematic drawing relate to various exemplary embodiments of the improved measuring capacitor circuit.
In FIG. 2, C again denotes a measuring capacitor with measuring section e connected to a high-voltage circuit. The purpose of the outer coverings is to avoid the edge field and the influence of the outer fields. The measuring section c on a covering is connected to the two oppositely connected hot cathode electron tubes a, b located in parallel branches to form a measuring circuit, one of the parallel branches being a measuring device e, e.g. B. a moving coil instrument, while in the other parallel branch a counter voltage represented by an element or a polarization cell d is laid. The magnitude of this counter voltage is at least as great as the sum of the voltages in the electron tubes that effectively cause the circulating current.
The counter-voltage, which naturally raises one capacitor layer to a constant potential, which is different by the amount of the counter-voltage, can easily be compensated for by a further electromotive force which is switched into the connection line from the capacitor to the branch point of the rectifier circuit; this electromotive force is indicated by an element B.
If the commutated charging currents to be measured are very small, it is sometimes useful to use both changes in the periods instead of just one change. In this case, according to FIG. 3, a differential coil instrument t can be used as the measuring instrument, the coils of which are connected in opposition to one another, so that both changes cause the same deflection. The aforementioned phenomenon of constant deflection on the instrument also occurs here and must be compensated for by a counter voltage dz in the measuring circuit.
The constant deflection in the measuring instrument becomes particularly uncomfortable when the heating of the hot cathodes of the electron tubes is effected by alternating current. 4 shows the circuit to be used in this case, where again a, b are the electron tubes, but here fed with alternating current from a heating transformer g, e is the measuring instrument and d is the compensating counter voltage. It turns out that the constant deflection due to the alternating current character of the heating current increases in practical cases to half to full deflection of the instrument.
Thus, without the compensation, electromotive force measurements of the high voltage are no longer possible. In accordance with the higher peak values of the alternating current heating, it is advisable to increase the counter voltage. This naturally increases the error that results from the increase in the potential of the measuring layer on the capacitor. This further error can be largely compensated in the manner shown in FIG. 5 by a suction transformer h connected upstream of the rectifier circuit, one winding of which is connected between the measuring section c of the capacitor C and the rectifier circuit, while its other winding is connected between the other covering parts cl of the capacitor and the earth.
The transformation ratio of the transformer is to be established according to the ratio of the two capacitance currents.
This transformer can also be replaced according to FIG. 6 by a resistor w, which is connected to the otherwise grounded part of the capacitor a and whose size is expediently chosen so that the voltage drop. fl same. 1'2 becomes, where fz is the equivalent resistance of the measuring circuit. It is assumed here that the electron tubes are stressed within the saturation curve, so that the voltage drop almost increases proportionally with the tube current. As far as the magnitude of the current il flowing through the resistor w is concerned, this depends on the capacitance of the protective coating against the opposite capacitor coating connected to the high voltage.
So that there is no voltage difference between the measuring covering and the protective covering, which would just cause edge field effects, the voltage drops of both coverings towards the earth must be made the same.
If instead of the hot cathode electron tubes, which have a voltage drop of the order of magnitude of one volt, valve tubes are used according to FIG. B. neon valve tubes, so result in the latter arrangement, which has about a voltage drop of 100 volts, major errors in the
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Measurement. These are due to the fact that the rectification only begins when the measuring circuit section itself has reached a potential of at least 100 volts.
Since as a result the required counter voltage reaches such high values, the battery is divided into two parts s which are connected to the earth connection of each valve tube. The insulation fault current is a minimum here. You can of course after the above also the battery, as z. B. is indicated in the other figures, unite at one point.
The measuring instrument is built into the earth connection of one valve tube, if one does not prefer to use a differential instrument analogous to FIG. 3, which is fed by both valve tube currents and, of course, gives the double deflection with the same sensitivity.
PATENT CLAIMS:
1. Measuring capacitor circuit for measuring maximum values in AC high-voltage circuits, characterized in that when the measuring capacitor (e) is connected to two valve tube rectifiers (a, b) connected to it and connected to one another to form a measuring circuit, at least one auxiliary voltage (d or s) is switched on with the proviso that it has a compensating effect on the local voltage caused by the valve tube rectifiers in the measuring circuit.