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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Spannungsmessung bei Hochspannungsan- lagen, insbesondere bei Hochspannungsprüfanlagen mit einem Hochspannungstransformator und einem Verbraucher, insbesondere einem Prüfling und einem hochspannungsseitig vorgesehenen, even- tuell über einen Messteiler angeschlossenen Spannungsmessgerät, wobei im Leiterkreis des den zu i prüfenden Verbraucher durchfliessenden Stromes ein Kompensationsglied liegt, das angeschlossen ist einerseits an einem in diesem Leiterkreis vorgesehenen Anschlusspunkt des Spannungsmessgerätes und anderseits an dem die treibende Hochspannung erzeugenden Schaltungsglied (Transformator,
Transformatorspule, Spannungsteilerwiderstand)
und zwischen dem andern Anschlusspunkt des Span- nungsmessgerätes und dem Verbraucher ein Teil des die Hochspannung erzeugenden Schaltungsgliedes liegt und auf ein Verfahren zur Bestimmung der Grösse des komplexen Netzwerkes bei einer solchen
Einrichtung.
Es ist nun bekannt (AT-PS Nr. 289247), den Scheitelwert einer hohen Gleichspannung, die unter Verwendung eines Hochspannungstransformators und eines Hochspannungsgleichrichters erzeugt wird, mittels einer sogenannten Scheitelwertmesseinrichtung zu messen. Die Scheitelwertmesseinrichtung besteht im Prinzip aus einem an einer erdseitigen Messanzapfung der Sekundärwicklung direkt oder über einen Spannungsteiler angeschlossenen Gleichrichter und einem zwischen Gleichrichter und
Erde geschalteten Kondensator sowie einem parallel zum Kondensator angeschlossenen Messinstru- ment. Durch entsprechende Eichung des Messinstrumentes ist es möglich, den Scheitelwert der Aus- gangsgleichspannung zu messen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass die Ausgangsspannung immer um einen Betrag kleiner ist als der am Messinstrument angezeigte Wert.
Diese Abweichung kommt dadurch zustande, weil der über dem Hochspannungsgleichrichter vom Laststrom verursachte
Spannungsabfall durch die Scheitelwertmesseinrichtung nicht erfasst wird. Zur Behebung dieses Nach- teils ist bereits eine Kompensation des Messfehlers vorgeschlagen worden, wobei die Anzeige der
Scheitelwertmesseinrichtung mit einem dem Laststrom proportionalen Wert korrigiert wird. Der dem
Laststrom proportionale Wert wird über einen nichtlinearen Widerstand gewonnen, der vom Laststrom bzw. einem Teil des Laststromes durchflossen wird. Der nichtlineare Widerstand wird an die vorlie- gende Fehlercharakteristik angepasst. Diese Anpassung ist zeitaufwendig. Verringert wurde diese zeitaufwendige Anpassung in der Folge dadurch, dass als nichtlinearer Widerstand ein Gleichrichter verwendet wird.
Diese Einrichtung mag sich beim Messen hoher Gleichspannungen durchaus bewährt haben. Für die Messung von hohen Wechselspannungen ist sie jedoch nicht geeignet, da für eine exakte Messung nicht nur die Höhe der Spannung, sondern auch deren Phasenlage von Bedeutung ist.
Ausgangsspannungen von Hochspannungstransformatoren, insbesondere solchen für Prüfungs- zwecke, werden normalerweise über Hochspannungsmessteiler direkt am Verbraucher gemessen, um exakte Messwerte zu erhalten. Bei transportablen Hochspannungstransformatoren, wie sie für Prüf- zwecke eingesetzt werden, und auch bei transportierbaren Hochspannungsgleichrichtern ist ein zu- sätzlicher Messteiler nicht zweckmässig, weil er auf Grund seiner Grösse und seines Gewichtes nur schwer zu handhaben und umständlich zu transportieren ist. Abgesehen davon, dass solche Messtei- ler für Erzeuger und Verbraucher kleiner Leistungen oftmals eine zu grosse Bürde darstellen.
Bei Hochspannungsversuchen und Messeinrichtungen in Laboratorien wird oft ersatzweise die
Hochspannung aus der Speisespannung auf der Niederspannungsseite und dem Übersetzungsverhält- nis des Prüftransformators ermittelt. Die Mehrzahl der Prüflinge in der Hochspannungstechnik-
Kabel, Durchführungen, Stützer usw. - stellt für die Prüftransformatoren eine überwiegend kapazi- tive Belastung dar. Hiezu kommt, dass bei Prüftransformatoren für sehr hohe Spannungen die Wick- lungs-und Streukapazität der Hochspannungsseite schon im Leerlauf zu einer erheblichen Blindlast überwiegend kapazitiver Art führt. Solche kapazitiven Belastungen bringen eine Spannungserhöhung auf der Hochspannungsseite, u. zw. umso mehr, je grösser die gesamte Streuinduktivität und je grö- sser bei gegebener Spannung der Strom und damit die Belastungskapazität ist.
Wegen der hohen
Streuspannungen von Hochspannungsprüftransformatoren, bedingt durch die grossen Isolationsabstän- de, zwischen Primär- und Sekundärwicklung, können Spannungsüberhöhungen von 10 und mehr Prozent (bezogen auf die Nennspannung) auftreten, wodurch das Messergebnis ganz erheblich verfälscht wird. So kann z. B. bei I = 100% und U = 10% ein relativer Messfehler von 100% auftreten. Korrekturtabellen, die die verschiedenen Prüflingsimpedanzen berücksichtigen, müssen zusätzlich herangezo-
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gen und verwendet werden, wodurch aber auch nur Messergebnisse mit Annäherungswerten erreicht werden können.
Solche Fehler treten aber auch dann auf, wenn auch in geringerem Ausmass, wenn die Spannung an einer Anzapfung der Hochspannungs- oder Sekundärwicklung abgegriffen wird.
Auch in diesem Falle verfälschen die Impedanzen der Hochspannungswicklung des Transformators das Messergebnis, zu dessen Korrektur auch hier in der Regel die schon erwähnten Korrekturtabel- len beigezogen werden.
Ziel dieser Erfindung ist es, durch ein komplexes Kompensationsnetzwerk eine Messspannung zu erhalten, die für alle Belastungsfälle ein möglichst originalgetreues Abbild der am Prüfling liegenden Wechselhochspannung darstellt. Unter originalgetreu sei verstanden, dass Mess- und Hoch- spannung die gleiche Phasenlage haben und dass das Amplitudenverhältnis von Hochspannung zur
Messspannung unter allen Lastfällen dem Windungszahlverhältnis von Hochspannungswicklung und
Messwicklung entspricht. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Kompensationsglied als komplexes Netzwerk ausgebildet ist, beispielsweise als Zwei- oder Vierpol. Unter komplexem
Netzwerk im Sinne der Erfindung wird hier ein. Netzwerk aus Wirk-und/oder Blindwiderständen verstanden, das als aktives oder passives Netzwerk ausgebildet sein kann.
Die Einrichtung ist dabei so ausgelegt, dass über einen vorgegebenen Frequenzbereich, beispielsweise über den Fre- quenzbereich von 45 bis 65 Hz, exakte Messungen möglich sind. Den bekannten Gleichspannungsmessungen liegen weder die hier relevanten Problemstellungen zugrunde, noch bieten sie eine unmittelbare Anregung für die Lösung dieses Problems.
Um das komplexe Netzwerk so auszulegen und abzustimmen, dass es in seinem Verhalten ein originalgetreues Modell der belasteten Hochspannungswicklung darstellt, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das Verfahren zur Bestimmung der Grösse des komplexen Netzwerkes dadurch gekennzeichnet, dass bei kurzgeschlossener Hochspannungsausgangsseite die an der Eingangsseite (Primärseite) angelegte Spannung bis zu ihrem Kurzschlusswert hochgefahren wird und ein als regelbares Kompensationsnetzwerk vorgesehenes Kompensationsnetzwerk so weit nachgeregelt wird, bis das Spannungsmessgerät den Wert Null anzeigt.
Wenn vorstehend von Schaltungsgliedern die Rede ist, die die treibende Hochspannung erzeugen, so sind unter diesem Begriff im Sinne der gegenständlichen Erfindung nicht nur Sekundärwicklungen von Hochspannungstransformatoren zu verstehen, sondern eventuell auch Impedanzen von Spannungsteilern, die an der Ausgangsseite solcher Hochspannungstransformatoren angeschlossen sind.
An Hand der Fig. l bis 4 werden Schaltungsbeispiele näher erläutert.
Fig. l zeigt einen Hochspannungstransformator mit einer Primärwicklung --1-- und einer Se- kundärwicklung --2-- mit einer Anzapfung --3--. An diesen Hochspannungstransformator ist sekundärseitig ein Prüfling, beispielsweise ein Kabel --V--, angeschlossen. Die in der Sekundärwicklung --2-- (Schaltungsglied) erzeugte Hochspannung treibt im Leiterkreis --4-- einen Strom, der nicht nur im Prüfling --V--, sondern auch innerhalb des Transformators, bedingt durch dessen induktive ohmsche und kapazitive Widerstände einen Spannungsabfall und eine Phasenverschiebung bewirkt.
Das Spannungsmessgerät --5-- ist an dem das niedere Potential führenden Leiter des Stromkreises am Punkt --7-- angeschlossen, der von dem den Verbraucher --V-- durchsetzenden Strom
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--7--Zweipols-Z,--ein regelbarer Zweipol eingebaut und der Verbraucher --V-- kurzgeschlossen. Nun wird primärseitig die Spannung auf ihren Kurzschlusswert hochgefahren. Trotz kurzgeschlossenem Verbraucher zeigt das Spannungsmessgerät --5-- eine oft nicht unerhebliche Spannung an, hervorgerufen durch den Spannungsabfall an den vom Kurzschlussstrom durchflossenen Innenwider-
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auf Null zurückgegangen ist. Dann wird der regelbare Kompensationszweipol ausgebaut, ausgemessen und dann durch einen gleichwertigen festen Zweipol --Zk-- im Gerät ersetzt.
Damit sind aber nun die geräteseitigen, laststromabhängigen Spannungsabfälle kompensiert und mit relativ einfa-
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chen Mitteln können Messgenauigkeiten bis zu 1% erreicht werden, wie Versuche an derart ausgestatteten Hochspannungsprüfgeräten zeigen.
Wird an Stelle eines Zweipole-zein T-Vierpol verwendet, so ist die zusätzliche Anschlussleitung durch die strichlierte Linie --16-- in Fig. l angedeutet.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei welcher ein Hochspannungstransformator mit auf der Hochspannungsseite angeordneter Tertiärwicklung --9-- verwendet wird. Sekundärwicklung --2-- und Ter-
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de, liegt hier an der Verbindungsstelle der beiden sekundärseitigen Wicklungen --2 und 9--.
Fig. 3 zeigt nun eine Schaltung, bei der Primärwicklung-l-und Sekundärwicklung-2- des Hochspannungstransformators endseitig galvanisch verbunden sind. Hier ist das Spannungsmess- gerät --5-- am Eingang --10-- der Primärseite angeschlossen.
In den Fig. l bis 3 wurden Schaltungsbeispiele gezeigt mit Hochspannungstransformatoren, mit welchen das Messgerät direkt verbunden ist. Die Wicklungen dieser Hochspannungstransformatoren bzw. Teile dieser Wicklungen sind hier Schaltungsglieder im Sinne der Erfindungsdefinition. Die Fig. 4 veranschaulicht nun eine Schaltung mit einem Spannungsmessteiler, bei welchem die Erfindung ebenfalls mit Erfolg angewendet wird. Diese Fig. 4 zeigt eine sogenannte Greinacher-Schaltung mit einem Hochspannungserzeuger --HE-- mit internem Messteiler mit Widerständen --12 und 13--.
In der Messleitung ist auch eine Schutzimpedanz Zs eingebaut. Diese kann bei der Bemessung des
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--1213-- und bei Verwendung eines äusseren Schutz- (Dämpfungs)-Widerstandes so kompensiert werden kann, dass ausserordentlich genaue Messergebnisse erzielt werden, obgleich die Spannung nicht direkt am Prüfling gemessen wird. An Stelle von Dämpfungwiderständen können auch Induktivitäten oder Kombinationen aus beiden vorgesehen werden. Auch schnellveränderliche Vorgänge können mit geeigneten Teilern erfasst werden.
Obgleich bei keinem der gezeigten Fälle die interessierende Spannung direkt am Prüfling - gemessen wird, können durch die erfindungsgemässe und geschilderte Massnahme ausserordentlich genaue Messwerte erreicht werden, u. zw. in einer Grössenordnung von 1%. Gegenüber den bei solchen Messungen bislang aufgetretenen Fehlern von 10 und mehr Prozent stellt diese einen ausserordentlich hohen technischen Fortschritt dar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Spannungsmessung bei Hochspannungsanlagen, insbesondere bei Hochspannungsprüfanlagen mit einem Hochspannungstransformator und einem Verbraucher, insbesondere einem Prüfling und einem hochspannungsseitig vorgesehenen, eventuell über einen Messteiler angeschlossenen Spannungsmessgerät, wobei im Leiterkreis des den zu prüfenden Verbraucher durchfliessenden Stromes ein Kompensationsglied liegt, das angeschlossen ist einerseits an einem in diesem Leiterkreis vorgesehenen Anschlusspunkt des Spannungsmessgerätes und anderseits an dem die treibende Hochspannung erzeugenden Schaltungsglied (Transformator, Transformatorspule, Spannungsteilerwiderstand) und zwischen dem andern Anschlusspunkt des Spannungsmessgerätes und dem Verbraucher ein Teil des die Hochspannung erzeugenden Schaltungsgliedes liegt, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kompensationsglied als komplexes Netzwerk ausgebildet ist, beispielsweise als Zwei- oder Vierpol.