Anordnung zum Überwachen der dielektrischen Verluste eines Leitergebildes durch Messung des Versehiebungsstromes. Es ist bekannt, den Verschiebungsstrom einer unter Betriebsspannung stehenden Leiteranordnung gegen Erde zu messen, in dem man den Anfang und das Ende der Leiteranordnung als Primärwicklungen .des selben Stromwandlers ausbildet und beide, Primärwicklungen gegeneinander schaltet. Auf der Sekundärseite des Stromwandlers wird dann die Differenz des dem Leiter bilde zufliessenden und aus ihm abfliessen den Stromes gemessen., die dem Verschie bungsstrom entspricht.
Eine derartige Anord nung ist schwierig anzubringen, weil sie die räumliche Vereinigung des Anfanges und des Endes des Leitergebildes erfordert. Sie ist stets unbequem, in manchen Fällen aber auch unmöglich, zum Beispiel wenn ein Hochspannungskabel überwacht werden soll.
Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil dadurch behoben, dass zum Messen des Ver schiebungsstromes zwei getrennte an Anfang und Ende des zu überwachenden Leiter gebildes angeordnete Wandler benutzt wer den. Mit Rücksicht darauf, dass der Ver schiebungsstrom nur einen sehr kleinen Prozentsatz des Gesamtstromes ausmacht, hat man bisher die Verwendung zweier Wandler zur Bildung der sehr kleinen Differenz für unmöglich gehalten.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass man bei sorgfältigem Abgleichen der beiden Wandler durchaus in der Lage ist, die von den Wandlern gebildete Differenz zur Bestimmung des Verschie bungsstromes messtechnisch auszuwerten und dass die so erreichbare Messgenauigkeit die zu nächst vorausgesehenen Grenzen noch wesent lich überstieg.
Man ist also durch den Erfin dungsgegenstand in der Lage, auch solche Leitergebilde zu überwachen, bei denen es von vornherein unmöglich ist, den Anfang und das Ende der Leiter örtlich zu vereinigen, wie zum Beispiel bei Hochspannungskabeln, deren Überwachung mit Rücksicht auf das hohe investierte Kapital von erheblicher Be deutung und auf andere Weise bisher nicht möglich ist.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Messung des Verschiebungsstromes .allein noch keine sichere Kontrolle über den Zustand des zu überwachenden Leitergebildes ermöglicht. In folge der Zusammensetzung des Verschie bungsstromes aus einer Wirk- und einer Blindkomponente kann :es bei ungünstigem Verhältnis der beiden Komponenten leicht vorkommen, dass sich eine in erheblichen Grenzen ändern kann, ohne dass von diesen Änderungen in demselben Masse :
der Gesamt verschiebungsstrom getroffen wird. So kann zum Beispiel zunächst die Wirkkomponente gegenüber der Blindkomponente verhältnis mässig klein sein, so dass der Verschiebungs strom im wesentlichen durch die Blindkompo nente bestimmt ist und Änderungen der Wirkkomponente nicht merkbar in Erschei nung treten. Dabei deuten aber gerade Ver grösserungen der Wirkkomponente auf Ver schlechterung des Isolationszustandes hin.
Es wird deshalb zweckmässig nicht der Verschiebungsstrom selbst, sondern es wer seine Komponenten zur Überwachung des Isölationszustandes gemessen. Man kann eine besonders einfache und in vielen Fällen aus reichende Überwachung bereits dadurch schaffen, dass man lediglich die Wirkkompo nente misst, die in besonders einfacher Weise mit Hilfe eines Gleichstrommessgerätes und eines vorgeschalteten in Phase mit der Be triebsspannung erregten Gleichrichters erfasst werden kann. Bei dieser Messung hat man aber den Nachteil mit in Kauf zu nehmen, dass die Messung spannungsabhängig ist.
In manchen Fällen, wo mit der Aufrechter haltung einer mittleren Spannung in engen Grenzen gerechnet werden kann, stört diese Spannungsabhängigkeit nicht. In andern Fäl len jedoch kann dadurch die ganze Messung illusorisch gemacht werden. Man kann diesen Nachteil dadurch beseitigen, dass man nicht die Wirkkomponente allein, sondern die Wirk- und die Blindkomponente zur Messung heranzieht und dann zweckmässig gleich innerhalb eines Verhältnismessgerätes das Verhältnis beider Werte, das heisst also den Tangens des Phasenwinkels zwischen Wirk komponente und Verschiebungsstrom bildet.
Als Massgerät dient zweckmässig ein Quo tientenmesser, dessen beiden Zweigen die senkrecht aufeinander stehenden Komponen ten der Differenzspannung oder des Diffe renzstromes zugeführt werden, wobei eine dieser Komponenten in Phase mit der Be triebsspannung gehalten wird.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in der Fig. 1 .dargestellt. Mit 1 ist das zu messende bezw. zu überwachende Leitergebilde bezeichnet.<B>2</B> und 3 sind zwei abgeglichene Stromwandler an Anfang und Ende des Leitergebildes, deren Sekundär wicklungen gegeneinander auf einen Wider stand 4 geschaltet sind. Dieser Widerstand 4 wird von der Differenz des :Sekundärstromes der beiden Wandler durchflossen und dieser Differenzstrom wird in die Wirk- und die Blindkomponente zerlegt.
Zu diesem Zweck sind an den Widerstand 4 die :beiden Spulen 5 und 6 eines Quotientenmessgerätes über Gleichrichter 7 und 8 geschaltet. Als Gleich richter kann man unter Umständen Trocken gleichrichter verwenden, wenn man durch be sondere Hilfsmittel ihre Schaltphasen in die richtige Lage gegenüber der Betriebsspannung bringt. Im allgemeinen wird es jedoch zweck mässiger sein, an Stelle der an sich bequemen Trockengleichrichter fremdgesteuerte mecha nische Synchronschalter zu verwenden, weil man dabei die Schaltphase bequemer und ge nauer einstellen kann und weil diese Schalter in Durchlassrichtung verschwindend geringe Widerstände haben.
Von dem durch die Spulen 5 und 6 schematisch dargestellten Messgerät wird unmittelbar das Verhältnis von Wirkverschiebungsstrom zu Blindver- schiebungsstrom, das heisst der Tangens angezeigt. Dieser Tangens ö sagt nicht nur von vornherein über den Isolationszustand mehr aus, als aus der blossen Messung des Verschiebungsstromes entnommen werden kann; er ist vor allem sehr viel. besser als dieser geeignet, den Isolationszustand auf die Dauer zu überwachen.
An sich kann eine Iso lation bei sehr verschiedenen Grössen des Tangens (> gut sein, denn trotz eines gro ssen Wirkverschiebungsstromes kann sich eine Isolation in tadellosem Zustand befinden und auch allen Anforderungen des Betriebes voll genügen. Anderseits wird man aus Änderun gen des Ta.ngens 8 während des Betriebes mit Sicherheit auf eine Verschlechterung des Iso lationszustandes zurückschliessen können, zum Beispiel wird eine Vergrösserung des Tangens b in der Regel zum mindesten auf den Be ginn einer örtlichen Zerstörung hinweisen.
Die obenbeschriebene Messanordnung lässt sich noch grundsätzlich verbessern. Sie hat nämlich den Fehler, da.ss man entweder bei einer Messung auf Grund der Spannungsdiffe renz beider Wandler mit Hilfe in den Sekun därkreis der Wandler eingeschalteter Shunts, infolge sehr geringer Wandlerbelastung in dem untersten und bei Messung auf Grund der Stromdifferenz infolge hoher Wandler belastung in dem obersten Teil der Mag netisierungskurve arbeitet. Da diese bei den Teile der Kurve aber verhältnismässig flach verlaufen, wird die Empfindlichkeit der Messung stark beeinträchtigt.
Es gelingt nun, bei der Messung der Spannungsdifferenz in dem steil verlaufenden Teil der Magneti- sierungskurve des Wandlereisens zu arbeiten, indem man beide Wandler sekundär zusätz lich belastet, zum Beispiel auch mit einer zu s l,i 'tzliehen über einen Widerstand ?D (reschlosse- neu Sekundärwicklung versieht.
Durch Wahl dieses Widerstandes kann man die Belastung des Wandlereisens in .den gewünschten steilen Bereich der Magnetisierungskurve legen, wo bei man zweckmässig neben der Steilheit auch auf einen möglichst. geradlinigen Verlauf Rücksicht nimmt. Besonders wichtig ist diese Massnahme bei der Verwendung von Wand lern mit Nickeleisenkernen, weil bei diesen der erste und der letzte Teil der Mag netisierungskurve besonders flach und ein mittlerer Teil besonders steil verläuft.
Diese Kerne sind auch deshalb besonders zweck- mässig, weil ihre hohe Anfangspermeabilität die Empfindlichkeit der Messung bei nied rigen Bestriebsstromstärken erheblich steigert, Ein Ausführungsbeispiel für die Verwen dung zusätzlich belasteter Wandler ist in der Fig. 2 dargestellt. Mit 1 ist wieder der zu überwachende Leiter bezeichnet. 2 und 3 sind wieder die beiden Stromwandler, die zusätz- liebe über Widerstände 9 geschlossene Se kundärwicklungen 10 haben. Die Wider stände 9 könnten ebensogut auch zwischen die Klemmen der Messwicklungen beschaltet sein.
Die zur Messung dienenden Sekundär wicklungen sind gegeneinander geschaltet. In einer der Verbindungsleitungen sind die bei den Spulen 5 und 6 des Quotientenmessers angeordnet. Die Gleichrichter 7 und 8 sind wieder als fremderregte Synchronschalter dargestellt. Die Erregung des einen liegt in Phase mit der Betriebsspannung, während die Erregung des andern um 90 phasenver schoben ist. Die Messung des Tangens 8 kann in manchen Fällen zweckmässig ergänzt werden durch eine Messung des Ver schiebungsstromes. Die Anordnung und Schaltung der Wandler kann für eine solche Messung unmittelbar benutzt werden.
Es ge nügt die Hinzufügung eines weiteren Mess- gerätes, auf dem der Verschiebungsstrom ab gelesen werden kann. Als Messgerät wird zweckmässig ein Gleichstrominstrument be nutzt mit vorgeschalteten, um<B>90'</B> gegenüber der Betriebsspannung phasenverschoben er regten Gleichrichtern. Ebensogut kann man an Stelle des Verschiebungsstromes die eine der beiden Komponenten besonders messen und aus ihr und dem gemessenen Tangens ö den Gesamtverschiebungsstrom errechnen.
Der Erfindungsgegenstand kann überall dort mit Vorteil verwendet werden, wo ent weder der Verschiebungsstrom eines Leiter gebildes während des Betriebes festgestellt werden soll, vor allem aber dort, wo ein unter Betriebsspannung stehendes Leitergebilde ständig auf seinen Isolationszustand gegen Erde überwacht werden soll.
Derartige Fälle sind zum Beispiel gegeben durch, die Wick lung grosser Generatoren, grosser Umfarmer von Transformatoren durch Hochspan nungskabel und dergleichen mehr. Überall wird die erfindungsgemässe Überwachung mit Vorteil deshalb angewendet, weil bei ihr die Kontrolle nicht auf bestimmte Teile be schränkt ist, wie zum Beispiel bei der Tempe- raturüberwachung durch Thermoelemente, sondern weil von ihr alle Teile des Leiter gebildes gleichmässig erfasst werden.