Einrichtung zur Messung von hohen Wechselspannungen mit Hilfe eines kapazitiven Spannungsteilers.
Es ist bekannt, hohe Wechselspannungen, z. B. 150 000 Volt, mit Hilfe eines kapazitiven Spannungsteilers zu messen. Dabei wird an die Pole einer Wechselspannungsquelle eine Kapazität geschaltet, welche aus einer Mehrzahl in Serie geschalteter Kondensatoren besteht, an deren einem ein Bruchteil der zu messenden Spannung abgegriffen wird. Das Verhältnis der abgegriffenen Messspannung zur Totalspannung hängt ab vom Verhältnis der Gesamtkapazität zur Kapazität, über welcher der Abgriff erfolgt.
Die Messung ist sehr genau, solange als MeBinstrumente statische Voltmeter verwendet werden. Benötigt man dagegen zu MeB- zwcken gröBere Leistungen oder weist der Messkreis neben kapazitiven noch induktive und Ohmsche Widerstände auf, so vermindert sich die MeBgenauigkeit sehr rasch. Sie kann durch Vergrösserung der Totalkapazi- tät des Spannungsteilers, durch transformatorische Umwandlung der abgegriffenen MeBspannung in bekannter Weise verbessert werden. Doch ist der Aufwand für den Spannungsteiler bei höheren Spannungen in keinem Verhältnis mehr zum erreichten Nutzeffekt.
Weitere Verbesserungen der MeBgenauig- keiten bei groBer Leistungsentnahme aus dem Spannungsteiler bestehen darin, daB man Eompensationsglieder in den Sekundärteil des Spannungsteilers einbaut. Besonders geeignet erwies sich die Verwendung einer Drosselspule im MeBkreis, deren Induktivi tät in Resonanz mit der Summenkapazität der beiden kapazitiven Glieder des Spanrungsteilers steht. Der AnschluB erfolgt für diese Ausführung beispielsweise entspre- chend Fig. 1. Darin stellen 1 den Hochspannungsteil und 2 den Niederspannungsteil des kapazitiven Spannungsteilers dar.
An ihrem Verbindungspunkt ist über eine Drosselspule 8 ein Spannungswandler 4 angeschaltet, an dessen Sekundärwicklung die Belastungsimpedanz 5 des MeBkreises angeschlossen ist.
Die Totalspannung liegt zwischen Leiter und Erde, also an den in Serie geschalteten Tei len l und 2. Die Messspannung wird an der Belastungsimpedanz 5 abgenommen. Da. s Ver- hältnis der Totalspannung zur Messspannung soll konstant, das heisst möglichst unabhängig von der Gr¯?e der Belastungsimpedanz 5 sein. Ebenfalls soll die Messspannung gegen über der Totalspannung in der Phase keine Verschiebung aufweisen.
Die Spannungsabfälle in den Verlust- widerständen der Drosselspule 3 und des Transformators 4 ergeben aber zusätzliche Übersetzungs-und Winkelfehler, welche nicht f r alle in Frage kommenden Belastungen durch die Impedanz 5 genügend klein gehalten oder kompensiert werden können, sofern an den Spannungsteiler Forderungen in bezug auf Messgenauigkeit und Belastbarkeit gestellt werden, wie sie f r normale Span nungswandler mit transformatorischer Span nungsumwandlung nach den bestehenden Vorschriften verlangt werden.
ITm den Übersetzungsfehler klein zu hal ten, kann wohl durch Veränderung der Ka pazitäten 1 und 2 oder des Ubersetzungsver- hältnisses des Transformators 4 das TJberset- zungsverhältnis des Spannungsteilers so be- stimmt werden, da. ? der ¯bersetzungsfehler für eine mittlere Belastung null wird. Die gleichen Massnahmen haben aber auf die Grosse des Fehlwinkels des Spannungsteilers praktisch keinen Einfluss, so da? zu dessen Verkleinerung bis heute keine einfachen Mittel zur Verfügun standen.
Erfindungsgemäss kann auch der Fehlwinkel klein gehalten werden, dadurch, dass ein Ohmscher Widerstand in das Hochspan- nungsglied des kapazitiven Spannungsteilers eingeschaltet wird. In Fig. 2 ist beispielsweise gezeigt, daB der Ohmsche Widerstand 6 in Serie mit der Hochspannungskapazität 1 geschaltet wird. Dabei kann sich der Widerstand am leitungsseitigen Ende oder am erdseitigen Ende befinden.
Der in diesem Widerstand bei Beanspruchung mit der Be triebswechselspannungentstehendeSpan- nungsabfall ist so gewählt, dass die dadurch bewirkte Phasenverschiebung im Eochspan- nungsteil ungefähr derjenigen entspricht, welche durch die Belastungsimpedanz 5 im Unterspannungsteil erzeugt wird. Da-mit ver- mindert sich der Fehlwinkel, das heisst die.
Pha zwischen der Totalspannung an Leiter und Erde und der Messspannung an der Belastungsimpedanz 5.
Bei Beanspruchung mit Stossspannungen. wie sie bei atmosphärischen Entlaclungen oder Einschaltvorgängen in Hochspannungskreisen entstehen können, tritt am Widerstand 6 eine wesentlich höhere Spannung auf als im Betrieb. Der Widerstand ist deshalb durch die Parallelsehaltung einerÜberspannungsschutz- einrichtung 7, wie Widerstandsableiter oder Schutzfunkenstrecken, zu sch tzen, Diese spricht bei Uberbeanspruchung an und leitet die zu hohen Spannungen am m Widerstand ab.
Es kann a, uch durch Benützung von spannungsabhÏngigen WiderstÏnden erreicht werden, da? im Betriebsfalle der zur Kompensation des Fehlwinkels nötige Spannungsabfall erzeugt wird, bei Uberspannung aber die WiderstÏnde einen viel kleineren Wert aufwei- sen, der Spannungsabfall also in erträglichen Grenzen bleibt.
Der Ohmsehe Widerstand 6 kann auch parallel zur Hoch spannungskapazität angeschlossen werden. Er ist in diesem Falle für die Totalspannung des Spannungsteilers zu dimensionieren, braucht also keinen besonderen Schutz bei Überspannungen. Es ist dabei in bezug auf die Einwirkung auf den Fehlwinkel gleichgültig, ob der Widerstand, bestehend aus einzelnen TeilwiderstÏnden, nur am Anfang und am Ende der Hochspan mmgskapazität 1 angesehlossen ist oder ob seine TeilwiderstÏnde an Zwischenpotentiale der Kapazität 1 angeschaltet sind.
Device for measuring high AC voltages with the aid of a capacitive voltage divider.
It is known to use high AC voltages, e.g. B. 150,000 volts, measured using a capacitive voltage divider. A capacitance is connected to the poles of an AC voltage source, which capacitance consists of a plurality of capacitors connected in series, at one of which a fraction of the voltage to be measured is tapped. The ratio of the tapped measurement voltage to the total voltage depends on the ratio of the total capacitance to the capacitance over which the tap is made.
The measurement is very accurate as long as static voltmeters are used as measuring instruments. If, on the other hand, greater power is required for measuring purposes or if the measuring circuit has both capacitive and inductive and ohmic resistances, the measuring accuracy is reduced very quickly. It can be improved in a known manner by increasing the total capacity of the voltage divider, by transforming the measured voltage. At higher voltages, however, the effort for the voltage divider is no longer in proportion to the efficiency achieved.
Further improvements in the measurement accuracy when a large amount of power is drawn from the voltage divider consists in incorporating compensation elements in the secondary part of the voltage divider. The use of a choke coil in the measuring circuit has proven to be particularly suitable, the inductivity of which is in resonance with the total capacitance of the two capacitive elements of the voltage divider. For this embodiment, the connection is made, for example, as shown in FIG. 1. 1 represents the high-voltage part and 2 the low-voltage part of the capacitive voltage divider.
At its connection point, a voltage converter 4 is connected via a choke coil 8, to whose secondary winding the load impedance 5 of the measuring circuit is connected.
The total voltage lies between conductor and earth, that is to say on the parts 1 and 2 connected in series. The measurement voltage is taken from the load impedance 5. There. The ratio of the total voltage to the measurement voltage should be constant, that is, as independent of the size of the load impedance 5 as possible. Likewise, the measurement voltage should not have any shift in phase with respect to the total voltage.
The voltage drops in the loss resistances of the choke coil 3 and the transformer 4 result in additional translation and angle errors, which cannot be kept sufficiently small or compensated for all the loads in question by the impedance 5, provided that the voltage divider is subject to requirements with regard to Measurement accuracy and load capacity are set, as they are required for normal voltage converters with transformer voltage conversion according to the existing regulations.
In order to keep the translation error small, the T / transformation ratio of the voltage divider can be determined by changing the capacitances 1 and 2 or the transformation ratio of the transformer 4 so that. ? the translation error for a medium load becomes zero. The same measures have practically no influence on the size of the error angle of the voltage divider, so there? To this day no simple means were available to reduce it.
According to the invention, the incorrect angle can also be kept small by switching an ohmic resistor into the high-voltage element of the capacitive voltage divider. In FIG. 2 it is shown, for example, that the ohmic resistor 6 is connected in series with the high-voltage capacitor 1. The resistor can be located at the line end or at the earth end.
The voltage drop that arises in this resistor when it is exposed to the operating AC voltage is selected so that the resulting phase shift in the high voltage part corresponds approximately to that generated by the load impedance 5 in the low voltage part. This reduces the misalignment, that is, the.
Pha between the total voltage on conductor and earth and the measurement voltage on the load impedance 5.
When stressed with surge voltages. as can occur during atmospheric discharges or switch-on processes in high-voltage circuits, a significantly higher voltage occurs at resistor 6 than during operation. The resistance is therefore to be protected by a parallel connection of an overvoltage protection device 7, such as a resistance arrester or protective spark gaps.
It can also be achieved through the use of voltage-dependent resistors that? in the operating case the voltage drop required to compensate for the misalignment is generated, but in the case of overvoltage the resistors have a much smaller value, so the voltage drop remains within tolerable limits.
The ohmic resistor 6 can also be connected in parallel to the high voltage capacitance. In this case, it must be dimensioned for the total voltage of the voltage divider, so it does not need any special protection in the event of overvoltages. With regard to the effect on the error angle, it is irrelevant whether the resistor, consisting of individual partial resistors, is only connected to the beginning and end of high-voltage capacitance 1 or whether its partial resistors are connected to intermediate potentials of capacitance 1.