Kapazitiver Spannungsteiler zur Messung hoher Wechsel- und Sto@spannungen.
Bereite durch das'Hauptpatent Nr. 208S75 ist ein Spannungsteiler bekannt geworden, welcher die Messung holher Sto¯spannungen mittels eines abgeschirmten Ohmschen Span- nungsteilers ermöglicht. Die Genauigkeit der Messung wird dort durch die Abschirmung eines Eochspannungswiderstandess'gegenüber seinen äussern Streufeldern mittels einer umgebenden Eondensatorkette erreicht.
Für Wechselspannungen beliebiger Dauer ist ein Ohmscher Widerstand wegen der zu grossen Energieaufnahme infolge der gro¯en Dauer der Spannung nicht brauchbar Eine kapazi- tive Spannungsteilumg für hohe Spannung leidet ebenfalls an der Abhängigkeit von äussern StreufeMern, die vor allem duroh die LuftkapazitÏt der rÏumlich ausgedehnten HochspannungskapazitÏt zu benachbarten Objekten und Flächen entstehen. Im Gegensatz zur Ohmschen Teilung bewirken diese Streufeldeinflüsse bei der kapazitiven Teilung eine dauernde FÏlschung des ¯bersetzungsverhÏltnisses.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein kapazitiver Spannungsteiler, bei welchem die von der Hochspann ungs Messkapazität (MeBkondensator) naeh ihrer Umgebung g ausgehenden Verschiebungsströme (Streus, tröme) mit Hilfe mindestens einer zweiten HochspannungskapazitÏt (Schirmkondensator) ganz oder teilweise unterdrückt werden.
Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh- rungsbeispiele erläutert. Darin bedeuten : Cm die vielstufige lIochsspannungs-Messlkapa- zitÏt (Me¯kondensator), die als Span nungsteiler geschaltet, das heisst mit einer
Anzapfung A versehen ist, Ca TeilkapazitÏt zwischen Anzapfung A und
Erde, Cs die ebenfalls vielstufige Schirmkapazi tÏt (Schirmkondensator), Cem die StreukapazitÏt des Me¯kondensators
Cm (ohne Schirmkondens'ator), die in der
Hauptsache nach Erde verlÏuft, Ces die Streukapazität des SchiTmkondensa- tors Cs, die in der Hauptsache nach Erde ventauft,
Cg die gegenseitige Eapazität zwischen Me¯ und Schirmkondensator, U die gesamte Hochspannung -gegen Erde, u die gemessene Tei'Ispannung der Anzap- fung A gegen Erde, u@ Spannung irgendeinea Punktes.
x des Messkondensators gegen Erde, us Spannung irgendeines Punktes x des Schirmkondensators gegen Erde, uo der erstrebte Spannungsverlauf am Mess- kondemsator, Me der unter dem Einfluss der Sbreukapa- zität entstehende Spannungsverlauf am Messkondensator oder am Schirmkonden sator, qfr die von der Hoehspannungsklemme H in die Me¯kapazitÏt flie¯ende Ladung, qx die in der Messkapazität an der Stelle x fliessende Ladung, qm die aus der Me¯kapazitÏt zur geerdeten
Klemme e E fliessendeLadung.
Angenommen, es sei zunächst nur der Me¯kondensator Cm vorhanden. Dieser bestehe der Einfachheit halber zunÏchst aus lauter gleichen Elementen, die zu einer homogenen Kette aufgebaut sind. Beim Anlegen einer Hochspannung U entsteht an dieser eine Spannungsverteilung ue, die sich um so mehr der geraden Linie uo nähert, je kleiner die StreukapazitÏt Cem gegen ber der LÏngskapazität Cm ist. Die Krümmung der Kurve der Spannungsvertei'lung wu ist von den La d'ungen qe verursacht, die von der Konden satorkette über die Streukapazität Ce, n weg- flie¯en, wodurch qx ? qH ? qm wird.
Diese Ungleichheit der in der Messkette Cm verscho- benen Ladung macht die Messung der Hoch spanmmg auf Grund der Messung von qm ungenau, denn nur für eine längs der ganzen Kette konstante Ladung qx = qH = qm gilt
U = 1 . qm, u = qm
Cm CA und somit u: U= Cm: CA.
Da sich vom Me¯kondensator Cm ausgehende StreukapazitÏten Cem nicht vermeiden lassen, wird bei der vorliegenden Erfindung der Weg beschritten, sie mittels eines zweiten KondensatorE (Schirmkondensator Cs) mög- lichst zu kompensieren. Der Schirmkondensator Cs erzeugt f r sich allein ebenfalls eine Spannungsverteilung Ïhnlich der Kurve ue, da auch er mit Streukapazitäten Ces behaftet ist, die zum überwiegenden Teil nach Erde, zum Meineren Teil nach der Hochspannung U verlaufen.
In diesen Streukapazitäten Cem und Cgg entsbeht beim Anlegen oder Wegnehmen der Hochspannung U ein elektrischer Verschie bungsfluss, der sieh aus dem Produkt (Spa. nnung ( KapazitÏt) errechnet. ¯ndert die HochspannungC'periodissch('W' & ohse'lspan- nung), so entsteht ein periodisch verÏnderlicher Verschiebungsflu¯; dessen VerÏnde rung-pro Zeiteinheit wird als Verschiebungsstrom bezeichnet. Seine Grösse ist demnach gegeben durch das Produkt (Spannungs- änderung X KapazitÏt, [du: dt] . C).
Der einfacheren Schreibweise wegen istimfolgenden mfeistens von Verschiebungsflüssen die Rede, trotzdem bei Wechselspannungen eben sogutvonVerschiebungsströmengesprochen werden k¯nnte.
Sind nun gleichzeitig beide Kondensatoren Cm und Cs vorhanden, so kann jetzt auch ein Verschiebungsfluss ('oder'bei Wech- selspamnung ein Verschiebungsstrom) zwi- schen beiden Kondensatoren Cm und Cs entstehen, sofern nÏmlich die gegenseitige Kapa zität Cg der beiden nicht spannungslos ist.
GemaB der ETfindung wird nun die SchirmkapazitÏt Cs dazu benutzt, die von der MeBkapazität Cm ausgehenden Verschiebungs- strome (Streustr¯me) wenigstens teilweise zu unterdrücken. Das geschieht z. B. dadurch, dass der Schirmkondensator Cs rohrförmig um den Messkondensator Cm herumgelegt wird, so dass die Kapazität Cem verschwindet. An ihre S. tel :
le tritt die gegenseitige oder KopplungskapazitÏt Cg, an Stelle des Streuflusses bezw. Streustro'm'es aus dem Messkondensator Cm nach Erde ein gegemseitiger oder Koppel- flués T) bezw. ein Kopplungs-Verschiebungs- strom in der Kapazität Cg. Dessen GröBe be stimmt sich allgemein a ;
ls Produkt aus der Kopplungskafpazität Cg und der Spannungs- differenz (u = (um-us) beider Kondensatoren Cm und Cg (siene Fig. 3). Ist die Span- nung des Messkondensators Cm linear nach der Idealkurve uo in Fig. 1 und die Spannung des Schirmkondensators Cs wegen seiner unvermeidlichen Streukapazität entsprechend KurveMe,soistderKoppelflussgm jedem Punkt x des Me¯kondensators durch die gegenseitige KapazitÏt Cg und die Differenzspannung (uo-ue) gegeben.
Unter der Vor- aussetzung, da¯ die gegenseitige KapazitÏt Cg gleich gro¯ ist t wie die ohne Schirm vorhandene ErdkapazitÏt Cem des Me¯kondensators Cm, ergibt sich die Verminderung der vom Messkondensator Cm ausgehenden Verschie- bungsflüsse bezw. Verschiebungsströme gra- phisch aus der schraffierten Fläche (uo-ue) im Vergleieh zu der von ue und der x-Axe umschlossenen FlÏche.
Denn in jedem ELle- mentarkondensator der Lange dix ist die Ladung gegeben durch Cem @ ue @ dx gegen Erde (ohne Schirm) Cg (uo-ue @ dx gegen Erde (mit Schirm) Wird berücksichtigt, dass Cg > Cem, so reduziert sich der Gewinn ; doch bleibter immer noch wesentlich, da, unter praktischen Ver hältnissenCg3Cemist,wogegen die schraf- fierte FlÏche nu, r etwa 1/15. . . 1/30 der von der Kurve Me umschlossenen FlÏche beträgt.
Gemäss der Erfindung wird der Schirmkondensator Cs dazu benutzt, die Streustr¯me des Me¯kondensators Cm zu reduzieren, indem an Stedle des Verschiebungsflusses in der
Streukapazität nach Erde Cem ein wesentlich reduzierter Koppelflu¯ @g in der Kopplun gs kapazität Cg tritt. Dadurch gelingt es, die Me¯genauigkeit wesentlich zu erh¯hen. Diese Verbesserung ist ein Mehrfaches dessen, was bei gleichem Aufwand, das hei¯t durch direkte PaTallelsehaltung der beiden Eoch spannungskondensatoren zu einem Me¯kon densator grösserer Kapazitat (Cm + Cs) er- reicht werden k¯nnte.
Es ist nicht nötig, dass der Schirmkon- densator Cs selber den Me¯kondensator Cm rohrförmigumschliesst.Notig ist lediglieh, den vom Me¯kondensator ausgehenden Streu flu¯ bezw. Streustrom mit Hilfe des SchiTm- kondensators Cs möglichst zu annullieren. Dies kann auch dadurch geschehen, da¯ der als
SÏule gebaute Schirmkondensator Cs mit Abschirmsegmenten S verbunden wird, welche den Messkondensator Cm umfangen (Fig. 2) und dadurch ganz oder teilweise von seiner Umgebung abschirmen. An Stelle des.
Ver schiebungsflusses in der Streukapazität Cem tritt dann wieder ein lPluss °06 in der Kopp- 1-ungskafpa.zitätCg,derkleinerista/lsjener in Cem. Dadurch erh¯ht sich die Me¯genauigkeit.
ZUT weitern Erhöhung der Messgenauig keit, das heisst zur weitergehenden Unterdr ckung der Streuströme am Messkondensator Cm, ist ferner denkblar, die Spannungs- verteilung am Schirmkondensator Gs derjeni- gen des s'treuumgsl'osenMesskondensatorsC,, z. B. der Geraden uo, besser zu nähern, indem dessen Elemente unter sich nicht alle mit gleicherKapazität,sondernmiteinervonder Hoobspannungsklemme. gegen die Erdklemme hin abnehmenden Stufenkapazität ausgeführt werden.
Dadurch wird das SpannungsgefÏlle in der NÏhe der Hochspannungsklemme H reduziert, in Nähe der Erdktlemme E erhöhts was die Kurve ue der Kurve Mo nähert (Fig. 1).
Die Näherung kann für eine gegebene, Streu- kapazität Ces beliebig weit getrieben werden.
Die praktische Ausn tzung ist lediglich be g enzt durch die Forderung, dass die Streu- kapazität t Ces selber innert gewissen Grenzen ändert, wenn einmal geerdete oder dann auf Spannung befindliche Objekte der Teilung bis auf Schlagweite genÏhert werden. Die beste Ausnützung erfolgt bei jener Abstu- fung des Schirmkondensators Cs, bei der gleich grosse positive und negative Messfehler entstehen, falls einmal geerdete, da's andere Mati mit der Hochspannung verbundene lei tende Objekte bis auf Sehlagweite der Tei lung genähert werden.
Statt die seriegeschalteten Elemente des Schirmkondensators Cs ungleich zu machen, das heisst abzustufen, ka. nn die Spannungs- verteilung des Schirmkondensators Cg auch dadurch der Spannungskurve des streuungslosen Me¯kondensators, z. B. der Geraden un genÏhert werden, da¯ gleiche Elemente seriegeschaltet, aber mit verschiedenen axialen Abständen angeordnet werdon. Die in Nähe der Hochspannungsklemme H etwas gr¯¯eren Spannungssprünge der Kurve Me können der- art auf eine gr¯¯ere Wegstrecke gelegt werden als die kleineren Spannungssprünge pro Stofe in NÏhe der Erdklemme.
Damit wird die Krümmung der Kurve Me in analoger Weise verkleinert, wie oben durch verschie- den grosse Stufenkapazitäten.
Schliesslich ist es möglich, die Spannungs- verteilungauchdesSchirmkondensatorsCs dadurch von der Kurve ue aus der Geraden uo als der Spannungsverteilung des streuungs losen Messkondensators Cm zu nähern, gdass das Streufeld des Schirmkondensators Cg selber von einem dritten Hochspannungskondensator C3 reduziert wird, der gegenüber Cs die gleiche Funktion übernimmt wie Cs gegen- über Cm. Die Entkopplung des Me¯kondensators Cm von seinem Streuflu¯ bezw. Streustrom lässt sich dadurch noch weiter treiben als mit einem Schirmkondensator, wobei höhere Genauigkeit erreicht wird als z.
B. durch Parallelsehalten der drei Hoohspan- nungskondensatoren (Cm + Cs + Ca)zu einem Messkondensator grösserer Kapazität.
Der Erfindungsgedanke lϯt sich auch anwenden für Messkondensatoren Cm, die unter Wegfall ihres Streufeldes bezw. Streustromes bereits eine nicht lineare Spannungsverteilung aufweisen. In diesem Fall mu¯ auch der Schirmkondensator Cs am Ort des Messkon- densators mögliehst die gleiche, nichtlineare Spannungsverteilung erzeugen. Auch in diesem Fall wird, die Eoppelkapazität zwischen beiden Kondensatoren wieder ganz oder annÏhernd stromlos, so dass die Messgenauigkeit wegen der Durchströmung des Messkonden- sators mit konstanter Ladung qx = qm = qH einwandfrei wird.
Die Kopplung zwischen dem Messkonden- sator Cm und dem Schirmkondensator Cs wurde bisher stets dazu benutzt, d) en vom Me¯kondensator ausgehenden Streuflu¯ (g bezw. Streustrom mögliehst zu rediuzieren.
Sie kann weiter dazu benutzt werden, den Spannungsabfall der Streuströme im Mess- kondensator Cm vollstÏndig zu unterdr cken, indem'beide Kondensatoren Cm und Cs um eine kleine Strecke a gegeneinander axial verschoben werden. Es k¯nnen derart zum Teil positive, zum Teil negative Spannungs abfälle der Streuflüsee bezw. Streuströme in Cm erzeugt werdten, die sich gegenseitig ge- rade aufheben. In diese'm Fall ist der kapazi tive Spannungsabfa11 in Cm von den Streu Strömen überhaupt nicht mehr beeinflusst und die Übersetzung des Spannungsteilers wird genau richtig.
Mit der Bezeichnung @u = um-us lässt sich mit Bezugnahme auf Fig. 3 diese Be dingung mathematisch wie fols't ausdriicken : Es muB
EMI4.1
werden. Dies folgt sofort aus der Bedimgung des ver- schwindenden Spa, nnungsabfa ; lles des Streu- fluasses s in der Messkette Cm. Der Streufluss an der Stelle x ist die Summe aller Streu- flüsse von
EMI4.2
Der Spannungsabfall dieses Flusses im gesamten Kondensator x = 0 bis x = l folgt aus
EMI4.3
Durch Nullsetzung entsteht somit obige Bedingung.
Fig. 3a zeigt zunächst für die Anordnung a=0 den Verlauf der zu s proportionalen Funktion,
EMI4.4
Da hier @u durchwegs positiv ist, wird aueh
EMI4.5
durchwegs positiv und ebenso
EMI4.6
und damit auch
EMI4.7
Infolgedessen entsteht in diesem Fall stets ein positive Spannun'gsabfa'll durch die Streusslüsse zwischen Cm und Cs, der die Übersetzung im diskutierten Ma¯e fälscht.
Fig. 3b zeigt die gleichen Funktionen y und z für den Fall a @ 0, d. h. den Fall, wo der Me¯kondensator Cm gemϯ der Skizze in Richtung gegen die Hochspannungsklemme gegenüber'dem Schirmkond'ensator Cs um die Strecke a axial verschoben ist. Oberhalb der Hochspannungsklemme H ist am Schirmkondensator durchwegs die volle Hochspannung angenommen. In diesem Fall treten sowohl bei der Hochspannungsklemme wie bei der Erdklemme Streustr¯me vom Schirmkondensator zum Me¯kondensator. Im Zwischen gebiet dagegen kehrt mit M die Richtung der StreuBtrome um, indlem dort der Messkondensator h¯here Spannung aufweist als der Schirmkondensator.
WÏhrend somit die Funktion y teilweise positiv, teilweise negativ wird, kann die Funktion z als deren Integral bei passender Verschiebung a so erhalten werden, dass z1 zu Null wird. Damit wird. Damit der gesamte Spannugsabfall der Streustr¯me im Messkondensator zu Null gemacht. Die abgeschirmte Teilung mi¯t in diesem Fall (richtig, ohne da¯ die KapazitÏten der beiden Kon- densatoren Cm und Cs vergrössert werden müs- sen. Die n¯tige Verschiebung a kann f r jeden Kurvenverlauf Me berechnet werden. Wesent- lichfürdengenanntenEffektisteinzweimali- ger Schnitt oder allgemein eine gerade Anzahl Schnittpunkte eider Kurven um und us. Es ist auch nicht wesentlieh, dass beide Kondensatoren Cm und Cg genau gleiche LÏnge aufweisen.
Die Spannungsmessung an der Anzapfung A kann auf irgendeine bekannte Art gesche hen, z. B. mitteJl, eines Ea. thodenstrahl- Oszilloigraphen oder mittels einer Gleichrich terschaltun. g, die den Scheitelwert'der Wech- selspannungoderStossspannungmisst.Zur Erweiterung des Me¯bereiches k¯nnen am Teiler auch mehrere Anzapfungen J. für ver- schiedene TeilverhÏltnisse vorhanden sein.
Capacitive voltage divider for measuring high alternating and surge voltages.
Due to the main patent no. 208S75, a voltage divider has become known which enables the measurement of high surge voltages by means of a shielded ohmic voltage divider. The accuracy of the measurement is achieved there by shielding a high voltage resistor from its external stray fields by means of a surrounding condenser chain.
For alternating voltages of any duration, an ohmic resistance is not usable because of the excessive energy consumption due to the long duration of the voltage. A capacitive voltage division for high voltage also suffers from the dependence on external stray waves, which is mainly due to the air capacity of the spatially extended high voltage capacity to neighboring objects and surfaces. In contrast to the ohmic division, these stray field influences cause the capacitive division to permanently falsify the transmission ratio.
The subject of the present invention is a capacitive voltage divider, in which the displacement currents (stray currents) emanating from the high-voltage measuring capacitance (measuring capacitor) near their surroundings are wholly or partially suppressed with the help of at least one second high-voltage capacitance (shielding capacitor).
The invention will be explained with reference to the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. This means: Cm is the multi-stage hole voltage measuring capacitance (Mēcapacitor), which is connected as a voltage divider, i.e. with a
Tap A is provided, Ca partial capacity between tap A and
Earth, Cs the multistage shield capacitance (shield capacitor), Cem the stray capacitance of the Mē capacitor
Cm (without shield capacitor), which are in the
Mainly runs to earth, Ces is the stray capacitance of the sheath capacitor Cs, which mainly ventilates to earth,
Cg the mutual capacitance between Mē and the shielding capacitor, U the total high voltage against earth, u the measured partial voltage of the tap A against earth, u @ voltage at any point.
x of the measuring capacitor to earth, us the voltage of any point x of the shielding capacitor to earth, uo the desired voltage curve on the measuring capacitor, Me the voltage curve on the measuring capacitor or the shielding capacitor that arises under the influence of the cross capacitance, q for the voltage from the high voltage terminal H in the mecapacitance flowing charge, qx the charge flowing in the measuring capacitance at point x, qm that from the mecapacitance to the grounded
Terminal e E flowing charge.
Assume that initially only the Mē capacitor Cm is present. For the sake of simplicity, this consists initially of nothing but identical elements that are built up into a homogeneous chain. When a high voltage U is applied, a voltage distribution ue arises at it, which approaches the straight line uo, the smaller the stray capacitance Cem is compared to the longitudinal capacitance Cm. The curvature of the curve of the voltage distribution wu is caused by the la d'ungen qe, which flow away from the capacitor chain via the stray capacitance Ce, n, whereby qx? qH? qm will.
This inequality of the charge shifted in the measuring chain Cm makes the measurement of the high voltage due to the measurement of qm imprecise, because qx = qH = qm only applies for a constant charge along the entire chain
U = 1. qm, u = qm
Cm CA and thus u: U = Cm: CA.
Since stray capacitances Cem emanating from the Mēcapacitor Cm cannot be avoided, in the present invention the path is taken to compensate them as possible by means of a second capacitor E (shielding capacitor Cs). The shielding capacitor Cs by itself also generates a voltage distribution similar to the curve ue, since it is also afflicted with stray capacitances Ces, which for the most part run to earth and mostly to the high voltage U.
In these stray capacitances Cem and Cgg, when the high voltage U is applied or removed, there is an electrical displacement flow, which can be calculated from the product (voltage (capacitance). Changes the high voltage C 'periodically (' W '& ohse'l voltage) , the result is a periodically variable displacement flux whose change per unit of time is referred to as displacement current. Its magnitude is given by the product (voltage change X capacity, [du: dt]. C).
Due to the simpler notation, the following mostly refers to displacement fluxes, although in the case of alternating voltages one could just as well speak of displacement currents.
If both capacitors Cm and Cs are present at the same time, a displacement flow ('or' in the case of alternating voltage, a displacement current) can arise between the two capacitors Cm and Cs, provided that the mutual capacitance Cg of the two is not dead.
According to the finding, the shielding capacitance Cs is now used to at least partially suppress the displacement currents (stray currents) emanating from the measuring capacitance Cm. This happens z. B. in that the shield capacitor Cs is placed around the measuring capacitor Cm in a tubular shape, so that the capacitance Cem disappears. To your S. tel:
le occurs the mutual or coupling capacitance Cg, respectively, instead of the leakage flux. Stray currents from the measuring capacitor Cm to earth a mutual or coupling flués T) resp. a coupling displacement current in capacitance Cg. Its size is generally determined a;
As the product of the coupling capacitance Cg and the voltage difference (u = (um-us) of the two capacitors Cm and Cg (see Fig. 3), the voltage of the measuring capacitor Cm is linear according to the ideal curve uo in FIG Voltage of the shield capacitor Cs because of its unavoidable stray capacitance according to curve Me, so the coupling flux gm is given at each point x of the Mē capacitor by the mutual capacitance Cg and the differential voltage (uo-ue).
Assuming that the mutual capacitance Cg is the same as the earth capacitance Cem of the Mēcondenser Cm, which is present without a screen, the reduction in the displacement fluxes emanating from the measuring capacitor Cm, resp. Displacement currents graphically from the hatched area (uo-ue) in comparison to the area enclosed by ue and the x-axis.
Because in every ele- mentary capacitor of length dix the charge is given by Cem @ ue @ dx to earth (without screen) Cg (uo-ue @ dx to earth (with screen) If it is taken into account that Cg> Cem, then the Profit, but still remains substantial since, under practical conditions, Cg3Cemist, whereas the hatched area is only about 1/15 ... 1/30 of the area enclosed by the curve Me.
According to the invention, the screen capacitor Cs is used to reduce the stray currents of the Mēcondensator Cm by increasing the flow of displacement in the
Stray capacity to earth Cem a significantly reduced coupling flow occurs in the coupling capacity Cg. This makes it possible to significantly increase the measurement accuracy. This improvement is a multiple of what could be achieved with the same effort, that is, by keeping the two high voltage capacitors directly connected to a condenser with a larger capacity (Cm + Cs).
It is not necessary that the screen capacitor Cs itself surrounds the Mēcapacitor Cm in a tubular shape. All that is required is to remove the leakage flow or leakage emanating from the Mēcondenser. To cancel stray current with the help of the SchiTm- capacitor Cs. This can also be done by using the as
Column-built shielding capacitor Cs is connected to shielding segments S, which surround the measuring capacitor Cm (Fig. 2) and thereby completely or partially shield it from its surroundings. Instead of.
The shift flow in the stray capacitance Cem then occurs again in the coupling capacity Cg, the smallerist one in Cem. This increases the measurement accuracy.
In addition to increasing the measurement accuracy, i.e. to further suppress the stray currents on the measuring capacitor Cm, it is also conceivable to change the voltage distribution on the shielding capacitor Gs that of the leakage-free measuring capacitor C ,, z. B. the straight line uo, better by placing its elements under each other not all with the same capacitance, but with one of the Hoobspannungsklemme. against the earth terminal decreasing step capacitance.
This reduces the voltage gradient in the vicinity of the high-voltage terminal H, and increases it in the vicinity of the earth terminal E, which brings the curve ue closer to the curve Mo (Fig. 1).
The approximation can be carried out as far as desired for a given stray capacitance Ces.
The practical use is only limited by the requirement that the scattering capacitance t Ces itself changes within certain limits when objects that are once earthed or are then energized are within the range of the division. The best use is made with the gradation of the shielding capacitor Cs at which equally large positive and negative measurement errors occur, if once grounded, because other high-voltage conductive objects are approached up to the width of the pitch.
Instead of making the series-connected elements of the shielding capacitor Cs unequal, that is to say stepping them, ka. nn the voltage distribution of the shield capacitor Cg also changes the voltage curve of the scatterless Mē capacitor, e.g. B. the straight line can be approximated because the same elements are connected in series, but are arranged with different axial distances. The somewhat larger voltage jumps of curve Me in the vicinity of the high-voltage terminal H can thus be laid over a greater distance than the smaller voltage jumps per substance near the earth terminal.
The curvature of the curve Me is thus reduced in an analogous manner, as above by differently large step capacitances.
Finally, it is possible to approximate the voltage distribution of the screen capacitor Cs from the curve ue from the straight line uo as the voltage distribution of the non-scattering measuring capacitor Cm by reducing the stray field of the screen capacitor Cg itself by a third high-voltage capacitor C3, which has the same function as compared to Cs takes over like Cs against Cm. The decoupling of the Mēcondenser Cm from its leakage flū or. Stray current can be driven even further than with a shield capacitor, with higher accuracy than z.
B. by keeping the three high voltage capacitors (Cm + Cs + Ca) parallel to form a measuring capacitor with a larger capacity.
The concept of the invention can also be used for measuring capacitors Cm, which, with the elimination of their leakage field, respectively. Stray currents already have a non-linear voltage distribution. In this case, the shield capacitor Cs at the location of the measuring capacitor must also generate the same, non-linear voltage distribution as far as possible. In this case, too, the double capacitance between the two capacitors is completely or almost completely de-energized, so that the measurement accuracy is perfect because of the flow through the measuring capacitor with a constant charge qx = qm = qH.
The coupling between the measuring capacitor Cm and the shielding capacitor Cs has always been used so far to reduce the leakage flow (g or leakage current emanating from the Mēcapacitor) as far as possible.
It can also be used to completely suppress the voltage drop of the stray currents in the measuring capacitor Cm by axially shifting the two capacitors Cm and Cs against each other by a small distance a. In this way, partly positive, partly negative voltage drops in the stray flows or Stray currents in Cm were generated, which just cancel each other out. In this case, the capacitive voltage drop in Cm is no longer influenced at all by the stray currents and the ratio of the voltage divider is exactly correct.
With the designation @u = um-us, with reference to Fig. 3, this condition can be expressed mathematically as fols't: Es muB
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will. This follows immediately from the condition of the disappearing spa, opening drop; ll of the leakage flow in the measuring chain Cm. The leakage flux at point x is the sum of all leakage fluxes of
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The voltage drop of this flux in the entire capacitor x = 0 to x = 1 follows from
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The above condition is thus created by setting to zero.
Fig. 3a initially shows the course of the function proportional to s for the arrangement a = 0,
EMI4.4
Since @u is consistently positive here, aueh
EMI4.5
consistently positive and equally
EMI4.6
and so too
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As a result, in this case there is always a positive voltage drop due to the leakage flux between Cm and Cs, which falsifies the translation in the Māe under discussion.
Fig. 3b shows the same functions y and z for the case a @ 0, i.e. H. the case where the condenser Cm according to the sketch is axially shifted by the distance a in the direction towards the high-voltage terminal opposite the shield condenser Cs. Above the high-voltage terminal H, the full high voltage is accepted on the shield capacitor throughout. In this case, stray currents occur from the shield capacitor to the Mē capacitor in both the high-voltage terminal and the earth terminal. In the intermediate area, on the other hand, the direction of the stray currents reverses with M, while the measuring capacitor there has a higher voltage than the shielding capacitor.
While the function y is partly positive and partly negative, the function z can be obtained as its integral with a suitable shift a so that z1 becomes zero. So that. So that the total voltage drop of the stray currents in the measuring capacitor is made zero. In this case, the screened pitch is correct, without the capacitances of the two capacitors Cm and Cs having to be increased. The necessary shift a can be calculated for each curve Me. Essential for the effect mentioned is two times less Intersection or in general an even number of intersection points of the curves around and us. It is also not essential that both capacitors Cm and Cg have exactly the same length.
The voltage measurement at tap A can be done in any known manner, e.g. B. middle, one ea. method-beam oscillograph or by means of a rectifier circuit. g, which measures the peak value of the alternating voltage or surge voltage. To extend the measuring range, the divider can also have several taps J. for different partial ratios.