CH315360A - Kapazitiver Spannungsmesser zur Messung hoher Wechselspannungen - Google Patents

Description

  
 



  Kapazitiver Spannungsmesser zur Messung hoher Wechselspannungen
Es ist bekannt, zum Messen hoher   Weéhsel    spannungen, zum Beispiel an   Femleitungen,    für   4()0    kV Messeinrichtungen auf kapazitiver Grundlage zu verwenden. Diese   Messeinrich-    tungen verwenden einen kapazitiven Spannungsteiler und zeichnen sieh durch ihren einfachen Aufbau aus, wobei jedoch der Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass die am Messkondensator liegende Messspannung bürdenabhängig ist. Man ist daher gezwungen, in den Messkreis eine auf Resonanz mit den   Spannungsteilerkapazitäten.    abgestimmte Induktivität einzuführen, wodureh der kapazitive Spannungsteiler   bürdenunab-    hängig wird, aber nur bei der der Abstimmung   zugrunde    liegenden Frequenz.

   Selbst kleinere Abweichungen der Frequenz vom Sollwert bedingen schon zusätzliche Messfeh  1er.   



   Um nun diese Frequenzabhängigkeit der kapazitiven Spannungsteileranordnung zu beseitigen, ist schon vorgeschlagen worden, die Induktivität des Messkreises veränderlich zu machen und durch eine frequenzabhängige Steuerung so einzuregeln, dass das Produkt   Lo)2    praktisch konstant bleibt. Eine gewisse Temperaturabhängigkeit bleibt indessen bestehen.



   Die vorliegende Erfindung beschreitet nun einen andern Weg, um die Frequenz- und   Tem      p eraturabhängigkeit    von kapazitiven Spannungsmessanordnungen zu beseitigen und be steht darin, dass die   Bürdenunabhängigkeit    nicht mehr durch eine Induktivität, sondern durch einen Röhrenverstärker erzielt wird, dessen Innenwiderstand so klein gemacht ist, dass seine Ausgangsspannung praktisch bürdenunabhängig ist. In diesem Falle ist die Anordnung vollständig frequenz-, bürdenund temperaturunabhängig, da dem Kondensator, an dessen Klemmen der Röhrenverstärker angeschlossen ist, praktisch keine Leistung entzogen wird, im Messkreis keinerlei Induktivitäten liegen und die Messung nur auf dem von der Temperatur unabhängigen Verhältnis der   Teilkapazitäten    des Spannungsteilers beruht.



   Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, wobei Fig. 1 das Grundprinzip der Erfindung erkennen lässt, während nach Fig. 2 die Anordnung so getroffen ist, dass die erzielbare   Messge-    nauigkeit allen Anforderungen gerecht wird.   



   An die l : Hochspannungsleitung 1 ist gegen    Erde ein kapazitiver Spannungsteiler mit den Kondensatoren 2 und 3 geschaltet.   Das $pan-    nungsteilerverhältnis ist dabei so gewählt, dass an dem erdseitigen Kondensator 3 eine für den Eingang des Röhrenverstärkers geeignete Spannung abgegriffen werden kann. Diese Spannung am Kondensator 3 wird über einen Steuerverstärker 4 mit   hochohmigem    Eingang auf eine Endverstärkerstufe 5 gegeben, an deren Ausgang die Messinstrumente, Relais  usw. angeschlossen sind.

   Zur Erreichung einer weitgehenden Unabhängigkeit von der anzuschliessenden Bürde 6 und zur Erlangung stabiler Verhältnisse, insbesondere bei Netzspannungsschwankungen oder bei Röhrenalterung, ist eine   starketGegenkopplung    7 vom Endverstärker 5 auf den   Steuerverst-ärker    und gegebenenfalls auch innerhalb der Endverstärkerstufe 8 selbst vorgesehen. Mit dieser Einrichtung lassen sich bereits Messungen mit Genauigkeitsgraden von etwa 1 bis 5   O/o    durchführen. Die Bürde 6 kann dabei durch ein einfaches handelsübliches :Spannungsmess  instrument    mit ausreichender Genauigkeit, beispielsweise ein Drehspulmessinstrument, gebildet werden, mit dem dann die Teilspannung am niederspannungsseitigen   Teilerkon-    densator gemessen wird.



   Der kapazitive Spannungsteiler kann dabei gleichzeitig dazu ausgenutzt werden, irgendwelche Hochfrequenzgeräte an die Hochspannungsleitung 1 anzukoppeln, zum Beispiel Geräte für die   EW Telephonie    bzw. Fernmessgeräte 9. Die Ankopplung würde dann an dem   Verbindungspunkt      110l    zwischen den beiden Kondensatoren 2 und 3 erfolgen, so dass also der Hoehspannungskondensator 2 gleichzeitig als Kopplungskondensator dient.

   Um eine Beeinflussung der Messeinrichtung durch die Hochfrequenzgeräte zu verhindern, kann erforderlichenfalls zwischen dem Ankopplungspunkt 10 der   llochfrequenzgeräte    und dem Abgang zum   Steuerve-rstärker    4 eine auf die Hochfrequenz abgestimmte Sperre 11 eingeschaltet werden, die so zu bemessen ist, dass durch ihre Induktivität keine unerwünschten Phaseneinflüsse erzeugt werden und in die Messung eingehen. Werden höhere Ansprüche an die Messgenauigkeit gestellt, so kann die soeben beschriebene prinzipielle 'Schaltung in der in Fig. 2 gezeigten Weise erweitert bzw. ergänzt werden.

   In dieser   8chaltungsanord-    nung ist zwischen Steuerverstärker 4 und Endverstärkerstufe 5 ein Regelglied 12 und    eine Phasendreheinrichtung 13 3 zwisehenge-    schaltet Ausserdem ist hier ein Hilfsoszillator 14 vorgesehen, der eine Hilfswechselspannung höherer Frequenz erzeugt und diese auf ein   Vergleiehsgerät    15 gibt.

   Diese Hilfsfrequenz gelangt von dem Vergleichs gerät über die Leitung 16 auf den Eingang des Steuerver  stärkeres    4 und durchläuft die nachfolgenden Glieder bis zum Ausgang des Endverstärkers, von wo aus sie über die Leitung 17 zum Ver  gleichsgerät    15   zurüekgelangt.    In diesem Ver  gieiehsgerät    befindet sich ein geeichter Spannungsteiler, dessen Teilungsverhältnis der gesamten Sollverstärkung der   Messeinriehtung    entspricht.

   In Abhängigkeit von dem auftretenden Teilerverhältnis werden positive oder negative Abweichungen der Verstärkung von der   Sollverstärkung    zur   Erzeugtmg    einer Regelspannung verwendet, die über die Leitung 18 auf das Regelglied 12 einwirken und gegebenenfalls noch zusätzlich über das Regelglied hinweg über die Leitung 19 den Steuerverstärker 4 beeinflussen. Mit Hilfe dieser Regeleinrichtung wird erreicht, dass unabhängig von   Spannungssehwankungen,      Al -    terung der Röhren usw. stets eine gleichbleibende Verstärkung vorhanden ist, die innerhalb einer Toleranz von 1 Promille gehalten werden kann.

   Zum Ausgleich der im Messgerät etwa auftretenden Phasendrehung kann der oben genannte besondere Phasendreher vorgesehen werden, der eine solche   etwaige    Phasenverschiebung zwischen   Eingangs    und Ausgangsspannung ausgleicht. Entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 ist auch hier zur Erhöhung der Stabilität und zur Erreichung eines sehr kleinen Innenwiderstandes eine starke   Gegenkopplung    des Endverstärkers 5 in sich über die Leitung 20 sowie zum Steuerverstärker 4 über die Leitung 21 vorgesehen.



  Das Regelglied   12    kann je nach Anforderung an die   Genanigkeit    und Regelgeschwindigkeit mechanisch, elektrisch oder elektronisch gesteuert werden. Selbstverständlich kann auch hier der hochspannungsseitige Kondensator   2    als Kopplungskondensator für die oben erwähnten   Hochfrequenzgeräte    mitverwendet werden. Die von dem Messverstärker abgegebene Leistung kann naturgemäss auch dazu benutzt werden, neben dem eigentlichenMessgerät weitere Einrichtungen, zum Beispiel Relais oder sonstige Steuereinrichtungen zu  speisen.

   Da bei solchen Einrichtungen keine allzuhohen Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden, kann es gegebenenfalls zweckmässig sein, zwei voneinander unabhängige   Verstärkerkreise    vorzusehen, von denen der eine für die Speisung dieser   Einrichümgen    nach Fig. 1, der andere für die Feinmessung nach Fig. 2 aufgebaut sein kann.



   Da der eingangs erwähnte Messverstärker eine verhältnismässig hohe Leistung abgeben muss, ist es zweckmässig, zumindest die Endstufe des Verstärkers als Gegentaktstufe in   AlB-Schaltung    auszuführen.



   Um eine ständige Betriebsbereitschaft unter allen Umständen sicherzustellen, kann man den Messverstärker oder bestimmte Röhrenstufen desselben doppelt vorsehen und die Anordnung so treffen, dass mit Hilfe einer   iTberwachungseinrichtung    bei Ausfall eines Gliedes bzw. eines ganzen Verstärkers automatisch und unterbrechungslos auf das Ersatzglied bzw. auf den Ersatzverstärker umgeschaltet wird.



   Anstatt den   kap azitiven    Spannungsteiler mit den Kondensatoren 2 und 3 als Einfachkette auszubilden, kann man natürlich auch mehrere Zweige parallel schalten.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kapazitiver Spannungsmesser zur Messung hoher Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Messung erforder liche Leistung von einem Röhrenverstärker geliefert wird, der eingangsseitig an den niederspannungsseitigen Kondensator des kapazitiven Spannungsteilers angekoppelt und dessen Innenwiderstand so klein gemacht ist, dass seine Ausgangsspannung praktisch bürdenunabhängig ist.

   UN'T-ERANS1PRÜCHE 1. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das tTbersetzungsverhältnis des Spannungsteilersso gewählt ist, dass sich an dem niederspannungsseitigen Kondensator eine für die Steuerung des Messverstärkers geeignete Eingangsspannung ergibt.

   2. Kapazitive Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messverstärker aus einem Steuerverstärker und einem Endverstärker besteht.

   3. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung des niedrigen Innenwiderstandes des Messverstärkers sowie zu seiner Stabilisierung eine starke IGegenkopplung vorgesehen ist.

   4. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine Ge genkopplung vom Endverstärker auf den Eingang des Steuerverstärkers als auch eine Eigengegenkopplung des Endverstärkers vorgesehen ist.

   5. lS : apazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der hochspannungsseitige Kondensator der 'Spannungsteilerkette gleichzeitig als Kopp- lungskondensator für Hochfrequenzgeräte dient.

   6. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ankopp- lungspunkt der Hochfrequenzgeräte und dem Anschluss des Messverstärkers ein auf die Hochfrequenz abgestimmtes Sperrglied einge- schaltet ist.

   7. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messverstärker eine Regel einrichtung zugeordnet ist, in der in Abhängigkeit von posi tiven oder negativen Abweichungen der Verstärkung von der Sollverstärkung eine Regelspannung erzeugt wird, die zur Ausregelung der Verstärlungsgradänderungen dient.

   -8. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung aus einem zwischen Steuerverstärker und Endverstärker eingeschalteten Regelglied sowie einer die Regelspannung erzeugenden Ver gleiebseinrichtung besteht, der eine von einem Hilfsoszillator gelieferte Frequenz, die höher als die Messfrequenz ist, zugeführt wird.

   9. Kapazit-iver Spannungsmesser nach Pa tentansprueh und Unteransprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Hilfsoszillator der Vergleichseinrichtung zugeführte Frequenz ausserdem über den gesamten Messverstärker geführt und von dessen Ausgang erneut der Vergleichseinriehtung zu geführt und in dieser mit der unmittelbar zugeführten Frequenz verglichen wird.

   10. Kapazitiver Spannungsmesser- nacllPa- tentanspruch und Unteransprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung einen geeichten Spannungsteiler enthält, dessen Teilverhältnis der gesamten Sollverstärkung des Messverstärkers entspricht.

   11. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelglied auf mechanischem Wege verstellbar ist.

   12. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelglied auf elektrischem Wege verstellbar ist.

   13. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeiehnet, dass das Regelglied auf elektronischem Wege verstellbar ist.

   14. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentansprueh und Unteransprüehen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansgleich von etwaigen Phasendrehungen im Messverstärker ein phasendrehendes Glied eingeschal- tet ist.

   15. Kapazitiver Spannungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 10 und 14, gekennzeichnet durch eine rber- wachungseinrichtung, die zur automatischen und unterbrechungslosen Umschaltung auf einen Ersatzverstärker bzw. Ersatzglied des Verstärkers im Falle einer Störung an dem im Betrieb befindlichen Teil dient.