Kapazitiver Spannungswandler Beim überschreiten bestimmter Spannungswerte, insbesondere bei Schalthandlungen im Netz, neigen bekanntlich kapazitive Spannungswandler in ihrem Messkreis dazu, untersynchrone Spannungen zu er zeugen. Dies sind Eigenschwingungen des Nieder spannungskreises, der aus der niederspannungsseiti- gen Teilerkapazität, aus der im Messkreis vorhan denen Resonanzdrossel und der QuerinduktivItät des Zwischenwandlers im Messkreis besteht.
Es ist be kannt, solche Unterschwingungen durch eine Drossel zu bedämpfen, die primär- oder sekundärseitig an den Zwischenwandler angelegt wird und so dimen sioniert ist, dass sie bei normaler Betriebsfrequenz nur einen kleinen Magnetisierungsstrom aufnimmt, der noch durch Parallelkondensatoren kompensiert werden kann. Treten jedoch untersynchrone Span nungen auf, so wird der induktive Widerstand dieser Drossel kleiner. Durch diese Widerstandsverringe rung gerät die Drossel bei entsprechender Dimensio- nierung in Sättigung, was ein erhebliches Anwach sen der durch die Drossel gebildeten Bürde zur Folge hat.
Die Unterschwingungen selbst entstehen<B>jedoch</B> durch die Eisensättigung des Zwischenwandlers und der Resonanzdrossel, deren Induktivitäten so verklei nert werden, dass der durch den Niederspannungs kondensator einerseits und die Resonanzdrossel mit der Induktivität des Zwischenwandlers anderseits ge bildete Schwingkreis gerade eine solche Eigenfre quenz erhält, dass die Netzfrequenz ein Vielfaches dieser Eigenfrequenz wird.
Daher kann die als Dämp- fungsmassnahme vorgesehene Drosselspule ihrerseits infolge ihrer Induktivität Anlass zu Unterschwingun gen in diesem Messkreis sein, wie dies durch Mes sungen festgestellt wurde. Die Drosselspule ist also kein universelles Mittel zur Beseitigung untersyn chroner Spannungen.
Weiterhin ist es bekannt, eine Dämpfung am Zwischenwandler durch einen parallelgeschalteten Ohmschen Widerstand zu erreichen. Diese Möglich keit scheidet jedoch in den meisten Fällen deshalb aus, weil der für eine wirksame Dämpfung notwen dige Widerstand klein -sein müsste und somit bei Wandlern hoher Genauigkeit eine unzulässig grosse Grundbürde darstellen würde, die die Messgenauig- keit stark beeinträchtigt.
Alle diese Nachteile werden bei einem kapazi- tiven Spannungswandler mit einem zum Zwischen transformator im Messkreis parallelliegenden Wider stand mit mindestens Ohmscher Komponente erfin dungsgemäss dadurch vermieden, dass Mittel vorge sehen sind, durch die der Widerstand mit minde stens Ohmscher Komponente in Abhängigkeit von der Spannung und/oder der Frequenz eingeschaltet wird, undloder dass der verwendete Widerstand selbst ein spannungsabhängiger Widerstand ist.
Damit lässt sich erreichen, dass der Widerstand nur in dem er forderlichen Betriebsfall voll zur Wirkung gelangt, nämlich dann, wenn untersynchrone Spannungen im Messkreis auftreten. Es wird ausdrücklich auf die Einschaltung eines Widerstandes mit jedenfalls Ohm- scher Komponente besonderer Wert gelegt, weil aus energetischen Gründen die Dämpfung von selbst erregten Schwingungen nur durch einen Energie entzug aus dem zu betrachtenden Schwingkreds mög lich ist. Ein Blindwiderstand kann diese Aufgabe niemals zur vollen Zufriedenheit lösen, da er keinen Wirkleistungsentzug zur Folge hat.
Eine spannungsabhängige Einschaltung eines Widerstandes erfolgt am einfachsten durch einen sogenannten spannungsabhängigen Widerstand, wie er beispielsweise aus der Technik der Überspannungs- ableiter bekannt ist. Ein solches Widerstandsmaterial besitzt eine Ohmsche Widerstandscharakteristik, ge mäss der bei zunehmender Spannung der Widerstand stark absinkt.
Legt man den Widerstand so aus, dass er bei den maximal vorkommenden Betriebsspan nungen nur einen sehr kleinen Strom aufnimmt, so wird dadurch die Messgenauigkeit des Wandlers nicht beeinflusst. Da in vielen Fällen die untersynchronen Spannungen wesentlich grössere Amplituden als die jenigen der Betriebsspannung besitzen, so werden diese Unterspannungen durch den spannungsabhän gigen Widerstand stark bedämpft. Ein solcher span nungsabhängiger Widerstand kann sowohl auf der Primärseite, als auch auf der Sekundärseite des Zwi schenwandlers galvanisch oder induktiv angeschlos sen sein.
Sind Wandler in nicht starr geerdeten Netzen eingesetzt, so müssen diese längere Zeit auch ün Erdschlussfall mit erhöhter Spannung arbeiten kön nen. Bei solchen Wandlem könnte der spannungs abhängige Widerstand und der Wandler selbst über lastet werden. Es wird dann zweckmässig der span nungsabhängige Widerstand mit einem zeitabhängi gen Schaltglied in Reihe geschaltet, das die Aufgabe hat, den spannungsabhängigen Widerstand bei einer langandauernden höheren Spannung als die Betriebs spannung abzuschalten, um dadurch den erheblichen Messfehler zu vermeiden und den spannungsabhän gigen Widerstand vor überlastung zu schützen.
Ein solches zeitverzögerndes Schaltglied wird am ein fachsten durch einen Bimetallauslöser verwirklicht.
Eine weitere Möglichkeit, auftretende Unter schwingungen wirksam zu dämpfen, ohne die ge schilderten Nachteile auftreten zu lassen, besteht darin, einen Widerstand mit mindestens Ohmscher Komponente spannungsabhängig oder nicht nur dann einzuschalten, wenn solche unerwünschten Spannungswellen auftreten. Dies wird erreicht, wenn man in Reihe mit dem Widerstand ein abhängig von der Frequenz wirkendes Schaltelement legt. Da jede Art mechanischer Schalter in diesem Zusam menhang unerwünscht wäre, wegen der mangelnden Betriebssicherheit und des Anstosses von eigenerreg ten Schwingungen, eignet sich hierzu am besten ein abhängig von der Frequenz ausgesteuerter Trans- duktor.
Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. In Fig. <B>1</B> ist die kapazitive Teilerkette durch die beiden Kapazitäten<B>1</B> und 2 versinnbildlicht. An der niederspannungsseitigen Tei- lerkapazität 2 liegt der Messkreis, der im allgemeinen aus der Resonanzdrossel<B>3,</B> dem Zwischentransfor mator 4 und der Bürde<B>5</B> besteht. Um bei über strömen z.
B. durch Kurzschluss auf der Sekundär seite des Zwischenwandlers ein unzulässiges Anstei gen der Spannung an der Resonanzdrosselspule zu verhindern, ist es bekannt, die Resonanzdrosselspule mit einer Sekundärwicklung<B>6</B> zu versehen, die eine Sättigungsdrossel<B>7</B> speist. Gelangt die Drossel<B>7</B> in Sättigung, so wird der Resonanzkreis, in dem die Drosselspule<B>3</B> liegt, verstimmt, und der überstrom dadurch abgeschwächt.
Es ist nun an den sekundären Klemmen<B>A</B> und B des Zwischentransformators 4 ein spannungsab hängiger Ohmscher Widerstand<B>8</B> angeschlossen, der bei einer auftretenden überspannung im Messkreis diese überspannung abführt.
Durch sein Ohmsches Verhalten hat er keinerlei Einfluss auf irgendwelche Resonanzschwingungen im Messkreis. Ausserdem ge währleistet seine Spannungsabhängigkeit, dass die Messgenauigkeit im Normalbetrieb nicht beeinträch tigt wird, trotz hoher Wirksamkeit bei auftretenden untersynchronen überspannungen. Zur Sicherung des spannungsabhängigen Widerstandes gegen langandau ernde überspannungen, die einen ebenso langandau ernden hohen Strom zur Folge hätten,
liegt in Reihe zu dem spannungsabhängigen Widerstand<B>8</B> ein Bi- metallauslöser oder eine Sicherung<B>9.</B> Dadurch wird auch im Erdschlussfall eine genaue Messung ermög licht.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfin dung zeigt Fig. 2. An den Klemmen<B>A</B> und B des Zwischenwandlers liegt ein spannungsabhängiger Ohmscher Widerstand, der in die beiden Teile<B>10</B> und<B>11</B> aufgeteilt wurde. Parallel zum Teil<B>11</B> liegt ein rückgekoppelter magnetischer Verstärker 12 mit einem bistabilen Verhalten, wodurch eine schalter ähnliche Wirkung erzielt werden kann.
Dieser ma gnetische Verstärker ist in normalem Betriebsfall geöffnet, das heisst, er überbrückt den spannungsab hängigen Widerstand<B>11.</B> Bei auftretenden überspan- nungen dämpft diese der Widerstand<B>10.</B> Tritt nun ein Erdschluss auf, so steigt die Spannung auf das 1,73fache an. Dieser erhebliche Spannungsanstieg wird dazu benutzt, den magnetischen Verstärker 12 zu schliessen, so dass nunmehr beide spannungs abhängigen Widerstände<B>10</B> und<B>11</B> in Reihe geschal tet sind und bei entsprechender Auslegung auch in diesem Fall die ursprüngliche Zweckbestimmung voll erfüllen.
Die Sperrung des magnetischen Ver stärkers 12 wird mit einer Sättigungsdrossel<B>13</B> mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskennlinie er reicht, die ebenfalls an den Sekundärklemmen<B>A</B> und B des Zwischenwandlers liegt und deren Strom nach erfolgter Gleichrichtung einer Steuerwicklung 14 des magnetischen Verstärkers 12 zugeführt wird. Die Sättigungsdrossel<B>13</B> ist nun so dimensioniert, dass sie bei der im Erdschluss auftretenden Spannung gesättigt ist und dadurch einen hohen Strom durch die Steuerwicklung 14 treibt, die die Sperrung des magnetischen Verstärkers 12 bewirkt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. <B>3.</B> Die Klemmen<B>A</B> und B sind wieder an die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers ange schlossen. Parallel zur Sekundärwicklung des Zwi- schenwandlers liegt nun ein Reihenresonanzkreis <B>15,</B> der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist, das heisst also, dass dieser Resonanzkreis bei Netzfrequenz seinen höchsten Strom führt. Dieser Strom wird nun im Gleichrichter<B>16</B> gleichgerichtet und der Steuerwicklung<B>17</B> eines rückgekoppelten magneti schen Verstärkers<B>18</B> mit bistabilem Verhalten ge mäss Fig.4 in sperrendem Sinne zugeführt.
In der Fig. 4 ist die Abhängigkeit des Ausgangsstroms vom Steuerstrom des magnetischen Verstärkers<B>18</B> auf gezeichnet. Man erkennt deutlich, dass ein solcher magnetischer Verstärker nur zwei stabile Betriebs bereiche hat, während der übergang zu diesen bei den Bereichen instabil ist. Daher bezeichnet man eine solche Verhaltensweise mit bistabil. Der ma gnetische Verstärker erbält diese Kennlinie durch entsprechende Rückkopplung mit Hilfe derer die Steilheit, die Breite und die Parallelverschiebung zur Ordinatenachse eingestellt werden kann.
Führt man nun der Steuerwicklung<B>17</B> des magnetischen Ver stärkers<B>18</B> den Strom durch die Resonanzschaltung <B>15</B> in gegenerregendem Sinne zu, so wird dadurch der Arbeitspunkt<B>C</B> erreicht. In diesem Bereich sperrt jedoch der Verstärker<B>18 '</B> das heisst sein Widerstand ist sehr gross. Nimmt nun der Resonanzstrom durch auftretende Unterwellen ab, so springt der Aus gangsstrom des magnetischen Verstärkers bei Er reichen des Punktes<B>D</B> plötzlich auf den Punkt<B>E.</B> Dieses Sprungartige verleiht dem magnetischen Ver stärker schalterähnliche Eigenschaften. Vom Punkt <B>E</B> ab ist der Widerstand des magnetischen Verstär kers klein, so dass er von da an den nahezu kon stanten Maximalstrom führt.
Bei einer Zunahme des Steuerstroms in der Wicklung<B>17</B> wird nun vom geöffneten Zustand her der linke Ast der Schleife sprungaWig durchfahren, das heisst, die Sperrung erfolgt bei einem etwas grösseren Steuerstrom. als die öffnung. Die Breite dieser Schleife kann, wie schon angedeutet, durch den Grad der Rückkopp lung verändert werden, Bei Vorhandensein der nor malen Netzfrequenz wird demnach der Verstärker <B>18</B> gesperrt sein. Treten nun untersynchrone Span nungen auf, die eine niedrigere Frequenz als die Netzfrequenz haben, so wird der Strom durch den Resonanzkreis<B>15</B> kleiner, wodurch die Sperrwirkung des magnetischen Verstärkers<B>18</B> aufgehoben wird.
Der magnetische Verstärker ist nun geöffnet, so dass die Dämpfung der untersynchronen Spannungen über diesen magnetischen Verstärker erfolgen kann, mit dem ein Ohmscher Widerstand<B>19</B> in Reihe geschaltet ist. Damit wird also der Ohmwiderstand nur dann zur Wirkung gebracht, wenn dies die Betriebsverhältnisse erfordern. Der Widerstand<B>19</B> selbst kann wiederum spannungsabhängig sein, so dass die gesamte Unterwellendämpfung frequenz- und spannungsabhängig ist.
Tritt nun ein Erdschluss auf, so erhöht sich die Spannung, wie schon beschrieben, um etwa 73%. Würden nun gleichzeitig noch Unterwellen vorhan den sein, so wäre der magnetische Verstärker<B>18</B> geöffnet, ein Betriebszustand, der bei erhöhterSpan- nung nicht erwünscht ist, da dies sowohl dem Wider stand<B>19,</B> als auch der Messgenauigkeit erheblich abträglich wäre.
Aus diesem Grunde besitzt der Magnetverstärker<B>18</B> eine zweite Steuerwicklung 20, die, wie schon im Beispiel der Fig. 2 angegeben, durch eine Sättigungsdrossel 21 mit rechteckiger Magnetisierungskennlinie so gesteuert wird, dass sie bei überhöhter Spannung den Magnetverstärker<B>18</B> ganz oder teilweise sperrt.
Da der Ohmwiderstand zur Dämpfung der un tersynchronen Spannungen in manchen Fällen klein sein kann, um eine ausreichende Bedämpfung zu erhalten, genügt unter Umständen der Ohmsche Widerstand des Magnetverstärkers<B>18</B> für die Dämp fung der Unterwellen. In diesem Fall könnte dann der besondere Widerstand<B>19</B> entfallen.
Durch eine entsprechende Resonanzschaltung kann der Transduktor auch so beeinflusst werden, dass er bei auftretenden Unterwellen öffnet, wo durch er im Normalbetrieb bei Netzfrequenz gesperrt ist. Dies wird einfach dadurch erreicht, dass ein auf die Unterwellenfrequenz abgestimmter Saugkreis vorhanden ist, dessen Strom einer Steuerwicklung des Transduktors in öffnendem Sinnp zugeführt wird, während eine zweite Steuerwicklung einen möglichst konstanten Strom führt, durch den der Transduktor im Normalbetrieb gesperrt ist.