DE2037828A1

DE2037828A1 - Voltage divider especially for high voltages

Info

Publication number: DE2037828A1
Application number: DE19702037828
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Dipl Ing 7751 Litzel stetten Labudda
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-07-30
Filing date: 1970-07-30
Publication date: 1972-02-03

Description

Spannungsteiler besonders für hohe Spannungen Zur Reduktion von mit der Kontakt spitze .eines sogenannten Tastkopfes abtastbaren hohen Spannungen auf wesentlich niedrigere Werte, die z.B. zur Steuerung eines Oszillografen dienen, sind Spannungsteiler bekannt, bestehend aus einem .an die Kont akt spitze angeschlossenen hochohmigen im gasgefüllten Hohlraum eines geerdeten Schutzgehäuses liegenden ersten Widerstand sowie einem zwischen diesem und Erde liegenden entsprechend dem Teilerverhältnis kleineren zweiten Widerstand, der zusammen mit Kompensationsgliedern in einem gesonderten Gehäuse untergebracht ist. Der Spannungsteilerpunkt liegt zwischen diesen beiden Widerständen. Die zwischen dem ersten Widerstand und seinem geerdeten Schutzgehäuse bestehenden Kapazitätswerte haben zur Folge, daß schnelle, insbesondere sprungweise Änderungen der abgetasteten hohen Spannung nicht ohne weiteres am SpannunGsteilerpunkt in reduzierter Skala abgebildet werden, sondern die geteilte Spannung ein verzögerndes und störendes Einschwingverhalten zeigt, solange nicht eine Kompensation vorgenommen wird mit den vorgenannten Kompensationsgliedern, die aus zu dem zweiten Widerstand parallel geschalteten Serienschaltungen von regelbaren Widerständen und Kapazitäten bestehen. Voltage divider especially for high voltages To reduce with the contact points to a so-called probe head that can be scanned at high voltages significantly lower values that are used, for example, to control an oscilloscope, voltage dividers are known, consisting of a tip connected to the contact high resistance lying in the gas-filled cavity of a grounded protective housing first Resistance as well as one lying between this and earth according to the divider ratio smaller second resistor, which together with compensation elements in a separate Housing is housed. The voltage divider point lies between these two Resistances. The one between the first resistor and its earthed protective housing Existing capacitance values have the consequence that fast, in particular by leaps and bounds Changes to the sampled high Tension is not readily am Voltage divider point are shown in a reduced scale, but the divided one Voltage shows a delaying and disruptive transient behavior as long as it does not a compensation is made with the aforementioned compensation elements, the from series circuits of controllable ones connected in parallel to the second resistor Resistances and capacities exist.

Die Einstellung der Kompensation ist hierbei jedoch nicht ganz einfach, im Verlauf der Einstellung mehrerer RegelSlieder müssen meist Korrekturen der vorher vorgenommenen Einstellungen vorgenommen werden.However, setting the compensation is not that easy, In the course of the setting of several standard songs, corrections must usually be made in advance settings made.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsteiler mit einem ersten, zusammen mit einem in seiner Nähe liegenden Metallkörper eine Impedanz mit kapazitivem Anteil ergebenden ohmschen Widerstand und einem zweiten, mit einstellbaren Kompensationsgliedern versehenen ohmschen Widerstand.The invention relates to a voltage divider with a first, together with a metal body lying in its vicinity an impedance with capacitive Share resulting ohmic resistance and a second, with adjustable compensation elements provided ohmic resistance.

Durch die Erfindung wird eine Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber dem Bekannten erzielt bzw. erzielbar: eine Vereinfachung der Kompensationseinstellung, geringerer Raumbedarf und geringerer Leistungsbedarf des Teilers, geringere Temperaturabhängigkeit und geringerer Wartungsbedarf.The invention provides a number of significant advantages over achieved or achievable from the known: a simplification of the compensation setting, less space requirement and less power requirement of the divider, less temperature dependence and less maintenance.

Bei einem Spannungsteiler der vorgenannten Art ist erfindunsgemäß vorgesehen,idaß die Impedanz des ersten ohmschen Widerstands nebst Metallkörper in einem den zweiten ohmschen iderstand und die einstellbaren Glieder enthaltenden Kompensationsnetzwerk teilabschnittsweise mit Bezug auf aufeinanderfolgende Teilabschnitte des ersten Widerstands nachgebildet it. Insbesondere ist vorgesehen, daß das Kompensationsn<.tzerk durch eine zwischen dem Spannungsteilerpunkt und einem festen, insbesondere Erd- bzw. Massepotential liegende den zweiten ohmschen Widerstand bildende Kette von Teilwiderständen sowie durch Kapazitäten gebildet ist, die zwischen Abgriffspunkten der Kette und dem festen Potential liegen, und daß die oder ein Teil der Teilwiderstände oder/ und Eapazitaten regelbar sind.In the case of a voltage divider of the aforementioned type, according to the invention provided that the impedance of the first ohmic resistor together with the metal body in one the second ohmic resistance and the adjustable links Compensation network containing partial sections with reference to successive Sections of the first resistor modeled on it. In particular, it is provided that the Kompensationsn <.tzerk by a between the voltage divider point and a fixed, in particular earth or ground potential, the second ohmic one Resistance-forming chain of partial resistances and capacities that lie between tapping points of the chain and the fixed potential, and that the or some of the partial resistances and / or capacitances can be regulated.

Die Erfindung sieht dabei weiter vor, daß der in der Nähe des ersten ohmschen Widerstands liegende Metallkörper mit dem Spannungsteilerpunkt leitend verbunden ist.The invention further provides that in the vicinity of the first ohmic resistance lying metal body with the voltage divider point conductive connected is.

Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Spannungsteilers besteht darin, daß der Metallkörper ein den ersten ohmschen Widerstand mit Abstand umschließendes erstes Gehäuse oder Teil eines solchen Gehäuses ist, und dies erste Gehäuse mit Abstand von einem zweiten, an festes, insbesondere Erd- oder Massepotential angeschlossenen Gehäuse umschlossen ist.An embodiment of the voltage divider according to the invention consists in that the metal body encloses the first ohmic resistor at a distance first housing or part of such a housing, and this first housing with Distance from a second, connected to a fixed, in particular earth or ground potential Housing is enclosed.

Weitere erfindungsgemäße Maßnahmen bestehen dabei darin, daß die Kapazität des zweiten Gehäuses gegen das erste in einem Nachbildungsglied des Kompensationsnetzwerks berücksichtigt ist, sowie daß die inneren Abstandsräume des ersten und vorzugsweise auch des zweiten Gehäuses mit einer hochspannungsfesten aushärtenden Masse vergossen sind.Further measures according to the invention consist in that the capacity of the second housing against the first in a replica member of the compensation network is taken into account, as well as that the inner spacing spaces of the first and preferably also the second housing with a high-voltage-resistant hardening Mass are shed.

Ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawings explained.

Figur 1 zeigt einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Spannungsteiler für hohe Spannungen, wobei der den ersten Widerstand enthaltende Teilerzweig detailliert ist.Figure 1 shows a voltage divider designed according to the invention for high voltages, the divider branch containing the first resistor detailing is.

Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild für den ersten Widerstand nebst dem ihn umgebenden Metallgehäuse, Figur 3 zeigt eine Ausführungsform und Figur 4 eine weitere Ausführungsform des Kompensationsnetzwerks, Figur 5 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen der räumlichen Anordnung der Einstellungsglieder des Kompensationsnetzwerks und ihrem Einflußbereich im Verlauf der geteilten Spannung über der Zeitachse.FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram for the first resistor the metal housing surrounding it, FIG. 3 shows an embodiment and FIG. 4 another embodiment of the compensation network, Figure 5 illustrates the Relationship between the spatial arrangement of the adjustment elements of the compensation network and its area of influence in the course of the divided voltage over the time axis.

Gemäß Fig.1 liegt zwischen einem Punkt A, an den eine variable hohe Spannung Uh anlegbar ist, und einem Spannungsteilerpunkt B, von dem eine zu Uh proportionale stark reduzierte Spannung abgenommen werden soll, ein ohmscher Widerstand R1 von z.B. 200 Megohm. Er wird mit Abstand umschlossen von einem zylindrischen Gehäuse G1, von dem mindestens der Zylindermantel, der gegebenenfalls gitterartig durchbrochen sein kann, aus Metall besteht. Das Gehäuse bzw. sein metallischer Teil ist leitend mit dem Spannungsteilerpunkt B verbunden. Das Gehäuse Gl ist mit Abstand von einem zylindrischen Metallgehause G2 umschlossen, das mit Masse verbunden ist. Der Anschluß nach A ist von beiden Gehäusen und der Anschluß nach B vom Gehäuse G2 isoliert. Die Abstandsräume zwischen' den Gehäusen Gl und G2 sowie zwischen dem Gehäuse G1 und dem Widerstand Rl sind mit einer hochspannungsfesten aushartenden Masse 5, z.B. aus Silikonkautschuk,durch Vergießen ausgefüllt. Zwischen Punkt B und Punkt M (Masse) liegt ein Kompensationsnetzwerk K, dessen Ausbildung weiter unten beschrieben wird. Das Teilerverhältnis zwischen den Spannungsteilerzweigen A - B und iMsei N : 1, beispielsweise 1000 : 1.According to Figure 1 lies between a point A, at which a variable high Voltage Uh can be applied, and a voltage divider point B, one of which is proportional to Uh strongly reduced voltage is to be removed, an ohmic resistor R1 of e.g. 200 megohms. It is enclosed at a distance by a cylindrical housing G1, of which at least the cylinder jacket, which is optionally perforated in a grid-like manner can be made of metal. The housing or its metallic part is conductively connected to the voltage divider point B. The housing Gl is at a distance enclosed by a cylindrical metal housing G2 which is connected to ground. The connection to A is from both housings and the connection to B is from the housing G2 isolated. The spaces between 'the housings Gl and G2 and between the Housing G1 and the resistor Rl are hardened with a high-voltage resistant Mass 5, e.g. made of silicone rubber, filled in by potting. Between point B and point M (ground) is a compensation network K, the training of which continues is described below. The division ratio between the voltage divider branches A - B and iMsei N: 1, e.g. 1000: 1.

Die Anordnung des Widerstands Ri mit dem an der Seite des Spannungsteilerpunkts an ihn angeschlossenen Gehäuse G1 bildet einen Zweipol zwischen den Punkten A und B, dessen Impedanz = frequenzabhängiger Widerstand, wenn man den Punkt B an Masse legt, gemessen werden kann und näherungsweise der der in Figur 2 dargestellten Ersatzschaltung entspricht.The arrangement of the resistor Ri with the one on the side of the voltage divider point Housing G1 connected to it forms a two-pole connection between points A and B, whose impedance = frequency-dependent resistance, if you connect point B to ground sets, can be measured and approximately that of the equivalent circuit shown in FIG is equivalent to.

Bei dieser ist der Widerstand Rl durch zwischen A und B in Serie liegende gleichgroße Teilabschnitte AR1 des Gesamtwiderstands ersetzt, der kapazitive Anteil jedes Abschnitts AR1 gegenüber dem Gehäuse ist jeweils durch eine Kapazität AC1 dargestellt.In this case, the resistor Rl is between A and B in series Equal sections AR1 of the total resistance replaced, the capacitive part each section AR1 opposite the housing is each represented by a capacitance AC1 shown.

Die Impedanzfunktion des Netzwerkes nach Figur 2 lautet 31(p) = #R1 .The impedance function of the network according to FIG. 2 is 31 (p) = # R1 .

wobei die Frequenzfunktion G(p) Glieder mit p.T= p.#R1.#C1 enthalt, deren Exponent von Null bis n ansteigt, wenn n die Anzahl der gewählten Teilungen in Figur 2 ist.where the frequency function contains G (p) terms with p.T = p. # R1. # C1, whose exponent increases from zero to n if n is the number of selected divisions in Figure 2 is.

Fügt man zwischen B und Masse nun ein gleich aufgebautes Netzwerk ein, dessen #R2 = (1/N).#R1 und dessen #C2 = N.#C1 ist, so folgt dessen Impedanz der Funktion g2(p) = #R2 . G(p).If you add an identically structured network between B and mass one whose # R2 = (1 / N). # R1 and whose # C2 = N. # C1, then its impedance follows the function g2 (p) = # R2. G (p).

Die Frequenzfunktion G(p) ist unverändert geblieben, daT und die Stufenzahl n beibehalten wurden.The frequency function G (p) has remained unchanged, daT and the number of stages n were retained.

Das Teilungsverhältnis zwischen A und B bezüglich Masse ist damit frequenzunabhängig geworden, da es sich als ergibt.The division ratio between A and B with respect to mass has thus become independent of frequency, since it turns out to be results.

Natürlich ist die Nachbildung der Impedanzfunktion der Anordnung 21,G1 in dem Netzwerk der Figur 2 nur eine naherungsweise entsprechend der Anzahl der gewählten Teilabschnitte, die zudem infolge mechanischer und anderer Ungenauigkeiten nicht völlig homogen sind.Of course, the simulation of the impedance function of the arrangement 21, G1 in the network of FIG. 2 only one approximately corresponding to the number of selected sections, which are also due to mechanical and other inaccuracies are not completely homogeneous.

Das Kompensationsnetzwerk K in Figur 1 ist nun in seiner Konfiguration dem Netzwerk der Figur 2 entsprechend aufge-AR2 AC2 baut, wobei seine Teilwiderstände/und Teilkapazitäten/sich zu denen der Anordnung R1,G1 entsprechend dem Spannungsteilverhltnis so verhalten, wie weiter oben für das zwischen B und Masse eingefügte Netzwerk angegeben, und wobei ferner mindestens ein Glied jeder Stufe oder der Mehrzahl der Stufen um den genannten Wert herum regelbar ist. Nach Figur 3 sind die Kapazitäten, nach Figur 4 sind die Teiliderstnde regelbar, es kann auch vorgesehen werden, daß sowohl die Widerstands- als auch die Kapazitätswerte regelbar sind.The compensation network K in FIG. 1 is now in its configuration AR2 AC2 builds according to the network of FIG. 2, its partial resistances / and Partial capacities / themselves to those of the arrangement R1, G1 according to the voltage division ratio behave as indicated above for the network inserted between B and mass, and further converting at least one member of each or the plurality of stages can be adjusted around the stated value. According to Figure 3 are the capacities, according to Figure 4 the partial resistances are adjustable, it can also be provided that both the Resistance and capacitance values can be regulated.

Die in Figur 4 unmittelbar zwischen B und M liegende Kapazität ist in ihrer Größe so gewählt, daß die Kapazität des Gehäuses G 2 gegen das Gehäuse Gl in ihr mit beriicksichtigt ist, ebenso wie gegebenenfalls die Kapazität eines abgeschirmten Kabels zwecks Verbi.ndung zwischen einem Oszillographen und der Teileranordnung.The capacitance lying directly between B and M in FIG chosen in size so that the capacity of the housing G 2 against the housing Gl is taken into account in it, as well as, if applicable, the capacity of a shielded cable for the purpose of connection between an oscilloscope and the splitter assembly.

In Figur 5 ist ein Kompensationsnetzwerk wie das nach Figur 4 nochmals teilweise dargestellt, darüber ist über einer Zeitachse t der gewünschte rechteckige Verlauf der Spannung Ug am Punkte B gegenüber Masse dargestellt, wenn Uh ebenfalls rechteckförmig verläuft. Wie durch die gestrichelten Linien sinnfällig verdeutlicht, besteht als Folge der abschnittsweisen Impedanznachbildung ein Zusammenhang zwischen der Abfolge der Einstellglieder des Kompensationsnetzwerks und ihrem Einflußbereich im Verlauf der geteilten Spannung über der Zeitachse, der die Durchführung erforderlicher Justierungen wesentlich erleichtert, wie sie beispielsweise erforderlich sind, um einen auf einem Oszillographen sichtbaren, in Figur 5 punktiert angedeuteten Spannungsverlauf in die Recbteckform zu korrigieren.In FIG. 5, a compensation network like that according to FIG. 4 is shown again partially shown, over a time axis t is the desired rectangular one The course of the voltage Ug at point B with respect to ground is shown if Uh is also shown runs rectangular. As indicated by the dashed lines, there is a connection between the sequence of the adjustment elements of the compensation network and their area of influence in the course of the divided voltage over the time axis, which the implementation required Adjustments made much easier, such as those required, for example one on an oscilloscope visible, dotted in Figure 5 to correct the indicated voltage curve in the rectangular shape.

Der zwischen den Punkten A und B liegende Zweig des beschriebenen Spannungsteilers kann als Abtastkopf für hohe Spannungen verwendet werden, welcher an dem geerdeten äußeren Gehäuse G2 angefaßt wird, aus dem eine Abtastspitze mit dem Ende A herausragt. Gegebenenfalls können der Zweig A-B und das Kompensationsnetzwerk innerhalb desselben Gehäuses G2 Platz finden. Bei anderen Verwendungen des Spannungsteilers, insbesondere wenn keine Störfelder zu befürchten sind, die die Spannung des Gehäuses G1 beeinflussen, kann das äußere Gehäuse G 2 gegebenenfalls auch weggelassen werden.The branch of the described that lies between points A and B. Voltage divider can be used as a high voltage scanning head, whichever is handled on the grounded outer housing G2, from which a scanning tip with the end A protrudes. If necessary, the branch A-B and the compensation network find space within the same housing G2. For other uses of the voltage divider, especially if no interference fields are to be feared that reduce the voltage of the housing G1, the outer housing G 2 can optionally also be omitted.

zeigen der erleichterten Kompensation kann in dem zwischen A und B liegenden Zweig des Spannungsteilers mit einem größeren ohmschen Widerstand und größerer Kapazität als bisher üblich gearbeitet werden, d.h. es kann einmal die Leistungsaufnahme, damit die Erwärmung und die Temperaturabhängigkeit vermindert werden, zum anderen können die kapazitäterzeugenden Abstände verkleinert werden im Interesse einer Verminderung des Raumbedarfs. Die Verwendung einer hochsnannungsfesten Vergußmasse kommt dem ebenfalls entgegen, außerdem ergibt sie eine stabile gegenseitige halterung der Teile R1, G1 und G2. Daneben erfordert sie, im Gegensetz zu einer Gasfüllung, keine Wartung.show the facilitated compensation can be in the one between A and B lying branch of the voltage divider with a larger ohmic resistance and larger capacity than usual, i.e. the Power consumption, so that the heating and the temperature dependency are reduced on the other hand, the capacitance-generating distances can be reduced in the interest of reducing the space required. The use of a high voltage resistant Potting compound also complies with this, in addition, it results in a stable mutual bracket for parts R1, G1 and G2. In addition, it requires, in opposition to one Gas filling, no maintenance.

Claims

Patent claims

$ Voltage divider with a first, along with one near it lying metal body an impedance with a capacitive component resulting in ohmic Resistance and a second, provided with adjustable compensation elements ohmic resistance, characterized in that the impedance of the first ohmic Resistance (R1) and metal body (G1) in a second ohmic resistor and the compensation network containing the adjustable elements (Fig.3, Fig.4) partially with reference to successive subsections (AR1) of the first Resistance is modeled.

2. Voltage divider according to claim 1, characterized in that the Compensation network (K) through one between the voltage divider point (B) and one fixed, in particular earth or ground potential (M) lying, the second ohmic Resistance-forming chain of partial resistances (AR2) as well as capacities (bs2) is formed, which lie between the tapping points of the chain and the fixed potential, and that the or some of the partial resistances and / or capacitances can be regulated.

3. Voltage divider according to claim 1, characterized in that the in the vicinity of the first ohmic resistor (R1) lying metal body (gel) with the voltage divider point (B) is conductively connected.

4. Voltage divider according to claim 3, characterized in that the Metal body enclosing the first ohmic resistor (R1) at a distance first housing (Gl) or part of such a housing, and this first housing at a distance from a second, fixed, in particular earth or ground potential connected housing (G2) is enclosed.

5. Voltage divider according to claim 2 and 4, characterized in, et, that the capacitance of the second housing (G2) against the first (G1) and possibly further additional capacities in a replica element of the compensation network (K) is or are taken into account.

6. Voltage divider according to claim 4, characterized in that the inner spacing spaces of the first and preferably also of the second housing with a high-voltage-resistant hardening Uasse (S) are cast.