DE2245789A1

DE2245789A1 - VOLTAGE MEASURING DEVICE FOR HIGH VOLTAGES

Info

Publication number: DE2245789A1
Application number: DE19722245789
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing Freygang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-15
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1974-03-21
Also published as: JPS6142133Y2; CH556541A; JPS56167260U; JPS4966381A

Description

Spannungsmeßeinrichtung für hohe Spannungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsmeßeinrichtung für hohe Spannungen mit einem einen Ober- und einen Unterspannungskondensator enthaltenden kapazitiven Spannungsteiler, an dossen Unterspannungskondensator ein Verstärker mit nachgeordneter Bürde angeschlossen ist.Voltage measuring device for high voltages The invention relates on a voltage measuring device for high voltages with an upper and a capacitive voltage divider including an undervoltage capacitor dossen an amplifier with a downstream load connected to the undervoltage capacitor is.

Bei einer bekannten Spannungsmeßeinrichtung dieser Art ("ETZ-A", 1967, Heft 13, Seiten 309 bis 312) ist der Meßverstärker als transistorierter Verstärker ausgeführt und speziell für die Spannungsmeßeinrichtung konzipiert und ausgelegt.In a known voltage measuring device of this type ("ETZ-A", 1967, Issue 13, pages 309 to 312) is the measuring amplifier as a transistorized amplifier executed and specially designed and designed for the voltage measuring device.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Spannungsmeßeinrichtung für hohe Spannungen mit einem kapazitiven Spannungsteiler zu schaffen, die sich mit verhältnismäßig geringem Schaltungsaufwand herstellen läßt und daher insgesamt kostengünstig herstellbar ist.The invention is based on the object of a voltage measuring device for high voltages using a capacitive voltage divider to create that is Can be produced with relatively little circuitry and therefore overall Can be produced inexpensively.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist bei einer Spannungsmeßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art der Verstärker ein Operationsverstärker und dem Unterspannungskondensator ist ein Endladewiderstand parallelgeschaltet; zwischon der Parallelschaltung von Unterspannungskondensator und Entladewiderstand und dem IIochspannungsanschluß des kapazitiven Spannungsteilers ist in Serie mit dem Oberspannungskondensator ein Kompensationswiderstand angeordnet.To solve this problem is with a voltage measuring device the type of amplifier described above, an operational amplifier and the undervoltage capacitor is a discharge resistor connected in parallel; between the parallel connection of the undervoltage capacitor and discharge resistor and the high voltage connection of the capacitive voltage divider a compensation resistor is arranged in series with the high-voltage capacitor.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung ist vor allem darin zu sehen, daß ein handelsüblicher Operationsverstärker Verwendung finden kann, weil sich eine Temperaturdrift aufgrund der getroffenen Schaltungsmaßnahmen (Anordnen von Entlade- und Kompensationswiderstand) nicht auf das Meßergebnis auswirken kann.The advantage of the voltage measuring device according to the invention is before mainly to be seen in the fact that a commercially available operational amplifier is used can, because there is a temperature drift due to the circuit measures taken (Arrangement of discharge and compensation resistor) do not affect the measurement result can.

Es ist aus dem Buch von Vahldiek "Operationsverstärker", 1970, Seiten 43 bis 45, bekannt, daß bei einer Kapazität am Eingang eines nichtinvertierenden Operationsverstärkers auch bei fehlender Eingangsspannung eine Ausgangsspannung erscheint, die sich durch folgende Gleichung beschreiben läßt: In dieser Gleichung beschreibt Eo die Spannung am Ausgang des nichtinvertierenden Operationsverstärkers, der Ausdruck Jf2 die Stromdrift, der Ausdruck C1 die Kapazität am Eingang des nichtinvertierenden Operationsverstarkers und die Ausdrücke R0 und R1 die üblichen Bezeichnungen für die Rückführung. Aus der genannten Literaturstelle läßt sich daher entnehmen, daß die Verwendung eines Operationsverstärkers im Zusammenhang mit einem kapazitiven Teiler ohne weitere Vorkehrungen zur genauen Spannungsmessung nicht geeignet ist.It is known from Vahldiek's book "Operational Amplifier", 1970, pages 43 to 45, that with a capacitance at the input of a non-inverting operational amplifier, an output voltage appears which can be described by the following equation: In this equation, Eo describes the voltage at the output of the non-inverting operational amplifier, the expression Jf2 the current drift, the expression C1 the capacitance at the input of the non-inverting operational amplifier and the expressions R0 and R1 the usual terms for the feedback. It can therefore be seen from the cited reference that the use of an operational amplifier in connection with a capacitive divider is not suitable for precise voltage measurement without further precautions.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht nun darin, daß zur Entladung des am Eingang eines Operationsverstärkers liegenden Kondensators, im Falle eines kapazitiven Spannungsteilers des Unterspannungskondensators, dem Unterspannungskondensator ein Entladewiderstand parallelgeschaltet wird, so daß eine Kondensatoraufladung vermieden wird. Diese Schaltungsmaßnahme allein ist zur Gewinnung einer Spannungsmeßeinrichtung mit Eigenschaften, die mit denen herkömmlicher induktiver oder kapazitiver Spannungswandler vergleichbar sind, nicht geeignet, da der Entladewiderstand eine Phasendrehung der Spannung am Eingang des Operationsverstärkers gegenüber der Meßspannung hervorruft; dadurch würde ein Phasenfehler entstehen.The idea underlying the invention is that for discharging the capacitor at the input of an operational amplifier, in the case of a capacitive voltage divider of the undervoltage capacitor, the Undervoltage capacitor a discharge resistor is connected in parallel so that capacitor charging is avoided. This switching measure alone is for Obtaining a tension measuring device with properties similar to those of conventional ones inductive or capacitive voltage converters are comparable, not suitable, because the discharge resistor changes the phase of the voltage at the input of the operational amplifier with respect to the measuring voltage causes; this would result in a phase error.

Diese im Rahmen der Erfindung gewonnene Erkenntnis führte zu dem weiteren Vorschlag, zwischen der Parallelschaltung von Unterspannungskondensator und Entladewiderstand und dem Hochspannungsanschluß des kapazitiven Spannungsteilers in Reihe mit dem Oberspannungskondensator einen Kompensationswiderstand vorzusehen, um den durch den Entladewiderstand hervorgerufenen Phasenfehler zu kompensieren.This knowledge gained within the scope of the invention led to the further Suggestion between the parallel connection of the undervoltage capacitor and the discharge resistor and the high voltage terminal of the capacitive voltage divider in series with the Provide high-voltage capacitor a compensation resistor to the through to compensate phase errors caused by the discharge resistance.

Die Erfindung besteht also darin, daß die Verwendung eines Operationsverstärkers in Zusammenhang mit einem kapazitiven Teiler zur genauen Spannungsmessung dadurch ermöglicht wird, daß zu dem Unterspannungskondensator ein Entladewiderstand parallel und mit dem Oberspannungskondensator ein Kompensationswiderstand in Reihe geschaltet wird, um eine Meßgröße zu gewinnen, die - wie bei klassischen Spannungswandlern - der zu messenden Hochspannung proportional ist.The invention therefore consists in the use of an operational amplifier in connection with a capacitive divider for precise voltage measurement thereby it is made possible that a discharge resistor in parallel with the undervoltage capacitor and a compensation resistor connected in series with the high-voltage capacitor is to gain a measured variable that - as with classic voltage converters - is proportional to the high voltage to be measured.

Während der Entladewiderstand in der Regel von einem ohmschen Widerstand als selbständigem Bauelement gebildet sein wird, kann der Kompensationswiderstand der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung unterschiedlich dargestellt werden. Handelt es sich beispielsweise bei dem Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers um einen Gießharzkondensator, dann kann dessen Isolationswiderstand vorteilhafterweise als Kompensationswiderstand angesehen werden. Ist der Oberspannungskondensator hingegen beispielsweise von einem Preßgaskondensator gebildet, dann ist der Kompensationswiderstand zweckmäßigerweise von einem ohmschen Widerstand als zusätzliches Bauelement zu bilden. Bei Verwendung von Schutzringkondensatoren zum Aufbau des kapazitiven Spannungsteilers ist dafür Sorge zu tragen, daß die Spannungsdifferenz zwischen Meß und Schutzbelag, verursacht durch den Kompensationswiderstand, der in Reihe mit dem Meßbelag liegt, nicht unzulässig hohe Werte annimmt.While the discharge resistance is usually from an ohmic resistance will be formed as an independent component, the compensation resistor of the invention Voltage measuring device shown differently will. For example, if it is the high-voltage capacitor of the capacitive one Voltage divider around a cast resin capacitor, then its insulation resistance can advantageously be viewed as a compensation resistor. Is the high voltage capacitor on the other hand, it is formed, for example, by a compressed gas capacitor, then the compensation resistor expediently to be formed by an ohmic resistor as an additional component. When using guard ring capacitors to build up the capacitive voltage divider care must be taken that the voltage difference between the measuring and protective covering, caused by the compensation resistance, which is in series with the measuring layer, does not assume impermissibly high values.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung dargestellt.An exemplary embodiment is shown in the figure to explain the invention a voltage measuring device according to the invention shown.

Die dargestellte Spannungsmeßeinrichtung enthält einen Oberspannungskondensator CH und einen Unterspannungskondensator CN, der mit dem Oberspannungskondensator CH einen kapazitiven Spannungsteiler T bildet, der mit seinem Hochspannungsanschluß AH an eine zu messende Hochspannung UH angeschlossen und mit seinem anderen Anschluß geerdet ist.The voltage measuring device shown contains a high voltage capacitor CH and a low voltage capacitor CN, which is connected to the high voltage capacitor CH forms a capacitive voltage divider T, which with its high-voltage connection AH is connected to a high voltage UH to be measured and to its other terminal is grounded.

Dem Unterspannungskondensator CN ist ein Entladewiderstand RE parallelgeschaltet; mit dem Oberspannungskondensator CH liegt ein Kompensationswiderstand RK in Serie.A discharge resistor RE is connected in parallel with the undervoltage capacitor CN; a compensation resistor RK is connected in series with the high-voltage capacitor CH.

An die Parallelschaltung von Unterspannungskondensator CN und Entladewiderstand RE ist ein Operationsverstärker OV angeschlossen, der in bekannter Weise eine aus Widerständen R0 und R1 bestehende Rückführung aufweist. An Ausgangsklemmen K1 und K2 wird von dem Operationsverstärker OV eine Spannung U2 abgegeben, die der zu messenden Spannung UH bzw. einer Spannung U1 am Unterspannungskondensator CN proportional ist.To the parallel connection of the undervoltage capacitor CN and the discharge resistor RE is connected to an operational amplifier OV which, in a known manner, consists of a Resistors R0 and R1 has existing feedback. At output terminals K1 and K2, a voltage U2 is output from the operational amplifier OV, which the voltage to be measured UH or a voltage U1 on the undervoltage capacitor CN is proportional.

Bei der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung ist durch den Entladewiderstand RE der Einfluß der Stromdrift i des Operationsvcrstärkers OV unterdrückt, da durch diesen Entladewiderstand eine Aufladung des Unterspannungskondensators CN durch die Stromdrift i des Operationsverstärkers OV verhindert wird. Die Ausgangsspannung U2 ist daher nicht nennenswert von der Stromdrift des Operationsverstärkers OV beeinflußt und stellt demzufolge ein getreues Abbild der. zu messenden Spannung UH dar, weil durch den in Serie mit dem Oberspannungskondensater CH liegenden Kompensationswiderstand RK ein durch den Entladewiderstand RE hervorgerufener Phasenfehler kompensiert wird. Im Operationsverstärker OV auftretende Phasenfehler können auch mit dem Kompensationswiderstand RK kompensiert werden.In the voltage measuring device according to the invention, the discharge resistance RE suppresses the influence of the current drift i of the operational amplifier OV because this discharge resistor charges the undervoltage capacitor CN the current drift i of the operational amplifier OV is prevented. The output voltage U2 is therefore not significantly influenced by the current drift of the operational amplifier OV and therefore represents a true reflection of the. to be measured voltage UH because through the compensation resistor in series with the high-voltage condenser CH RK a phase error caused by the discharge resistor RE is compensated. Phase errors occurring in the operational amplifier OV can also be caused by the compensation resistor RK are compensated.

Mit der Erfindung wird eine Spannungsmeßeinrichtung für hohe Spannungen vorgeschlagen, bei der durch das Vorsehen zweier zusätzlicher Widerstände, von denen einer durch den Isolationswiderstand des Oberspannungskondensators bei entsprechender Ausführung dieses Kondensators -gebildet sein kann, die Verwendung eines kostengünstigen Operationsverstärkers ermöglicht ist, ohne daß sich eine Temperaturdrift oder ein Phasenfehler nachteilig bemerkbar macht.The invention provides a voltage measuring device for high voltages proposed by the provision of two additional resistors, of which one by the insulation resistance of the high-voltage capacitor with the corresponding Execution of this capacitor can be formed, the use of an inexpensive Operational amplifier is made possible without a temperature drift or a Makes phase errors disadvantageously noticeable.

1 Figur 2 Patentansprüche1 Figure 2 claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Voltage measuring device for high Voltages with a high and low voltage capacitor containing capacitive voltage divider with an amplifier connected to its undervoltage capacitor is connected with a downstream burdens, characterized in that the amplifier an operational amplifier is that the undervoltage capacitor has a discharge resistor is connected in parallel and that between the parallel connection of the undervoltage capacitor and discharge resistor and the high voltage terminal of the capacitive voltage divider a compensation resistor arranged in series with the high-voltage capacitor is.

2. Voltage measuring device according to claim 1, characterized in that that with a high-voltage capacitor formed by a cast resin capacitor the compensation resistance of the insulation resistance of the cast resin capacitor is formed.