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Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannungen Es sind seit einiger Zeit
Spanung:!meinrichtungen für Hochspannungen bekannt ("ETZ-A", 88 (1967) 13, Seiten
309 bis 312), die einen aus einem Ober- und einem Unterspennungskondensator bestehenden
kapazitiven Spannungsteiler enthalten, an dessen Unterspanilungskondensator ein
Meßverstärker angeschlossen ist. Derartige Spannungsmeßeinrichtungen, denen zur
Messung von Hochspannungen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen häufig der
Vorzug vor induktiven Spannungswandlern gegeben wird, geben am Ausgang des Meßverstärkers
bzw. an einer an den Ausgang dieses Verstärkers angeschlossenen Bürde eine Spannung
ab, die der Hochspannung proportional ist.
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Da die an einer dem Meßverstärker nachgeordneten Bürde be; Spannungsmeßeinrichtungen
mit kapazitiven Sparinungsteilern abfallende Spannung relativ klein ist. auf jeden
Fall nicht die Höhe der Sekundärspannung von induktiven Spannungswandlern erreicht,
bietet es sich für den Fall an, daß mit einer Spannungsmeßeinrichtung mit kapazitivem
Teiler und nachgeordnetem Neßverstärker die übliche Sekundärspannung von beispielsweise
100 Volt erreicht werden soll, an den Ausgang des Meßverstärkers die Primärwicklung
eines induktiven Spannungswandlers
anzuschließen, dessen Sekundärwicklung
mit der Bürde belastet ist. Durch den induktiven Spannungswandler wird die Ausgangsspannung
des Meßverstärkers auf den für Sekundärspannungen üblichen Wert herauftransformiert.
Nachteilig ist eine solche Anordnung insofern, als durch die Verwendung eines zusätzlichen
induktiven Spannungswandlers der Ubertragungs fehler der gesamten Spannungsmeße
inr i.chtung vergrößert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsmeßeinrichtung
für Hochspannungen mit kapazitivem Spannungsteiler, Meßverstärker und nachgeordnetem
'nhtlktiVenSpannungswandler vorzuschlagen, bei der ein zusätzlicher Ubertragungsfehler
durch Verwendung des induktiven Spannungswandlers vermieden ist. Außerdem soll der
Spannungsabfall am Ausgangswiderstand des Meßverstärkers infolge des laststromes
kompenw siert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Spannungsmeßeinrichtung
für Hochspannungen mit einem an der Hochspannung liegenden kapazitiven Spannungsteiler
aus Ober- und Unterspannungskondensator und mit einem an den Unterspannungskondensator
angeschlossenen Meßverstärker aus, der ausgangsseitig mit der Primärwicklung eines
induktiven Spannungswandlers mit einer mit einer Bürde belasteten Sekundärwicklung
verbunden ist. Erfindungsgemäß ist bei einer solchen Spannung meßeinrichtung für
Hochspannungen der Meßverstärker als Summierverstärker ausgebildet und ein weiterer
Verstärker vorhanden, der eingangsseitig mit einer Einrichtung zur Gewinnung einer
vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung und ausgangsseitig mit dem Eingang
des Neßverstärkersverbunden ist, so daß infolge Erhöhung der Spannung am Eingang
des Meßverstärkers eine Kompensation des bürdenabhängigenGbertragungsfehlers des
induktiven Spannungswandlers eintritt.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung wird also durch
den weiteren Verstärker jeweils eine solche zusätzliche Spannung dem Eingang des
Meßverstärkers zugeführt, daß eine derartige Erhöhung der Spannung am Ausgang dieses
Meß'verstärkers eintritt, daß der Ubertragungsfehlerim induktiven Spannungswandler
aus Gründen der Potentialtrennung zwischen Verstärker- und Bürdenkreis kompensiert
wird. Dabei ist durch Verarbeitung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung
mittels des weiteren Verstärkers sichergestellt, daß auch bei unterschiedlicher
Belastung des induktiven Spannungswandlers bzw. durch unterschiedlich große Ströme
durch die im SekundärTeis des induktiven Spanrswagswandlers angeordnete Bürde kein
zusätzlicher Ubertragungsfehler durch den induktiven Spannungswandler eintritt,
weil mit einer Veränderung des Stromes durch die Bürde auch die dem weiteren Verstärker
zugeführte Spannung entsprechend ansteigt, was wiederum zu einer Erhöhung der Spannung
am Ausgang des Meßverstärkers führt. Durch entsprechende Auslegung der Einrichtung
zur Gewinnung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung läßt sich ohne
nennenswerte Schwierigkeit bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre eine vollständige
Yompensation des Ubertragungsfehler-s des induktiven Spannungswandlers erreichen,
was insgesamt zu einer Spalmungsmeßeirsrichtung mit kleinem Übertragungsfehler führt.
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Die Einrichtung zur Gewinnung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen
Spannung kann unterschiedlich ausgebildet und schaltungstechnisch angeordnet sein.
So wird es aus Gründen der Potentialtrennung zwischen Verstärker- und Bürdenkreis
als vorteilhaft angesehen, wenn die Einrichtung zur Erzeugung einer vom Strom durch
die Bürde abhängigen Spannung im Ausgangsstromkreis des Meßverstärkers in Reihe
mit der Primärwicklung des induktiven Spannungswandlers angeordnet und an diese
Einrichtung der weitere Verstärker angeschlossen ist; der Ausgang des weiteren Verstärkers
ist mit dem Eingang des Neßvers tärkers verbunden.
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Die Einrichtung zur Erzeugung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen
Spannung kann bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeirrichtungvorteilhafterweise
ein Meßwiderstand sein, an den der weitere Verstärker mit hochohmigem Eingang angeschlossen
ist.
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Als vorteilhaft wird es ferner zur Erzielung einer besonders guten
Kompensation angesehen, wenn bei einer anderen AusfElrungsform der erfindungsgemäßen
Spannungsmeßeinrichtung die Einrichtung zur Gewinnung einer vom Strom durch die
Bürde abhängigen Spannung aus einem parallel zur Sekundärwicklung des induktiven
Spannungswandlers angeordneten Spannungsteiler besteht, dessen Abgriff mit einem
Eingang des als Differenzverstärker ausgebildeten weiteren Verstärkers verbunden
ist, und wenn parallel zum Eingang des Meßverstärkers ein weiterer Spannungsteiler
angeordnet ist, dessen Abgriff mit einem weiteren Eingang des Differenzverstärkersverbunden
ist; der Ausgang des 1)jfferenzverstärkers ist an den Eingang des Meßverstärkers
angeschlossen.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Ausführungsbeispiel.der
erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung mit einem Meßwiderstand als Einrichtung
zur Erzeugung einer vom Strom durch dieAurde abhängigen Spannung dargestellt und
in Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Spannungsteilern
und Differenzverstärker als weiterem Verstärker gezeigt.
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Die Spannungsmeßeinrichtung nach Figur 1 enthält einen kapazitiven
Spannungsteiler 1, der aus einem Oberspannungskondensator 2 und einem Unterspannungskondensator
3 besteht. Der kapazitive Spannungsteiler 1 ist mit eeinem einen Ende 4 an die zu
messende Hochspannungangeschlossen und mit seinem anderen Ende 5 geerdet. An einem
Verbindungspunkt 6 zwischen Oberspannungskondensator 2 und Unterspannungskondensator
3 ist der Eingang 7 eines als Summierverstärkerausgebildeten
Meßverstärkers
8 angeschlossen. Der Ausgang 9 des Meßverstärkers 8 ist an eine Primärwicklung 10
eines induktiven Spannungswandlers 11 angeschlossen. Das nicht mit dem Meßverstärker
8 verbundene Wicklungsende 12 der Primärwicklung 10 des induktiven Spannungswandlers
11 ist über einen die Einrichtung zur Gewinnung einer vom Strom durch die Bürde
abhängigen Spannung bildenden Meßwiderstand 13 an Masse gelegt. Das Wicklungsende
12 der Frimärwicklung 10 ist an einen Eingang 14 eines weiteren Verstärkers 45 angeschlossen,
dessen Ausgang 16 mit dem Eingang 7 des Meßverstärkers 8 verbunden ist. An eine
Sekundärwicklung 17 des induktiven Spannungswandlers 11 ist eine übliche Bürde 18
angeschlossen.
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Die in Figur 1 dargestellte Spannungsmeßeinrichtung arbeitet zur gompenation
des UMertragungsfehlers des induktiven Spannungswandlers 11 in der Weise, daß an
dem Meßwiderstand 13 eine Meßspannung UM abgenommen wird, die vom Strom J, durch
die Bürde 18 abhängig ist. Die Spannung UM wird in dem weiteren Verstärker 15 mit
hochohmigem Eingang verstärkt und auf einen Summiereingang 7 des Meßverstärkers
8 geführt. Am Ausgang des Meßverstärkers 8 steht demzufolge eine kompensierte Spannung,
die gegenüber der Spannung an einer nichtkompensierten Anordnung um den Spannungsabfall
infolge des Laststromes angehoben ist. An der Sekundärwicklung 17 entsteht demzufolge
unabhängig vom åeweiligen Laststrom JL Jeweils eine derartige Spannung, wie sie
sich anhand des Nennübersetzungsverhältnisses von Meßverstärker und induktiven Spannungswandler
ergeben muß. Der Fehler des induktiven Spannungswandlers 11 ist damit vollkommen
kompensiert.
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Die Spannungsmeßeinrichtung nach Figur 2 weist eingangsseitig ebenfalls
einen kapazitiven Spannungsteiler 20 auf, der aus einem Oberspannungskondensator
21 und einem Unterspannungskondensator 22 besteht und in einer im Zusammenhang mit
der Beschreibung der Figur 1 bereits dargelegten Weise an eine zu messende Hochspannung
angeschlossen ist. An den Unterspannungskondensator
22 ist wiederum
ein Meßverstärker 23 angeschlossen, dessen Ausgang 24 über eine Primärwicklung 25
eines induktiven Spannungswandlers 26 mit Masse verbunden ist.
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An eine Sekundärwicklung 27 des induktiven Spannungswandlers 26 ist
eine übliche Bürde 28 angeschlossen, die'von einem Laststrom JX durchflossen ist.
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Parallel zur Sekundärwicklung 27 des induktiven Spannungswa.ndlers
26 ist ein Spannungsteiler 29 angeordnet, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus ohmschen Widerständen 30 und 31 gebildet ist. Der Abgriff 32 des Spannungsteilers
29 ist mit einem Eingang 33 eines als Differenzverstärker ausgebildeten weiteren
Verstärkers 34 verbunden. Ein weiterer Eingang 35 des Differenzverstäkers 34 ist
an einen Abgriff 36 eines weiteren Spannungsteilers 37 angeschlossen, der parallel
zum Eingang des Meßverstärkers 23 angeordnet ist; der weitere Spannungsteiler 37
enthält Widerstände 38 und 39. Der Ausgang 40 des Differenzverstärkers 34 ist mit
dem Eingang 41 des Meßverstärkers 26 verbunden.
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Bei der Spannungsmeßeinrichtung nach Figur 2 wird eine Kompensation
des Spannungsabfalls am Ausgangswiderstand des Meßverstärkers 23 und des Übertragungsfehlers
des induktiven Spannungswandlers 26 dadurch erreicht, daß über die Spannungsteiler
29 und 37 den Eingängen 53 und S5 des Differenzverstärkers 34 Spannungen zugeführt
werden, die ein Maß für die Ausgangsspannung UA an der Sekundärwicklung 27 des induktiven
Spannungswandlers 26 und der Eingangsspannung UE am Unterspannungskondensator 22
darstellen. Lm Differenzverstärker 34 werden demzufolge den Spannungen UA und UE
entsprechende Spannungenmiteinander verglichen; da der Differenzverstärker 34 so
eingestellt ist, daß seine Ausgangsspannung Null wird, wenn die beiden Spannungen
UA und UE im Nennübersetzungsverhältnis des Meßverstärkers und des induktiven Spannungswandlers
26 zueinander stehen, ist bei
der Spannungsmeßeinrichtung in Figur
2 der Übertragungsfehler des induktiven Spannungswandlers 26 vollkommen kompensiert.
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Mit der Erfindung wird eine Spannungsmeßeinrichtung vorgeschlagen,
bei der trotz Verwendung eines aus wirtschaftlichen Gründen vorteilhaften kapazitiven
Spannungsteilers mit nachgeordnetem Meßverstärker und zusätzlichem induktivem Spannungswandler
zur Herauftransformierung der Sekundärspannung auf übliche Werte ein geringer Übertragungsfehler
dadurch erreicht wird, daß der Übertragungsfehler des zusätzlichen induktiven Spannungswndlers
und des Spannungsabfalls am Ausgaxigswiderstand des Meßverstärkers vollständig kompensiert
wird.
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2 Figuren 4 Patentansprüche