DE2508061C3

DE2508061C3 - Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannungen

Info

Publication number: DE2508061C3
Application number: DE19752508061
Authority: DE
Inventors: Gabor Dipl.-Ing. Wien Kovacs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1985-03-21
Also published as: DE2508061B2; IT1055372B; JPS51108870A; DE2508061A1

Description

Es sind seit einiger Zeit Spannungsmeßeinrichtungen für Hochspannungen bekannt (»ETZ-A«, 88 (1967) 13, Seiten 309 bis 312), die einen aus einem Ober- und einem Unterspannungskondensator bestehenden kapazitiven Spannungsteiler enthalten, an dessen Unterspannungskondensator ein Meßverstärker angeschlossen ist. Derartige Spannungsmeßeinrichtungen, denen zur Messung von Hochspannungen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen häufig der Vorzug vo:r 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

Da die an einer dem Meßverstärker nachgeordneten Bürde bei Spannungsmeßeinrichtungen mit kapazitiven Spannungsteilern abfallende Spannung relativ kiein ist, auf jeden Fall nicht die Höhe der Sekundärspannung

ίο von induktiven Spannungswandlern erreicht, bietet es sich für den Fall an, daß mit einer Spannungsmeßeinrichtung mit kapazitivem Teiler und nachgeordnetem Meßverstärker die übliche Sekundärspannung von Toeispielsweise 100 Volt erreicht werden soll, an den

ΐ·> 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 heraufiransformicrt. Nachteilig ist eine solche Anordnung insofern, als durch die Verwendung eines zusätzlichen induktiven Spannungswandlers der Übertragungsfehler der gesamten Spannungsmeßeinrichtung vergrößert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannungen mit kapazitivem Spannungsteiler, Meßverstärker und nachgeordnetem induktiven Spannungswandler vorzuschlagen, bei der ein zusätzlicher Übertragungsfehler durch

jo Verwendung des induktiven Spannungswandler vermieden ist Außerdem soll der Spannungsabfall am Ausgangswiderstand des Meßverstärkers infolge des Laststromes kompensiert werden.
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 Untt:rpannungskondensator 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 Spannungsmeßeinrichtung 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 Meßverstärkers verbunden ist, so daß

in infolge Erhöhung der Spannung am Eingang des Meßverstärkers eine Kompensation des bürdenabhängigen Übertragungsfehlers des induktiven Spannungswandlers eintritt.

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 Meßverstärkers eintritt, daß der Übertragungsfehler im 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 unterschiedliche große Ströme durch die im Sekundärkreis des induktiven Spannungswandlers angeordnete Bürde kein zusätzlicher Übertra-

gungsfehler 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 Meßverstärken; führt Durch entsprechende Auslegung der Einrichtung z; :r Gewinnung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung läßt sich ohne nennenswerte Schwierigkeit bei Anwendung der erfindungsgeniäßen Lehre eine vollständige Kompensation des Übertragungsfehlers des induktiven Spannungswandlers erreichen, was insgesamt zu einer Spannungsmeßeinrichtung mit kleinem Übertragungsfehler führt.

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 uic Einncntung zur Erzeugung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung im Ausgangsstromkreis des Meßverstärkers in Reihe mit der Primärwicklung des induktiven Spannungswandler angeordnet und an diese Einrichtung der weitere Verstärker angeschlossen ist; der Ausgang des weiteren Verstärkers ist mit dem Eingang des Meß Verstärkers verbunden.

Die Einrichtung zur Erzeugung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung kann bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung vorteilhafterweise ein Meßwiderstand sein, an den der weitere Verstärker mit hochohmigem Eingang angeschlossen ist.

Als vorteilhaft wird es ferner zur Erzielung einer besonders guten Kompensation angesehen, wenn bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannungümeßeinrichtung die Einrichtung zur Gewinnung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spwinung aus einem parallel zur Sekundärwicklung des induktiven Spannungswandlers angeordneten Spannungsteiler besteht, dessen Abgriff nvt 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 Differenzverstärkers verbunden ist; der Ausgang des Differenzverstärkers ist an dsn Eingang des Meßverstärkers angeschlossen.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannungsmeßeinrichtung mit einem Meßwiderstand als Einrichtung zur Erzeugung einer vom Strom durch die Bürde abhängigen Spannung dargestellt und in Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Spannungsteilern und Differenzverstärker als weiterem Verstärker gezeigt.

Die Spannungsmeßeinrichtung nach Fig. 1 enthält einen kapazitiven Spannungsteiler 1, der aus einem Oberspannungskondensator 2 und einem Unterspannungskondensator 3 besteht. Der kapazitive Spannungsteiler 1 ist mit seinem einen Ende 4 an die zu messende Hochspannung angeschlossen und mit seinem anderen Ende 5 geerdet. An einem Verbindungspunkt 6 zwischen überspannungskondensator 2 und Unterspannungskondensator 3 ist der Eingang 7 eines als Summierverstärker ausgebildeten 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 Spannungswandler Ii 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 Primärwicklung 10 ist an einen Eingang 14 eines weiteren Verstärkers 15 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.

Die in F i g. 1 dargestellte Spannungsmeßeinrichtung arbeitet zur Kompensation des Übertragungsfehlers des induktiven Spannungswandlers 11 in der Weise, daß an dem Meßwiderstand 13 eine MeOspannung Um abgenommen wird, die vom Strom Jl durch die Bürde 18 abhängig ist Die Spannung Um wird in dem weiteren Verstärker 15 mit hochohmigem Eingpr_;:; verstärkt und

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nut einen oumiiiici eingang / uca mCh/yr>i dial M^i 3 ν 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 jeweiligen Laststrom Jl jeweils eine derartige Spannung, wie sie sich anhand des Nennübersetzungsverbältnisses von Meßverstärker und induktiven Spannungswandler ergeben muß. Der Fehler des induktiven Spannungswandler 11 ist damit vollkommen kompensiert

Die Spannungsmeßeinrichtung nach Fig.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 Fig.! bereits dargelegten Weise an eine zu messende Hochspannung angeschlossen ist. An den Unterspannungskondensator 22 ist wiederum ein Meßv.rstärker 23 angeschlossen, dessen Ausgang 24 über eine Primärwicklung 25 eines induktiven Spannungswandler 26 mit Masse verbunden ist. An eine Sekundärwicklung 27 des induktiven Spannungswandler 26 ist eine übliche Bürde 28 angeschlossen, die von einem Laststrom Jldurchflossen ist.

■15 Parallel zur Sekundärwicklung 27 des induktiven Spannungswandler 26 ist ein Spannungsteiler 29 angeordnet, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus ohmschen Widerständen 30 und 31 gebildet ist. Der Abgriff 32 des Spannungsteiler 29 ist mit einem

so Eingang 33 eines als Differenzverstärker ausgebildeten weiteren Verstärkers 34 verbunden. Ein weiterer Eingang 35 des Differenzverstärker 34 ist an einen Abgriff 36 des weitere .* 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 Differenzverstärker 34 ist mit dem Eingang 41 des Meßverstärkei s 26 verbunden.

Bei der Spannungsmeßeinrichtung nach F i g. 2 wird eine Kompensation des Spannungsabfalls am Ausgangswiderstand des Meßverstärkers 23 und des Übertragungsfehlers des induktiven Spannungswandler 26 dadurch erreicht, daß ucer die Spannungsteiler 29 und 37 den Eingängen 33 und 35 des Differenzverstärker 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 dar-

stellen. Im Differenzverstärker 34 werden demzufolge den Spannungen i/^und Ueentsprechende Spannungen miteinander verglichen; da der Differenzverstärker 34 so eingestellt ist, daß seine Ausgangsspannungs 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 F i g. 2 der Übertragungsfehler des induktiven Spannungswandler 26 vollkommen kompensiert.

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 Spannungswandlers und des Spannungsabfalls am Ausgangswiderstand des Meßverstärkers vollständig kompensiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannungen mit einem an der Hochspannung liegenden kapazitiven Spannungsteiler aus Ober- und Unterspannungskondensator und mit einem an den Unterspannungskondensator angeschlossenen Meßverstärker, der ausgangsseitig mit der Primärwicklung eines induktiven Spannungswandlers mit einer mit einer Bürde belasteten Sekundärwicklung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßverstärker (8) als Summierverstärker ausgebildet ist, daß ein weiterer Verstärker (15) vorhanden ist, der eingangsseitig mit einer Einrichtung (13) zur Gewinnung einer vom Strom (Jl) durch die Bürde (18) abhängigen Spannung (Um) und ausgangsseitig mit dem Eingang (7) des Meßverstärkers (8) verbunden ist, so daß infolge Erhöhung der Spannungen! Eingang (7) des Meßverstärkers (8) eine Kompensation des bürdenabiiängigen Übertragungsfehlers des induktiven Spannungswandlers (11) eintritt (F i g. 1).

2. Spannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zur Erzeugung einer vom Strori (Jl) durch die Bürde (18) abhängigen Spannung (Um) im Ausgangsstromkreis des Meßverstärkers (8) in Reihe mit der Primärwicklung (10) des induktiven Spannungswandlers (11) angeordnet ist, daß an diese Einrichtung (13) dei weitere Verstärker (15) angeschlossen ist und daß der Ausgang- (16) des weiteren Verstärkers (15) mit dem Eingang (7) des Meßverstärkers (8) verbunden ist (F i g.' >.

3. Spannungsrneßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer vom Strom (Jl) durch die Bürde (18) abhängigen Spannung (Um) ein Meßwiderstand (i3) ist und daß der weitere Verstärker (15) einen hochohmigen Eingang aufweist (F i g. 1).

4. Spannungsrneßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zu: Gewinnung einer vom Strom (J_L) durch die Bürde (28) abhängigen Spannung aus einem parallel zur Sekundärwicklung (27) des induktiven Spannungswandlers (26) angeordneten Spannungsteiler (29) besteht, dessen Abgriff (32) mit einem Eingang (33) des als Differenzverstärker (34) ausgebildeten weiteren Verstärkers verbunden ist, daß parallel zum Eingang de« Meßverstärkers (23) ein weiterer Spannungsteiler (37) angeordnet ist, dessen Abgriff (36) mit einem weiteren Eingang (35) des Differenzverstärkers (34) verbunden ist, und daß der Ausgang

(40) des Differenzverstärkers (34) an den Eingang;

(41) des Meßvi:rstärkers (23) angeschlossen ist (Fig· 2).