DE3728163A1 - Measuring device for determining the peak value of high AC voltages - Google Patents

Measuring device for determining the peak value of high AC voltages

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Abstract

When determining the peak value from the loading current of a measuring capacitor with the aid of a passive network in the earth conductor of the measuring capacitor, considerable measurement errors occur as a result of parasitic capacities, voltage drops in the rectifier and measuring resistor and through non-linear components such as diodes and overvoltage conductors. The novel measuring device is largely to avoid these disadvantages and to have a reduced measurement uncertainity. Use is made of an electronic measured value convertor (4) with an active current-to-voltage convertor (5) and an active rectifier circuit (6). The positive and negative peaks of the AC voltage can be determined separately by means of a zero-voltage detector (7) with a 90@ phase-shifter. With the aid of the measuring device, peak values of high AC voltages can be measured with a relative measurement uncertainity of 1*10<-4>, so that the measuring device is suitable as a standard (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Bestimmung des Scheitelwerts hoher Wechselspannungen mit einem Meßkondensator, einem in Reihe geschalteten Meßgrößenumformer mit einem Meßwider­ stand R zur Erzeugung einer dem arithmetischen Mittelwert des Ladestroms i(t) des Meßkondensators proportionalen Ausgangs­ spannung u 1, mit einem dem Meßgrößenumformer nachgeschalteten Spannungs-Frequenz-Wandler zur Bildung einer zur Ausgangsspannung u 1 proportionalen mittleren Impulsfolgefrequenz f m sowie mit einem Impulszähler, welchem die Impulse mit der Frequenz f m durch eine Torschaltung für die Dauer einer vorwählbaren Anzahl von Perioden der Meßspannung zugeführt werden und dessen Anzeige zum Scheitelwert der Meßspannung direkt proportional ist.The invention relates to a measuring device for determining the peak value of high AC voltages with a measuring capacitor, a series-connected transducer with a measuring resistor R to generate an output voltage u 1 proportional to the arithmetic mean of the charging current i (t) of the measuring capacitor, with a downstream of the transducer Voltage-frequency converter for forming a mean pulse repetition frequency f m proportional to the output voltage u 1 and with a pulse counter, to which the pulses with the frequency f m are fed through a gate circuit for the duration of a preselectable number of periods of the measuring voltage and its display for the peak value the measuring voltage is directly proportional.

Die Bestimmung des Scheitelwertes von hohen Wechselspannungen ist in der Hochspannungsmeßtechnik insbesondere zur Beurteilung der Spannungsfestigkeit von Isolieranordnungen erforderlich. Als Normalmeßeinrichtung zur Prüfung technischer Scheitelspannungs­ meßeinrichtungen ist ein Verfahren bekannt, bei welchem aus dem gleichgerichteten Ladestrom eines Hochspannungskondensators die Spannung von Scheitel zu Scheitel der zu messenden Hochspannung bestimmt werden kann. Voraussetzung für die richtige Messung ist, daß keine Zwischenmaxima der Wechselspannung auftreten. Die Meß­ unsicherheit wird hauptsächlich durch die Kapazität des Meßkon­ densators, das passive Netzwerk aus Gleichrichtern und Widerstän­ den in der Erdleitung des Meßkondensators sowie den Spannungs- Frequenz-Wandler bestimmt. Die relative gesamte Meßunsicherheit der bekannten Meßeinrichtung beträgt 6 · 10-4 (W. Boeck: Eine Scheitelspannungs-Meßeinrichtung erhöhter Meßgenauigkeit mit di­ gitaler Anzeige, ETZ 84 (1963) Seite 883). Die für die Anwendung als Normalmeßeinrichtung zu große Meßunsicherheit ist insbeson­ dere durch parasitäre Kapazitäten, Spannungsabfälle am Gleich­ richter und am Meßwiderstand sowie durch nicht lineare Bauelemen­ te, wie Diode und Überspannungsableiter bedingt.The determination of the peak value of high alternating voltages is necessary in high-voltage measurement technology, in particular for assessing the dielectric strength of insulating arrangements. A method is known as a normal measuring device for testing technical peak voltage measuring devices in which the voltage from peak to peak of the high voltage to be measured can be determined from the rectified charging current of a high voltage capacitor. A prerequisite for the correct measurement is that there are no intermediate maxima of the AC voltage. The measurement uncertainty is mainly determined by the capacitance of the measuring capacitor, the passive network of rectifiers and resistors in the ground line of the measuring capacitor and the voltage-frequency converter. The relative total measurement uncertainty of the known measuring device is 6 · 10 -4 (W. Boeck: A peak voltage measuring device of increased measuring accuracy with digital display, ETZ 84 (1963) page 883). The measurement uncertainty, which is too great for use as a normal measuring device, is due in particular to parasitic capacitances, voltage drops at the rectifier and the measuring resistor, and from non-linear components, such as diodes and surge arresters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der einleitend beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile weitgehend vermieden werden und eine kleinere Meßunsicherheit erreicht wird, damit eine Verwendung als Normal­ meßeinrichtung möglich ist.The invention has for its object a measuring device type described in the introduction so that the mentioned disadvantages are largely avoided and a smaller one Measurement uncertainty is reached, so that use as normal measuring device is possible.

Die Lösung der Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. Wesentliche Bestandteile der neuen Meßeinrichtung sind ein elektronischer Meßgrößenumformer mit einem aktiven Strom-Spannungs-Wandler, eine aktive Gleichrichter­ schaltung sowie ein Nullspannungsdetektor. Aufgabe des elektroni­ schen Meßgrößenumformers ist die Umwandlung des Ladestromes des Meßkondensators in eine Gleichspannung und die Erzeugung von Steuerimpulsen zum Öffnen der Torschaltung. Die Gleichspannung wird in bekannter Weise im Spannungs-Frequenz-Wandler in Impulse umgesetzt, deren mittlere Pulsfrequenz ein Maß für den Scheitel­ wert der Meßspannung ist. Durch Einsatz des aktiven Strom-Span­ nungs-Wandlers liegt die Niederspannungsklemme des Hochspan­ nungsmeßkondensators praktisch auf Potential Null. Da die gesamte Meßspannung somit am Meßkondensator liegt, können auch kleinere Spannungen im Bereich von 1 kV mit der gleichen geringen Meßun­ sicherheit gemessen werden wie größere Spannungen. Dies ist mit der bekannten Meßeinrichtung wegen der Spannungsabfälle am Gleichrichter und am Meßwiderstand nicht möglich. Da außerdem der Einfluß der Kapazität des Verbindungskabels zwischen dem Meßkon­ densator und der übrigen Meßeinrichtung entfällt, wird die Meß­ unsicherheit verringert. Auch die aktive Gleichrichterschaltung anstelle einer passiven Diode trägt zu einer verringerten Meß­ unsicherheit bei. Die Meßunsicherheit der gesamten Meßeinrichtung beträgt 1 · 10-4.The object is achieved by the characterizing features of claim 1. Essential components of the new measuring device are an electronic transducer with an active current-voltage converter, an active rectifier circuit and a zero voltage detector. The task of the electronic transducer is the conversion of the charging current of the measuring capacitor into a DC voltage and the generation of control pulses for opening the gate circuit. The DC voltage is converted in a known manner in the voltage-frequency converter into pulses whose average pulse frequency is a measure of the peak value of the measuring voltage. By using the active current-voltage converter, the low-voltage terminal of the high-voltage measuring capacitor is practically at zero potential. Since the entire measuring voltage is thus at the measuring capacitor, even smaller voltages in the range of 1 kV can be measured with the same low measurement safety as larger voltages. This is not possible with the known measuring device because of the voltage drops across the rectifier and across the measuring resistor. Since the influence of the capacitance of the connecting cable between the measuring capacitor and the rest of the measuring device is also eliminated, the measuring uncertainty is reduced. The active rectifier circuit instead of a passive diode also contributes to reduced measurement uncertainty. The measurement uncertainty of the entire measuring device is 1 · 10 -4 .

Während bei der bekannten Meßeinrichtung zur Steuerung der Tor­ schaltung von der primärseitigen Spannung eines Hochspannungs­ transformators über zusätzliche aufwendige Kabel ein Signal abge­ griffen werden mußte, wird bei der neuen Meßeinrichtung das entsprechende Steuersignal am Ausgang des Strom-Spannungs-Wand­ lers abgegriffen. Diese exakte Erfassung der Nulldurchgänge des Ladestromes trägt ebenfalls zur verringerten Meßunsicherheit bei. While in the known measuring device for controlling the gate switching from the primary voltage of a high voltage transformers a signal via additional complex cables had to be gripped, the new measuring device will corresponding control signal at the output of the current-voltage wall tapped. This exact detection of the zero crossings of the Charging currents also contribute to reduced measurement uncertainty.  

Vorteilhaft ist hierbei, daß der Zählvorgang stets zum Zeitpunkt der Nulldurchgänge der Gleichrichterspannung beginnt und endet. In den Nulldurchgängen sind die Abstände der zu zählenden Impulse größer als zu den übrigen Zeiten, so daß Fehlzählungen durch endliche Öffnungs- und Schließzeiten der Torschaltung weitgehend ausgeschaltet sind.The advantage here is that the counting process is always at the time the zero crossing of the rectifier voltage begins and ends. In The zero crossings are the distances between the pulses to be counted larger than at the other times, so that miscounts by finite opening and closing times of the gate switching largely are switched off.

Eine bevorzugte Ausführungsform der neuen Meßeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Nullspannungsdetektor einen 90°- Phasenschieber zur Erfassung der Nulldurchgänge des Ladestromes und der Meßspannung aufweist und je nach Ansteuerung der Tor­ schaltung der positive oder negative Scheitelwert vom Impulszäh­ ler angezeigt wird. Zur Steuerung und exakten Messung der Schei­ telwerte müssen die Nulldurchgänge der Meßspannung sowie die des Ladestromes erfaßt werden. Die Ausgangsspannung des Strom-Span­ nungs-Wandlers ist proportional zum Ladestrom und eilt der Meß­ spannung um 90° voraus. Der 90°-Phasenschieber liefert eine Spannung, deren Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen der Meß­ spannung übereinstimmen.A preferred embodiment of the new measuring device is characterized in that the zero voltage detector has a 90 ° Phase shifter for detecting the zero crossings of the charging current and the measuring voltage and depending on the control of the gate switching the positive or negative peak value from the pulse counter is displayed. For the control and exact measurement of the shea The zero crossings of the measuring voltage and that of the Charge currents can be detected. The output voltage of the current span voltage converter is proportional to the charging current and rushes the measurement tension by 90 ° ahead. The 90 ° phase shifter delivers one Voltage whose zero crossings with the zero crossings of the meas voltage match.

Sowohl die Nulldurchgänge des Ladestromes als auch der Meß­ spannung stehen zur Steuerung der Torschaltung zur Verfügung. Über Nullspannungskomparatoren werden Rechtecksignale gewonnen, die über eine geeignete Logikschaltung - beispielsweise in Form eines Rechners - je nach Programmierung die Messung des positiven oder des negativen Scheitelwertes ermöglichen.Both the zero crossings of the charging current and the measurement voltage are available to control the gate circuit. Square-wave signals are obtained via zero voltage comparators, via a suitable logic circuit - for example in the form of a computer - depending on the programming, the measurement of the positive or the negative peak value.

Zweckmäßig ist es, am Eingang des Meßgrößenumformers eine Über­ spannungsschutzschaltung vorzusehen. Hierdurch wird der elek­ tronische Teil der Meßeinrichtung gegen transiente Überspannungen bei Über- oder Durchschlägen am Meßkondensator oder am Prüfling geschützt. Abweichend von der bekannten Lösung ist die Über­ spannungsschutzschaltung wegen der praktisch auf Nullpotential liegenden Eingangsklemme des Meßumformers ohne Einfluß auf den Fehler der Meßeinrichtung.It is useful to have an over at the input of the transducer provide voltage protection circuit. This will make the elec tronic part of the measuring device against transient overvoltages in the event of flashovers or breakdowns on the measuring capacitor or on the test object protected. Deviating from the known solution is the over voltage protection circuit because of the practically zero potential lying input terminal of the transmitter without influence on the Measuring device error.

Vorteilhaft ist es, die Gleichrichterschaltung als Vollweggleich­ richter mit Präzisionsmeßwiderständen und PIN-Silizium-Dioden auszurüsten. Durch ausgesuchte Meßwiderstände mit niedrigen Tem­ peraturkoeffizienten und Dioden mit kleiner Sperrschichtkapazität und gleichem Durchlaßverhalten werden die Fehler des Gleich­ richters minimiert. Durch die Vollweggleichrichtung und teilweise Glättung mit einem Kondensator hat das Ausgangssignal der Gleich­ richterschaltung nur einen geringen Wechselspannungsanteil, so daß der nachgeschaltete Spannungs-Frequenz-Wandler eine zeitlich nur gering veränderliche Eingangsspannung erhält und somit nur geringe Anforderungen zu erfüllen braucht.It is advantageous to use the rectifier circuit as a full-wave rectifier with precision measuring resistors and PIN silicon diodes  equip. Through selected measuring resistors with low tem temperature coefficients and diodes with small junction capacitance and the same pass behavior, the errors of the same richters minimized. Through full-wave rectification and partially Smoothing with a capacitor has the output signal equal rectifier circuit only a small AC component, so that the downstream voltage-frequency converter is a temporal receives only slightly variable input voltage and thus only needs to meet low requirements.

Eine weitere Ausführungsform ist durch eine Kalibriereinrichtung mit einer Gleichspannungsreferenzquelle und einem quarzgesteuer­ ten Zeitgeber zur Ansteuerung der Torschaltung gekennzeichnet. Durch die weitgehende Frequenzunabhängigkeit der Meßeinrichtung von 162/3 Hz bis 300 Hz ist eine Kalibrierung mit Gleichspannung bei definierter Toröffnungszeit möglich. Der quarzgesteuerte Zeitgeber dient hierbei zum Öffnen der Torschaltung. Durch die Frequenzunabhängigkeit der Meßeinrichtung ergibt sich der beson­ dere Vorteil, daß mit demselben Gerät auch hohe Gleichspannungen gemessen werden können.Another embodiment is characterized by a calibration device with a DC voltage reference source and a quartz-controlled timer for controlling the gate circuit. The extensive frequency independence of the measuring device of 16 2/3 Hz to 300 Hz, a calibration with dc voltage at a defined gate opening is possible. The quartz-controlled timer is used to open the gate circuit. Due to the frequency independence of the measuring device, there is the special advantage that even high DC voltages can be measured with the same device.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Spannungs- Frequenz-Wandler und dem Impulszähler ein Rechner eingebaut ist, welcher die Torschaltung beinhaltet und diese in Abhängigkeit von der programmierten Betriebsart ansteuert. Der Rechner enthält eine Logikschaltung, welche auch die Funktionen der Torschaltung ausübt. Somit werden dem Rechner die Ausgangssignale des Null­ detektors und des Spannungs-Frequenz-Wandlers zugeführt. In Ab­ hängigkeit vom gewünschten Komfort der Meßeinrichtung kann der Rechner weitere Speicher- und Programmierfunktionen enthalten.It is also advantageous if between the voltage Frequency converter and the pulse counter a computer is built in which includes the gate circuit and this depending on the programmed operating mode. The calculator contains a logic circuit, which also functions as a gate circuit exercises. Thus, the computer's output signals are zero Detector and the voltage-frequency converter supplied. In Ab dependence on the desired comfort of the measuring device Computer contain additional storage and programming functions.

Die Erfindung wird anhand schematisch dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele in der Zeichnung nachstehend näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on schematically illustrated Ausfüh Rungsbeispiele explained in more detail in the drawing below. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit einem Hochspannungstransformator und einem Hoch­ spannungskondensator, Fig. 1 is a block diagram of the measuring device according to the invention voltage capacitor with a high voltage transformer and a high-,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild des elektronischen Meßumformers der Meßeinrichtung nach Fig. 1, Fig. 2 is a schematic diagram of the electronic transmitter of the measuring device according to Fig. 1,

Fig. 3 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellte Signal- und Impulsdiagramme der Meßeinrichtung und Fig. 3 shown in dependence on the time signal and pulse diagrams of the measuring device and

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Meßeinrichtung in einer gegen­ über Fig. 1 erweiterten Ausführungsform, jedoch ohne Darstellung des Hochspannungstransformators und des Meßkondensators. FIG. 4 shows the block diagram of a measuring device in an embodiment that has been expanded compared to FIG. 1, but without showing the high-voltage transformer and the measuring capacitor.

Zur Messung des Scheitelwertes hoher Wechselspannungen bis zu einigen 100 kV wird eine Meßeinrichtung beschrieben, die als Normalmeßeinrichtung geeignet ist und zur Kalibrierung im Prüf­ feld verwendeter Meßeinrichtungen dient, welche für den Frequenz­ bereich von 162/3 Hz bis 300 Hz und nach einem anderen Meßprin­ zip aufgebaut sind.For measuring the peak value of high AC voltages up to several 100 kV, a measuring device is described which is suitable as Normalmeßeinrichtung and calibration in the test field used measuring devices is that for the frequency range from 16 2/3 Hz to 300 Hz and to another Meßprin zip are built.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßeinrichtung arbeitet nach dem Prin­ zip von Chubb-Fortescue. Die Nachteile der nach diesem Prinzip aufgebauten Meßeinrichtungen, insbesondere die Meßfehler bei Zwischenmaxima der zu messenden Wechselspannung sowie Spannungs­ abfälle an Dioden, Überspannungsableitern und dem Meßwiderstand, werden bei der neuen Meßeinrichtung weitgehend vermieden. Bei dieser in Fig. 1 dargestellten Meßeinrichtung wird die von einem Transformator 1 erzeugte Hochspannung u(t) an einen für diese zu messende Hochspannung ausgelegten Meßkondensator C gelegt. Die Niederspannungsklemme 2 des Meßkondensators C wird über eine Überspannungsschutzschaltung 3 dem Eingang eines elektronischen Meßgrößenumformers 4 zugeführt.The measuring device shown in Fig. 1 operates on the principle of Chubb-Fortescue. The disadvantages of the measuring devices constructed according to this principle, in particular the measuring errors at intermediate maxima of the AC voltage to be measured and voltage drops across diodes, surge arresters and the measuring resistor, are largely avoided in the new measuring device. With this in Fig. 1 shown measuring the high voltage produced by a transformer 1 u (t) is applied to a designed for this to be measured high-voltage measuring capacitor C. The low-voltage terminal 2 of the measuring capacitor C is fed via an overvoltage protection circuit 3 to the input of an electronic transducer 4 .

Der Meßgrößenumformer 4 besteht aus einem aktiven Strom-Span­ nungs-Wandler 5 mit einem Meßwiderstand R im Rückkopplungszweig, einer nachgeschalteten aktiven Gleichrichterschaltung 6 sowie einem Nullspannungsdetektor 7. Der Gleichrichterschaltung 6 ist ein Spannungs-Frequenz-Wandler 8 nachgeordnet. Die Ausgangssi­ gnale des Nullspannungsdetektors 7 und des Spannungs-Frequenz- Wandlers 8 werden einer Torschaltung 9 zugeführt, welche einen Impulszähler 10 mit einer Digitalanzeige 11 ansteuert. Weiterhin kann eine Kalibriereinrichtung 12 mit einer Gleichspannungsrefe­ renzquelle und einem quarzgesteuerten Zeitgeber zur Ansteuerung der Torschaltung mit dem Eingang der Meßeinrichtung verbunden werden.The transducer 4 consists of an active current-voltage converter 5 with a measuring resistor R in the feedback branch, a downstream active rectifier circuit 6 and a zero voltage detector 7 . The rectifier circuit 6 is followed by a voltage-frequency converter 8 . The output signals of the zero voltage detector 7 and the voltage-frequency converter 8 are fed to a gate circuit 9 which controls a pulse counter 10 with a digital display 11 . Furthermore, a calibration device 12 with a direct voltage reference source and a quartz-controlled timer for controlling the gate circuit can be connected to the input of the measuring device.

Der Ladestrom i(t) = C · du/dt des Meßkondensators C gelangt in den Strom-Spannungs-Wandler 5, wo er in eine proportionale Aus­ gangsspannung u 1 (t) = R · i(t) umgewandelt wird. Der Meßwiderstand R ist gemäß Fig. 2 im Rückkopplungszweig eines Operationsverstär­ kers OP 1 angeordnet. Der Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers 5 und damit auch die Niederspannungsklemme 2 des Meßkondensators C liegen praktisch auf Nullpotential, da die wirksame Eingangsimpe­ danz, die sich aus dem Meßwiderstand R, dividiert durch die hohe Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers OP 1 ergibt, sehr klein ist. Da stets die gesamte Meßspannung am Meßkondensator C liegt, können auch kleinere Spannungen im Bereich von 1 kV mit der gleichen geringen Meßunsicherheit gemessen werden wie große Spannungen.The charging current i (t) = C · d u / d t of the measuring capacitor C enters the current-voltage converter 5 , where it is converted into a proportional output voltage u 1 (t) = R · i (t) . The measuring resistor R is arranged according to FIG. 2 in the feedback branch of an operational amplifier OP 1 . The input of the current-voltage converter 5 and thus also the low-voltage terminal 2 of the measuring capacitor C are practically at zero potential, since the effective input impedance resulting from the measuring resistor R divided by the high no-load gain of the operational amplifier OP 1 is very small . Since the entire measuring voltage is always at the measuring capacitor C , even smaller voltages in the range of 1 kV can be measured with the same low measurement uncertainty as large voltages.

Die als Vollweggleichrichter ausgebildete Gleichrichter­ schaltung 6 enthält ausgesuchte Zeranin-Meßwiderstände R 1, R 2 (Präzisionswiderstände) mit niedrigen Temperaturkoeffizienten und PIN-Silizium-Dioden D 1, D 2 mit kleiner Sperrschichtkapazität und gleichem Durchlaßverhalten. Der Operationsverstärker OP 2 in Fig. 2 ist driftkompensiert und so geschaltet, daß die Totzeit beim Stromübergang von einer Diode D 1, D 2 auf die andere vernach­ lässigbar ist. Der Operationsverstärker OP 3 ist ohne den Konden­ sator C 1 ein Additionsverstärker und liefert die Spannung des idealen Vollweggleichrichters. Mit dem Kondensator C 1 erhält man am Ausgang von OP 3 eine Spannung u 1, die nur einen geringen Wechselspannungsanteil enthält. Der arithmetische Mittelwert 1 der Gleichrichterspannung wird im Spannungsfrequenzwandler 8 durch Umwandlung in Impulse der mittleren Pulsfrequenz f m = A · 1 gebildet. Hierbei ist A der Umwandlungsfaktor des Spannungs- Frequenz-Wandlers. Zur Öffnung der Torschaltung 9 für eine Anzahl p Perioden der Hochspannung werden im Nullspannungsdetektor 7 des Meßgrößenumformers 4 Impulse aus den Nulldurchgängen der Spannung u 1 (t) abgeleitet. Innerhalb der Toröffnungszeiten wer­ den N = p · f m /f Impulse des Spannungs-Frequenz-Wandlers 8 dem Impulszähler 10 zugeführt. Die Anzahl N der eingegangenen Impulse wird in der Anzeige 11 digital dargestellt. Der Scheitelwert der zu messenden Hochspannung ergibt sich damit unmittelbar aus der Anzeige N zu Û = N/4pARC.The rectifier designed as a full-wave rectifier circuit6 contains selected Zeranin measuring resistorsR 1,R 2nd  (Precision resistors) with low temperature coefficients and PIN silicon diodesD 1,D 2nd with small junction capacity and same passage behavior. The operational amplifierOP 2nd in Fig. 2 is drift compensated and switched so that the dead time at the current transfer from a diodeD 1,D 2nd after the other is casual. The operational amplifierOP 3rd is without the condensate satorC. 1 an addition amplifier and supplies the voltage of the ideal full-wave rectifier. With the capacitorC. 1 you get at the exit ofOP 3rd a tensionu 1that only a minor Contains AC voltage. The arithmetic mean 1  the rectifier voltage is in the voltage frequency converter8th  by conversion into pulses of the average pulse frequencyf m  =A · 1  educated. Here isA the conversion factor of the voltage Frequency converter. To open the gate circuit9 for a number p Periods of high voltage are in the zero voltage detector7 of Transducer4th Pulses from the zero crossings of the  tensionu 1 (t) derived. Within the gate opening times who theN =p ·f m / f Pulses of the voltage-frequency converter8th the Pulse counter10th fed. The numberN of the received impulses will appear in the ad11 represented digitally. The peak value of the The high voltage to be measured thus results directly from the displayN toÛ =N/ 4thpARC.

Die Überspannungsschutzschaltung 3 schützt die Elektronik, insbe­ sondere den Meßgrößenumformer 4, gegen transiente Überspannungen. Die Überspannungsschutzschaltung 3 ist nach dem Prinzip der Mehr­ fachableitung aufgebaut. Hierbei wird im Störfall der Strom durch ein Feinschutzelement begrenzt und ein Gasableiter gezün­ det. Diese Überspannungsschutzschaltung 3 ist sowohl in der Si­ gnalleitung 13 als auch in der Schirmleitung 14 des Kondensators C eingebaut, da im Augenblick eines Über- oder Durchschlags durch Erdungsinduktivitäten Spannungen bis zu einigen kV auf der Schirmleitung 14 auftreten können. Gasableiter, Varistoren und Filter in der Netzversorgung verhindern, daß Überspannungen über die Versorgungsleitung und das Netzteil in die elektronische Schaltung gelangen.The overvoltage protection circuit 3 protects the electronics, in particular the transducer 4 , against transient overvoltages. The overvoltage protection circuit 3 is constructed on the principle of multiple derivation. In the event of a fault, the current is limited by a fine protection element and a gas arrester is ignited. This overvoltage protection circuit 3 is installed both in the signal line 13 and in the shield line 14 of the capacitor C , since voltages up to a few kV can occur on the shield line 14 at the moment of a breakdown or breakdown due to grounding inductances. Gas arresters, varistors and filters in the mains supply prevent overvoltages from reaching the electronic circuit via the supply line and the power pack.

Durch die Frequenzunabhängigkeit der Meßeinrichtung im Frequenz­ bereich von 162/3 Hz bis 300 Hz ist eine Kalibrierung außer mit Wechsel- auch mit Gleichstrom bei definierter Toröffnungszeit möglich. Um von externen Kalibrierquellen unabhängig zu sein, enthält das Meßgerät eine Gleichstrom-Referenzquelle und einen quarzgesteuerten Zeitgeber zum Öffnen der Torschaltung. Damit läßt sich die Meßeinrichtung jederzeit bei 0,1% und 100% des Meßbereichsendwerts kalibrieren.Range by the frequency independence of the measuring device in the frequency of 16 2/3 Hz to 300 Hz, a calibration is out with alternating and direct current at a defined gate opening possible. In order to be independent of external calibration sources, the measuring device contains a direct current reference source and a quartz-controlled timer for opening the gate circuit. This means that the measuring device can be calibrated at any time at 0.1% and 100% of the full-scale value.

Der zeitliche Ablauf eines Meßzyklus ist Fig. 3 zu entnehmen. Zur besseren Darstellung wurde hierbei die Wirkung des Kondensators C 1 in der Gleichrichterschaltung 6 vernachlässigt. Zum Zeitpunkt der Nulldurchgänge des Ladestromes i(t) des Meßkondensators C wird das Tor geöffnet bzw. geschlossen, so daß während der Tor­ öffnungszeit die Impulse dem Impulszähler 10 zugeführt werden. In den Nulldurchgängen sind die Abstände der zu zählenden Impulse größer als zu anderen Zeiten, so daß Fehlzählungen durch endliche Öffnungs- und Schließzeiten der Torschaltung 9 weitgehend ausge­ schaltet sind.The timing of a measurement cycle is shown in Fig. 3. For better illustration, the effect of the capacitor C 1 in the rectifier circuit 6 has been neglected. At the time of the zero crossings of the charging current i (t) of the measuring capacitor C , the gate is opened or closed, so that the pulses are supplied to the pulse counter 10 during the gate opening time. In the zero crossings, the intervals of the pulses to be counted are larger than at other times, so that miscounts due to finite opening and closing times of the gate circuit 9 are largely switched off.

Die in Fig. 4 dargestellte erweiterte Ausführungsform der Meßein­ richtung ist ohne Hochspannungstransformator 1 und auch ohne Meß­ kondensator C gemäß Fig. 1 dargestellt. Abweichend von der Aus­ führungsform nach Fig. 1 enthält der Nullspannungsdetektor der Meßeinrichtung nach Fig. 4 einen 90°-Phasenschieber 15, dem ein Nullspannungskomparator 16 nachgeschaltet ist. Durch die Phasen­ drehung stehen neben den Nulldurchgängen des Ladestromes auch die Nulldurchgänge der Eingangsspannung zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Über die Nullspannungskomparatoren 16 und 17 werden Rechtecksignale gewonnen, die zur Steuerung eines Rechners 18 dienen, welcher auch die Funktion der Torschaltung 9 gemäß Fig. 1 beinhaltet. Durch geeignete Programmierung des Rechners 18 können wahlweise der positive Scheitelwert, der negative Scheitel­ wert oder der Mittelwert aus positivem und negativem Scheitelwert gemessen und von der Anzeige 11 des Impulszählers 10 angezeigt werden. Im Rechner 18 werden store- und reset-Signale gebildet, die nach einer Messung den Wert in die Anzeige bringen und den Impulszähler für eine neue Messung zurücksetzen. Während das reset-Signal nach jeder Messung den Stand des Impulszählers 10 auf Null setzt, kann über eine hold-Funktion die Ausgabe des aktuellen Wertes blockiert werden. Mit einem Potentiometer kann der Zeitraum zwischen zwei angezeigten Meßwerten variiert wer­ den. Die hold-Funktion wird aktiviert, wenn beispielsweise die zu messende Hochspannung abgeschaltet wird. Hierzu ist eine Signal­ speichereinrichtung 19 erforderlich, damit der Rechner 18 die entsprechende Information erhalten kann. Weiterhin steht der Rechner mit einer Wahlschaltung 20 in Verbindung, mit der die verschiedenen Betriebsarten eingestellt werden können.The extended embodiment of the measuring device shown in FIG. 4 is shown without high-voltage transformer 1 and also without measuring capacitor C according to FIG. 1. Notwithstanding the off guide die according to Fig. 1 includes the zero voltage detector of the measuring device of FIG. 4 shows a 90 ° phase shifter 15, to which a zero voltage comparator is connected downstream of the sixteenth Due to the phase rotation, in addition to the zero crossings of the charging current, the zero crossings of the input voltage are also available for further processing. Rectangle signals are obtained via the zero voltage comparators 16 and 17 , which are used to control a computer 18 , which also includes the function of the gate circuit 9 according to FIG. 1. By suitable programming of the computer 18 , either the positive peak value, the negative peak value or the mean value of the positive and negative peak value can be measured and displayed by the display 11 of the pulse counter 10 . Store and reset signals are formed in the computer 18 , which display the value after a measurement and reset the pulse counter for a new measurement. While the reset signal sets the pulse counter 10 to zero after each measurement, the output of the current value can be blocked using a hold function. The time period between two displayed measured values can be varied with a potentiometer. The hold function is activated when, for example, the high voltage to be measured is switched off. For this purpose, a signal storage device 19 is required so that the computer 18 can receive the corresponding information. The computer is also connected to a selector circuit 20 with which the various operating modes can be set.

Claims (7)

1. Meßeinrichtung zur Bestimmung des Scheitelwerts hoher Wechselspannungen mit einem Meßkondensator, einem in Reihe geschalteten Meßgrößenumformer mit einem Meßwiderstand R zur Erzeugung einer dem arithmetischen Mittelwert des Ladestromes des Meßkondensators proportionalen Ausgangsspannung u 1 (t), mit einem dem Meßgrößenumformer nachgeschalteten Spannungs- Frequenz-Wandler zur Bildung einer zur Ausgangsspannung u 1 (t) proportionalen mittleren Impulsfolgefrequenz f m sowie mit einem Impulszähler, bei welchem die Impulse mit der Frequenz f m durch eine Torschaltung für die Dauer einer vorwählbaren Anzahl von Perioden der Meßspannung zugeführt werden und dessen Anzeige zum Scheitelwert der Meßspannung direkt pro­ portional ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgrößenum­ former (4) einen aktiven Strom-Spannungs-Wandler (5) auf­ weist, dessen Ausgangsspannung u 1 (t) einer aktiven Gleich­ richterschaltung (6) sowie einem Nullspannungsdetektor (7) zugeführt wird, dessen von den Nulldurchgängen der Ausgangs­ spannung u 1 (t) abgeleitetes Ausgangssignal zur Steuerung der Torschaltung (9) dient, und daß die Ausgangsspannung u 1 der Gleichrichterschaltung (6) am Eingang des Spannungs-Frequenz- Wandlers (8) liegt.1. Measuring device for determining the peak value of high AC voltages with a measuring capacitor, a series-connected transducer with a measuring resistor R for generating an output voltage u 1 (t) proportional to the arithmetic mean of the charging current of the measuring capacitor, with a voltage-frequency converter connected downstream of the transducer to form an average pulse repetition frequency f m proportional to the output voltage u 1 (t) and with a pulse counter, in which the pulses with the frequency f m are fed through a gate circuit for the duration of a preselectable number of periods of the measuring voltage and its display for the peak value of the Measuring voltage is directly proportional, characterized in that the transducer ( 4 ) has an active current-voltage converter ( 5 ) whose output voltage u 1 (t ) is supplied to an active rectifier circuit ( 6 ) and a zero voltage detector ( 7 ) will, whose from the zero Passages of the output voltage u 1 (t) derived output signal for controlling the gate circuit ( 9 ), and that the output voltage u 1 of the rectifier circuit ( 6 ) is at the input of the voltage-frequency converter ( 8 ). 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Strom-Spannungs-Wandler (5) mit einem Meßwider­ stand R im Rückkopplungszweig ausgerüstet ist.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the active current-voltage converter ( 5 ) was equipped with a measuring resistor R in the feedback branch. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nullspannungsdetektor (7) einen 90°-Pha­ senschieber (15) zur Erfassung der Nulldurchgänge des Lade­ stromes und der Meßspannung aufweist und je nach Ansteuerung der Torschaltung (9, 18) der positive oder negative Scheitel­ wert von der Anzeige (11) des Impulszählers (10) angezeigt wird. 3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the zero voltage detector ( 7 ) has a 90 ° -Pha senschieber ( 15 ) for detecting the zero crossings of the charging current and the measuring voltage and depending on the control of the gate circuit ( 9, 18 ) the positive or negative peak value of the display ( 11 ) of the pulse counter ( 10 ) is displayed. 4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Meßgrößenumformers (4) eine Überspannungsschutzschaltung (3) vorgesehen ist.4. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that an overvoltage protection circuit ( 3 ) is provided at the input of the transducer ( 4 ). 5. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (6) als Vollweggleichrichter mit Präzisionsmeßwiderständen und PIN-Silizium-Dioden ausgerüstet ist.5. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the rectifier circuit ( 6 ) is equipped as a full-wave rectifier with precision measuring resistors and PIN silicon diodes. 6. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung (12) mit einer Gleichspannungsreferenzquelle und einem quarzgesteuer­ ten Zeitgeber zur Ansteuerung der Torschaltung (9, 18).6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by a calibration device ( 12 ) with a DC voltage reference source and a quartz-controlled th timer for controlling the gate circuit ( 9, 18 ). 7. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannungs-Frequenz- Wandler (8) und dem Impulszähler (10) ein Rechner (18) einge­ baut ist, welcher die Torschaltung beinhaltet und diese in Abhängigkeit von der programmierten Betriebsart ansteuert.7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that between the voltage-frequency converter ( 8 ) and the pulse counter ( 10 ) a computer ( 18 ) is built, which includes the gate circuit and this as a function of the programmed operating mode controls.
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