DE386707C - Verfahren zur Messung der Kapazitaet und des dielektrischen Verlustwinkels von Kondensatoren und Kabeln unter Anwendung des Kompensationsprinzips - Google Patents

Description

• Verfahren zur Messung der Kapazität und des dielektrischen Verlustwinkels von Kondensatoren und Kabeln unter Anwendung des Kompensationsprinzips. Bei den bekannten Methoden zur Messung des dielektrischen Verlustwinkels von Kondensatoren und Kabeln wird meistens das zu untersuchende Meßobjekt in einer Brückenschaltung verglichen mit einem verlustfreien Luftkondensator. Auch die Messung der Kapazität wird oft mit Hilfe eines geeigneten Vergleichskondensators ausgeführt. Nun stehen aber Vergleichskondensatoren (Normal- und Luftkondensatoren) geeigneter Art nicht immer zur Verfügung, und es entsteht die Notwendigkeit, mit anderen Mitteln die genannten Aufgaben zu lösen.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht, ohne Zuhilfenahme eines Vergleichskondensators mit einer Galvanometereinstellung Kapazität und dielektrischen Verlustwinkel von Kondensatoren und Kabeln gleichzeitig zu messen. Die hierzu erforderliche Meßanordnung stellt Abb. i sehematisch,dar. Das zu untersuchende Meßobjekt (Kondensator oder Kabel) C ist mit einem induktions- und kapazitätsfreien Widerstand R, in Reihe geschaltet und mit den Klemmen E der Wechselstromquelle verbunden. Der Widerstand R, setzt sich aus zwei Teilen zusammen, von denen der eine (r) konstant, der andere veränderlich ist. Die Primär#pule S, eines Lufttransformators T ist mit einer Selbstinduktionsspule und einem veränderlichen, induktions-und kapazitätsfreien Widerstand in Reihe geschaltet und mit den Klemmen K verbunden, während die Sekundärspule S, über ein Vibrationsgalvanometer G an den Widerstand r angeschlossen ist. Die Induktivität L sowie der ohmsche Widerstand R, des Spulenzweiges sind bekannt, ebenso die Widerstandswerte des Widerstandes Ri und des Teilwiderstandes r im Kapazitätszweig. Die an den Verzweigungspunkten herrschende Spannungsdifferenz P sowie die Kreisfrequenz w können mittels geeigneter Meßinstrumente gemessen werden.
• Die elektrischen Verhältnisse in dieser Anordnung bei Stromlosigkeit des Vibrationsgalvanometers erklärt das Vektorendiagramm der Abb. 2. Die Spannung P setzt sich zusammen aus der Wattkomponente P" welche in gleicher Phase wie der Strom j liegt, und aus der wattlosen Komponente P, welche senkrecht darauf steht, und zwar nacheilend. Winkel (P, Pj = a ist das Komplement des Phasenwinkels zwischen Spannung P und Strom J und stellt den gesamten Verlustwinkel im Kapazitätszweig dar. Er setzt sich zusammen aus dem Verlustwinkel E, welcher durch den ohmschen Widerstand R, verursacht wird und aus dem zu messenden dielektrischen Verlustwinkel ö des Kondensators. Der die Spule S, durchfließende Strom i eilt der Spannung P nach um einen Winkel, welcher sich aus den Werten von L und R2 ergibt. Fließt in S, ein Wechselstrom mit der Kreisfrequenzw, so entsteht in der Spule S. eine E. M. K. die zum Strome senkrecht steh' und deren Größe dem Strom und der Kreisfrequenz proportional ist, andererseits aber vofi der gegenseitigen Einstellung der beiden Spulen abhängt. Bezeichnet e die in S, induzierte E. M. K., so beträgt der Winkel zwischen e und i bei Stromlosigkeit des Vibrationsgalvanometers stets go', während e der Größe nach gleich n - w - i ist, wo der Faktor 17 von der gegenseitigen Einstellung der beiden Spulen abhängt und bei gegebener Spulenanordnung durch Eichung leicht ermittelt werden kann. Die Spannung p am Widerstand r ist in Phase mit dem Strom 1 und ihrer Größe nach gleich Y - j. Ist der Galvanometerausschlag zum Verschwinden gebracht, so sind die Spannungen p und e in bezug auf Größe und Phase einander gleich. Man erkennt, daß dies nur mögl-ch ist, wenn der Phasenwinkel zwiEchen Strom i und Spannung P gleich Winkel (P, P,) = a ist. Durch Verändern der Widerstände R" R, und durch Ver---chieben der Spule S, gegen die Spule S, kann man bei passender Wahl der Induktivität L und des Widerstandes r stets erreichen, daß der Ausschlag des Vibrationsgalvanometers verschwindet.
• Für die Phasenwinkel a und E gelten folgende Beziehungen:

  Weiter ist, wie aus obigen Ausführungen

  hervorgeht,

  tg a = Ig E + tg 6

  und [Wi den in Betracht kommenden kleinen

  Winkeln

  +

  also

  a- E (3).

  Die Ströme i und 1 berechnen sich aus den

  Gleichungen

  p

  + (WL)2 (4a)

  und

  p (5a).

  R2+ -CW -cf

  Nun kann bei den für unsere Meßanordnung

  in Betracht kommenden Werten von w, L,

  R, R, und C der Wert (w L) 2 gegen R2 und R2

  2 1

  gegen we)2 stets vernachlässigt werden, so daß

  man schreiben kann

  p

  (41»

  und

  J=P.w-C (5b).

  Ferner ist, wie schon oben erwähnt,

  e Co -

  und

  p

  Demnach wird

  p

  e - W - -A2-

  und

  p P- W - C.

  Nun ist bei abgegl:chener Anordnung

  e =P,

  so daß wir schreiben können

  W - p r.P.w.C

  oder

  C (6)

  R2

  Diese Gleichungen lassen erkennen, daß nach Abgleichung der Anordnung die Kapazität C aus den bekannten Werten n, R, und r nach Gleichung (6) berechnet werden kann und daß sich dann der dielektrische Verlustwinkel & aus den Werten L, C, RI, R, und w nach Gleichungen (i) bis (3) ohne weiteres berechnen läßt.
• Unter Benutzung dieses Verfahrens lassen sich in einfacher Weise Kapazitäts- und Verlustwinkelmessungen ausführen, wenn man eine entsprechend aufgebaute Meßeinrichtung verwendet. Dieselbe besteht aus zwei induktions-und kapazitätsfreien Kurbelwiderständen (Dekadenwiderständen o. dgl.), aus einem geeichten Lufttransformator nebst Selbstinduktionsspule und aus einem Vibrationsgalvanometer. Diese Meßeinrichtung zeichnet sich aus durch ihre Einfachheit, durch verhältnismäßig niedrigen Anschaffungspreis und durch vielseitige Verwendungsmöglichkeit bei großem Meßbereich. Es können damit Kapazitäten jeder Größenordnung in bezug auf Kapazitätswert und Verlustwinkel sehr genau untersucht werden. Als Beispiel sei angeführt, daß mit einer solchen Meßeinrichtung bei einer Frequenz von 50 Perioden und einer Betriebsspannung von nur 22o Volt Kapazitäten von der Größenordnung io Mikrofarad bis zur Größenordnung 10-4 Mikrofa.rad auf mindestens i Prozent genau gemessen werden können und daß Verlustwinkel der üblichen Größe sich mit derselben Genauigkeit messen lassen.
• Der verwendete Lufttransformator kann in einfacher Weise in Kapazitätswerten geeicht werden, so daß die zu messende Kapazität an einer am Lufttransformator angebrachten Skala unmittelbar abgelesen werden kann. Ebenso kann die der Primärspule des Lufttransformators vorgeschaltete Selbstinduktionsspule stetig veräuderYch gemacht werden zu dem Zwecke, nach entsprechender Eichung den zu messenden Verlustwnkel an einer an der Selbstinduktions5pule angebrachten Skala unm>ttelbar ablesen zu können. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß auch von wenig geübten Personen die Messungen in einwandfreier Weise ausgeführt werden können, da nach Abgleichung des V#brationsgalvanom3ters die zu m,3ssenden Werte an übarsichtl chen Skalen einfach abgelesen werden. Dabei ist al. b,-sonderer Vorteil der neuen Einrichtung anzuführen, daß mit einer Galvanometereinstellung gleichzeitig die Kapazität und der Verlustwinkel gemessen werden, wodurch viel Zeit gespart wird.
• Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders zu Untersuchungen an Kondensatoren, Kabeln und Isohermaterialien. Auch bei Verlustmessungen an Hochspannungskabeln kann das neue Verfahren mit Vorteil angewendet werden.

Claims (2)

1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Messung der Kapazität und des dielektrischen Verlustwinkels von Kondensatoren und Kabeln unter Anwendung des Kompensationsprinzips, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer veränderlichen gegenseitigen Induktion (Lufttransformator) und geeignet geschalteter Widerstände und Selbstinduktionsspulen ohne Zuhilfenahme eines Vergleich#1ondensators mit einer Galvanometereinstellung gleichzeitig die Kapazität und der dielektrische Verlustwinkel des zu untersuchenden Meßobjektes gemessen werden.
2. 2. Schaltungsweise zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle einerseits über einen induktions- und kapazitätsfreien Widerstand mit dem zu untersuchenden Meßobjekt, anderseits über Selbstinduktionsspulen und induktions- und kapazitätsfreie Widerstände mit der Primärspule eines in der Koppelung veränderlichen geeichten Lufttransformators verbunden ist und daß die in der Sekundärspule des Lufttransforinators induzierte Spannung gegen die Spannung an dem Widerstand kompensiert wird, welcher dem zu untersuchenden Meßobjekt vorgeschaltet ist. 3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die benutzten Widerstände und SelbstinduktionsEpulen in ihren Werten bekannt und ganz oder teilweise veränderlich sind, und daß. ein in Kapazitätswerten geeichter Lufttransformator verwendet wird zu dem Zwecke, die zu messende Kapazität an einer am Lufttran# formator angE brachten Skala unnuttelbar ablesen zu können. 4. Einr*chtung zur Au#,führung des Verfahrens nach AnLpruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die der Primän pule des Lufttransformators vorge,# chaltete Selbstinduktionsspule veränderLch ist zu dem Zwecke, den zu messenden Verlustwinkel an einer an der Sclb#tindukt-*.ons; pule ang(brachten Skala unm-ttelbar ablesen zLi können.