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Einrichtung zur Bestimmung des Kapazitätszustandes von Kabeln, Maschinen
u. dgl. Is sind des öfteren Verhältnisse gegeben, die eine absatzweise oder dauernde
Bestimmung des Kapazitätszustandes von Einrichtungen verlangen, und zwar in der
Regel lieben der Durchführung anderer elektrischer Messungen. So ist z. B. bei der
Tränkung von Kabeln u. dgl. die laufende Bestimmung der Kapazität und der Isolation
des Kabels erwünscht, da diese Größe Schlüsse auf den Verlauf des Tränkungsvorganges
zulassen. Im allgemeinen ist in dem erwähnten Fall auch noch die Bestimmung der
Temperatur und des Vakuums im Tränkgefäß notwendig oder erwünscht, die ebenfalls
in an sich bekannter Weise unter Anwendung elektrischer Meßmethoden ermittelt werden
können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für diese und ähnliche
Verhältnisse besonders geeignete und auch sonst verwendbare Kapazitätsmeßeinrichtung
zu schaffen, die neben großer Empfindlichkeit im Aufbau einfach ist und nach Möglichkeit
gestattet, wesentliche Einzelteile auch zu anderen Messungen, die gegebenenfalls
neben der Kapazitätsmessung erforderlich sind, zu verwenden. Dies ist dadurch erreicht,
daß erfindungsgemäß zur Kapazitätsmessung Wechselstrom und ein Gleichstrommeßgerät
verwendet ist in Verbindung mit einem die Blindkomponente des über das Gleichstrommeßgerät
fließenden Meßstromes gleichrichtenden Synchronschalter. Der Synchronschalter kann
ein mechanischer Gleichrichter, z. B. Pendelgleichrichter sein, dessen Erregerwicklung
jedoch über eine Kunstschaltung o. dgl. an die Wechselspannung derart gelegt wird,
daß die halbperiodische Umschaltung des Gerätes um 9o° phasenverschoben gegenüber
der Spannung ist, die an der Einrichtung liegt, deren Kapazitätszustand zu überwachen
ist. Dies hat, wie leicht einzusehen ist, zur Folge, daß der Synchronschalter lediglich
die Blindkomponente des durch den Ohmschen Widerstandswert und die Kapazität der
zu überwachenden Einrichtung bestimmten Stromes gleichrichtet und somit nur diese
zur Einstellung des Meßgerätes beiträgt, während die durch den Isolationswert bedingte
Stromkomponente nicht gleichgerichtet wird und somit auf die Einstellung des Meßgerätes
ohne Einfluß bleibt. Wird zur Kapazitätsmessung eine Wechselstromquelle verwendet,
deren Spannung, Frequenz und Kurvenform konstant sind, so gibt das Meßgerät unmittelbar
die Kapazität der zu überwachenden Einrichtung an. Der bei dem Erfindungsgegenstand
verwendete Synchronschalter kann auch in einer fremdgesteuerten Trockengleichrichterschaltung
bestehen, wie man sie schon für andere Zwecke entwickelt hat.
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Neben der Einfachheit des Aufbaues und hohen Empfindlichkeit hat die
neue Anordnung den Vorteil, daß das verwendete Gleichstrommeßwerk
auch
zu anderen Messungen verwendbar ist, z. B. in dem genannten Anwendungsfall auch
zur Isolationsmessung und weiterhin zur Vakuum- und Temperaturmessung, und somit
für die verschiedenen lleßgrößen ein einziges Meßwerlc genügt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, und zwar zurÜberwachung
des Tränkungsvorganges von Kabeln u. dgl., ist in Fig. i dargestellt.
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io ist ein Sechsfarbenschreiber, dessen zweckmäßig periodisch selbsttätig
weitergeschaltete Umschalteinrichtung drei vorzugsweise miteinander starr verbundene
Kontaktlamellen i i u, 1 1 b und i i, mit je 6 Kontakten i bis 6 besitzt.
Über die Kontakte 3 bis 6 erfolgt die Vakuum- und Temperaturmessung, von deren näherer
Beschreibung und Darstellung hier abgesehen ist, da diese Meßmethoden an sich bekannt
sind. Über die Kontakte i und 2 erfolgt die Isolationsmessung und die Kapazitätsmessung.
Bei der Umschaltung der dem Sechsfarbenschreiber io zugeordneten Umschalteinrichtung
wird über deren Kontaktlamelle i i, und den zugehörigen Kontakt 2 das Relais E an
die Stromquelle 12 gelegt, worauf das Relais E seine Arbeitskontakte e1 und e2 schließt
und den Ruhekontakt e. öffnet. Über den Kontakt e, wird ein Stromkreis geschlossen,
der von der einen Klemme der Sekundärwick7 lung eines primär aus der Wechselstromquelle
13 mit konstanter Spannung gespeisten Transformators 14 über den Synchronschalter
15, einen Vorwiderstand 16, den Kontakt 2 und die Kontaktlamelle i i", das Meßwerk
des Sechsfarbenschreibers io, die Kontaktlamelle iib und den Ausschalter 17, über
die Isolation des an die Klemme 18 angeschlossenen, in der Zeichnung nicht dargestellten
Kabels o. dgl. über Erde zurück zu der anderen Klemme der Sekundärwicklung des Transformators
14 verläuft. Die Erregerwicklung des Synchronschalters 15, der, wie schon erwähnt,
beispielsweise in seinem Aufbau einem mechanischen Gleichrichter vollkommen entsprechen
kann, ist über eine Kunstschaltung i9 ebenfalls an die zur Speisung des Transformators
14 dienende Stromquelle 13 angeschlossen. Die Kunstschaltung i9 führt eine derartige
Phasenverschiebung des Erregerstromes des Synchronschalters 15 gegenüber der Spannung
herbei, daß die halbperiodische Umschaltung des Synchronschalters um 9o° phasenverschoben
gegenüber der auf die kapazitiveVorrichtung, im angenommenen Fall auf das Kabel
wirkenden Spannung erfolgt. Infolgedessen fließt über das Gleichstrommeßwerk des
Sechsfarbenschreibers io ein Strom, der eine Gleichstromkomponente enthält, die
der Blindkomponente des Wechselstromes entspricht, der bei Nichtvorhandensein des
Synchronschalters 15 über das Meßwerk des Sechsfarbenschreibers io fließen würde.
Der Ausschlag des Meßwerkes gibt daher bei konstanter Spannung, Frequenz und Kurvenform
der verwendeten Meßspannung ein eindeutiges Maß für die Größe der zwischen der Klemme
i8 und Erde liegenden Kapazität.
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Bei der Überwachung des Tränkungsvorganges von Kabeln u. dgl. und
unter ähnlichen Verhältnissen interessiert in der Regel nicht die Größe der Gesamtkapazität,
sondern der spezifische Wert, d. h. die Kapazität pro Längeneinheit, z. B. ,uF/km.
Zu diesem Zweck ist ein über den Kontakte, zu dem Synchronschalter 15 und dem Registriergerät
io parallel liegender Nebenschluß mit regelbarem Widerstand 2o vorgesehen. Durch
entsprechende Einstellung dieses Widerstandes kann erreicht werden, daß der von
dem Registriergerät aufgezeichnete Wert jeweils unabhängig von der tatsächlichen
Kabellänge den spezifischen Wert darstellt. Zweckmäßig wird der Widerstand 2o mit
einer in Längen geeichten Skala versehen, derart, daß bei Einstellung des Widerstandes
auf den der Länge des gerade zu prüfenden Kabels entsprechenden Wert das Meßgerät
den spezifischen Wert anzeigt.
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Die Isolationsmessung erfolgt über die Kontakte i. Bei Umlegung der
Umschalteeinrichtung auf diese Kontakte wird über die Kontaktlamelle i i, und den
Kontakt i die Wicklung eines Relais F an die Stromquelle i2 gelegt, woraufhin dieses
seine Arbeitskontakte f1, f2, fs schließt und seinen Ruhekontakt f4 öffnet. Die
Meßgleichspannung für die Isolationsmessung wird von einem Spannungsteiler 21 abgegriffen,
der über einen Regulierwiderstand22, einen Strommesser 23 und den Kontakt f z an
der Gleichstromquelle konstanter Spannung 24 liegt und dessen Strom mittels des
Strommessers 23 und des Widerstandes 22 genau einstellbar ist. Entsprechend den
Meßbereichen können über den Schalter 25 drei verschiedene Spannungswerte von dem
Spannungsteiler 2i abgegriffen werden. Der Stromkreis verläuft hierbei über den
Schalter 25, den Kontakt f1, den Kontakt i und die zugehörige Kontaktlamelle i i",
das Meßwerk des Sechsfarbenschreibers io, die Kontaktlamelle iib, den Kontakt i,
den Schalter 17 über die an die Klemme 18 angeschlossene Vorrichtung, z. B. die
Isolation des Kabels; über Erde zurück zu der anderen Klemme des Spannungsteilers
21 bzw. zu dem negativen Pol der Stromquelle 24.
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Um auch bei der Isolationsmessung die Anzeige bzw. Registrierung spezifischer
Werte
zu erhalten, z. B. Megohm/km, sind parallel zum Meßwerk des Registriergerätes io
zwei regelbare Widerstände 25 und 26 gelegt. Auch hier ist es zweckmäßig,
in Längen unterteilte Skalen zu verwenden. Am Widerstand 25 werden die ganzen Kilometerzahlen
und am Schiebewiderstand 26 die Bruchteile eingestellt, so daß die Summe der beiden
eingestellten Werte die Länge des an die Klemme 18 angeschlossenen Kabels ergibt.
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Die Ruhekontakte f4 und e3 steuern einen Kurzschlußkreis des Meßwerkes
des Registrier gerätes und sind so justiert, daß das Meßwerk während des Einschaltvorganges
kurzgeschlossen ist und somit Prellschläge auf das System vermieden werden.
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Statt einen Sechsfarbenschreiber mit einem einzigen Meßwerk zu verwenden,
könnte man selbstverständlich auch mehrere Einzelregistriergeräte benutzen. Für
manche Zwecke ist es zweckmäßig; neben dem Registriergerät für jede einzelne Größe
noch ein Anzeigegerät vorzusehen. Des weiteren können Alarm- oder Regeleinrichtungen
Anwendung finden, die beim Über- oder Unterschreiten vorgeschriebener Meßwerte in
Tätigkeit treten. Sofern mehrere Tränkungsgefäße oder Imprägnieröfen vorhanden sind,
können deren Daten mittels eines gemeinsamen Vielfachschreibers registriert werden.
Die Skalen des Registriergerätes werden zweckmäßig mit unterdrücktem Nullpunkt ausgebildet.
Da sehr hohe Anforderungen an dieMeßgenauigkeit zu stellen sind, ist es von Vorteil,
zur Vermeidung von Meßfehlern an sich bekannte Maßnahmen zur Vermeidung von Kriechströmen
zu treffen. Die Umschalter können als Ouecksilberschalter ausgebildet sein.
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Zur Lieferung der konstanten Gleichspannung für die Isolationsmessung
kann eine Batterie verwendet werden. In manchen Fällen erscheint es jedoch zweckmäßiger,
die Gleichspannung über einen Gleichrichter aus einer Wechselstromquelle zu entnehmen.
Sofern die. Spannung der zur Verfügung stehenden Wechselstromquelle, wie es in der
Regel der Fall ist, schwankt, kann eine Spannungskonstanthaltev orrichtung verwendet
werden, z. B. der in Fig.2 veranschaulichten Ausführung. Bei dieser Schaltung ist
die Primärwicklung eines Transformators 30 über eine Eisendrahtlampe 31 und einen
Schalter 32 an die Wechselstromquelle 33, deren Spannung nicht konstant ist, angeschlossen.
Von der Sekundärwicklung des Transformators 30 wird einmal die zur Kapazitätsmessung
dienende Wechselspannung über die Leitung 3q., des weiteren die Spannung zur Heizung
der Glühkathode einer Gleichrichterröhre 35 und endlich deren Anodenspannung abgenommen.
Über einen Shunt des Anodenkreises wird über die Leitung 36 die zur Isolationsmessung
dienende Gleichspannung entnommen. Die Höhe dieser Spannung wird an dem Stufenwiderstand
37 einreguliert. Die parallel zu den Klemmen der Primärwicklung des Transformators
30 liegenden Schiebewiderstände 38 und 39 gestatten, die Belastung so einzuregulieren,
daß die Meßspannung für die Kapazitätsbestimmung genau den vorgesehenen Wert, z.
B. iio Volt, besitzt.