DE566286C - Anordnung zur Messung von elektrischen Spannungen, insbesondere von Hochspannungen, mit Hilfe einer Messspule, die den Lade- oder Verschiebungsstrom einer Kapazitaet umschlingt und mit einem Messinstrument verbunden ist - Google Patents

Description

• Anordnung zur Messung von elektrischen Spannungen, insbesondere von Hochspannungen, mit Hilfe einer Meßspule, die den Lade- oder Verschiebungsstrom einer Kapazität umschlingt und mit einem Meßinetrument verbunden ist Es ist bekannt, eleic@rische Spannungen dadurch zu messen, daß man zwischen die spannungführenden Punkte, deren Potentialunterschied bestimmt werden soll, eine Kapazität legt und das durch den Ladestrom hervorgerufene Feld bestimmt. Man verwendet dazu eine ringförmige Spule, die eine Verl.indungsleitung dieser Kapazität umschlingt, und ein entsprechendes, an diese Spule angeschlossenes Meßinstrument. Man hat weiterhin vorgeschlagen, zur Spannungsmessung das vom dielektrischen Verschiebungsstrom hervorgerufene Feld heranzuziehen. Zu diesem Zwecke hat man zwischen den Elektroden der wie im ersten Fall erforderlichen Hilfskapazität eine Ringspule mit angeschlossenem Meßinstrument angeordnet.
• Bei derartigen Anordnungen tritt nun folgende Schwierigkeit auf. Die von den Elektroden ausgehenden elektrischen Kraftlinien influenzieren Ladungen in der Wicklung der Meßspule. Bei der geringsten Unsymmetrie (ungleiche Abstände der Meßwicklung von den Elektroden oder ungleiche Spannungen der Elektroden gegen Erde) haben diese Ladungen kapazitive Ströme gegen Erde zur Folge, sei es über die Erdkapazität des Instruments, sei es über eine besondere Erdleitung. Der Einfluß dieser Ströme auf das Instrument ist in den meisten Fällen viel größer als der Einfluß der von dein Magnetfeld des Verschiebungs- oder Ladestroms in der Meßspule induzierten Spannungen bzw. Ströme. Erfindungsgemäß werden .,nun die influenzierten Ströme, die eine Messung nach dem angegebenen Prinzip unmöglich machen würden, dadurch vollkommen von dem Meßinstrument ferngehalten, daß der Meßring samt seiner Wicklung von einem metallischen Mantel umgeben wird, der, wenn es erwünscht ist, auch geerdet werden kann. Dieser Mantel hat die Eigenschaft, daß er nur die störende Komponente des resultierenden elektrischen Feldes, nicht aber diejenige Komponente von der Wicklung fernhält, die vom Magnetfeld erzeugt ist und zur Messung herangezogen werden soll. Der Abstand der Elektroden kann dann beliebig ohne Rücksicht auf die Lage der Meßspule, so wie es der gewünschte Spannungsbereich erfordert, eingestellt werden. Zweckmäßig ist es, als Elektroden Kugeln zu versenden, die gleichzeitig zur Messung des Maximalwerts der Spannung aus der Funkenschlagweite dienen können.
• In Abb. r ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zwischen den Elektroden c, c' ist eine Ringspule a angeordnet, die mit einem Metallmantel na umgeben ist. Eine Leitung 1 stellt die Verbindung des Metallmantels in mit der Erde her. Zur Vermeidung von Wirbelströmen kann der Mantel m einen ringförmigen Schlitz, wie aus der Abbildung ersichtlich, aufweisen.
• Da bei einer derartigen Anordnung die Streufelder keinen Einfluß mehr auf das Meßergebnis haben, können -als Elektroden die Belegungen eines Kondensators von großer Kapazität verwendet werden. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es zweckmäßig, als Kern für die Meßspulen, namentlich bei der Messung des vom Verschiebungsstrom hervorgerufenen Magnetfeldes, ein Ferromagnetikum extrem hoher Anfangspermeabilität, z. B. eine Nickel-Eisen-Legierung (Permalloy, Mumetal), zu verwenden. Man hat bereits derartiges Material als Kern in normalen Meßwandlern benutzt, um den Phasen- und Übersetzungsfehler zu verringern, also die Genauigkeit der Messung zu erhöhen, oder um durch Materialersparnis eine Verbilligung des Wandlers zu erreichen. Im vorliegenden Falle wird äber durch die Konzentration des Feldes infolge des geringen erforderlichen Kernquerschnittes erreicht, daß die Wirkung des geerdeten Metallmantels, eine Störung durch Streufelder zu vermeiden, noch erhöht wird. Die Empfindlichkeit wächst dabei in größerem Maße, als das Verhältnis zwischen der Anfangspermeabilität von Permalloy oder Mumetal und der Anfangspermeabilität von gewöhnlichem Eisen ausdrückt.
• Sollen mit dem Voltmeter Gleich-, Wechsel- und Stoßspannungen gemessen werden, so. benutzt man als Elektroden Kugeln. Durch die Kombination dieser Elektroden mit einem Meßring kann die Spannung entweder aus dein Magnetfeld des Verschiebungsstromes oder des Ladestromes oder aus der Funkenschlagweite beim Überschlag zwischen den Kugeln gemessen werden.
• Die Größe des Verschiebungsstromes hängt ab von der Kapazität der Meßanordnung. Um große Verschiebungsströme zu bekommen, kann man zwischen die spannungführenden Elektroden nach Abb.2 Hochspannungskondensatoren mit festem oder flüssigem Dielektrikum schalten und mit dem Meßring das Magnetfeld des Verschiebungsstromes oder des Ladestromes messen. Ein Wechsel des Meßbereichs kann hierbei durch Serienschaltung bzw. Parallelschaltung einzelner Kondensatoren oder Kondensatorgruppen erreicht: «-erden.
• Die in der Meßwicklung induzierte Spannung eist dem zweiten Differentialquotienten der zu messenden Spannung d nach der zeit proportional. Enthält (i Oberwellen, so erscheinen diese in e im Verhältnis der Quadrate ihrer Ordnungszahl vergrößert. Wird mit <lern Instrument f nicht die Spannung e, sondern der Strom i in der Meßwicklung gemessen, so, wird durch die Induktivitäten des Meßringes und des Instruments die Verzerrung teilweise wieder aufgehoben. Sie läßt sich fast vollkommen beseitigen, wenn nach Abb. 2 der Meßkreis durch eine Kapazität C und eine Induktivität L auf Resonanz mit der Grundwelle von d abgestimmt und die Dämpfung dieses Kreises richtig gewählt wird. Das gleiche Prinzip liegt der Messung zugrunde, wenn i mit einem Vibrationsgalvanometer gemessen wird, dessen bewegliches System in mechanischer Resonanz mit der Frequenz des Meßstromes schwingt. Durch geeignete Wahl der Instrumentdämpfung läßt sich auch hier eine etwaige Verzerrung wieder aufheben. Dabei kann ein Vibrationsgalvanometer mit mechanischer oder mit elektromagnetischer Abstimmung verwendet werden.
• Die Messung der Spannung kann auch nach einer Nullmethode, z. B. in der Schaltung Abb. 3, erfolgen. Dabei wird der Spannung e eine Hilfsspannung e' gegengeschaltet, deren Größe und Phasenwinkel so lange verändert werden, bis das Nullinstrument f, z. B. ein Vibrationsgalvanometer, keinen Ausschlag mehr zeigt. Die Spannung e' kann im allgemeinen an einem Widerstandssatz r abgegriffen werden, der von einem konstanten Strom von der Frequenz der zu anessenden Spannung durchflossen wird. Der Widerstandssatz kann dann unmittelbar in Kilovolt geeicht werden. Wenn auch der Phasenwinkel von e' verändert werden muß, tritt an Stelle von r ein Wechselstromkompensator.
• Soll die Meßanordnung nicht dauernd eingebaut werden, dann ist es zweckmäßig, nach Art des bekannten Dietze-Anlegers, wie in Abb. q. dargestellt, den Kern der Meßspule sowie den geerdeten Metallmantel aufklappbar zu machen, um ihn je nach Bedarf um eine Leitung zur Messung des durch den Ladestrom hervorgerufenen Magnetfeldes oder zwischen zwei Elektroden zur Messung des vom Verschiebungsstrom herrührenden Magnetfeldes zu legen, z. B. zwischen den Leiter einer Hochspannungsleitung und Erde um den Tragisolator dieser Leitung.

Claims (6)

1. PATErrzANsPizücHk: i. Anordnung zur Messung von elektrischen Spannungen, insbesondere von Hochspannungen, mit Hilfe einer Meßspule, die den Lade- oder Verschiebungsstrom einer Kapazität umschlingt und mit einem Meßinstrument verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwicklung von einem metallischen, zweckmäßig geerdeten Schutzmantel umgeben ist, der alle elektrischen Felder abschirmt mit Ausnahme desjenigen, das von dem Magnetfeld des Verschiebungs- oder Ladestroms erzeugt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten mit einem ringförmigen Schlitz versehen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Elektroden ohne Rücksicht auf die Lage der mit dem Metallmantel geschützten Spule beliebig einstellbar ist. q..
4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden Kugeln verwendet sind, die gleichzeitig zur Messung des Maximälwertes der Spannung aus der Funkenschlagweite dienen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden die Belegungen eines Kondensators von großer Kapazität verwendet sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgerät ein auf die Frequenz der zu messenden Spannung abgestimmtes, gedämpftes Vibrationsgalvanometer vorgesehen ist. . Anordnung nach Anspruch i bis dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät in einem zusammen mit der Meßspule auf Resonanz abgestimmten Schwingungskreis liegt. B. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als lamellierter Kern für die Meßspule ein Ferromagnetikum von extrem hoher Anfangspermeabilität, z. B. eine Nickel-Eisen-Le-.gierung (Permalloy, Mumetal), vorgesehen ist. g. Anordnung nach Anspruch i- bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der geerdete Metallmantel als auch der Kern der Meßspule aufklappbar sind. io. Anordnung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Meßwicklung induzierten Spannung eine Hilfsspannung entgegengeschaltet ist, die so einstellbar ist, daß sie nach Betrag und Phasenwinkel der in der Meßwicklung induzierten Spannung gleicht.