DE581156C - Anordnung zur Messung hoher und hoechster Spannungen mittels einer Kugelfunkenstrecke - Google Patents

Description

Der Verein Deutscher Elektrotechniker hat für die Messung hoher Spannungen die Kugelfunkenstrecke normalisiert Sie mißt den Scheitelwert der Spannung, aus dem nur bei bekannter Kurvenform auf den Effektivwert geschlossen werden kann. Da die Ermittlung der Kurvenform bei hohen Spannungen ihrer-' seits besondere Schwierigkeiten bereitet, kann man bekannte Kurvenform meist nicht voraussetzen.

Für die Messung des Effektivwertes sind besondere Instrumente entwickelt worden, z. B. von Starke und Schröder, von Palm (Hartmann & Braun) und von Klemperer.

Alle diese Instrumente sind, wie auch die Kugelfunkenstrecke selbst, bei hohen Spannungen außerordentlich groß und teuer und nehmen auch sehr viel Platz in Anspruch. . Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, derart, daß die überall auf Grund der VDE-Vorschriften vorhandene Funkenstrecke so eingerichtet wird, daß sie gleichzeitig (also ohne Störung ihrer Verwendbarkeit als Meßfunkenstrecke) auch zum Messen der effektiven Spannungswerte verwendet werden kann.

Nachdem vom VDE die Spannungsmessung mit der Kugelfunkenstrecke vorgeschrieben ist, diese nun in allen Hochspannungslaboratorien vorhanden sein muß, erspart man durch die Erfindung die Aufstellung eines weiteren Voltmeters zur Messung des Effetivwertes. Der hierdurch entstehende technische und wirtschaftliche Vorteil ist ganz erheblich.

Stehen die Kugeln einer Kugelfunkenstrecke unter Spannung bei einem Abstande, der einen Durchschlag noch nicht zustande kommen läßt, so ziehen sie sich gegenseitig an mit einer Kraft, die nach bekannten Gesetzen dem Quadrat der Spannung proportional ist. Diese Kraft erreicht recht erhebliche Beträge. Man kommt unter Umständen auf Beträge von etwa der Größenordnung eines Kilogramms. Messung der Kraft liefert den Effektivwert der Spannung. Die Messung der wirkenden Kräfte muß natürlich so erfolgen, daß die Verwendbarkeit der Anordnung als Kugelfunkenstrecke nicht beeinträchtigt wird. Aus diesem Grunde ist es nicht angängig, wie etwa bei der Konstruktion von Starke und Schröder, aus den Kugeln (oder Elektroden anderer Form) ein Stück auszuschneiden, das allein beweglich ausgeführt wird, oder, wie bei der Konstruktion nach Klemperer, außer dem Tragschaft für die Kugel noch weitere Ansätze anzubringen.

In der Abb. 1 ist das Wesen der Erfindung schematisch dargestellt. Es sind 1 und 2 die Kugeln einer Meßfunkenstrecke. Die untere Kugel steht auf einem Stützer auf Erde, besitzt also Erdpotential, während die obere Kugel bei 3 an Hochspannung angelegt ist. Die obere Kugel ist beweglich an einer Feder 4 aufgehängt. Diese Feder beeinflußt einen Spiegel 5. Die Feder 4 und der Spiegel 5 sind in den Schaft 6 der Kugel 2 eingebaut. Es ist an dem Schaft lediglich eine

kleine öffnung in der Gegend des Spiegels ausgebrochen, durch die von einer Lichtquelle 7 eine Ablesemajke über den Spiegel 5 auf eine Skale 8 projiziert wird. Sowohl die S Lichtquelle 7 wie die Skale 8 können außerhalb des Hochspannungsbereiches angebracht sein, so daß hierdurch das elektrostatische Feld der Kugel 2 nicht gestört wird.

Die Aufhängung der Kugel und die Ubertragungseinrichtung auf den Spiegel sind in der Abb. 2 etwas ausführlicher dargestellt. Es ist dort 10 die obere der beiden Kugeln von Abb. i, 11 ist das untere Ende des Schafteso von Abb. 1. Die Kugel 10 ist mit einem Bolzen 12 auf einer Feder 13 gelagert. Letztere trägt zunächst das ganze Gewicht der Kugel und stützt sich auf einen an dem Schaft 11 befestigten Ring 14. Von dem Schaft 11 geht eine Fühlstange 15 nach oben, die durch eine geeignete Übertragungseinrichtung den Spiegel 16 bewegt. Wichtig ist hierbei, daß die Kugel mit ihrem Bolzen 12 sich vollständig frei innerhalb der Feder 13 und dem Schaft 11 bewegt, so daß bei der s5 Messung keine Reibungsfehler entstehen.

Zunächst scheint diese Anordnung für ein Meßinstrument etwas robust zu sein. Es ist jedoch zu bedenken, daß die ponderomotorische Kraft an der Kugel in der Größen-Ordnung von einem Kilogramm liegt, während ihr Gewicht nur wenige Kilogramm beträgt.

Um jede elektrostatische Störung zu vermeiden, ist die Feder im Innern des Schaftrohres angebracht. Nur an der Stelle, an der bei einer normalen Funkenstrecke das Schaftrohr in die Kugel einmündet, bleibt ein schmaler Spalt, der jedoch beliebig klein gehalten werden kann und an dieser fast feldfreien Stelle bedeutungslos ist. Wird die Anordnung unter Spannung gesetzt, so wird die Kugel angezogen und die Feder etwas verlängert. Die entsprechende-Verschiebung der Kugel ist ein Maß für die Kraft und damit" für die Spannung. Wesentlich ist, daß nur die auf die Kugel wirkenden Kräfte gemessen werden, aber nicht z. B. die Kräfte, die am Scliaft und an der' Befestigung des Schaftes am Isolator angreifen. Gerade die letzteren Kräfte werden sehr stark vom umgebenden Raum usw. beeinflußt werden, so daß die Meßergebnisse starke Fehler aufweisen könnten. Die beschriebene beispielsweise Ausführungsform sichert ohne weiteres die einwandfreie Erfassung der auf die Kugel allein wirkenden Kräfte.

Man kann auch am oberen Schaftende

einen Zeiger anbringen, der die Auslenkungen der Kugel mit zweckmäßiger Vergrößerung auf einer Skale ablesen läßt. Auch auf irgendeine andere der bekannten Methoden ' kann die Bewegung der Kugel in vergrößertem Maßstabe sichtbar gemacht werden. Z. B. kann zur Messung der Kräfte eine hydraulische Meßdose oder eine elektrische Anordnung, wie die bekannte Meßdrosselspule, bei der durch die Kugelauslenkung der Luftspalt im Eisenkreis und damit die Induktivität geändert„wird, benutzt werden. EinAnzeigegerät, das zunächst die Reaktanz der Drosselspule mißt, kann dann unmittelbar in kV geeicht werden. Der Vorzug einer solchen Anordnung liegt darin, daß eine räumliche Trennung von- Funkenstrecke und Anzeigegerät ohne weiteres möglich ist.

Um die Anordnung als Meßfunkenstrecke verwenden zu können, muß dafür gesorgt werden, daß die Auslenkungen der Kugel nicht stören. Entweder wird man sie so klein halten, daß sie vernachlässigt werden können; ο, ι mm Auslenkung spielt bei den in Frage kommenden Verhältnissen bei Funken-Strecken für höhere Spannungen noch keine Rolle. Andererseits ist eine Auslenkung von 0,1mm noch leicht durch Vergrößerung ablesbar zu machen. Will man größere Auslenkungen benutzen, so kann man ohne weiteres für Seheitelwert- (Überschlags-) Messungen die Kugel arretieren.

Auch umgekehrte Anordnungen, stehende Kugel, sind, wenn auch etwas schwieriger, ausführbar. Man muß dann nur dafür sorgen, daß die· stehende Kugel von den Federn getragen wird, ohne umzukippen, was durch Anordnung von Gleitbahnen mit Kugellagern möglich wäre, die aber störende Reibung hervorrufen würden. Besser wird es sein, dutch zweckmäßig angeordnete Blattfedern für stabile Lagerung zu sorgen unter Vermeidung jeglicher Reibung. Diese Anordnung bringt unter Umständen den Vorteil, daß bei einseitig geerdeter Funkenstrecke die Meßeinrichtung in den geerdeten Schaft eingebaut werden kann und sich nahe am Boden befindet. Mit solchen Blattfedern wäre es sogar möglich, auch bei der praktisch selteneren Funkenstrecke mit horizontaler Anordnung die Kraft- und Effektivwertmessung vorzunehmen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung hoher und höchster Spannungen mittels einer Kugelfunkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schaft (oder an sein Ende) der einen Kugel eine Meßeinrichtung eingebaut ist, die die ponderomotorische Kraft des elektrostatischen Feldes zu messen gestattet, ohne die Verwendbarkeit als Meßfunkenstrecke zu beeinträchtigen.

2. Anordnung nach Anspruch ,1, da-

durch gekennzeichnet, daß die Kräfte in an sich bekannter Weise durch die Auslenkung von Federn meßbar sind, die Auslenkungen jedoch so klein gehalten sind, daß sie bei Überschlagsmessungen zu vernachlässigen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der ponderomotorischen Kraft auf eine Ableseeinrichtung eine hydraulische Meßdose vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der Bewegung der einen Meßkugel auf größere Entfernungen eine an sich bekannte Drosselspule vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Effektivwertmessungen beweglich angeordnete Kugel für die Scheitelspannungsmessungen (Überschlagsmessungen) arretiert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Berlin, gedruckt in der reichsdrl'ckerei