-
Vorrichtung zur punktweisen Aufnahme der Kurvenform von hohen Wechselspannungen
Zur punktweisen Aufnahme von Kurvenformen, z. B. solchen von Hochspannungen, bedient
man sich in -der Regel einer Joubertschen Scheibe. Dabei muß man mehrere Nachteile
mit in Kauf nehrrien, die nicht nur in den großen Kosten und dem Umfang der Meßapparatur
begründet sind, sondern vor allem sich auch auf die Meßgenauigkeit beziehen. Zunächst
macht die geringe Stromausbeute besonders bei Hochspannungen Schwierigkeiten, weil
der Kontakt der Scheibe ja nur einen kleinen Bruchteil einer Periodendauer geschlossen
ist. Eine zweite Schwierigkeit bereitet das Gleiten des Kontaktes auf der Scheibe,
insbesondere werden durch die Reibung unkontrollierbare Störspannungen erzeugt,
die die Verwendung empfindlicher Meßgeräte erheblich erschweren.
-
Aufgabe der Erfindung war es, mit möglichst einfachen Mitteln ein
zuverlässiges Gerät zur punktweisen Aufnahme der Kurvenform von hohen Wechselspannungen
zu schaffen, das die Verwendung nahezu beliebig empfindlicher Meßgeräte gestattet,
so daß die vor das Meßgerät zu schaltende Meßkapazität sehr klein gewählt werden
kann.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Auf einem gemeinsamen Grundbrett oder in einem gemeinsamen Behälter i sind die für
die Messung erforderlichen Teile vereinigt. Mit 2. ist ein empfindliches Gleichstrommeßgerät
bezeichnet, das über die Kontakte zweier Synchronschalter 3 und 4., die zweckmäßig
.als Zungengleichrichter ausgebildet sind, und Widerstände 5 und 6 zwischen die
beiden Klemmen 7 und 8 geschaltet ist. Die Klemme 8 wird im Betrieb mit der Erde
verbunden, während die Klemme 7 in leitender Verbindung mit der Kalotte 9 eines
Kugelmeßkondensators steht. Der restliche Teil der zur Kalotte 9 gehörigen Kugel
ist ebenfalls geerdet. Die Erregerwicklungen der Synchronschalter 3 und 4 sind an
einen normalen Phasenschieber io mit drei Erregerphasen angeschlossen. Da vielfach
Drehstrom nicht zur Verfügung steht, dient zur Erregung des Phasenschiebers io eine
Kunstschaltung, die in der Zeichnung in einem besonderen Behälter i i untergebracht
dargestellt ist. Dieser Kunstschaltung wird über die Klemmen 12 und 13 bzw. 14 eine
Einphasenspannung zugeführt.
-
Die Klemmen 12 und 13 bzw. 14 werden mit Rücksicht auf den erforderlichen
Synchronismus zweckmäßig an dasselbe Netz geschaltet, aus dem die Erregung des Hochspannungstransformators
15 entnommen wird. Vielfach ist aber für diesen ein besonderes Erregeraggregat mit
einem Einphasengenerator vorhanden, dessen Spannung durch Erregungsänderung geregelt
wird. Mit diesem Generator ist im allgemeinen für Meßzwecke ein kleiner Hilfsgenerator
gekuppelt. Ein solcher Fall ist in der Zeichnung vorausgesetzt, und zwar ist mit
16 der Hauptgenerator und mit 17 der Hilfsgenerator bezeichnet. Die Spannung des
Hilfsgenerators 17 ist dabei proportional der Frequenz, da seine Erregung im allgemeinen
nicht geregelt wird. Durch eine Drossel 18, die zwischen die
Klemmen
13 und 14 geschaltet ist, können die Änderungen der Klemmenspannung des Generators
17 nahezu vollkommen kompensiert werden, so daß der Kunstschaltung ein praktisch
konstanter Erregerstrom zufließt. Die Drossel muß dabei derart bemessen sein, daß
die Spannung an der Drossel etwa doppelt so hoch ist wie die Spannung zwischen den
Klemmen 12 und 13.
-
In Fällen, wo die Erregerspannung für die Kunstschaltung unmittelbar
- aus dem Netz entnommen wird, werden zum Anschluß zweckmäßig die Klemmen 12 und
13 benutzt.
-
An weiteren Teilen sind auf der Platte i noch ein Widerstand ig und
eine Glimmstrecke 2o angeordnet. Die Glimmstrecke 2o dient zum Schutz des Meßgerätes
bei einem Überschlag der Funkenstrecke, und der Widerstand ig soll unzulässige Funkenbildung
an den Gleichrichterkontakten 3 und q. verhindern.
-
Die Arbeitsweise des Gerätes geht aus folgenden Überlegungen hervor.
Über das Meßgerät 2 fließt der Ladestrom des von der Kugelkalotte g und der gegenüberliegenden
Kugel gebildeten Kondensators. Es sei i der Augenblickswert des Ladestromes in Ampere,
e der Augenblickswert der Spannung am Kondensator in Volt, C die Kapazität des Kondensators
in Farad, t die Zeit in Sekunden, T die Periodendauer. Dann gilt die Gleichung
Man kann nun das Integral zwischen t1 und t2 bilden, wo t1 bzw. t. den Zeitpunkt
bedeuten, in dem das Gleichstromgerät zwischen die Kapazität und Erde geschaltet
bzw. wieder abgeschaltet wird. Dann ergibt sich
Liegt nun die Kapazität an einer .Wechselspannung und man macht
d. h. gleich der halben Periodendauer, dann wird [e (t2) - e (t1)] #
C - 2 # e (t2) # C, also der Gleichstrommittelwert, bezogen
auf
wird gleich
Bleibt während der Messung die Spannungsfrequenz und die Phasenlage des das Gleichstromgerät
schaltenden Synchronschalters konstant, dann erhält man einen konstanten ablesbaren
Ausschlag, aus dem unmittelbar der Spannungswert entnommen werden kann. Der Ausschlag
ist proportional dem zeitlichen Mittelwert über T, also
Der bei Verstellung des Phasenschiebers io ermittelte Höchstwert entspricht dem
Scheitelwert. Von dort ausgehend bzw. von einem Nullwert ausgehend kann die Spannungskurve
punktweise aufgenommen werden, indem man den Phasenschieber um gleich große Winkel
schrittweise verstellt und jeweils den von dem Meßinstrument abgelesenen Wert aufträgt.
-
Die oben beschriebene Messung setzt an sich die Verwendung nur eines
Synchronschalters voraus, der während einer einer Halbperiode entsprechenden Zeitdauer
periodisch geöffnet bzw. geschlossen ist. Durch die in der Zeichnung dargestellten
zwei Synchronschalter wird an dem Grundprinzip der Messung nichts geändert, da diese
Synchronschalter um i8o° gegeneinander in der Phase verschoben sind. Durch die Zusammenwirkung
mit den beiden Widerständen 5 und G (- r) entsteht in diesem Fall ein Ausschlag
wenn ri der Instrumentenwiderstand ist und die Wirkung von 1g vernachlässigt wird.
Die Anordnung mit den zwei Synchronschaltern hat den Zweck, Störungen auszuschließen.
Denkt man sich einen der Synchronschalter, z. B. den Schalter 3 und den diametral
gegenüberliegenden Widerstand 6, fortgenommen, dann würde über den Kontakt des Synchronschalters
q. ein Stromkreis periodisch geschlossen sein, der das Meßinstrument 2, den Widerstand
5 und den Widerstand ig enthält. Wenn nun durch Fremdfelder in der Spule des Meßinstrumentes
2 eine EMK induziert wird, dann wird in dem oben angegebenen Kreis ein Wechselstrom
fließen, der periodisch von dem Synchronschalter q. unterbrochen wird. Bei günstiger
Phasenlage dieses Wechselstromes gegenüber der Phase des Synchronschalters würden
sich auf das Instrument entgegengesetzt gerichtete gleiche Halbwellen des Wechselstromes
auswirken und so ein Ausschlag nicht zustande kommen. Bei ungünstiger Phasenlage
würde sich dagegen unter Umständen stets nur die eine Halbwelle auswirken, so daß
das Instrument einen Ausschlag zeigt, auch wenn die Kugelfunkenstrecke gar nicht
unter Spannung steht. Durch die Hinzufügung des zweiten Synchronschalters, der um
i8o° phasenverschoben
arbeitet, wird eine Unterbrechung des in der
Spule des Meßgerätes induzierten Wechselstromes verhindert. Es können sich also
beide Halbwellen dieses Wechselstromes gleich ausbilden, so daß sie eine Rückwirkung
auf das Meßinstrument nicht ausüben können.
-
Mit Rücksicht auf die oben bereits erwähnte Gefahr des Auftretens
von Funkenüberschlägen zwischen den Kugeln des Kondensators"ist es zweckmäßig, das
Gerät während der Messung in ausreichender Entfernung hinter einem Schutzgitter
aufzustellen und sich zur Bedienung des Phasenschiebers einer in der Fig. a dargestellten
Kuppelstange aus isolierendem Material zu bedienen, die an ihrem Ende eine Vorrichtung,
z. B. eine Metallhülse mit zwei Einschnitten, trägt, die eine Kupplung mit der Achse
des Phasenschiebers z. B. mittels eines diese Achse durchsetzenden Stiftes ermöglichen.