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Einrichtung zum Messen von Kapazität und Verlustwinkel von unter hoher
Spannung stehenden Prüflingen unter Benutzung eines Transformators ohne Eisenkern
Zum Messen der Kapazität und der dielektrischen Verluste von Hochspannungskondensatoren
bedient man sich meistens einer der bekannten Brückenschaltungen. Diese haben aher
den Nachteil, daß die Kapazitätswerte nur in reziproken Werten abgelesen werden
können. Handelt es sich um die Messung von Kondensatoren, deren einer Belag geerdet
ist, z. B. verlegte Hochspannungskabel, so müssen die Abgleichteile der Brücke ebenso
wie der Messende selbst auf Hochspannungspotential gehoben werden und zur Vermeidung
von Fehlmessungen und Beschädigungen in einen Faradayschen Käfig gesetzt werden.
Statt der Briickenschaltung hat man sich auch einer Gegeninduktivität in Form eines
Transformators ohne Eisenkern bedient. Bei diesen Schaltungen wird ein eisenloser
Transfomiator in einen von der Prüfspannung abhängigen Kreis, d. h. entweder in
den Sekundärkreis eines Spannungswandlers oder in Reihe mit bekannten Impedanzen,
gelegt. Manche dieser Einrichtungen benötigen außerdem noch einen Vergleichskondensator.
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Die bisher bekanntgewordenen Meßverfahren haben entweder den Nachteil,
daß sie nur für Niederspannung verwendbar sind, oder den Nachteil, daß man im abgeglichenen
Zustand den Verlustwinkel des Prüflings nicht unmittelbar ablesen, sondern ihn erst
aus der Einstellung zweier veränderlicher Größen errechnen kann.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Kapazität
und Verlustwinkel von unter hoher Spannung stehenden Prüflingen unter Benutzung
eines Transformators ohne Eisenkern, bei welcher die geschilderten Nachteile dadurch
vermieden sind, daß die Primärwicklung dieses Transformators unmittelbar oder über
einen Stromwandler in dem Stromkreis des Prüflings liegt und in Reihe mit ihr ein
Schleifdraht geschaltet ist. dessen Spannungsabfall in Serie mit dem Spannungsabfall
der Sekundärwicklung eine Summenspannung ergibt, die durch eine der Spannung des
Prüflings proportionale und phasengleiche, eine unmittelbare Ablesung der Meßgrößen
ermöglichende Spannung kompensiert wird, die einem parallel zum Prüfling liegenden
Spannungswandler oder einer kapazitiven Spannungsteilerschaltung entnommen ist,
und daß die Spannungsverteilung so gewählt ist, daß der Meßkreis ein niedriges Potential
gegen Erde aufweist. DicErfindung ermöglicht nicht nur die Messung von Kapazität
und Verlustwinkel von unter hoher
Spannung stehenden Prüflingen,
sondern sie gestattet auch eine unmittelbare Ablesung der Kapazität und des Verlustwinkels,
weil die Sekundärspannung des eisenlosen Transformators senkrecht auf dem Ladestrom
des Prüfobjektes steht und somit der Winkel zwischen ihr und der Spannung ma Prüfobjekt
gleich dem Verlustwinkel des Kondensators ist. Da die Sekundärspannung des eisenlosen
Transformators proportional dem Prüfstrom und damit dem Ladestrom ist, läßt sich
eine unmittelbare Ablesung der Kapazität ermöglichen. Da ferner der Meßkreis infolge
entsprechender Erdung ein niedriges Potential gegen Erde aufweist, ist der Beobachter
oder Älessende durch die Hochspannung nicht gefährdet. Handelt es sich um die Messung
von unter Hochspannung stehenden, einseitig geerdeten Kapazitäten oder Kabeln nadl
Abschaltung der Last in betriebswarmem Zustand mit der Betriebsspannung, so wird
durch entsprechende Isolierung der Strom-und Spannungswandler der Meßkreis ebenfalls
auf erdnahem, für den Beobachter ungefährlichem Potential gehalten, was bei den
bisher für diesen Zweck bekanntgewordenen Anordnungen nicht möglich ist.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
dargestellt.
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Nach Abb. I wird an die von einem netzgespeisten Transformator gebildete,
einseitig geerdete Spannungsquelle 11 der Prüfling 12 und paralel dazu die Primärwicklung
eines Hochspannungswandlers 22 angelegt, dessen Sekundärwicklung auf einen Schleifdraht
14 mit Abgriff 20 arbeitet. In dem Stromkreis des Prüflings liegt die Primärwicklung
eines Stromwandlers 21 hoher Genauigkeit, in dessen Sekundärkreis die Primärwicklung
15 eines eisenlosen Transformators in Reihe mit einem Schleifdraht 16 geschaltet
ist. Die Sekundärwicklung 17 des eisenlosen Transformators ist einerseits an den
Verbindungspunkt der Primärwicklung 15 und des Schleifdrahtes 16 angeschlossen,
andererseits mit der einen Klemme eines Nullinstrumentes 19 verbunden. Die andere
Klemme des Nullinstrumentes ist an das obere Ende des Schleifiralites 14 angeschlossen.
Die Abgriffe IS und 20 der beiden Schleifdrähte sind miteinander leitend verbunden.
Im Sekundärkreis des Stromwandlers ist schließlich noch ein Strommesser 24 angeordnet,
während an den Klemmen der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 22 ein Spannungsmesser
25 liegt.
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Der Spannungsabfall, der an dem mit der Sekundärwicklung I7 in Reihe
liegenden Teil des Schleifdrahtes 16 auftritt, ergibt zusammen mit dem an der Sekundärwicklung
17 auftretenden Spannungsabfall eine Summenspannung, welche gegen die Spannung (Isompensationsspannung)
geschaltet ist, die an dem im Stromkreis der Sekundärwicklung 17 liegenden Teil
des Schleifdrahtes 14 als Spannungsabfall auftritt und der Spannung am Prüfling
12 proportional und phasengleich ist.
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Die Sekundärspannung des eisenlosen Transformators 15, I7 steht im
abgeglichenen Zustand senkrecht auf dem Ladestrom des Priiflings und ist ihm proportional.
Der mit ihr in Reihe geschaltete Spannungsabfall an dem Schleifdraht i6 liegt in
Phase mit dem Ladestrom. ist die Schaltung abgeglichen, d.h. fließt über das Nullinstrument
19 kein Strom, so gelten demgemäß folgende Bedingungen: Der Größe des Ladestromes
und somit der Kapazität des Prüflings entspricht zufolge des konstanten Übersetzungsverhältnisses
des eisenlosen Transformators eine bestimmte Stellung des Abgriffes 20, und die
Kapazität wird daher an einer am Schleifdraht 14 angebrachten Skala unmittelbar
abgelesen. Die Größe des Verlustwinkels ergibt sich aus dem Verhältnis des am Schleifdraht
16 auftretenden Spannungsabfalles zur Sekundärspannung des eisenlosen Transformators.
Da der Transformator bzw. dessen Primärwicklung 15 und der Schleifdraht 16 von demselben
Strom durchflossen sind, ergibt auf einer an dem Schleifdraht 16 angebrachten Skala
die Stellung des Abgriffes 18 unmittelbar die Größe des Verlustwinkels.
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ÄVie Abb. 2 zeigt, kann auch an Stelle des Spannungswandlers 22 ein
bisher für solche Messungen üblicher Hochspannungsnormalkondensator Anwendung finden.
Der Normalkondensator bildet hierbei das obere Glied 26 eines kapazitiven Spannungsteilers,
dessen unteres Glied 27 eine so hohe einstellbare Kapazität hat, daß sein Spannungsabfall
die Kompensationsspannung ergibt.
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In Abb. 3 wird eine Einriditung gemäß der Erfindung, ähnlich der
Abb. 1, in Verbindung mit einem Dreileiterkabel 12 als Prüfling gezeigt. Das Kabel
wird in an sich bekannter Weise von dem in der Anlage vorhandenen Leistungstransformator
als Spannungsquelle 1 1 gespeist. Der Priinärleiter des Normalstromwandlers 21 ist
fiir die Hochspannung isoliert. Der Spannungswandler 22 liegt zwischen der den Wandler
21 speisenden Ader des Kabels und Erde.
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Mit drei derartigen Einrichtungen können gleichzeitig die Kapazitäten
und Verlustwinkel der drei Adern eines Hochspannungskabels gemessen werden. Sollen
diese Messungen häufig geschehen, z. B. bei neuen Kabeln, so wird man einfach die
Anschlußstromwandler für die Meßeinrichtung kurzschließen, damit diese nur für die
Ladeströme bemessenen Stromwandler nicht von den Betriebsströmen
durchflossen
werden. Soll die Messung erfolgen, so wird die Last vom Kabel genommen, der Kurzschließer
am Stromwandler geöffnet und die Messung vorgenommen, ohne daß sonst irgendwelche
anderen Schaltungen und Anschlüsse am Kabel erforderlich werden. Bei Messungen der
Kapazität und des Verlustwinkels von Ader zu Ader ist der Winkel von 120° noch entsprechend
zu berücksichtigen.
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Bezüglich der Erdung, die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen
an verschiedenen Stellen gezeichnet ist, ist folgendes zu bemerken: Grundsätzlich
kann bei den in den Abb. I und 2 dargestellten Beispielen die Erdung entweder an
der in der Abb. I dargestellten Stelle (d. h. also an einem Punkt der Spannungsquelle
I I) oder an der in Abb. 2 dargestellten Stelle vorgenommen werden. Die Erdung,
wie sie in der Abb. I dargestellt ist, kann aber naturgemäß nur dann benutzt werden,
wenn der Prüfling 12 nicht einseitig geerdet ist bzw. geerdet werden muß. Wenn der
Prüfling einseitig geerdet werden muß, so muß die Erdung an der Stelle vorgenommen
werden, an der sie in der Abb. 2 gezeichnet ist. Iti diesem Falle darf natürlich
die Spannungsquelle 11 nicht einseitig geerdet werden, sondern sie muß für den geringen
in Frage kommenden Potentialunterschied gegenüber Erde isoliert sein. Der Meßkreis
selbst kanu bei den in den Abb. I und.3 dargestellten Beispielen ohne weiteres an
einer beliebigen Stelle geerdet werden, da er ja mit dem Hochspannungskreis in keiner
galvanischen Verbindung steht. Bei dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel ist der
Meßkreis selbst schon durch die Erdung des Hochspannungskreises mit geerdet.
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In den in den Abbildungen dargestellten Schaltungen wird der Eigenverbrauch
des Spannungsmeßkreises mit gemessen, da der (leil Spannungsmeßkreis durchfließende
Strom den eisenlosen Transformator ebenfalls durchfließt. Schließt man jedoch den
Spannungsmel3kreis unmittelbar an die Prüfspannungsquelle an, so geht der Eigenverbrauch
des Stromkreises mit dem eisenlosen Transformator in die Messung ein, was allerdings
meist vernachlässigt werden kann, Bei ganz genauen Messungen muß der Eigenverbrauch
durch geeignete Maßnahmen kompensiert werden.