DE895951C - Anordnung zur Messung hochgespannter Wechselstroeme - Google Patents

Description

• Anordnung zur Messung hochgespannter Wediseiströme Für die Messung von hochgespannten Wechselströmen sind bisher bekanntlich induktive Stromwandler verwendet worden, an deren Sekundärseite die Meßinstrumente und eventuell weitere Relais angeschlossen sind. Derartige Anordnungen erfordern bei Höchstspannungsanlagen einen sehr hohen Isolationsaufwand zwischen der Primär-und Sekundärwicklung des Wandlers und erhöhen damit die Anlagekosten. Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Messung hochgespannter Wechselströme, wobei ein grundsätzlich anderer Weg als bisher beschritten wird. Unter Ausschaltung der bisher verwendeten Wandler läßt sich die Messung mit sehr viel weniger Aufwand auch auf kapazitiver Grundlage durchführen.
• Die Erfindung besteht Idarin, daß ein auf Hochspannungspotential liegender Stromwandler sekundärseitig mit einem im wesentlichen induktionsfreien Widerstand und zwei parallelen, gegen Erde geschalteten kapazitiven Spannungsteilern gleicher Übersetzung belastet und die Meßeinrichtung an die Niederspannungsanzapfungen der parallelen Spannungsteilerzweige angeschlossen ist. Der Anschluß der Sekundärwicklung an die Hochspannung kann dabei einseitig oder vermittels Mittelanzapfung erfolgen. Als Meßgerät kann beispielsweise ein kapazitiver Spannungsmesser dienen, der in Einheiten der Stromstärke geeicht ist.
• Um eine ausreichende Leistungsfähigkeit zu erzielen, ist ein Röhrenverstärker vorgesehen, dessen Innenwiderstand so klein gemacht ist, daß seine Ausgangsleistung praktisch bürdenunabhängig ist.
• Die Anordnung nach der Erfindung ist ferner frequenz- und temperaturunabhängig, da den Span- nungsteilerketten keine Leistung entnommen wird, im Meßkreis Induktivitäten nicht erforderlich sind und die Messung nur auf dem von der Temperatur unabhängigen Verhältnis der Teilkapazitäten der Spannungsteilerketten beruht.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei Fig. I das Grundprinzip der Erfindung erkennen läßt, während nach Fig. 3 die Anordnung so getroffen ist, daß die Meßgenauigkeit allen Anforderungen gerecht wird.
• Bei der Anordnung nach Fig. I bedeutet I die Hochspannungsleitung, in deren Zuge die Primärwicklunge eines Stromwandlers eingeschaltet ist. An den Enden der Sekundärwicklung 3 ist die Bürde 4, ein im wesentlichen induktionsfreier Widerstand, angeschlossen. An den Sekundärklemmen des Stromwandlers liegt des weiberen eine Parallelschaltung von zwei kapazitiven Spannungsteilerketten mit den Kapazitäten C1, C2 im einen Zweig und den Kapazitäten C3, C4 im anderen Zweig, die gegen Erde geschaltet sind. Das Ubersetzungsverhältnis zwischen den Kapazitäten C1 und C2 ist das gleiche wie das der Kapazitäten C3 und C4 im anderen Zweig. Die Auswahl des Ubersetzungsverhältnisses wird sich dabei nach der Spannung richten, die man an den niederspannungsseitigen Anzapfungen 5 und 6 dem Meßgerät bzw. dem Meßverstärker zuführen will. In jedem Fall sind die Kapazitäten C2 bzw. C4 größer als C1 bzw. C5, um eine für die Messung geeignete Spannung zu erhalten. Da man die Kondensatoren C1 und C3 mit verhältnismäßig kleinen Kapazlitätswerten ausführen wird, kann man sie ohne Schwierigkeiten in einem gemeinsamen Gehäuse anordnen, beispielsweise in Form einer Durchführung oder eines Stützers.
• Da der Strom in der Kondensatorkette immer eine endliche Größe besitzt, folgt, daß zwischen der gemessenen Spannung und dem Strom in der Sekundärwicklung des Wandlers ein Winkelfehler vorhanden ist. Eine Korrektur dieses Fehlers läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß parallel zur Bürde 4 eine Induktivität 7 geschaltet ist.
• Eine andere Möglichkeit besteht darin, an Stelle der Parallelschaltung der Induktivität eine Reihenschaltung aus Bürde und Induktivität vorzunehmen.
• In dem Spannungsdiagramm gemäß. Fig. 2 stellt der Vektor 0 A die Spannung U der Hochspannungsleitung. 1 gegen Erde dar. Der Vektor AB entspricht der Spannung an der Bürde 4, die gegenüber der Netzspannung phasenverschoben ist. Damit liegt an der anderen Spannungsteilerkette, die durch den Vektor OB dargestellte Spannung U'.
• Da voraussetzungsgemäß die beiden Kondensatorketten gleiche Übersetzung aufweisen, wird an den beiden niederspannungsseitigen Anziapfungen 5 und 6 der Kette der Spannungsvektor A' B' abgegriffen, der dem Vektor AB phasengetreu, jedoch im Verhältnis der Übersetzung verkleinert ist.
• Bei der Anordnung nach Fig. I wird die an den niederspannungsseitigen Anzapfungen 5, 6 abgegriffene Spannung über einen Gegentaktsteuerverstärker mit hochohmigem Eingang auf eine Endverstärkerstufe gegeben, an deren Ausgang die Meßgeräte bzw. eine weitere Bürde oder sonstige nachgeschaltete Einrichtungen angeschloss!en sind.
• Zur Erreichung einer weitgehenden Unabhängigkeit von der anzuschließenden Bürde und zur Erlangung stabiler Verhältnisse, insbesondere bei Netzspannungsschwankungen oder bei Röhrenalterung, ist eine starke Gegenkopplung vom Endverstärker auf den Gegentaktsteuerverstärker und gegebenenfalls auch innerhalb der Endverstärkerstufe selbst vorgesehen. Mit dieser Einrichtung lassen sich bereits Messungen mit Genauigkeitsgraden von etwa I bis 5 O/o durchführen.
• Die kapazitive Spannungsteileranordnung mit den beiden parallelen Zweigen kann dabei gleichzeitig dazu ausgenutzt werden, irgendwelche anderen Hochfrequenzgeräte an die Hochspannungsleitung I anzukoppeln, z. B. Geräte für die EW-Telephonie. Die Ankopplung würde dann an den Verbindungspunkten zwischen den beiden Kondensatoren C1 und C2 der einen Kette bzw. den Kondensatoren C3 und C4 der anderen Kette erfolgen, so daß also die Hochspannungskondensatoren Ct und C5 gleichzeitig als Kopplungskondensatoren dienen. Um eine Beeinflussung der Meßeinrichtung durch die Hochfrequenzgeräte zu verhindern, kann erforderlichenfalls zwischen dem Ankopplungspunkt der Hochfrequenzgeräte und dem Abgang zum Gegentaktsteuerverstärker eine auf die Hochfrequenz abgestimmte Sperrer eingeschaltet werden, die so bemessen ist, daß durch ihre Induktivität keine unerwünschten Phaseneinflüsse erzeugt werden und in die Messung eingeben.
• Werden höhereAnsprücheaan die Meßgenauigkeit gestellt, so kann die prinzipielle Schaltung in der in Fig. 3 gezeigten Weise erweitert bzw. ergänzt werden. In dieser. Schaltungsanordnung ist zwischen dem Gegentaktsteuerverstärker und der Endverstärkerstufe ein Regelglied und eine Phasendreheinrichtung zwischengeschaltet. Außerdem ist hier ein Hilfsoszillator vorgesehen, der eine Hilfsspannung höherer Frequenz erzeugt und diese auf ein Vergleichsgerät gibt. Diese Hilfsfrequenz gelangt von dem Vergleichsgerät über die Leitung b auf den Eingang des Gegentaktsteuerverstärkers und durchläuft die nachfolgenden Glieder bis zum Ausgang des Endverstärkers, von wo aus sie über die Leitung c zum Vergleichsgerät zurück gelangt. In diesem Vergleichsgerät befindet sich ein geeichter Spannungsteiler, dessen Teilungsverhältnis der gesamten Verstärkung der Meßeinrichtung entspricht.
• In Abhängigkeit von dem auftretenden Teilerverhältnis werden positive und negativeAbweichungen der Verstärkung zur Erzeugung einer Regelspannung verwendet, die über die Leitung d auf das Regelglied einwirken und gegebenenfalls noch zusätzlich über das Regelglied hinweg über. die Leitung e den Steuerverstärker beeinflussen.
• Mit Hilfe dieser Regeleinrichtung wird erreicht, daß unabhängig von Spannungsschwankungen, Alterung der Röhren usw. stets eine gleichbleibende Verstärkung vorhanden ist, die innerhalb einer Toleranz von 1 °/oo gehalten werden kann. Zum Ausgleich der im Meßgerät etwa auftretenden Phasendrehung kann dier obengenannte besondere Phasendreher vorgesehen werden, der eine etwaige Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung ausgleicht. Entsprechend der Anordnung nach Fig. I ist auch hier zur Erhöhung der Stabilität und zur Erreichung eines sehr kleinen Innenwiderstandes eine starke Gegenkopplung des Endverstärkers in sich über die Leitung a' sowie vom Endverstärker auf den Eingang des Gegentaktsteuerverstärkers über die Leitung a vorgesehen.
• Das Regelglied kann je nach Anforderung an die Genauigkeit und Regelgeschwindigkeit mechanisch, elektrisch oder elektronisch gesteuert werden. Selbstverständlich können auch hier die hochspannungsseitigen Kondensatoren C1 und C8 als Kopplungskondensatoren für die obenerwähnten Hochfrequenzgeräte mit verwendet werden. Die von dem Meßverstärker abgegebene Leistung kann naturgemäß auch dazu benutzt werden, neben dem eigentlichen Meßgerät weitere Einrichtungen, z. B.
• Relais oder sonstige Steuereinrichtungen, zu speisen.
• Um eine ständige Betriebsbereitschaft unter allen Umständen sicherzustellen, kann man den Meßverstärker oder bestimmte Röhrenstufen desselben doppelt vorsehen und die Anordnung so treffen, daß mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung bei Ausfall eines Gliedes bzw. eines ganzen Verstärkers automatisch und unterbrechungslos auf das Ersatzglied bzw. auf den Ersatzverstärker umgeschaltet wird.
• PATENTANSPROCHE: I. Anordnung zur Messung. hochgespannter Wechselströme, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Hochspannungspotential liegender Stromwandler sekundärseitig mit einem im wesentlichen induktionsfreien Widerstand und zwei gegen Erde geschalteten kapazitiven Spannungsteilern gleicher Übersetzung belastet und in die Meßeinrichtung an die niederspannungsseitigen Anzapfungen der parallelen Zweige angeschlossen ist.

Claims (1)

1. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Stromwandlers einseitig oder mit Mittelanzapfung an die Hochspannungsleitung gelegt ist.

   3. Anordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein in Einheiten der Stromstärke geeichter kapazitiver Spannungsmesser ist.

   4. Anordnung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des Winkelfehlers zwischen gemessener Spannung und dem Strom in der Sekundärwicklung des Wandlers durch eine Reihen- oder Parallelschaltung einer Induktivität (7) zur Bürde (4) erfolgt.

   5. Anordnung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Durchführung der lSIessungen erforderliche Leistung von einem Röhrenverstärker geliefert wird, der eingangsseitig an die erdseitigen Anzapfungen der parallelen Spannungsteilerzweige angeschlossen ist und dessen Innenwiderstand so klein gemacht ist, daß eine Ausgangsleistung praktisch bürdenunabhängig ist.

   6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßverstärker aus einem Gegentaktsteuerverstärker und einem Endverstärker besteht.

   7. Anordnung nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung des niedrigen Innenwiderstandes des Meßverstärkers sowie zu seiner Stabilisierung eine starke Gegenkopplung vorgesehen ist.

   8. Anordnung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Gegenkopplung vom Endverstärker auf den Eingang des Gegentaktsteuerverstärkers als auch eine Eigengegenkopplung des Endverstärkers vorgesehen ist.

   9. Anordnung nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hochspannungs seitigen Kondensatoren der Spannungs teil erketten gleichzseitiZg als Kopplungskonldensatoren für Hochfrequenzgeräte irgendwelcher Art dienen.

   10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ankopplungspunkt der Hochfrequenz und dem Anschluß des Meßverstärkers ein auf die Hochfrequenz abgestimmtes Sperrglied eingeschaltet ist.

   II. Anordnung nach Anspruch 1 bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßverstärker eine Regel einrichtung zugeordnet ist, in der in Abbängigkeit von positiven oder negativen Abweichungen der Verstärkung eine Regel spannung erzeugt wird, die zur Ausregelung der Verstärkungsgradänderung dient.

   12. Anordnung nach Anspruch I bis II, dadurch gekennzleichnet, daß die Regeleinrichtung aus einem zwischen Meßverstärker und Endverstärker eingeschalteten Regelglied sowie einer die Regelspannung erzeugenden Vergleichseinrichtung besteht, der eine von einem Hilfsoszillator gelieferte Frequenz von gegenüber der Meßfrequenz höherer Frequenz zugeführt wird.

   13. Anordnung nach Anspruch I bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Hilfsoszillator der Vergleichseinrichtung zugeführte Frequenz außerdem über den gesamten Meßverstärker geführt wird und von dessen Ausgang erneut der Vergleichseinrichtung zugeführt und in dieser mit der unmittelbar zugeführten Frequenz verglichen wird.

   14. Anordnung nach Anspruch I bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen geeichten Spannungsteiler enthält, dessen Teilerverhältnis der Gesamtverstärkung des Meßverstärkers entspricht.

   15. Anordnung nach Anspruch I bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von etwaigen Phasendrehungen im Meßverstärker an geeigneter Stelle ein phasendrehendes Glied eingeschaltet ist.

   I6. Anordnung nach Anspruch I bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied- auf mechanischem, elektrischem oder elektronischem Weg verstellbar ist.

   I7. Anordnung nach Anspruch ; bis I6, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung, die zur automatischen und unterbrechungslosen Umschaltung auf einen Ersatzverstärker bzw. ein Ersatzglied des Verstärkers im Fall einer Störung an dem in Betrieb befindlichen Gerät dient.