DE920743C - Wechselstrom-Messbruecke - Google Patents

Wechselstrom-Messbruecke

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DE920743C
DE920743C DEL11781A DEL0011781A DE920743C DE 920743 C DE920743 C DE 920743C DE L11781 A DEL11781 A DE L11781A DE L0011781 A DEL0011781 A DE L0011781A DE 920743 C DE920743 C DE 920743C
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DE
Germany
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resistance
resistor
voltage
branch
earth
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Expired
Application number
DEL11781A
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English (en)
Inventor
Dietrich Dr-Ing Ertl
Karl Dr-Ing Hessenberg
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Wechselstrom-Meßbrücke Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Anordnung zu schaffen, die eine leichte und genaue Messung insbesondere auch des Phasenwinkels von Hochohmwiderständen mittels hoher Wechselspannung ermöglicht. Dies wird nach der Erfindung durch eine besondere Ausgestaltung der bekannten, von K. W.
  • Wagner angegebenen Wechselstrom-Meßbrücke mit Hilfszweig, deren Prinzipschaltung in Fig. 1 dargestellt ist, erreicht.
  • An die Wechselspannungsquelle U sind drei Stromkreise angeschlossen. Die beiden Stromkreise #1, #2 und #x, #3 bilden zusammen die eigentliche Meßbrücke, deren komplexe Widerstände #1, #2 und #3 so abgestimmt werden, daß zwischen den Klemmen a und b Spanuungsgleichheit besteht und somit die Beziehung 91 92 : erfüllt ist, aus der der komplexe Widerstand #x berechnet werden kann. Der Wagnersche Hilfszweig #5, #6 hat den Zweck, das Potential der Punkte a und b auf Erdpotential abzugleichen und hierdurch die an diesen Punkten angreifenden Streukapazitäten der Brückenzweige #1, #2, #3 und #x gegen Erde unwirksam zu machen. Zu diesem Zweck wird der Punkt c geerdet und der komplexe Widerstand #6 SO eingeregelt, daß zwischen den Punkten b und c Spannungsgleichheit besteht, also Punkt b ebenso wie c das Erdpotential Null erhält. Durch abwechselndes Abgleichen der Brückenzweige #1, #2, #3 auf Span- nungsgleichheit zwischen a und b und des komplexen Widerstandes 6 auf Spannungsgleichheit zwischen b und c wird schließlich der genaue Abgleich mit Spannungsgleichheit zwischen den drei Punkten a, b, c und der Erde erreicht. G1 und G2 sind empfindliche Nullinstrumente.
  • Die Ausgestaltung nach der Erfindung einerWechselstrombrücke mit einem Hilfszweig nach K. W. Wagner, insbesondere für Messungen der Größe und des Phasenwinkels von Hochspannungswiderständen unter Hochspannung, möge an Hand des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Anordnung ist dabei erfindungsgemäß so getroffen, daß zwischen den Anschlüssen für die Spannungsquelle eine Reihenschaltung aus zwei verlustarmen, vorzugsweise unveränderlichen Kapazitäten Cj und C2 liegt und daß zwischen den gleichen Klemmen eine Reihenschaltung aus dem zu messenden Widerstand 90 einerseits und einer Widerstandskombination andererseits angeordnet ist, wobei die Widerstandskombination aus der Reihenschaltung eines festen oder stufenweise veränderbaren Widerstandes R4 mit einem stufenlos regelbaren Widerstand R3 besteht, und an die Verbindungsstelle der beiden letztgenannten Widerstände das eine Ende einer stufenlos einstellbaren Kapazität C3 angeschlossen ist, deren anderes Ende durch einen Umschalter S entweder an Erde gelegt werden kann oder an die Verbindungsstelle zwischen dem zu messendenWiderstand unddergenanntenWiderstandskombination, so daß je nach Schalterstellung sowohl Prüflinge mit induktiver als auch solche mit kapazitiver Phase durch Brückenabgleich gemessen werden können. Durch den Einbau eines Kondensators C auf der Hochspannungsseite der erfindungsgemäßen Brücke kann in einfachster Weise ein gutes, für den Betrieb mit Hochspannung geeignetes hochohmiges Widerstandsnormal von sehr geringem Fehlwinkel geschaffen werden.
  • Mittels eines einfachen Umschalters S können sowohl kapazitive als auch induktive Fehlwinkel des Prüflings Sx erfaßt werden. Dies ergibt den Vorteil, daß alle vorkommenden Messungen mit den gleichen veränderbaren geeichten Widerständen (R3 und C3) durchgeführt werden können. Der Brückenzweig 23 besteht aus einem festen oder gegebenenfalls in Stufen veränderbaren, möglichst fehlwinkelfreien Widerstand R4, einem regelbaren Widerstand Rs und einem regelbaren Kondensator C3. Bei kapazitivem Fehlwinkel des Prüflings i30, (Vorauseilung des Stroms Jx gegenüber U,) wird C3 mit R3 parallel geschaltet, es ist dann: Bei induktivem Fehlwinkel werden die Widerstände R4, Ra und die Kapazität C3 im Stern zusammengeschaltet, wobei R4 an den Punkt o, R3 an den Punkt a und C3 an Erde geschaltet ist. Dieser Stern ist gleichwertig mit einem Dreieck, wobei zwischen den Punkten o und a der Widerstand R4 a R3 + jo Q R3 R4 liegt, woraus sich der kapazitive Widerstand des Prüflings ergibt: Sx = C1 (R4 + R3 + jcoC3 R3 R4) C, Dagegen sind die Widerstände der Dreieckseite sowohl zwischen dem Punkt 0 und Erde als auch zwischen Punkt a und Erde im abgeglichenen Zustand der Brücke unwirksam.
  • Als Nullinstrument wird ein Vibrationsgalvanometer verwendet, das durch einen einfachen Umschalter auf den Hilfskreis (Punkt b, c) oder den Nullzweig (Punkt a, b) geschaltet wird. Die Kapazität C1 wird zweckmäßig durch einen Preßgaskondensator realisiert, während C2 als Präzisionsluftkondensator auszubilden ist. Die gesamte Niederspannungsmeßeinrichtung wird in einen Faraday-Käfig eingebaut.
  • Der Widerstand R4 wird aus Hochohmkordel hergestellt, die sich wegen ihrer äußerst geringen Selbstinduktion und inneren Kapazität und der ebenfalls geringen Kapazität gegenüber der Umgebung besonders gut für diesen Zweck eignet. Sehr vorteilhaft wäre mit Rücksicht auf den Temperaturkoeffizienten eine Hochohmkordel mit Manganin- oder Konstantanbewicklung, die jedoch nur mit verhältnismäßig niedrigen Widerstandswerten (bis etwa 10 kQ je Meter Kordellänge) erhältlich ist. Um zwecks Geringhaltung der Kapazität (besonders derjenigen gegen Erde) mit möglichst kurzen Kordelstücken auszukommen, kann es insbesondere bei der Herstellung sehr hochohmiger Widerstände R4 zweckmäßig sein, eine Hochohmkordel zu benutzen, die mit Chromnickeldraht bewickelt ist und daher zwar einen größeren Temperaturkoeffizienten aufweist, dafür aber mit einer geringeren Länge bei gleichem ohmschem Widerstand hergestellt werden kann. Der hierdurch entstehende Fehler kann jedoch unter Berücksichtigung der Raumtemperatur und der Strombelastung der Kordel korrigiert werden.
  • Durch geeignete Bemessung des Widerstandes R4 hat man es in der Hand, den Größenbereich für den Widerstand R3 und die Kapazität C3 so zu wählen, wie es den Anforderungen der Messung und den jeweils verfügbaren Geräten am besten entspricht. Überdies hat man die Möglichkeit, durch Messung des gleichen Wertes Sz mit verschiedenen Werten R4 und den entsprechend eingestellten Werten Ra und C3 die Genauigkeit der Messung zu kontrollieren.
  • Der Wagnersche Hilfskreis gemäß Abb. I ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens so abgewandelt, daß auf den Einbau eines besonderen hochspannungsseitigen Widerstandes verzichtet ist, und zwar auf Grund der Erkenntnis, daß bei richtigem Abgleich der Brückenzweige i 2v ,, 3 die Punkte a und b unter dem Einfluß der an diesen Punkten angreifenden Kapazitäten gegen Erde sich von selbst auf Erdpotential einstellen würden, wenn nicht Streukapazitäten und Ableitungsverluste der Hochspannungsleitung h sowie der Spannungsquelle U und anderer Hochspannungsapparate eine andere Potentialverteilung hervorrufen würden.
  • Dem aus einer Parallelschaltung eines regelbaren ohmschen Widerstandes R, und der regelbaren Kapazität C, bestehenden komplexen Widerstand des Hilfskreises kommt also lediglich die Aufgabe zu, die Streukapazitäten und Ableitungen (in Abb. 2 mit Sv bezeichnet) auf der Hochspannungsseite annähernd im gleichen Verhältnis wie in den Brückenzweigen nachzubilden: #v #1 #x = = .
  • #b #2 #3 Außerdem wird durch die galvanische Verbindung des Punktes o über den Widerstand Rw mit der Erde sichergestellt, daß etwaige Gleichspannungsaufladungen zur Erde abgeleitet werden.
  • In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es möglich, parallel zum Hilfszweig Rw, C, einen Spannungsmesser zu schalten, aus dessen Anzeige man auch mit Hilfe der bekannten Brückendaten die Höhe der angelegten Gesamtspannung und die am Prüfling anliegende Spannung leicht und genau ermitteln kann.
  • Die einzelnen Brückenzweige werden so angeordnet, daß Streukapazitäten gegen Erde möglichst nur an den Enden der Brückenzweige (also an den Punkten a, b, c sowie an den Verzweigungspunkten h und o), jedoch nicht im Innern der Brückenzweige angreifen.
  • Besonders wichtig ist dies für den Brückenzweig 93; die an dem Knotenpunkt k der Widerstände R3, R4 und der Kapazität C3 angreifenden Streukapazitäten müssen durch Verwendung kurzer, nicht abgeschirmter Verbindungsleitungen niedrig gehalten werden. Ferner ist anzustreben, daß der Widerstand Rs möglichst nur an seinem erdseitigen Ende (also nahe der Klemme a) Kapazität gegen Erde bzw. Gehäuse besitzt. Auch dadurch, daß R3 sehr viel kleiner als R4 gewählt wird, kann ein störender Einfluß der an dem Knotenpunkt angreifenden Streukapazität weitgehend vermieden werden.
  • Mit Hilfe der Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, die Impedanz von Hochohmwiderständen unter hoher Wechselspannung leicht und sehr genau zu messen. Insbesondere kann der Phasenwinkel des Prüflings mit einer Genauigkeit < 0,OI °/0 ermittelt werden.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRUCHE I. Wechselstrom-Meßbrücke mit einem Hilfszweig nach K. W. Wagner, insbesondere für Messungen der Größe und des Phasenwinkels von Hochspannungswiderständen unter Hochspannung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlüssen für die Spannungsquelle eine Reihenschaltung aus zwei verlustarmen, vorzugsweise unveränderlichen Kapazitäten (C1 und C2) liegt und daß zwischen den gleichen Klemmen eine Reihenschaltung aus dem zu messenden Widerstand einerseits und einer Widerstandskombination andererseits angeordnet ist, wobei die Widerstandskombination aus der Reihenschaltung eines Widerstandes (R4) mit einem stufenlos regelbaren Widerstand (R3) besteht, und an die Verbindungsstelle der beiden letztgenannten Widerstände das eine Ende einer stufenlos einstellbaren Kapazität (C3) angeschlossen ist, deren anderes Ende durch einen Umschalter (S) entweder an Erde gelegt werden kann (zur Messung von Prüflingen mit induktiver Phase) oder an die Verbindungsstelle zwischen dem zu messenden Widerstand und der genannten Widerstandskombination (zur Messung von Prüflingen mit kapazitiver Phase).
  2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß nur der niederspannungsseitige Zweig der Hilfsbrücke nach K. W. Wagner durch die Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes (R",) mit einer veränderbaren Kapazität (Cw) realisiert wird, wobei diese Parallelschaltung einerseits an Erde, andererseits an denjenigen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, der die geringere Spannung gegen Erde aufweist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichwiderstand (R4) aus einer Hochohmkordel von großem ohmschem Widerstand je Längeneinheit hergestellt ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch I oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Knotenpunkt (k) des abgleichbaren Zweiges die Widerstände (R3 und R4) und die Kapazität (C3) durch kurze, nicht abgeschirmte Leitungen verbunden sind.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch I und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (R3) im abgleichbaren Brückenzweig sehr viel kleiner ist als der andere Widerstand (R4) im gleichen Zweig.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch I oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Hilfszweig ein Spannungsmesser vorgesehen ist.
    Angezogene Druckschriften: Dr. J. Krönert, »Meßbrücken und Kompensatoren«, Verlag Oldenbourg, München und Berlin, 1935, Bd. I, S. 172, Abb. 176.
DEL11781A 1952-03-11 1952-03-11 Wechselstrom-Messbruecke Expired DE920743C (de)

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