-
Meßanordnung für hochgespannte Wechselströme
Zur Messung hoochgespannter
Wechselströme ist es bekannt, kapazitive Spannungsteiler, sogenannte Meßkondensatoren,
zu verwenden, die sich durch ihren einfachen Aufbau auszeichnen. Allen kapazitiven
Meßeinrichtungenn ist jedoch der Nachteil zu eigen, daß sie in erhöhtem Maße bürdenabhängig
sind, weshalb man genötigt war, eine auf Resonanz abgestimmte Induktivität in den
Meßkreis einzuführen. Durch diese Maßnahme erreeichte man zwr eine hohe Leistungsfähigkeit
und Bürdenunabhängigkeit, eine genaue Messung ist jedoch auch hier nur bei der der
Abstimmung zugrunde gelegten Frequenz möglich. Diese Frequenzabhängigkeit sollte
nun dadurch beseitigt werden, daß die Induktivität des Meßkreises veränderlich gemacht
und durch eine frequenzabhängige Steuerung so eingeregelt wird, daß das Produkt
L#² im wesentlichen konstant bleibt. Temperatureinflüsse konnten jedoch auch hier
nicht beseitigt werrden, so daß gewisse Fehlermöglichkeiten bestehenbleiben.
-
Um nun die Frequenz- und Temperaturebhängigkeit der kapazitiven Spannungsteileranordnungen
zu beseitigen wurde shcon vorgeschlagen, die hohe leistungsfähigkeit dieser Meßeinrichtungen
durch einen Röhrenverstärker zu erzielen, diessen innerer Widerstand so klein gemacht
ist, daß seine Ausgangsleistung praktisch bürdenunabhängig ist. Auf dem gleichen
Grundprinzip beruhend wurde des weiteren Der Vorschlag gemacht, einen auf Hochspannungspotential
liegenden Stromwandler sekundärseitig mit einem inducktionsfreien Widerstand und
zwei gegen Erde geschalteten kapazitiven Spannungsteilern gleicher Übersetzung zu
belasten und die Meßeinrichtung an die niederspannungs-
seitigen
Anzapfungeen der parallelen Spannungsteilerzweige anzuschließen. Die zur Durchführung
der Messungen erforderliche hohe leistung wird dabei ebenfalls einem Röhrenverstärker
entnommen, der eingangsseitig an die erdseitigen Anzapfungen der beiden Sannungsteilerketten
angeschlossen ist.
-
Ein ebenso einfacher Aufbau bei geringem Isolationsaufwand läßt sich
nach der Erfindung dadurch erreichen, daß ein auf Hochspannungspoten tial liegender
Stromwandler sekundärseitig über zwei parallele Zweige aus je einem Hochsplannungskondensator
und einer mit diesem in Reihe liegenden Induktivität mit einem im wesentlichen induktionsfreien
Widerstand mit geerdetem Mittlepunkt belastet und das Meßgerät an die Klemmen dieses
Widerstandes angeschlossen ist. Der Anschluß .der Sekundäreicklung des Stromwandlers
an die Hochspannung kann dabei entweder einseitig erfolgen oder aber über eine an
sich bekannte Mitbelanlzapfung. Als Meßgerät für die Anzeige des Stromes kann ein
kapazitiver Spannungsmesser dienen, der in Einheiten der Stromstärke geeicht ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung (Fig.
1 bis 3) schematisch im Grundprinzip dargestellt. Hier bedeutet 1 die Hochspannungsleitung,
in deren Zuge die Primärwicklung 2 eines Stromwandlers eingeschaltet ist. An die
Enden der über eine Mittelanzapfung an die Hochspannung gelegte Sdkundäri'ddung
3 ist ein im wesentlichen induktionsfreier Widerstand, die Bürde 4, angeschlossen
über zwei parallele Zweige, bestehend aus je einer Kapazität C1 bzw'. C2 und einer
Induktivität L1 bzw. L2. Der Anschluß an Erde erfolgt über die Mittelazapfung 5
der Bürde 4.
-
Die Anordnung und Bemessung der beiden In; duktivitäten L1 und L2
erfolgt so, daß ihre Felder für die nach Erde fließenden kapazitiven Ündeströme
sich auslöschen, während sie sich für den Sekundärstrom des Stromwandlers in ihrer
Wirkung unterstützen. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Induktivitäten
auf einem gemeinsamen Kern mit umgekehrtem Wickelsinn angeordnet sind. Die Bemessung
der jeweils in Reihelliegenden Kondensatoren und Induktivitäten wird man zweckmüßigerweise
so vornehmen, daß der Widerstand zwischen der Sekundärwicklung 3 des' Stromwandlers
und der Bürde 4 sich auf ein Minimum herabsetzen läßt, was wiederum zur Folge hat,
daß der Stromwandler im wesenlichen nur die Bürdenleistung aufzubringen hat Die
an den Klemmen des Wilders,tandes 4 abgegriffene Spannung wird dem Strommesser 24
bzw. weiteren Relais oder sonstigen nachgeschalteten Einrichtungen über einen geeigneten
Verstärker 6 zugeführt, der die erforderliche hohe Leistung abgibt. Man wird daher
die Spannung gemäß Fig. 2 über einen Gegentaktsteuerverstärker mit hochohmigem Eingang
auf eine Endver stärkerstufe schalten, an deren Ausgang die Meßgeräte angeschlossen
sind. Zur Erreichung einer weitgehenden Unabhängigkeit von dem an die Verstärkereinrichtung
anzuschließenden Meßgerät und zur Erzielung stabiler Betriebsverhältnisse, insbesondere
um Netzspannungsschwankungen auszugleichen oder bei Röhrenalterung, ist eine starke
Gegenkopplung vom Endverstärker auf den Gegentaktsteuerverstärker vorgesehen. Gegebenenfalls
kann es auch sweckmäßig sein, innerhalb der Endverstärkerstufe selbst eine Gegenkopplung
vorzunehmen. Ein Meß verstärker dieser Art ermöglicht es, Messungen mit einem Genaukgkeitsgrad
von etwa 1 bis 5% vorzunehmen. die erfindungsgemäße Meßanordnung kann gleichzeitig
auch dazu dienen, irgendwelche anderen Hochfrequenzgeräte, z. B. Geräte für die
EW-Telefonie an die Hochspannungsleitung anz,ullçoppeln.
-
Der Anschluß kann dabei an den Verbindungspunkten zwischen dem Hochspannungskondensator
CL und der Inducktivität Lj des einen Zweigesbzw. æwischen dem Kondensator C2 und
der Induktivität L2 erfolgen, so daß die Kondensatoren zugleich als Ko'pp lungskondensatoren
wirken. Eine Beeinflussung der Meßeinruchtung durch die angekoppelten Hochefrequenzgeräte
kann erforderlichenfalls dadurch verhindert werden, daß zwischen dem Ankopplungspunkt
der ffochtfrequenzgeräte und dem Abgang zum Genetaktsteuerverstärker eine Sperre
S eingeschaltet wird, die auf die Hochfrequenz abgestimmt und so bemessen ist, daß
ihre Induktivität keine unerwünschten Phaseneinflüsse hervorruft und {die Meßgenauigkeit
nicht beeinflußt.
-
Werden höhere Ansprüche an die Meßgenrauigkeit gestellt, so kann
die prinzipielle Schaltung für den Meßverstärker in der in Fig. 3 gezeigten Weise
erweitert bzw. ergänzt werden. In dieser Schallbunigsanordnung ist wzischen dem
Gegentaktsteuerverstärker und der Endverstärkerstufe ein Regelglied und eine Phasendreheinrichtung
zwischengescchaltet.
-
Außerdem ist hier ein Hilfsoszillator vorgesehen, der eine Hilfsspannung
höherer Frequenz erzeugt und diese auf ein Vergleichsgerät gibt. Diese Hillfsfrequenz
gelangt von dem Vergleichsgerät über die Leitung b auf den Ein'gang des Gegentaktsteuerverstärkers
unld durchläuft die nachfolgenden Glieder bis zum Ausgang des Endverstärkers, von
wo aus sie über die Leitung c zum Vergleichsgerät zurückgelangt. In diesem Vergleichsgerät
befindet sich ein geeichter Spannungsteiler, dessen Telilungsverhältnis der gesamten
Verstärkung der Meßeinrichtung entspricht. In Abhängigkeit von dem auftretenden
Teilverhältnis werden positive und negative Abweichungen der Verstärkung zur Erzeugung
einer Regelspannung verwendet, die über die Leitung d auf das Regelglied einwirken
und gegebenenfalls n'och 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 10 °/o gehalten werden kann. Zum
Ausgleich der im Meßgerät etwa auftretenden Phasendrehung kann der obengenannte
besondere Phassendreher vorgesehen werden, der eine etwaige Phasenverschiebung zwischen
Eingans- und Ausgangsspannung ausgleicht. Ents,prechend der Anordnung nach Fig.
2 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 Gegentaktsteuererstärkers
über die Leitung a vorgesehen.
-
Das Regelglied kann je nach Anforderung an die Genauigkeit und Regelgeschwindigkeit
mechanisch, elektrisch oder elektronishc gesteuert werden. Die von dem Meßberstärker
abgegebene Leistung kann naturgemäß auch dazu benutzt werden, neben dem eigentlichen
Meßgerät weitere Einrichtungen, z. B.
-
Relais oder sonstige Steuereinrichtungen, zu speisen.
-
Die Meßanordnung nach der Erfindung läßt sich zur gleichzeitigen
Spannungsmessung dann ohne Schwierigkeiten verwenden, wenn die Mittelanzapfung der
Bürde 4 nicht unmittelbar, sondern über einen Zusatzkondensator C3 and Erde gelegt
wird, and dessen Klemmen über eine Verstärkereinrichtung 7 der Spannungsmesser liegt.
Die für die hohe Leistung erforderliche Verstärkereinrichtung kann dabei im Prinzip
den gleichen Aufbau aufweisen wie für die Strommessung. Eine solche Spannungsmessung
hat den Vorteil, daß sie praktisch frequenzunabhängig ist. Die Messung erfolgt im
Verhältnis des aus den Kapazitäten C1, C2 und des Zusatzkiondensators C3 gebildeten
Spannungsteilers, da die Felder der Induktivitäten sich in bezug auf die Spannungsmessung
gegenseitig auslöschen.
-
Auch die Strommessung wird von etwaigen Frequenzschwankungen praktisch
nicht beeinflußt, da sie nur eine unwesentliche Erhöhung der Spannung an der Sekundärwicklung
des Stromwandlers hervorruft und der Wandler ohne Schwiergkeiten so bemessen werden
kann, daß eine solche Spannungserhöhung keine Fehlervergrößerung hervorruft.
-
Um eine ständige Betriebsbereitschaft unter allen Umständen sicherzusteLllen,
kann man den Meßverstärker oder bestimmte Röhrenstufen desselben doppelt vorsehen
und die Anordnung so treffen, daß mit Hilfe einer Überwachungseirichtung bei Ausfall
eines Gliedes bzw. eines ganzen Verstärkers automatisch und unterbrechungslos auf
das Ersatzglied bzw. auf den Ersatzverstärker umgeschaltet wird.