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Einrichtung zur laufenden Registrierung der Spitzenwerte von elektrischen
Spannungen
Es sind Meßeinrichtungen zur Bestimmung des Höchstwertes von Überspannungswellen
u. dgl. bekannt, die darauf beruhen, daß bei Anschluß des Gerätes an die zu messende
Spannung über ein elektrisches Ventil ein Meßkondensator aufgeladen wird, dessen
Spannung durch ein elektrostatisches Voltmeter gemessen wird. Sollen die tiberspannungen
beider Polaritäten zwischen einer Leitung und Erde auf diese Weise erfaßt werden,
so sind zu diesem Zweck zwei derartige Einrichtungen, d. h. also auch zwei elektrostatische
Voltmeter erforderlich. Wird nun eine solche Einrichtung auf eine Leitung geschaltet,
dann zeigt sie praktisch nur die während der ganzen Einschaltdauer aufgetretenen
Spannungshöchstwerte an. Dieses Verhalten ist nicht störend bei Untersuchungen von
Schaltvorgängen usw., also bei Vorgängen, die willkürlich zu einem bestimmten Zeitpunkt
zum Ablauf gebracht werden. Handelt es sich dagegen um die laufende Überwachung
eines Netzes oder einer Anlage, z. B. eines Elektroofens, dann interessiert nicht
nur der Höchstwert etwa einer Stunde, hier ist vielmehr eine möglichst weitgehende
Unterteilung der einzelnenMeßabschnitte erwünscht. Die Erfassung der jeweils innerhalb
eines Zeitraumes von I bis 5 Minuten aufgetretenen tiberspannungshöchstwerte dürfte
aber für die meisten praktischen Fälle doch ausreichend sein.
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Um solche Messungen durchführen zu können, muß alle I bis 5 Minuten
der Meßkondensator ent-
laden werden. Bei den bekanntgewordenen
Geräten ist hierzu eine Erdungstaste vorgesehen, die den Meßkondensator über einen
hochohmigen Widerstand an Erde zu egen gestattet. Damit nun aber Überspannungen,
die während dieser Entladung auftreten, nicht verlorengehen, sondern ebenfalls erfaßt
werden, müssen an jeder Meßstelle für jede Polarität zwei Spitzenspannungsmesser
vorhanden sein, wovon stets einer betriebsbereit sein, d. h. am Meßpunkt liegen
muß. Zur Erfassung beider Polaritäten sind also viel. Spitzenspannungsmesser und
damit zunächst auch vier elektrostatische Spannungsmesser erforderlich. Bei Drehstromleitung
würde man auf diese Weise zu zwölf elektrostatischen Voltmeter kommen, die in ihrer
Ablesung aber kaum einwandfrei zu übersehen sein würden.
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Wollte man, wie das sonst in der Elektrotechnik üblich ist, ein elektrostatisches
Voltmeter mit Hilfe eines Voltmeter-Umschalters nacheinander auf die einzelnen Meßkondensatoren
der Spitzenspannungsmesser schalten, so könnten sich hierbei große Fehler ergeben.
Der Mcßkondensator ist im Interesse der Erfassung auch kurzzeitiger Überspannungen
sehr klein, er wird im allgemeinen in der Größe von Io bis 5o pF liegen. So groß
ist aber auch schon ungefähr die Eigenkapazität eines statischen Voltmeters einschließlich
der in Betracht kommenden Umschalteinrichtung. Ist nun der Spannungshöchstwert vor
der Zuschaltung des elektrostatischen Voltmeters zum Meßkondensator aufgetreten,
dann wird dieser Meßkondensator durch die Zuschaltung wegen des Gesetzes der Erhaltung
der Ladung an Spannung verlieren, tritt der Höchstwert der Überspannung aber erst
nach der Zuschaltung des Instruments zum Meßkondensator auf, dann würde die Messung
wegen der größeren aufzuladenden Kapazität mit einem etwa doppelt so großen Fehler
behaftet, die vom Instrument angezeigte Spannung etwa doppelt so groß sein als zuerst.
Ein und derselbe Vorgang könnte also bei bestimmten Verhältnissen zu Anzeigen führen,
die nahezu im Verhältnis 1 : 2 verschieden sind. Diese Methode der Umschaltung des
elektrostatischen Instruments ist also unbrauchbar.
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Es ist zwar auch schon eine Einrichtung zur Messung von elektrischen
Spitzenspannungen mit Hilfe von Nießkondensatoren bekanntgeworden, bei der die Meßkondensatoren
für beide Polaritäten über je ein entsprechend gepoltes Ventil aufgeladen werden
und nach Abschaltung vom Meßpunkt nacheinander auf ein geeignetes Registrierinstrument
umschaltbar sind. Mit einer derartigen Meßeinrichtung ist es aber ebenfalls nicht
möglich, an einem Meßpunkt auftretende Überspannungen laufend festzuhalten.
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Die vorliegende Erfindung schafft hier Abhilfe.
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Erfindungsgemäß sind an jedem Punkt, an dem die Überspannung gemessen
werden soll, je Polarität zwei Ventile gleicher Durchlaßrichtung und dafür zwei
Meßkondensatoren vorgesehen und die beiden Meßkondensatoren sind je Polarität gegeneinander
zeitlich versetzt auf Ladung durch die Meßspannung, auf das Registrierinstrument
und auf Entladung umschaltbar, derart, daß je Polarität stets mindestens ein Meßkondensator
zur Aufnahme der Überspannung am Meßpunkt bereit ist. Der Meßkondensator erhält
dabei während der Meß- bzw.
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Speicherperiode eine eindeutig bestimmte Ladung bzw. Spannung, die
nach der elektrischen Trennung vom Ventil eindeutig durch das elektrostatische Instrument
zu ermitteln ist. Die Kapazität der Umschalteinrichtung bzw. des elektrostatischen
Instruments stört hier nicht, da sie stets in gleicher Weise in die Messung eingeht.
Die auf dem Meßkondensator befindliche Ladung läßt sich in jedem Fall exakt bestimmen,
wenn auch die am Instrument auftretende Spannung entsprechend der stattfindenden
Kondensatorumladung kleiner ist als der ursprüngliche Wert auf dem Meßkondensator.
Diese Umladung verläuft, da die in Betracht kommenden Kapazitäten konstant sind,
stets mit demselben Übersetzungsverhältnis, das durch eine Eichung ermittelt werden
kann. Man wird zwecksmäßig von ihr sogar dann Gebrauch machen, wenn die Anzeige
des elektrostatischen Instruments einen ganz bestimmten Bruchteil, etwa t/roo oder
I/looo der auszumessenden Überspannung betragen soll. Man wird dann parallel zum
Instrument einen zusätzlichen Kondensator solcher Größe einbauen, daß das gewählte
Übersetzungsverhältnis sich ergibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der
Zeichnung noch näher beschrieben.
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Fig. I zeigt die grundsätzliche Schaltung der bekanntenMeßeinrichtung.
Von den Klemmen 1 und 2 aus, die an der zu messenden Spannung liegen, wird der Meßkondensator
4 über das Ventil 3 aufgeladen und die Ladung des Kondensators 4 durch das parallel
zum Meßkondensator geschaltete elektrostatische Voltmeter 5 gemessen.
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In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Registriereinrichtung,
und zwar für die laufende, absatzweise Registrierung der Überspannungen beider Polaritäten,
dargestellt. I und 2 sind dabei die Anschlußklemmen der eigentlichen Überspannungs-Meßeinrichtung,
die Ventile 3 und 8 dienen der Erfassung positiver Spannungshöchstwerte, die Ventile
I2 und I6 der Erfassung negativer Spannungshöchstwerte. Die Meßkondensatoren sind
mit 4, 9, I3 und I7 bezeichnet; zu jedem Meßkondensator ist ein Trimmkondensator
parallelzuschalten, die mit 6, I0, Iq und I8 bezeichnet sind und die die Aufgabe
haben, die jeweils auf den Meßpunkt bzw. auf das Instrument umgesclalteten Meßkapazitäten
genau gleich groß zu machen. Die Kondensatorumschalter sind mit 7, II, I5 und 19
bezeichnet. Bei der dargestellten Schaltanordnung ist gerade der Meßkondensator
I3 mit dem Trimmkondensator 14 über den Umschalter 15 auf das Meßgerät geschaltet,
das aus dem elektrostatischen Registriervoltmeter 5, dem Parallelkondensator 20
und dem Kurzschließer 21 besteht. Wie schon weiter oben erwähnt, dient der Kondensator
20 zur Einstellung eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses der am Instrument
5 wirksamen Überspan-
ilung zu der an der Beobachtungsstelle tatsächlich
aufgetretenen. Der Anschluß der Registriereinrichtung an die Meßstelle erfolgt im
vorliegenden Fall mit Hilfe eines kapazitiven Spannungsteilers zwischen der Leitung
22 und Erde 25. Der Hochspannungskondensator ist mit 23 bezeichnet. der Teilerkondensator
mit 24. Bevor nun der gerade gemessene Meßkondensator, z. B. I3, zurück-, d. h.
auf Speicherung geschaltet wird, ist er zusammen mit dem Instrument 5 und dem Kondensator20
kurzzeitig durch den Kurzschließer 2I zu entladen, damit keine Restladungen, die
die nächste Messung fälschen würden, zurückbleiben. Unter Umständen wird man noch
eine zweite Entladeeinrichtung in der Ventilschaltung vorsehen, die die am Ventil
verbleibenden, zum Meßkondensator parallel liegenden Schaltkapazitäten ebenfalls
zu entladen gestattet, bevor die Überspannungsmessung mit diesem Ventil wieder aufgenommen
wird.
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Handelt es sich um die Messung der Spitzenwerte der Spannungen mehrpoliger
Leitungen gegen Erde über kapazitive oder sonstige Spannungsteiler, dann ist gerade
die Abstimmbarkeit des Instruments auf ein für alle Anschlußpunkte gleiches Übersetzungsverhältnis
vorteilhaft. Da es oft schwierig sein wird, die Hochspannungsteiler auf ein und
dasselbeÜbersetzungsverhältnis zu bringen, kann man sich gegebenenfalls dadurch
helfen, daß die resultierenden Meßkapazitäten zu den einzelnen Leitungen entsprechend
abgestimmt werden, oder daß die Kapazität des Parallelkondensators 20 bei der Umschaltung
des Instruments auf die Meßkondensatoren der verschiedenen Leitungen geändert wird.
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In Fig. 2 ist eine einpoligeUmschaltung derMeßkondensatoren von ihren
Ventilen auf das Instrument gezeichnet; diese Umschaltung kann genausogut in an
sich bekannter Weise auch zweipolig vorgenommen werden, was unter Umständen dann
erforderlich sein wird, wenn die einpolige Anschaltung des Instruments während der
Messung in irgendeiner Weise stören würde.
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Auf die eben beschriebene Weise läßt sich mit Hilfe eines elektrostatischen
Instruments die Überspannung einer größeren Zahl von Meßstellen registrieren.
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Der Vorschub des Registrierstreifens und die Umschaltung bzw. Abtastung
der Meßkondensatoren, wobei die Speicherzeit eines Meßkondensators, d. h. die Zeit,
in der dieser auf Erfassung der an der Meßstelle aufgetretenen Überspannungshöchstwerte
geschaltet ist, in der Regel bei I bis 5 Minuten liegen wird, wird vorteilhaft durch
ein und dasselbe Laufwerk durchgeführt. Als elektrostatische Registrierinstrumente
können dabei an sich bekannte elektrostatische Voltmeter, Elektrometer, Röhrenvoltmeter
mit Elektrometerröhre verwendet werden. Bedingung ist bei diesen sämtlichen Instrumenten
nur, daß sie eine ganz vorzügliche Isolation aufweisen.
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Die eben beschriebene Meßeinrichtung ist nicht beschränkt auf die
Erfassung elektrischer, in Spannungen umgeformter Vorgänge; sie kann ebensogut zur
Erfassung nichtelektrischer Höchstwerte herangezogen werden, wenn diese Vorgänge
nur erst in elektrische Spannungen umgeformt worden sind.