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Ifesskondensatorschaltung für Wechselstrom-Hochspannungskreise.
Es ist bekannt, dass man in Wechselstromhochspannungskreisen den Ladestrom eines Kondensators zur Spannungsmessung verwenden kann, u. zw. misst man, wenn an den Kondensator eine sinusförmige Spannung angelegt wird und ein Strommesser für Wechselstrom den Ladestrom des Kondensators bestimmt, den Effektivwert der Spannung, die zwischen den beiden Kondensatorbelägen herrscht. Man hat auch schon gezeigt, dass man auch den Maximalwert, d. h. den Scheitelwert der Spannungskurve bestimmen kann, wenn man den Ladestrom eines Kondensators, der an der zu messenden Spannung liegt, kommutiert und durch ein den Mittelwert des Stromes anzeigendes Messinstrument, z. B. ein Drehspulmessgerät, misst.
Letzteres bestimmt den Mittelwert des kommutierten Ladestromes und da die Ladung des Kondensators vor der Kapazität C, bezogen auf Y4 Periode, d. h. von dem Spannungswert 0 bis zum Maximalwert P ganz unabhängig von der Kurvenform ist und nur durch die Gleichung Q = CP = Sidt
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stromes in Ampère, v die Periodenzahl pro Sekunde und C die Kapazität des Kondensators in Farad.
Wünscht man den Effektivwert der Spannungskurve zu erhalten, bezogen auf den Maximalwert einer sinusförmigen Spannungskurve, so ist diese Gleichung noch durch den konstanten Faktor zu dividieren.
Die obige, an undfür sich bekannte Methode hat mithin den Vorteil, in Wechselstrom-Hochspannungs- kreisen den Scheitelwert der Spannungskurve (Maximalwert) dauernd durch direkte Ablesung festzustellen, was insbesondere bei Durchschlagsprüfungen von sehr grosser Bedeutung ist, namentlich im Hinblick auf die sonst übliche Methode der Funkenstreekekontrolle, die naturgemäss nur im Moment des Überschlags eine Spannungsmessung zulässt.
Die Gleichrichtung des Ladestromes kann nun auf mechanischem Wege, z. B. mittels eines SynchronGleichrichterkollektors erfolgen. Hiebei muss jedoch die Phase des Kollektors jeweils so eingestellt werden, dass ein maximaler Ausschlag des Messinstrumentes erfolgt, was dann der Fall ist, wenn der Ladestrom genau beim Durchgang durch Null konimutiert wird. Diese Unannehmlichkeit kann man dadurch vermeiden, dass man statt des rotierenden Gleichrichters einen Ventilröhren-Gleichrichter benutzt, z. B. eine Glühkathoden-Elektronenröhre.
Die Fig. 1 der beiliegenden schematischen Zeichnung zeigt beispielsweise eine in diesem Sinne ausgeführte Schaltung. Es bedeutet C einen Kondensator, der z. B. in einem getrennten Messkreisausschnitt des einen Belages an zwei zueinander parallelliegenden, gegeneinander geschalteten Glühkathodenröhren a und b angeschlossen ist. In den einen dieser Parallelzweige ist das den Mittelwert messende Messinstrument e (z. B. Drehspulinstrument) eingeschaltet. Bei dieser Anordnung wird mithin je nur ein Wechsel der Periode für die Maximalwertmessung ausgenutzt, während der andere Wechsel über den andern Zweig direkt an Erde fliesst.
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Hiebei entsteht aber in dem Kreis a-b, wie mit den Pfeilen angedeutet, ein Kreisstrom, der durch die Heizspannung der beiden Glühkathodenröhren hervorgerufen wird und einen dauernden Aussehlag am Messgerät zur Folge hat. Wie die praktische Ausführung der Messung zeigt, schwankt dieser Ausschlag mit der Grösse der Heizspannung und kann auch durch Vertauschen der Anschlussdrähte nicht ganz kompensiert werden. Bei den Versuchen hat sich ein dauernder Ausschlag von zirka 7-20% ergeben, der bis zu einer gewissen, an den Kondensator angelegten Spannung konstant bleibt. Die Spannungswerte innerhalb dieser Grenzen lassen sich demnach nicht messen, jedoch werden die höheren Spannungswerte richtig angezeigt. Es ist deshalb eine Korrektur des konstanten Ausschlages nicht zu berüek- sichtigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Schaltung des Messkondensators nach dem Hauptpatent, welche diesen Missstand dadurch beheben soll, dass bei Zusammenschaltung dieses Messkondensators mit zwei an diesen gelegten, gegeneinander geschalteten Ventilröhren-Gleichrichtern zu einem Messkreis in diesen mindestens eine elektromotorische Hilfsspannung mit der Massgabe eingeschaltet ist, dass sie auf die durch dieVentilröhren-Gleichrichter im Messkreis bedingte Lokalspannung kompensierend einwirkt.
Fig. 2-7 der beiliegenden schematischen Zeichnung betreffen verschiedene Ausführungsbeispiele der verbesserten Messkondensatorschaltung.
In Fig. 2 bezeichnet C wieder einen an einem Hochspannungskreise liegenden Messkondensator mit Messausschnitt e. Die aussen liegenden Belägè haben hiebei den Zweck, das Randfeld sowie den Einfluss der äusseren Felder zu vermeiden. Der Messausschnitt c an einem Belag ist mit den beiden in Parallelzweigen liegenden, gegeneinandergeschalteten Glühkathoden-Elektronenröhren a, b zu einem Messkreis zusammengeschaltet, wobei einer der Parallelzweige ein Messgerät e, z. B. ein Drehspulinstrument, enthält, während in den andern Parallelzweig eine durch ein Element oder eine Polarisationszelle d dargestellte Gegenspannung verlegt ist. Die Grösse dieser Gegenspannung ist mindestens so gross als die Summe der wirksam den Kreisstrom verursachenden Spannungen der Elektronenröhren.
Die Gegenspannung, die naturgemäss den einen Kondensatorbelag auf ein konstantes, um den Betrag der Gegenspannung anderes Potential hebt, kann leicht kompensiert werden durch eine weitere, elektromotorische Kraft, die in die Verbindungsleitung von dem Kondensator zum Zweigpunkt des Gleichrichterkreises eingeschaltet ist ; diese elektromotorische Kraft ist durch ein Element B angedeutet.
Sind die zu messenden kommutierten Ladeströme sehr klein, so ist es manchmal zweckmässig, statt je nur eines Wechsels beide Wechsel der Perioden auszunutzen. In diesem Fall kann gemäss Fig. 3 als Messinstrument ein Differentialspulinstrument t verwendet werden, dessen Spulen einander entgegengesetzt geschaltet sind, so dass beide Wechsel denselben Ausschlag hervorrufen. Auch hiebei tritt die vorher erwähnte Erscheinung des konstanten Ausschlages am Instrument ein und ist durch eine Gegenspannung dz im Messkreis zu kompensieren.
Ganz besonders unangenehm wird der konstante Ausschlag im Messinstrument dann, wenn die Heizung der Glühkathoden der Elektronenröhren durch Wechselstrom erfolgt. Fig. 4 gibt die in diesem Falle zu verwendende Schaltung wieder, wo auch wiederum a, b die Elektronenröhren, hier aber mit Wechselstrom von einem Heiztransformator g aus gespeist, e das Messinstrument und d die kompensierende Gegenspannung darstellt. Es zeigt sich, dass der konstante Ausschlag infolge des Wechselstromcharakters des Heizstromes in praktischen Fällen auf den halben bis zum vollen Ausschlag des Instrumentes ansteigt.
So sind ohne die Kompensation elektromotorische Kräftemessungen der Hochspannung nicht mehr möglich. Entsprechend den höheren Spitzenwerten der Wechselstromheizung ist es zweckmässig, die Gegenspannung zu erhöhen. Hiedurch wird naturgemäss der Fehler, der sich durch die Hebung des Potentials des Messbelages am Kondensator ergibt, erhöht. Dieser weitere Fehler lässt sich zum grossen Teil in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise durch einen dem Gleichrichterkreis vorgeschalteten Saugtransformator h kompensieren, dessen eine Wicklung zwischen den Messausschnitt c des Kondensators C und den Gleichrichterkreis geschaltet ist, während seine andere Wicklung zwischen den andern Belagteilen cl des Kondensators und der Erde liegt.
Das Übersetzungsverhältnis des Transformators ist entsprechend dem Verhältnis der beiden Kapazitätsströme herzustellen.
Dieser Transformator kann auch gemäss Fig. 6 ersetzt werden durch einen Widerstand w, der in den sonst geerdeten Teil des Kondensators a eingeschaltet ist und dessen Grösse zweckmässig so gewählt wird, dass der Spannungsabfall . fl gleich . 1'2 wird, wo fz der äquivalente Widerstand des Messkreises ist. Hiebei ist vorausgesetzt, dass die Elektronenröhren innerhalb der Sättigungskurve beansprucht sind, so dass annähernd der Spannungsabfall mit dem Röhrenstrom proportional anwächst. Was die Grösse des über den Widerstand w fliessenden Stromes il anbetrifft, so richtet sich dieser nach der Kapazität des Schutzbelages gegen den gegenüberliegenden, mit der Hochspannung verbundenen Kondensatorbelag.
Damit nun zwischen dem Messbelag und dem Schutzbelag keine Spannungsdifferenz eintritt, die eben Randfeldwirkungen hervorrufen würde, so müssen die Spannungsabfälle beider Beläge nach der Erde hin gleich gross gemacht werden.
Werden statt der Glühkathode-Elektronenröhren, die einen Spannungsabfall von der Grössenordnung eines Volts besitzen, gemäss Fig. 7 Ventilröhren benutzt, z. B. Neon-Ventilröhren, so ergeben sich in der letzteren Anordnung, die etwa einen Spannungsabfall von 100 Volt aufweist, grössere Fehler in der
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Messung. Diese rühren daher, dass die Gleichrichtung erst beginnt, wenn der Messkreisausschnitt selbst ein Potential von mindestens 100 Volt erreicht hat.
Da infolgedessen die erforderliche Gegenspannung ebensolche hohe Werte erreicht, ist hier die Batterie in zwei Teile s geteilt, die in die Erdverbindung jeder Ventilröhre geschaltet sind. Hiebei wird der Isolationsfehlerstrom ein Minimum. Man kann selbstverständlich nach dem Vorhergesagten auch die Batterie, wie es z. B. bei den übrigen Figuren angedeutet ist, auf einer Stelle vereinigen.
In'die Erdverbindung der einen Ventilröhre ist das Messinstrument eingebaut, wenn man nicht vorzieht, analog der Fig. 3 ein Differentialinstrument anzuwenden, welches von beiden Ventilröhrenströmen gespeist wird und hiebei natürlich mit gleicher Empfindlichkeit den doppelten Ausschlag gibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Messkondensatorschaltung zum Messen von Maximalwerten in Wechselstrom-Hochspannungskreisen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zusammenschaltung des Messkondensators (e) mit zwei an diesen gelegten, gegeneinandergeschalteten Ventilröhren-Gleichrichtern (a, b) zu einem Messkreis in diesen mindestens eine Hilfsspannung (d bzw. s) mit der Massgabe eingeschaltet ist, dass sie auf die durch die Ventilröhren-Gleichrichter im Messkreis bedingte Lokalspannung kompensierend einwirkt.