Einrichtung zum Miessen von Maximalwerten mittelst Messkondensators in Wechselstrom-Hochspannungskreisen. Es ist bekannt, dass man in Wechselstrom- Hochspannungskreisen den Ladestrom eines Kondensators zur Spannungsmessung ver wenden kann, und zwar misst man, wenn an den Kondensator eine Sinus förmige Spannung angelegt wird und ein Strommesser für Wech selstrom den Ladestrom des Kondensators be stimmt, den Effektivwert der Spannung, die zwischen den beiden Kondensatorbelägen herrscht, Man hat auch schon gezeigt, dass man auch den Maximalwert, das heisst dien Seheitelwert der Spannungskurve bestimmen kann,
wenn man den Ladestrom eines Kon- densators, der an der zu messenden Span nung liegt, kommutiert und durch ein den Mittelwert des Stromes anzeigendes Mess- instrument, z. B. ein Drehspulmessgerät, misst. Letzteres bestimmt den Mittelwert des kom mutierten Ladestromes, und da die Ladung des Kondensators von der Kapazität C, bezo gen auf · Periode, das heisst von dem Span nungswert O bis zum Maximalwert P, ganz unabhängig von der Kurvenform ist und nur durch die Gleichung Q = CP = fidt be stimmt ist, so zeigt das Drehspulinstrument, welches den Mittelwert
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fidt angibt, einen Ausschlag, der dem Maximalwert der am Kondensator herrschenden Hochspannung entspricht.
Es ergibt sich für den letzteren Fall die einfache Gleichung: Scheitelwert der Spannung (Maximalwert) in Volt
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Hierin bedeuten M (J) den vom Drehspul instrument gemessenen Mittelwert des kom mutierten Ladestromes in Ampere, v die Pe riodenzahl pro Sekunde, und C die Kapazität des Kondensators in Farad.
Wünscht man den Effektivwert der Span nungskurve zu erhalten, bezogen auf den Maximalwert einer sinusförmi,gen Spannungs kurve, so äst diese Gleichung noch durch den konstanten Faktor 1/ 2 zu dividieren.
Die obige, an und für sich bekannte Me- thode,-hat mithin den Vorteil, in Wechsel- strom-Hochspannungskreisen 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 Funkenstreckekontrolle, die naturgemäss nur im Moment des Überschlages eine Spannungs messung zulässt.
Die Gleichrichtung des Ladestromes lann nun auf mechanischem Wege, z. B. mittelst eines Synchron-Gleichrichterkollektors erfol gen. Hierbei russ jedoch die Phase des Kol lektors jeweils so eingestellt werden, dass ein maximaler Ausschlag des Messinstrumentes erfolgt, was dann der Fall ist, wenn der Lade strom genau beim Durchgang durch Null kommutiert wird. Diese Unannehmlichkeit kann man dadurch vermeiden, dass man statt des rotierenden Gleichrichters einen Ventil röhren-Gleichrichter benützt, z. B. eine Glüh- kathoden-Elektronenröhre.
Die Fig. 1 der beiliegenden schematischen Zeichnung zeigt beispielsweise eine in diesem Sinne ausgeführte Schaltung. Es bedeutet C einen Kondensator, der zum Beispiel in einem Messkreisausschnitt des einen Belages an zwei zueinander parallelliegenden, gegenein ander geschalteten Glühkathodenröhren a und b angeschlossen ist. In den einen dieser Parallelzweige ist das den Mittelwert mes sende Messinstrument e (z. B. Drehspulinstru ment) eingeschaltet. Bei dieser Anordnung wird mithin je nur ein Wechsel der Periode für die Maximalwertmessung ausgenützt, während der andere Wechsel über den andern Zweig direkt an Erde fliesst.
Hierbei ent steht aber in dem Kreis a-b, wie mit den Pfeilen angedeutet, ein Kreisstrom, der durch die Heizspannung der beiden Glühkathoden- röhren hervorgerufen wird und einen dauern den Ausschlag 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 Anschlussdrälte, zwecks Änderung der Polarität der unge heizten Elektrode, nicht ganz kompensiert werden. Bei den Versuchen hat sich ein dauernder Ausschlag von zirka 7 bis 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 Kor rektur des konstanten Ausschlages nicht zu berücksichtigen.
Die vorliegende Erfindung soll nun diesen Missstand dadurch beheben, dass bei Zusam menschaltung eines Messkondensators und zweier an d fiesen gelegter, gegeneinander geschalteter Ventilröhren-Gleiehrlchter zu einem Messkreis in diesen mindestens eine elektromotorische Hilfsspannung mit der Massgabe eingeschaltet ist, dass sie auf die durch die Ventilrölren-Gleichrichter im Mess- kreis bedingte Lokalspannung kompensierend einwirkt.
Fig. 2 bis 7 der beiliegenden schemati schen Zeichnung betreffen verschiedene Aus- fülrungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des.
In Fig. 2 bezeichnet C wieder einen an einem Hochspannungsk reise liegenden Mess- kondensator mit Messausschnitt e. Die aussen liegenden Beläge haben hierbei den Zweck, den Einfluss der äussern Felder zu vermeiden. Der Messausschnitt e an einem Belag ist mit den beiden in Parallelzweigen liegenden. gegeneinander geschalteten Glühkthoden- Elektronenröhren a, b zu einem lessles zu- sammengesclaltel, wobei einer der Parallel zweige ein Messerät e, z. B. ein Drehspul instrument, enthält, während in den andern Parallelzweig eine durch ein Element oder eine Polarisationszelle d dargestellte Gegen spannung verlegt ist.
Die Grösse dieser Ge- genspannung ist mindestens so gross, als die Summe der wirksam den Kreisstrom verur sachenden Spaiiniingen der Elektronenröhren.
Die Gegenspa.nming. die naturgemäss den einen Konfensatorbelag auf ein konstantes, um den. Betrar der CTegenspannung anderes Potential hebt, kann leicht kompensiert wer den durch eine weitere, elelztromotoriselre Kraft, die in rlie Verbindungsleitung von dem Kondensator zum Zweigpunkt des Gleich richterkreises eingeschaltet ist; diese elektro- motorische Kraft ist durch ein Element E 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 Mess instrument ein Differentialspuleninstrument f verwendet werden, dessen Spulen einander entgegengesetzt geschaltet sind, so dass beide Wechsel denselben Ausschlag hervorrufen. Auch hierbei tritt die vorher erwähnte Er scheinung des konstanten Ausschlages am In strument ein und ist durch eine Gegenspan nung d im Messkreis zu kompensieren.
Ganz besonders unangenehm wird der konstante Ausschlag im Messinstrument dann, wenn die Heizung der Glühkathoden der Elektronenröhren durch Wechselstrom er folgt. Fig. 4 gibt die in diesem Fälle zu ver wendende Schaltung wieder, wo auch wie derum<I>a,</I> b die Elektronenröhren, hier aber mit Wechselstrom, von einem Heiztransfor- mator g aus gespeist, e das Messinstrument und d die kompensierende Gegenspannung darstellen. Es zeigt sich, dass der konstante Ausschlag infolge des Wechselstromcharak ters des Heizstromes in praktischen Fällen auf den halben bis zum vollen Ausschlag des Instrumentes ansteigt.
So sind ohne die Kom pensation elektromotorische Kräftemessungen der Hochspannung nicht mehr möglich. Ent sprechend den höheren Spitzenwerten der Wechselstromheizung ist es zweckmässig, die Gegenspannung zu erhöhen. Hierdurch wird naturgemäss der Fehler, der sieh 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 Saugtrans formator h kompensieren, dessen eine Wick lung zwischen den Messausschnitt c des Kon- densators C und den Gleichrichterkreis ge- s e halt i ist, während seine andere Wicklung zwischen den andern Belagteilen e1 des Kon- densators und der Erde liegt. Das Überset zungsverhältnis des Transformators ist ent- sprechend dem Verhältnis der beiden Kapa zitätsströme herzustellen.
Dieser Transf ormator hann auch gemäss Fig. 6 ersetzt werden durch einen Wider stand w, der in den sonst geerdeten Teil des Kondensators C eingeschaltet ist und dessen Grösse zweckmässig so gewählt wird, dass der Spannungsabfall³ il ³ r1 gleich il ³ r2 wird, wo r2 der äquivalente Widerstand des Messkrei- ses ist. Hierbei ist vorausgesetzt, dass die Elektronenröhren innerhalb der Sättigungs kurve beansprucht sind, so dass annähernd der Spannungsabfall mit dem Röhrenstrom pro portional anwächst. Was die Grösse des über den Widerstand w fliessenden Stromes i1 an betrifft, so richtet sich dieser nach der Ka pazität des Schutzbelages gegen den gegen überliegenden, mit der Hochspannung ver bundenen Kondensatorbelag.
Damit nun zwi schen 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 wer den.
Werden statt der Glühkathode-Elektronen- röhren, die einen Spannungsabfall von der Grössenordnung eines Volts besitzen, gemäss Fig. 7 Ventilröhren benützt, z. B. Neon-Ven- tilröhren, so ergeben sich in der letzteren An ordnung, die etwa einen Spannungsabfall von 100 Volt _ aufweist, grössere Fehler in der Messung. Diese rühren daher, dass die Gleich richtung erst beginnt, wenn der Messkreisaus- schnitt selbst ein Potential von mindestens 100 Volt erreicht hat.
Da infolgedessen die erforderliche Gegen spannung ebensolche hohe Werte erreicht, ist hier die Batterie in zwei Teile s geteilt, die in die Erdverbindung jeder Ventilröhre ge schaltet sind. Hierbei wird der Isolations- fehlerstrom ein Minimum. Man kann selbst verständlich nach dem Vorhergesagten auch die Batterie, wie es zum Beispiel bei den übrigen Figuren angedeutet ist, auf einer Stelle vereinigen.
In die Erdverbindung der einen Veniil-- röhre ist das Messinstrument eingebaut, wenn man nicht vorzieht, analog der Fig. 3 ein Differentialinstrument anzuwenden, welches von beiden Ventilröhrenströmen gespeist wird und hierbei natürlich mit gleicher Empfind lichkeit den doppelten Ausschlag gibt.