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
EMI0001.0011
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
EMI0001.0013
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.
Device for measuring maximum values by means of a measuring capacitor in AC high-voltage circuits. It is known that you can use the charging current of a capacitor for voltage measurement in AC high-voltage circuits, namely you measure when a sinusoidal voltage is applied to the capacitor and an ammeter for Wech selstrom determines the charging current of the capacitor, the effective value the voltage that prevails between the two capacitor layers, It has already been shown that you can also determine the maximum value, i.e. the Seheitel value of the voltage curve,
if the charging current of a capacitor, which is connected to the voltage to be measured, is commutated and measured by a measuring instrument that shows the mean value of the current, e.g. B. a moving coil measuring device measures. The latter determines the mean value of the commutated charging current, and since the charge of the capacitor from the capacitance C, related to the period, i.e. from the voltage value O to the maximum value P, is completely independent of the curve shape and only through equation Q = CP = fidt is determined, the moving-coil instrument shows which is the mean
EMI0001.0011
fidt indicates a deflection which corresponds to the maximum value of the high voltage prevailing on the capacitor.
In the latter case, the result is the simple equation: Peak value of the voltage (maximum value) in volts
EMI0001.0013
Here, M (J) is the mean value of the commutated charging current measured by the moving coil instrument in amps, v is the number of periods per second, and C is the capacitance of the capacitor in farads.
If you want to obtain the rms value of the voltage curve, based on the maximum value of a sinusoidal voltage curve, you have to divide this equation by the constant factor 1/2.
The above method, known in and of itself, has the advantage of permanently determining the peak value of the voltage curve (maximum value) in alternating current high-voltage circuits by direct reading, which is of great importance in particular in dielectric tests, especially with regard to to the otherwise common method of spark gap control, which naturally only allows voltage measurement at the moment of the flashover.
The rectification of the charging current is now mechanically, z. B. by means of a synchronous rectifier collector. Here, however, the phase of the collector can be set so that a maximum deflection of the measuring instrument takes place, which is the case when the charging current is commutated exactly when it passes through zero. This inconvenience can be avoided by using a valve tube rectifier instead of the rotating rectifier, e.g. B. a hot cathode electron tube.
FIG. 1 of the accompanying schematic drawing shows, for example, a circuit implemented in this sense. C denotes a capacitor which, for example, is connected in a measuring circuit section of one coating to two mutually parallel, oppositely connected hot cathode tubes a and b. The measuring instrument e (e.g. moving coil instrument) which measures the mean value is switched on in one of these parallel branches. With this arrangement, only one change in the period is used for the maximum value measurement, while the other change flows directly to earth via the other branch.
Here, however, as indicated by the arrows, a circular current arises in the circle a-b, which is caused by the heating voltage of the two hot cathode tubes and which causes a permanent deflection on the measuring device. 'As the practical execution of the measurement shows, this deflection fluctuates with the magnitude of the heating voltage and cannot be completely compensated by swapping the connection wires in order to change the polarity of the unheated electrode. The tests showed a constant deflection of around 7 to 20%, which remains constant up to a certain voltage applied to the capacitor.
The voltage values within these limits cannot therefore be measured, but the higher voltage values are displayed correctly. A correction of the constant deflection is therefore not to be taken into account.
The present invention is intended to remedy this deficiency in that, when a measuring capacitor and two mutually connected valve tube gauges are connected together to form a measuring circuit, at least one electromotive auxiliary voltage is switched on with the proviso that it is applied to the valve tube -Rectifier in the measuring circuit has a compensating effect on the local voltage.
Fig. 2 to 7 of the accompanying schematic drawings relate to various Aus Ausfülrungsbeispiele the subject of the invention.
In FIG. 2, C again denotes a measuring capacitor with measuring section e lying on a high-voltage circuit. The purpose of the external coverings is to avoid the influence of the external fields. The measurement section e on a surface is with the two lying in parallel branches. Glow-type electron tubes a, b connected against one another to form a lessles together with one of the parallel branches, a measuring device e, z. B. a moving coil instrument, while in the other parallel branch a counter voltage represented by an element or a polarization cell d is laid.
The magnitude of this counter-voltage is at least as great as the sum of the spaiinings of the electron tubes which effectively cause the circulating current.
The counterpa.nming. the one Konfensatorbelag naturally on a constant, around the. When the C counter voltage raises another potential, whoever can easily compensate for it by a further, elelztromotoriselre force, which is switched on in the connecting line from the capacitor to the branch point of the rectifier circuit; this electromotive force is indicated by an element E.
If the commutated charging currents to be measured are very small, it is sometimes useful to use both changes in the periods instead of just one change. In this case, according to FIG. 3, a differential coil instrument f can be used as the measuring instrument, the coils of which are connected in opposition to one another, so that both changes cause the same deflection. Here, too, the aforementioned phenomenon of constant deflection occurs on the instrument and must be compensated for by a counter voltage d in the measuring circuit.
The constant deflection in the measuring instrument becomes particularly uncomfortable when the hot cathodes of the electron tubes are heated by alternating current. 4 shows the circuit to be used in this case, where again the electron tubes, but here with alternating current, are fed from a heating transformer g, e the measuring instrument and d represent the compensating counter-voltage. It turns out that the constant deflection due to the alternating current character of the heating current increases in practical cases to half to full deflection of the instrument.
Electromotive force measurements of the high voltage are no longer possible without the compensation. In accordance with the higher peak values of the alternating current heating, it is advisable to increase the counter voltage. This naturally increases the error that results from the increase in the potential of the measurement layer on the capacitor.
This further error can largely be compensated in the manner shown in FIG its other winding lies between the other facing parts e1 of the capacitor and the earth. The transmission ratio of the transformer is to be established according to the ratio of the two capacitance currents.
This transformer can also be replaced according to FIG. 6 by a resistance w, which is switched into the otherwise grounded part of the capacitor C and whose size is expediently chosen so that the voltage drop³ il ³ r1 is equal to il ³ r2, where r2 is the equivalent resistance of the measuring circuit. It is assumed here that the electron tubes are stressed within the saturation curve, so that the voltage drop increases proportionally with the tube current. As far as the magnitude of the current i1 flowing through the resistor w is concerned, this depends on the capacitance of the protective coating against the opposite capacitor coating connected to the high voltage.
So that there is no voltage difference between the measuring layer and the protective layer that would cause edge field effects, the voltage drops of both layers towards the earth must be made the same.
If instead of hot cathode electron tubes, which have a voltage drop of the order of magnitude of one volt, valve tubes are used according to FIG. B. neon valve tubes, the latter arrangement, which has a voltage drop of about 100 volts, results in larger errors in the measurement. These are due to the fact that the rectification only begins when the measuring circuit section itself has reached a potential of at least 100 volts.
Since as a result the required counter-voltage reaches such high values, the battery is divided into two parts s, which are connected to the earth connection of each valve tube. Here, the insulation fault current becomes a minimum. Of course, after what has been said above, one can also combine the battery in one place, as is indicated, for example, in the other figures.
The measuring instrument is built into the earth connection of one valve tube, if one does not prefer to use a differential instrument analogous to FIG.