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Einrichtung zur Fernanzeige von Meßwerten für selbst hohe Spannung
aufweisende oder durch hohe Fremdspannung gefährdete Gleichstromnetze Bei der Übertragung
von Gleichstrommeßwerten für Gleichstromnetze, die selbst an hoher Spannung liegen
oder aber durch fremde Leitungen mit hoher Spannung gefährdet sind, ist es oft erwünscht,
die in den Meßleitungen bei Störungen auftretende Spannung auf bestimmte Werte zu
beschränken. Diese Aufgabe tritt insbesondere dann auf, wenn man mit niedrig isolierten
Fernmeldeleitungen für beispielsweise 6o Volt Höchst-: spannung 1bleßwerte eines
GleichstroVnbahnnetzes mit goo Volt Betriebsspannung übertragen muß.
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Bei Wechselstrommessungen kann man zu demx einfachen Mittel der Isoliertransformatoren
greifen. Bei Gleichstrommessungen könnten Spannungsteiler verwendet werden. Bei
einer Unterbrechung des an die Meßleitung angeschlossenen Teils des Spannungsteilers
würden dann aber die Meßleitungen sofort die volle Spannung erhalten. Ein etwaiger
Überspannungsschutz wird häufig erst zu spät wirksam werden, so daß inzwischen das
Kabel beschädigt ist. Bei Fernmessungen über längere Strecken ist dies, da man die
Fehlerstelle nicht kennt, besonders nachteilig.
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Es ist bereits bekannt, Gleichstrommeßwerte in Wechselstrommeßwerte
dadurch umzuwandeln, daß der Gleichstrom zur Magnetisierung eines dritten Schenkels
in einem Transformator benutzt wird; dieser Transformator muß jedoch für eine beträchtliche
Leistung bemessen sein, wenn man ausreichende Wechselstrommeßwerte erhalten und
mit Meßgeräten ohne allzu große Empfindlichkeit auskommen will. Außerdem sind bei
derartigen Einrichtungen die folgenden Fehler nicht zu beherrschen und auszugleichen:
Es treten Hysteresisverluste bei den verschiedensten Meßwerten auf, insbesondere
bei plötzlichem Spannungsschwankungen im zu messenden Netz.
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Ähnliches gilt auch für bekannte Einrichtungen, in denen die Umwandlung
der Gleichstrommeßwerte in Wechselstrommeßwerte dadurch erfolgt, daß der Gleichstrom
die Temperatur und damit den Ohmwert eines Widerstandes verändert, de1 über den
Wechselstrom sperrende Vorrichtungen (Drosseln) an die Gleichstromquelle und über
Kondensatoren an einen Transformator angeschlossen ist, dessen andere Wicklung an
einer Wechselstromquelle mit konstanter Spannung und Frequenz liegt.
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Auch hierbei werden, wie bei den vorerwähnten bekannten Einrichtungen,
die etwaigen Schwankungen des Wechselstromes
selbst bei beträchtlichen
Änderungen des zu überwachenden Gleichstromes nur verhältnismäßig klein und deshalb
zu befriedigenden Messungen kaum ausreichend sein.
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Die Erfindung zeigt einen grundsätzlich.: anderen Weg zur Gewinnung
von Meßwerten' für Gleichstromnetze durch den unmittelbaren'.' Vergleich einer Wechselspannung
mit der zu messenden Gleichspannung bzw. dem zu messenden Gleichstrom unter Zwischenschaltung
von den Vergleichswechselstrom in pulsieren-. den Gleichstrom umwandelnden Gleichrichtern.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernanzeige von Meßwerten
für selbst hohe Spannung aufweisende oder durch hohe Fremdspannung gefährdete Gleichstromnetze,
bei der ebenfalls, wie bekannt, dem zu messenden Gleichstromkreis ein Wechselstrommeßkreis
parallel geschaltet wird; der Gleichstromkreis wird aber bei einer solchen Anordnung
erfindungsgemäß nach Maßgabe seiner Spannung mit dem Wechselstrommeßkreis entnommenem
Strom über Gleichrichter b°-liefert, die zwischen die zu messende Gleich-. s2annungsquelle
und einen Teilwiderstand eines an konstanter Wechselspannung liegenden Spannungsteilers
derart geschalt--t sind, daß die Gleichspannungsquelle den Meßkreis nicht zu speisen
vermag und die eingeführte Wechselspannung in ihrem Scheitelwert größer ist als
die höchste zu messende Spannung.
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Bei dieser Meßeinrithtung ist der Einfluß von Belastungsänderungen
in dem Gleichstromnetz, dessen Spannung oder Strom gemessen werden soll, auf das
Meßergebnis äußerst geringfügig; denn es handelt sich hier im allgemeinen um die
Messung der Spannung von Gleichstromnetzen verhältnismäßig großer Leistung, bei
denen also der innere Widerstand der Spannungsduelle an sich und im Vergleich zu
den Spannungsteilerwiderständen vernachlässigbar klein ist, und außerdem können
im Verhältnis zum inneren Widerstand -der Spannungsquelle Spannungsteilerwiderstände
verwendet werden, von denen der eine als Vorschaltwiderstand wirkt, wenn diese stets
groß genug gewählt werden.
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In den Abbildungen sind Ausführungsformen der Erfindung angegeben.
Sie sind verschieden, je nachdem ob Ströme oder Spannungen gemessen werden sollen.
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Nach Abb. i soll die Spannung des Gleichstromnetzes i an dem Voltmeter
2 abgelesen werden, das mit dem Gleichstromnetz über Meßleitungen 3, die nur eine
niedrige Spannung erhalten dürfen, verbunden ist. An der Wechselspannung q. liegt
ein Spannungsteiler 5. Seine Anzapfungen 6 sind über Gleichrichter 8, z. B. Trockengleichrichter,
mit dem Gleichstromnetz verbunden. An die Anzapfungen 6 ist ferner der Isoliertransformator
7 gelegt, über den der Meßwert dem Voltmeter 2, und zwar unter Zwischenschaltung
der Gleichrichtergruppe 9, zugeführt wird.
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Die Gleichrichter 8 sind so geschaltet, daß .'oder an den Anzapfungen
6 liegende Teil des Spannungsteilers vom Gleichstromnetz i aus, '--dessen Polarität
festliegt, nicht gespeist werden kann. Andererseits kann der Spannungsteiler Strom
in das Gleichstromnetz i liefern.
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Der Spannungsteiler, dessen Anzapfungen zweckmäßig verstellbar sein
können, ist so bemessen, daß bei Abschaltung vom Gleichstromnetz an den Punkten
6 eine Wechselspannung herrscht, die bei Vernachlässigung des Spannungsabfalls in
den Gleichrichtern gleich der größten im Betriebe vorkommenden Spannung des Gleichspannungsnetzes
ist und tatsächlich am Meßgerät 2 abgelesen werden könnte. Der Spannungsteiler besitzt
hohen Widerstand, so daß er nach Ausschaltung des Gleichstromnetzes keine erheblichen
Leistungen in das Gleichstromnetz liefern kann. Bei höchster Betriebsspannung im
Gleichstromnetz liefert er gar keine Leistung in letzteres, so daß das Meßgerät
- den höchsten Meßwert anzeigt. Sinkt die, Spannung im Gleichstromnetz, so wird
Energie vom Wechselstromnet/ in das Gleichstromnetz gegeben, der Spannungsabfall
in dem an die Gleichrichter angeschlossenen Teil des Spannungsteilers fällt, und
eine entsprechend niedrigere Spannung ist am Meßgerät a ablesbar. Bei entsprechender
Eichung kann sie ohne weiteres zur Bestimmung der Gleichstromspannung benutzt werden.
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Die sekundäre Spannung am Isoliertransformator 7 kann man unmittelbar
durch ein _Wechselstrominstrument messen. Bei vorhandenen Anlagen mit Gleichstrominstrumenten
kann man eine Gleichrichterschaltung zwischen Isoliertransformator und Gleichrichter
einfügen. Die Gleichrichtung vergrößert gleichzeitig die Empfindlichkeit der Messung;
bei längeren Kabelleitungen hat die Übertragung von Wechselströmen eine Verzerrung
des Meßwertes durch den Ein fluß der Induktanzen des Kabels zur Folge.
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Auch der im oberen Zweig des Spannungsteilers 5 fließende Strom ist
ein Maß für die Spannung im Gleichstromnetz i. Ein in diesen Stromkreis eingeschaltetes
Amperemeter io kann man also so eichen, daß es ebenfalls die Spannung des Netzes
i anzeigt. Daraus ergibt sich sofort, daß man die Primärwicklung des Wandlers 7
auch in den Stromkreis des Spannungsteilers 5 schalten kann, Abb.2 zeigt eine Schaltung
zur Übertragung von Stromwerten. In dem Gleichstromnetz i liegt der Nebenschlußwiderstand
i i, zu
dem die Gleichrichter 8, und zwar in Graetzscher Schaltung,
parallel geschaltet sind. (Auch in Abb. i können die Gleichrichter 8 selbstverständlich
in Graetzscher Schaltung liegen.) Die Gleichrichterschaltung 8 ist ferner wieder
mit den Anzapfungen 6 des Spannungsteilers 5 verbunden. Die Messung des Stromes
im Gleichstromnetz kann durch das Voltmeter oder das Amperemeter io vorgenommen
werden.
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Die Schaltungen (Abb. i und 2) sind für den Fall bestimmt, daß an
der Geberstelle des Meßwertes Wechselspannung zur Verfügung steht. Ist dies nicht
der Fall, so kann man die Wechselspannung in den Meßkreis auch an der Empfangsstelle
einführen, ohne die Spannungssicherheit der Messung zu verringern. Ein Ausführungsbeispiel
hierfür zeigt Abb. 3. In Abb-. 3 liegt an dem Gleichstromnetz i der Spannungsteiler
12, der über Gleichrichter 8 mit den Anzapfungen 6 des Spannungsteilers 5 verbunden
ist. Die Gleichrichter sind so geschaltet, daß das Gleichstromnetz i den Spannungsteiler
5 nicht zu speisen vermag. Die Wechselspannung 4 ist über die Leitungen 3 und den
Isoliertransformator 13 mit dem Spannungsteiler 5 verbunden.
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Statt der Spannungsteiler 5 könnte man in den verschiedenen Ausführungsbeispielen
auch Transformatoren mit wenig Eisen, z. B. kurzschlußsichere Klingeltransformatoren
mit entsprechender Isolierung, verwenden.
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Abb. ,4 zeigt dieselbe Grundschaltung wie Abb. 3, nur ist das Meßgerät
io statt in der Spanungsleitung -(Abb. 3) in der Stromleitung angeordnet unter Verwendung
entsprechender Isoliertransformatoren. An dem Gleichstromnetz i liegt wieder ein
Spannungsteiler 12, der über Gleichrichter 8 und Transformator 13 aus dein Wechselstromnetz
4 gespeist wird. Wie in den vorhergehenden Schaltungen sind in Abb. 4 die Gleichrichter
8 so geschaltet, daß das Gleichstromnetz i keinen Strom in die Transforrnatorwicklung
zu liefern, vermag. Durch die Ventile 8 wird jeweils eine Halbwelle des vom Transformator
13 gelieferten Wechselstromes unterdrückt, die andere Halbwelle hingegen wird eine
EMK erzeugen, die am Spannungsteiler i2 parallel zur Gleichspannung im Netz i sein
wird, Strom könnte jedoch vom Transformator 13 in das Gleichstromnetz i über den
Spannungsteiler 12 nur dann geliefert werden, wenn die Gleichspannung im Netz i
kleiner wäre, als die ohne Vorhandensein des Gleichstromnetzes am Spannungsteiler
i2 durch den Transformator 13 erzeugte Gleichspannung sein würde. Der vom Transformator
13 über die Primärwicklung des Wandlers 7 geschickte pulsierende Gleichstrom ist
also ein Maß dafür, wie weit die Amplitude der Wechselspannung die Größe der Gleichspannung
übersteigt. An dem Amperemeter io wird die Wechselstromkornponente des pulsierenden
Gleichstromes, die .bei konstanter Wechselspannung ein Maß für die Spannung des
Netzes i ist, abgelesen. Die Sekundärspannung des Transformators 13 muß offenbar
größer sein als die zu erwartende größte Spannung des Netzes i bzw. größer als der
am Spannungsteiler 12 abgenommene Gleichspannunganteil.
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Der in der Abb.4 vorgesehene Kondensator 14 dient zum Glätten des
pulsierenden Gleichstromes.
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Die Schaltung nach Abb.4 ist auch zur Strommessung geeignet. An die
Stelle des Spannungsteilers 12 tritt dann wieder ein im Belastungsstromkreis des
Gleichstromnetzes liegender N ebenschlußwiderstand, ähnlich wie in Abb. 2.
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Die Arbeitsweise solcher Meßeinrichtungen sei an Hand des Diagramms
(Abb. 5) erläutert.
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Fließt z. B. in dem zu messenden Stromkreis i (Abb. 2) kein Strom,
so wird die ganze Vergleichswechselspannung an dem als Vorschaltwiderstand wirkenden
Teilwiderstand des Spannungsteilers 5 verbraucht.
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_ Durch den Isoliertransformator an den Klemmen 6 wird infolge des
praktisch als Kurzschluß wirkenden Widerstandes i i kein merklicher Strom fließen.
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Je nach der Höhe der zu messenden Gleichstromstärke im Verbraucherkreis
werden nun die Gleichrichterventile vorgespannt, so daß der Widerstand i i innerhalb
einer Halbperiode der Vergleichswechselspannung nur dann den Kurzschluß bildet,
sobald der Augenblickswert der Vergleichswechselspannung den Vorspannungswert überschreitet.
Es ergeben sich dann Spannungskurven an den Klemmen der Primärwicklung des Isoliertransformato,rs,
wie sie aus dem Diagramm (Abb. 5) ersichtlich sind.