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Einrichtung zur Messung von Verlustwinkeln und großen Kapazitäten
durch Vergleich mit einer bekannten Kapazität mit Stromwandler und Wechselstrommeßbrücke
Zur
Messung von großen Kapazitäten mit Wechselstrom werden Brückensysteme verwendet,
bei welchen zur Vermeidung von Überlastungen der Brückenzweige in einem Brückenzweig
ein hochbelastbarer Widerstand oder in Serie mit dem Meßobjekt ein Stromwandler
vorgeschaltet ist. Bei Verwendung von Widerständen ist es schwierig, Widerstände
mit kleinen Ohmwerten für Ströme größer als Ioo Amp. absolut genau und fehlerfrei
herzustellen. Wird in Serie mit der zu messenden Kapazität ein Stromwandler eingeschaltet,
so muß derselbe für die Meßspannung isoliert sein, was bei Hochspannung große Kosten
verursacht.
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Gleichzeitig wird bei letzterer Methode der eigene Ohmsche Widerstand
der Primärwicklung als zusätzlicher Fehlwinkel mitgemessen. Da dieser von der Belastung
abhängig ist, wird die Auswertung des Meßergebnisses kompliziert.
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Demgegenüber unterscheidet sich die Einrichtung zur Messung von Verlustwinkeln
und großen Kapazitäten mit Stromwandler und Wechselstrommeßbrücke erfindungsgemäß
durch einen primärseitig in Reihe mit der einseitig geerdeten Stromquelle und der
zu messenden- Kapazität geschalteten Stromwandler, dessen Wicklungsenden als gemeinsamer
Pol an den mit der zu messenden Kapazität in Verbindung stehenden Verzweigungspunkt
der Meßdiagonale und der Anfang der Sekundärwicklung an den unteren Brückenpunkt
angeschlossen ist.
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An Hand der Zeichnung sei das Wesen der Einrichtung gemäß der Erfindung
näher erläutert.
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Die Figur stellt das Prinzipschema der Einrichtung dar. C1 ist der
mit Verlust behaftete zu messende Kondensator mit großem Kapazitätswert, C2 der
praktisch verlustfreie Vergleichskondensator, und R4 und R3 sind genau bekannte,
praktisch fehlwinkelfreie Ohmsche Widerstände. Parallel zu R4 ist eine veränderliche
Kapazitätsdekade C4 zur Phasenabgleichung des Brückensystems, bestehend aus den
Zweigen I mit Cl, 2 mit C2, 3 mit R3 und dem Zweig 4 mit dem Widerstand R4 und der
parallelen Kapazität C4. An die beiden Verzweigungspunkte a und b ist die Meßdiagonale
mit dem Nullstrom-Anzeigeinstrument G angeschlossen, während die Speisung des Brückensystems
über die Punkte u und v erfolgt. T bezeichnet einen Transformator mit genügend großer
Leistung und W einen Präzisionsstromwandler mit bekanntem Fehlwinkel.
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Solche Brückenanordnungen mit den Zweigen I, 2, 3 und 4 lassen sich
für verschiedene meßtechnisch in Betracht kommende Bereiche anpassen. Gewöhnlich
wird dabei der untere Brückenteil, bestehend aus den Zweigen 3 und 4, mit der Meßdiagonale
und dem nicht gezeichneten Schalter in einen abgeschirmten Brückenkasten eingebaut.
Will man jedoch große Kapazitäten von mehr als Ioo ,uF, beispielsweise Phasenschieberkondensatoren,
mit mehr als Ioo Volt Wechselspannung messen, so würden in den einzelnen Zweigen
derart große Ströme entstehen, daß die Herstellung der Widerstände R3 und R4 unwirtschaftlich
und praktisch unausführbar wird. Dieser Nachteil wird in der gezeichneten Einrichtung
durch einen Stromwandler W behoben, der derart in den Speisungslcreis des Brückensystems
eingeschaltet ist, daß einerseits unbestimmte Streuungen gegen Erde und kapazitive
Kopplungen zwischen den Brückenzweigen möglichst vermieden werden und anderseits
das Meßergebnis nicht gefälscht wird. Bei Verwendung eines Brückenkastens kann der
Einfluß der Erdkapazitäten an den Brückeneckpunkten durch bekannte Mittel, wie beispielsweise
durch Potentialsteuerung oder durch einen an die Stromzuführungspunkte gelegten
Hilfskreis, entfernt werden. Um nun die unbestimmten Kapazitäten des Stromwandlers
gegen Erde praktisch unwirksam zu machen und um zu vermeiden, daß im Zweig I mit
dem zu messenden Objekt keine zusätzlichen Verluste mitgemessen werden, ist der
Stromwandler primärseitig in Reihe mit dem einseitig geerdeten Transformator geschaltet.
Dabei muß der Transformator gleichsinnig primär- und sekundärseitig geerdet sein,
d. h., es müssen die Anfänge der Wicklungen auf Erdpotential liegen, und an diesen
Punkt ist die Primärwicklung K-L des Stromwandlers anzuschließen. Dadurch wird einerseits
vermieden, daß der Ohmsche Widerstand der Wicklung K-L, die vom großen Strom durchflossen
ist, im Zweig I mit der zu messenden Kapazität C1 liegt und als zusätzlicher Fehlwinkel
mitgemessen wird. Anderseits liegt der Stromwandler W an der auf Erdpotential liegenden
Seite des Transformators T, wodürch er nicht gegen Hochspannung isoliert zu sein
braucht, was jedoch der Fall wäre, wenn er an die ungeerdete Seite des Transformators
angeschlossen würde. Zudem beeinflussen die unliebsamen Erdkapazitäten der Punkte
K und L die Messung nicht, weil sie in sich geschlossen sind. Bei der Messung ist
lediglich zu berücksichtigen, daß der Fehlwinkel des Stromwandlers, welcher bei
Verwendung eines Präzisionsstromwandlers praktisch Null ist und vernachlässigt werden
kann, mitgemessen wird.
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Die Enden L bzw. I des Stromwandlers sind als gemeinsamer Pol an den
Verzweigungspunkt a angeschlossen. Da die Brücke über die Wicklung L-K geerdet ist
und aus meßtechnischen Gründen grundsätzlich nur an einem Punkt geerdet sein soll,
erhält deshalb die Meßdiagonale a-b ein um den Spannungsabfall der Wicklung des
Wandlers höheres Potential als der untere Brückenpunkt. Der AnschIuß k der Sekundärwicklung
des Wandlers W ist an den unteren Brückenpunkt v angeschlossen.
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Zur Abgleichung der Brücke muß einer der beiden Widerstände R8 und
R4 regelbar sein, um die Gleichgewichtsbedingung erfüllen zu können. Um eindeutig
definierte Verhältnisse zu erhalten, wird vorteilhafterweise der Widerstand R2 konstant
gehalten und R4 regelbar ausgeführt.
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Bei abgeglichener Brücke ergibt sich damit für die Bestimmung von
C1 und tag 81 folgende einfache Formel: R4 C1 = g C2 R4 und tgdl = R4 B, undtg--R4.w.C4-tgw,
wobei 11 das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers und tg dw den praktisch vernachlässigbaren
Fehlwinkel des Stromwandlers bedeutet.
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PATENTANSPRACHE 1. Einrichtung zur Messung von Verlustwinkeln und
groben Kapazitäten durch Vergleich mit einer bekannten Kapazität mit Stromwandler
und Wechselstrommeßbrücke, gekennzeichnet durch einen primärseitig in Reihe mit
der einseitig geerdeten Stromquelle und der zu messenden Kapazität geschalteten
Stromwandler, dessen Wicklungsenden als gemeinsamer Pol an den mit der zu messenden
Kapazität in Verbindung stehenden Verzweigungspunkt der Meßdiagonale und der Anfang
der Sekundärwicklung an den unteren Brückenpunkt angeschlossen ist.