DD150802A1

DD150802A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CALIBRATION OF PART DISCHARGE MEASURING DEVICES

Info

Publication number: DD150802A1
Application number: DD22016280A
Authority: DD
Inventors: Karl Richter; Dietrich Schneider
Original assignee: Karl Richter; Dietrich Schneider
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1981-09-16

Abstract

Das Ziel und die Aufgabe besteht in der Verbesserung der Eigenschaften und Vereinfachung der Bedienung des Geraetes. Die Aufgabe wird mittels eines netzsynchronisierten Rechteckspannungsgenerators mit regelbarer Ausgangsamplitude erfindungsgemaesz geloest, indem ihm ein Leistungteil, bestehend aus einem Vorverstaerker mit Leistungsverstaerker, dessen Versorgungsspannung ueber einen weiteren Verstaerker, dessen Arbeitswiderstand er bildet, einstellbar ist. Weiterhin ist zwischen Rechteckspannungsgenerator und Leistungsteil eine Multivibrator zur frequenzabhaengigen Impulsdauerveraenderung vorhanden und der Arbeitswiderstand des Leistungsverstaerkers bildet einen umschaltbaren Spannungsteiler. Der Aufbau d. Stromversorgung ist so gewaehlt, dasz mittels eines Wendelpotentiometers eine feinstufige Spannungseinstellung erfolgen kann.The goal and the task is to improve the features and simplify the operation of the device. The object is achieved by means of a mains-synchronized square-wave voltage generator with adjustable output amplitude according to the invention by a power unit consisting of a preamplifier with power amplifier whose supply voltage is adjustable via a further amplifier whose working resistance it forms. Furthermore, a multivibrator for frequency-dependent pulse duration variation exists between the square-wave voltage generator and the power unit, and the load resistor of the power amplifier forms a switchable voltage divider. The structure d. Power supply is chosen so that it can be done by means of a Wendelpotentiometers a fine-level voltage adjustment.

Description

VEB Transformatoren- und Röntgenwerk "H.Matern¹¹ VEB Transformers and X-ray "H.Matern ¹¹

Dresden, am \k. 8. 19Bo TNP/Sff/EoDresden, on \ k. 8. 19Bo TNP / Sff / Eo

TuR-Akte 1735 IPK: G 01 B 35/00TuR file 1735 IPK: G 01 B 35/00

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2016?2016?

Schaltungsanordnung zur Kalibrierung von Teilentladungs» MeßeinrichtungenCircuit arrangement for calibrating partial discharge measuring devices

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Messung von Teilentladungen, im folgenden mit TE bezeichnet, bedingt Meßgeräte, an die eine Reihe von Anforderungen gestellt werden, damit eine exakte Aussage über folgende Kriterien möglich ist:The measurement of partial discharges, hereinafter referred to as TE, requires measuring instruments to which a number of requirements are made so that an exact statement can be made as to the following criteria:

- der Nachweis, daß der Prüfling bei einer festgelegten Spannung keine TB aufweist, die eine festgelegte Stärke überschreitet,- the proof that the specimen does not have a TB exceeding a specified strength at a specified voltage,

- Ermittlung der Spannungshöhe, bei der solche TE bei steigender Spannung einsetzen und bei sinkender Spannung aussetzen,Determination of the voltage level at which such TE start with increasing voltage and expose when voltage drops,

- Ermittlung der Entladungsstärke bei einer festgelegten Spannung·Determination of the discharge intensity at a specified voltage

Zu diesem Zweck, ist eine Kalibrierung von TE-Meßeinrichtungen notwendig.For this purpose, a calibration of TE measuring devices is necessary.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Da die scheinbare Ladung Dines einzelnen TE-Impulses nicht unmittelbar gemessen werden kann, muß mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren von de* am TE-Meßgerät abgelesenen Größe auf die Ladung umrechenbar sein* Zur Kalibrierung sowohl von TE-Meßgeräten allein als auch von vollständigen Prüfkreisen werden kurze Stromimpulse einer geeigneten Ladungsmenge benötigt* ZurCharacteristic of the Known Technical Solutions Since the apparent charge of each TE pulse can not be directly measured, the magnitude read from the TE meter must be convertible to the charge using conversion factors of the TE meter * For calibration of TE meters alone as well as complete test circuits require short current pulses of a suitable charge quantity * Zur

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Erzeugung dieser sogenannten Kalibrierungsimpulse ist es bekannt, Rechteckgeneratoren zu verwenden (Entwurf DIN 57 **3V VDE 0*13*1/78)· Die Dauer des Spannungssprunges, der über einen Kondensator in den TE-Meßkreis eingekoppelt wird, muß so kurz und die Kapazität so klein sein, daß die Dauer des Stromimpulses durch den Kondensator klein gegenüber der Antwortzeit des verwendeten TE-MeBgerätes ist. Die bei der echten Kessung auftretenden TE-Impulse -werden in der TE-Meß einrichtung verstärkt, auf einem Oszilloskop angezeigt und mit dem Kalibrierungsimpuls im Sinne eines Vergleiches "größer als» ·ⁿ bzw. "kleiner als,,," bewertet. Die Genauigkeit des Meßergebnisses hängt also nicht nur von Unlinearitäten des Meßkreises oder Gerätes, sondern auch davon ab wie der Kalibrator die an ihn gestellten Forderungen erfüllt·Generation of these so-called calibration pulses, it is known to use rectangular generators (draft DIN 57 ** 3V VDE 0 * 13 * 1/78) · The duration of the voltage jump, which is coupled via a capacitor in the TE measuring circuit must be so short and the Capacitance be so small that the duration of the current pulse through the capacitor is small compared to the response time of the TE measuring device used. The TE pulses occurring during the real cooling are amplified in the TE measuring device, displayed on an oscilloscope and evaluated with the calibration pulse in the sense of a comparison "greater than" ⁿ or "less than" The measurement result thus depends not only on nonlinearities of the measuring circuit or device, but also on how the calibrator fulfills the requirements placed on it.

Zur Darstellung beliebiger Ladungsraengen ist es notwendig, daß die Amplitude der Ausgangsspannung des Kalibrators in einem sehr großen Bereich, z.B. von 1 mV bis 10 V stetig bzw, feinstufig einstellbar ist. Die Einstellgenauigkeit muß in der Größenordnung der Ablesegenauigkeit, also bei ca, 1 $ liegen. Bei längeren Messungen ist es notwendig, während der Hochspannungsprüfung die Kalibrierung zu prüfen. Dabei ist es unumgänglich, die bei einem Prüflingsdurcfa- oder Überschlag auftretenden Spannungen von der Kalibrierungseinrichtung fernzuhalten· Der Nachweis sehr kleiner Ladungsmengen, z.B. unter 5 pC erfordert bei breitbandigen Meßverfahren, daß HF-Störungen durch Rundfunksender oder einzelne Störimpulse, z,B* durch Thyristorsteller in derTo represent any charge levels, it is necessary that the amplitude of the output voltage of the calibrator be in a very wide range, e.g. from 1 mV to 10 V continuous or, finely adjustable. The setting accuracy must be in the order of magnitude of the reading accuracy, that is, at about $ 1. For longer measurements it is necessary to check the calibration during the high voltage test. It is imperative to keep the voltages occurring during a Prüflingsdurcfa- or rollover from the calibration device · The detection of very small amounts of charge, e.g. Below 5 pC requires in broadband measurement method that RF interference from broadcasters or individual glitches, z, B * thyristor in the

TE-Meßeinrichtung nicht berücksichtigt werden· Damit der Kalibrierungsimpuls nicht mit der Störung zusammenfällt, muß er in seiner Phasenlage verschiebbar sein. Damit ist neben der Einstellbarkeit der Phasenlage in einem Bereich von 1BO° eine feste Synchronisation mit der Prüfwechselspannung notwendig. Bei Verwendung von handelsüblichen Rechteckgeneratoren ist es nachteilig, daß diese entweder nicht in der Phasenlage einstellbar* nicht mit der Prüfwechselspan—TE measuring device are not taken into account. In order that the calibration pulse does not coincide with the disturbance, it must be displaceable in its phase position. Thus, in addition to the adjustability of the phase position in a range of 1BO ° a fixed synchronization with the test AC voltage is necessary. When using commercially available rectangular generators, it is disadvantageous that these can not be adjusted in the phase position * not with the test alternating voltage.

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Hung synchronisierter oder nicht quasi stetig regelbar in dem geforderten gesamten Bereich der Ausgangsamplitude oder relativ teuer sind·Hung synchronized or not quasi continuously adjustable in the required entire range of output amplitude or relatively expensive ·

Es sind auch spezielle Kalibratoren für TE-Meßeinricbtungen bekannt (Tettex AG, TE-Meßgerät System Biddle, Bulletin B 1001 d-10-976, Firmenprospekt), -welche synchronisierbar, im Bereich von 0.,,50OO pC stufenlos einstellbar sind und zwei Impulse pro Periode liefern. Bei diesem Gerät ist einerseits die Erzeugung des Kalibrierungsimpulses bereits im Gerät vorgenommen, so daß nur eine galvanische Kopplung mit dem TE-MeB-kreis vorgenommen werden kann und damit eine Kalibrierung während der Hochspannungsprüfung entfallen muß und andererseits ist es nur möglich für einen geringen Frequenzbereich der Prüfvechselspannung Kalibrieriraptilse zu erzeugen. Bsi einem anderen Gerät (F.C. Robinson & Partners Limited, Erigl» E.R.A,, TE-Meßgerät, Modell 3, Typ 652, Firmenprospekt) ist die Möglichkeit der Ladungsänderung des Kalibrierungsimpulses im großen Bereich und die Ankopplung an den Hochspannungskreis jedoch nicht die Änderung der Frequenz der Prüfspannung möglich bzw* zulässig.There are also special calibrators for TE Meßeinricbungen known (Tettex AG, TE meter system Biddle, Bulletin B 1001 d-10-976, company brochure), which synchronizable, in the range of 0. ,, 50OO pC are infinitely adjustable and two Deliver pulses per period. In this device, on the one hand, the generation of the calibration pulse already made in the device, so that only a galvanic coupling with the TE-MeB-circle can be made and thus a calibration must be omitted during the high-voltage test and on the other hand, it is only possible for a small frequency range Test alternating voltage to generate Kalibrieriraptilse. For another device (FC Robinson & Partners Limited, Erigl »ERA, TE Meter, Model 3, Type 652, Company Prospectus), the possibility of changing the charge of the calibration pulse in the large range and the coupling to the high voltage circuit is not the change of the frequency the test voltage is possible or * permissible.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Dieses besteht in der Beseitigung der Nachteile vorzugsweise bezüglich des Frequenzbereiches) der Ankoppelbarkeit und der Ladungsregelung*This consists in the elimination of the disadvantages, preferably with respect to the frequency range) of the coupling and the charge control *

Darlegung des "Wesens der ErfindungExplanation of the "essence of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, besteht in der Schaffung einer Schaltungsanordnung zur Kalibrierung von TE-Meßeinrichtungen, welche aus einem prüfspannungssynchronisierbaren Rechteckspannungsgenerator besteht, dessen Ausgangsamplitude in einem großen Bereich stufenlos regelbar ist, jedoch bei allen an sie gerichteten Anforderungen eine unkomplizierte Bedienbarksit besteht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe entsprechend der Formulierung des AnspruchesThe technical problem to be solved by the invention is to provide a circuit arrangement for the calibration of TE measuring devices, which consists of a test voltage synchronizable square-wave voltage generator whose output amplitude is infinitely variable over a wide range, but in all directed to them a requirements uncomplicated Bedienbarksit exists. According to the invention the object is according to the wording of the claim

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gelöst,solved,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung vixd nachstehend anhand einer Zeichnung erläutertThe invention vixd explained below with reference to a drawing

Es zeigen: Fig# 1 Prinzipschaltung In the figures: Fig. 1 Principle circuit

Fig. 2 LeistungsteilFig. 2 power section

Fig* 3 MultivibratorFig * 3 Multivibrator

Xn der Prinzipschaltung nach Fig» 1 sind die einzelnen wesentliohen Baugruppen in ihrer Zusammenwirkung als Blockschaltbild dargestellt· Die Eingangsspannung mit der Frequenz von 16 bis 500 Hz₁ die der Frequenz der Prüfspannung entsprechen kann, liegt an einem Nulldurehgangsindikator t zur Ansteuerung eines Phasenschiebers Z. Dieser besteht aus einem Sägezahngenerator mit einer Regelschaltung k zur frequenzunabhängigen Xonstanthaltung der Sägezahnamplitude, einem Komparator 5 und einem dazugehörigen Spannungsteiler mit einem Potentiometer 6 zur Einstellung der Phasenlage des Ausgangsimpulses, bezogen auf den Nulldurchgang der Prüfspannung. Dem Phasenschieber Z ist ein monostabiler Multivibrator 7 nachgeordnet, für den ein Umschalter 8 vorgesehen ist, der seinerseits von einem Schwellwertschalter 9, der die frequenzabhängige Ausgangsspannung der Regelschaltung k auswertet, angesteuert wird. Durch den Schwellwertschalter 9 erfolgt die Umschaltung bei einer festgelegten Frequenz zwischen 16 Hz und 500 Hz, so daß sich die Impulsdauer von 1 ms auf 0,1 ms ändert« Die Baugruppen 1 bis bilden den Rechteckspannungsgenerator 10» Seine Ausgangsspannung gelangt an ein Leistungsteil 11* Es besteht aus einem Vorverstärker 12, der die notwendige Flankensteilheit nach dem Rechteckspannungsgenerator 10 gewährleistet, einem Leistungsverstärker 13, welcher auf einen umschaltbaren Spannungsteiler lh arbeitet. Zur Änderung des Ausgangspegels ist neben der Umschaltung des Spannungsteilers 1U durch einen Stufenschalter 15 eine einstellbare Stromversorgung 16 für den Leistungsverstärker 13 vorhanden. Seine Betriebsspannung ist mit Hilfe eines Präzisions-Wendel-Potentiometers 17 mit Einstell-The input voltage with the frequency of 16 to 500 Hz _1, which may correspond to the frequency of the test voltage, is connected to a zero-going indicator t for driving a phase shifter Z. This is consists of a sawtooth generator with a control circuit k for frequency-independent Xonstanthaltung the Sägezahnamplitude, a comparator 5 and an associated voltage divider with a potentiometer 6 for adjusting the phase position of the output pulse, based on the zero crossing of the test voltage. The phase shifter Z is followed by a monostable multivibrator 7, for which a changeover switch 8 is provided, which in turn is controlled by a threshold value switch 9, which evaluates the frequency-dependent output voltage of the control circuit k . By the threshold value switch 9, the switching takes place at a fixed frequency between 16 Hz and 500 Hz, so that the pulse duration of 1 ms changes to 0.1 ms «The modules 1 to form the square-wave voltage generator 10» His output voltage reaches a power unit 11 * It consists of a preamplifier 12, which ensures the necessary edge steepness after the rectangular voltage generator 10, a power amplifier 13, which operates on a switchable voltage divider lh . To change the output level in addition to the switching of the voltage divider 1U by a tap changer 15, an adjustable power supply 16 for the power amplifier 13 is present. Its operating voltage is adjusted by means of a precision helical potentiometer 17 with

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getriebe einstellbar· Die Kalibrierungsimpulse liegen am Ausgang des Leistungsteils 11 als Rechteckimpulse an, die über ein HF-Kabel, dessen Wellenwiderstand angedeutet durch einen Widerstand 18 an die Ausgangsimpedanz des Leistungsteiles 11 angepaßt ist.gearbox adjustable · The calibration pulses are applied to the output of the power unit 11 as rectangular pulses, which is adapted via an RF cable, the characteristic impedance indicated by a resistor 18 to the output impedance of the power unit 11.

Das in der Pig* 1 als Block dargestellte Leistungsteil 11 ist in der Fig, 2 mit seinem prizipiellen Sehaltelementen dargestellt« Es besteht aus der einstellbaren Stromversorgung 16 mit dem Potentiometer 17, die einen zweistufigen Verstärker darstellt» Der Vorverstärker 12 ist als zweistufiger Spannungsverstärker mit einer Ansteueretufe für den Leistungsverstärker 13 ausgeführt. Die Versorgungsspannung des zweistufigen Spasmungsverstärkers liegt parallel zu der Versorgungsspannung der Stromversorgung 16 und die Versorgungsspannung der Ansteuere stufe liegt parallel zur Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers 13* Dieser ist der Arbeitsviderstand der letzten Stufe der Stromversorgung 16 deren Spannung mit dem Wendelpotentiometer 1? in einem Bereich von ca* 2V... 20 V einstellbar ist. Der Leistungsverstärker 13 besteht aus einer Parallelschaltung von z*B, drei HF-Transistoren 19· Die Stromaufteilung -wird durch Aufteilung des Arbeitswiderstandes erreicht» Der Emitterwiderstand der kollektorseitig verbundenen Transistoren 19 setzt sich aus einem separaten und einem für alle gemeinsamen Widerstand zusammen,Durch die separaten Widerstände wird der jeweilige Transistor gleichzeitig gegen einlaufende Überspannungen geschützt. Mit der Einstellung der Versorgungsspannung wird die stetige Verstellung der Amplitude der Hechteckimpulse möglich, ohne daß spezielle HF-Bauelemente benötigt werden. Der Hauptarbeitswiderstand für die HF-Transistoren 19 wird durch den Spannungsteiler \k gebildet. Dieser beinhaltet als Kettenleiter aufgebaute Widerstandsanordnungen, deren Einschaltung unterschiedliche Teilerverhältnisse gewährleistet* Die Einschaltung erfolgt mittels eines Schalters der drei Ebenen 20 ₁ 21 und 22 besitzt. Der Spannungsteiler 1 if ist für die Teilerverhältnisse 1 : 1 (OdB), 1 : 10The power unit 11 shown as a block in the Pig * 1 is shown in Fig. 2 with its prizipiell Sehaltelementen «It consists of the adjustable power supply 16 with the potentiometer 17, which is a two-stage amplifier» The preamplifier 12 is a two-stage voltage amplifier with a Triggering executed for the power amplifier 13. The supply voltage of the two-stage Spasmungsverstärkers is parallel to the supply voltage of the power supply 16 and the supply voltage of Ansteuere level is parallel to the supply voltage of the power amplifier 13 This is the Arbeitsviderstand the last stage of the power supply 16 whose voltage with the helical potentiometer 1? in a range of ca * 2V ... 20V is adjustable. The power amplifier 13 consists of a parallel circuit of z * B, three RF transistors 19 The current distribution is achieved by dividing the load resistance »The emitter resistance of the collector side connected transistors 19 is composed of a separate and a common resistor for all, through the Separate resistors, the respective transistor is simultaneously protected against incoming overvoltages. With the adjustment of the supply voltage, the continuous adjustment of the amplitude of the pike pulses is possible without the need for special RF components. The main working resistor for the RF transistors 19 is formed by the voltage divider \ k . This includes constructed as a chain conductor resistor arrangements, the switching ensures different divider ratios * The switching is done by means of a switch of the three levels 20 ₁ 21 and 22 has. The voltage divider 1 if is for the divider ratios 1: 1 (OdB), 1:10

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(20 dB), 1 : 1OO (kO dB) und 1 : 1000 (60 dB) ausgeführt. Dabei ist die Bemessung des UnterspannungswiderStandes des jeweilig eingeschalteten Kettenleiters mögliebst so bemessen, daß es dem Wellenwiderstand des am Ausgang 23 angeschlossenen HF-Kabels Zh entspricht·(20 dB), 1: 100 (kO dB) and 1: 1000 (60 dB). The dimensioning of the undervoltage resistor of the respectively connected chain conductor is as far as possible such that it corresponds to the characteristic impedance of the RF cable Zh connected to the output 23.

Für die Kalibrierung der TE-Meßeinriehtung bei unterschiedlichen Frequenzen der Prüf spannung ist es erforderlich, daß die Impulsbreite des Rechteckimpulses in gewisser Weise an die Frequenz angepaßt wird, da z,B, bei hohen Frequenzen die Breite des Kalibrierimpulses in die Größenordnung einer Halbwelle der Prüfspannung gelangen kann· Zu diesem Zweck wird die Impulsbreite des monostabilen Multivibrators 7 umgeschaltet, dessen innerer Schaltungsaufbau in Fig* 3 dargestellt ist« Er besteht aus drei NAND-Gliedern 25, 26 und 27 und zwei Zeitgliedern aus RC-Korabinationen 28, 29» Je nach Eingangssignal an den Steuereingängen 30 oder 31, die mit den Ausgängen des Umschalters 7 verbunden sind, arbeitet entweder das NAND-Glied 25 rait dem NAND-Glied 27 und der RC-Kombination 28 oder das NAND-Glied 26 mit NAND-Glied 2? und der RC-Kombination 29 zusammen« So wird unterhalb einer bestimmten Umschaltfrequenz ein z.B« 1 ms* breiter und oberhalb davon ein 0,1 ms breiter Impuls erzeugt, wenn am Impulseingang 32 ein Impuls anliegt» Die Umschaltfrequenz wird vorzugsweise in den Bereich von 70 *·· 90 Hz gelegt·For the calibration of the TE-Messeinriehtung at different frequencies of the test voltage, it is necessary that the pulse width of the rectangular pulse is adjusted in some ways to the frequency, since z, B, at high frequencies, the width of the calibration pulse in the order of one half-wave of the test voltage · For this purpose, the pulse width of the monostable multivibrator 7 is switched, whose internal circuit structure is shown in Fig * 3 «It consists of three NAND gates 25, 26 and 27 and two timers from RC-Korabinationen 28, 29» Depending Input to the control inputs 30 or 31, which are connected to the outputs of the switch 7, works either the NAND gate 25 with the NAND gate 27 and the RC combination 28 or the NAND gate 26 with NAND gate 2? and the RC combination 29 together "Thus, below a certain switching frequency, for example,« 1 ms * wider and above it generates a 0.1 ms wide pulse when the pulse input 32, a pulse is applied »The switching frequency is preferably in the range of 70 * ·· 90 Hz placed ·

Claims

TuR file 1735 - 7 - 220І62 Claim for invention

1 * circuit arrangement for the calibration of partial discharge measuring devices, consisting of a Prüfspanmmgsynchron synchronized square voltage generator and a power unit, which is followed by a voltage divider, characterized in that the jrecto voltage generator (10) from a STulldurchgangsindikator (i), a downstream phase shifter (2), the one Sawtooth generator (3} _} whose amplitude by a control circuit {k) is independent of frequency and a comparator (5) whose inputs on the one hand, the sawtooth voltage and on the other hand by a potentiometer (6) adjustable DC voltage and the phase shifter (2) nacngesehindert switchable monostable multivibrator (?), whose pulse width control dta depends on the frequency of the test voltage, the output voltage of the control circuit (^) at the input of a threshold value switch (9), which is connected to a switch (8) for the monostable multivib The power unit (11) consists of a power amplifier (13) connected to an adjustable power supply (16).

2 * circuit arrangement according to item 1, characterized in that the adjustable power supply (16) is a power transistor circuit whose load resistance by one or more RF transistors (I9) of the power amplifier (13) are formed and switched to control the DC amplifier as a voltage divider Precision Vendelpotentiometer (17) is provided.

For this

3 sheets drawing