DD155268A1

DD155268A1 - Spannungsmesseinrichtung fuer hochspannung

Info

Publication number: DD155268A1
Application number: DD22593680A
Authority: DD
Inventors: Werner Brendler; Jochen Ermisch
Original assignee: Werner Brendler; Jochen Ermisch
Priority date: 1980-12-10
Filing date: 1980-12-10
Publication date: 1982-05-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsmesseinrichtung fuer Hochspannung, die von der Verwendung eines kapazitiven Teilers ausgeht und die Schaltung betrifft, die unter Verwendung eines Verstaerkers dem Unterspannungskondensator des kapazitiven Teilers parallel geschaltet ist. Um Temperatureinfluesse und Alterungseinfluesse auf die Kondensatoren zu unterbinden und Fehler durch den off-line-Betrieb zweier Verstaerker zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den Differenzverstaerker mit seinem einen Eingang an einen Verbindungspunkt einer ersten Reihenschaltung von Kondensatoren anzulegen, die parallel zum Unterspannungskondensator liegt. Dagegen wird der zweite Eingang des Verstaerkers an den Verbindungspunkt einer zweiten Reihenschaltung von zwei Kondensatoren angeschlossen, die zwischen Bezugspotential und dem Ausgang des Verstaerkers liegt.

Description

Klassifikationsvorschlag:: IPC³ G01 R 15/06

Institut

Prüffeld für elektrische

Hochleistungstechnik

113 Berlin Leninallee' 5TE

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Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsmeßeinrichtung für hohe elektrische Spannungen,- die einen periodischen - instesondere einen mindestens annähernd sinusförmigen Verlauf nehmen.

Diese Spannungsmeßeinrichtung besteht aus einem, an der Hochspannung liegenden kapazitiven Teiler, der mindestens einen Oberspannungskondensator und einen Unterspannungskondensator sowie einen Meßverstärker aufweist, welcher ein Ausgangssignal liefert, das ein Abbild der zu messenden. Hochspannung ist. Ein solcher kapazitiver Teiler wird auch als passiver Teiler bezeichnet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösunger· Da die Kosten für induktive Spannungswandler nahezu exponent!.eil mit der Systemspannung steigen, setzt man bei hohen Systemspannungen zunehmend kapazitive Y/andler ein (Hermstein "Entwicklungstendenzen im Wandlerbau" Slektrizitätswirtschaft 68 (1969) H »8 S. 246-257; Bornmer Elektronische Hochspannungswandler:" Elektrizitätswirtschaft 78 (1979) H. 4 S. 103 und 104).

Prinzipiell lassen sich kapazitive Teiler unterscheiden; und zwar in aktive Teiler die den Strom durch den Teiler und passive Teiler, die die Spannung über dem . ; Unterspannungskondensator erfassen (M. Groenenboom u*

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H. A. J. Lf. Spoorenberg "De Espom een capacitief gekoppelde elektronische spanningstransformator" Salt Mededelingen 24 (1969) No. 4 S_e 223-232j P_e Matthiessen und U. V/eigel "Spannungswandler für Hochspannungsanlagen mit kapazitivem Teiler und elektronischem Keßverstärker" Bull. ASE/UCS 71 (1980) 9, 10 mai S. 450-454)»

Auf die Weiterbildung dieser sogenannten passiven Teiler bezieht sich die nachstehend beschriebene Erfindung. Es ist bei passiven kapazitiven Teilern bekannt, an dem Unterspannungskondensator eine Induktivität anzuschalten (Resonanzschaltung)β Derartige kapazitive Spannungswandler in Resonanzschaltung weisen in Reihe mit der Induktivität auch oft einen Zwischenwandler auf, an dessen Ausgang sodann eine leicht handhabbare, die Hochspannung repräsentierende Spannung ansteht (Zahorka "Betriebsverhalten· kapazitiver Spannungswandler" ETZ 81 (1960) H. 11 S, 382-385).

Zur Erhöhung der Übertragungsgenauigkeit und/oder der Ausgangsleistung der Meßeinrichtung werden auch Verstärker angewandt (ETZ/A Bd. 88 (1967V H. 13 S_e 309-312), die auch als Operationsverstärker ausgeführt sind (CH-PS 556 541). Um die relativ hohe Spannung, die am Unterspannungskondensator ansteht,, für eine elektronische Weiterverarbeitung umzuformen, wird in ebenfalls bekannter Weise vor dem Eingang in den Verstärker nochmals eine Spannungsteilung vorgenommen", z.B. derart, daß einem Operationsverstärker. ein Vorwiderstand zugeordnet ist« Dieser Operationsverstärker arbeitet dann im off-line Betrieb auf einen Leistungsverstärker, der die notwendige Leistung für Anzeigegeräte, Zähler und Schutzeinrichtungen liefert,

nachteilig bei einer solchen Anordnung ist es, daß die Schaltungsmaßnahmen zur Spannungsanpassung und des off-line Betriebes zweier Verstärker die Fehlergrenzen der Keßein-

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richtung ungünstig beeinflussen. Fertigungsbedingte Toleranzen der das Übertragungsmaß bestimmenden Bauelemente erfordern meist eine Kalibrierung der Meßanordnung, die mittels veränderlicher Teiler vorgenommen werden kann.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die beschriebenen Kachteile der gattungsgemäß ausgebildeten Meßeinrichtung zu vermindern·

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluß, der Spannungsteilung zu verringern, die Anwendung weiterer Maßnahmen mit dem gleichen Ziel zu ermöglichen und eine relativ hohe Ausgangsleistung ohne off-linie Betrieb zweier Verstärker zu ermöglichen.

Diese· Aufgabe wird bei einer gattungsgemäß' ausgebildeten Spannungsmeßeinrichtung dadurch gelöst, daß die in den Kennzeichen der Ansprüche angegebenen Merkmale zur Anwendung kommen«

Ausführungsbeispiel

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:; Fig. 1 eine Spannungsmeßeinrichtung, die dem Unterspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers parallel geschalten ist und einen einzigen Verstärker aufweist.

Pig. 2 eine'Spannungsmeßeinrichtung, die den Unterspannungskondensator eines kapazitiven Teilers mit beinhaltet.

Pig_e 3 eine Spannungsmeßeinrichtung wie in Pig. 1 und mit 'einem, einen Operationsverstärker nachgeschalteten Leistungsverstärker«

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Fig. 4 eine Spannungsmeßeinrichtung wie in Pig. 3, mit einem, den Leistungsverstärker nachgeschalteten Trennübertrager «

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung für einen Verstärker, wie er in Pig. 1 sowie in einer der folgenden Pig_e gezeigt

In Pige 1 ist ein kapazitiver/ Spannungsteileifgezeigt, der aus einem Oberspannungskondensator 2 und einem Unterspannungskondensator 3 besteht«

Dem üntersparinungskondensator 2 ist eine erste Reihenschaltung von zwei Kondensatoren 4 und 5 parallel geschaltet«. Diese Kondensatoren 4 und 5 sind mit einer zweiten Reihenschaltung von Kondensatoren 6 und 7 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, um zu gewährleisten, daß sie stets auf gleichen thermischen Potential liegen«

Außerdem ist es günstig, diese vier Kondensatoren aus gleichen Werkstoffen aufzubauen, womit gewährleistet wird, daß neben einem äquivalenten Temperaturgang auch eine gleichmäßige Alterung bezüglich der Kapazitätswerte und des Verlustfaktors erreicht wird*

An die Verbindungspunkte der Kondensatoren jeder Reihenschaltung ist oe ein Eingang eines Differenzverstärkers 8 angelegte Dieser Differenzverstärker 8 ist mit seinem Ausgang an ein Ende der zweiten Reihenschaltung der Kondensatoren 6 und 7 angeschlossen, während das zweite Ende der Reihenschaltung auf Bezugspotential liegt. Damit repräsentiert die Spannung über der zweiten Reihenschaltung der Kondensatoren 6 und 7 die Spannung am Unterspannungskondensator 3; die Spannung an der zweiten Reihenschaltung ist somit proportional der zu messenden Hochspannung und auch weitestgehend unabhängig von Änderungen der Verstärkung des Differenzverstärker 8 und bei der vorgeschlagenen Konaensatorenanordnung auch unabhängig von Temperaturschwankungen und Alterungserscheinungen.

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In Fig. 2 ist gezeigt, wie der Unterspannungskondensator 3 des kapazitiven Spannungsteilers 1 durch die Kondensatoren 4 und 5 selbst gebildet werden kann. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß unterschiedliche T emperatureinflüsse und Alterungserscheinungen weitestgehend eleminiert werden können, wenn wie in Figo 1 beschrieben die Anordnung der Kondensatoren in einem Gehäuse und ihre Ausführung mit- gleichen Dielektrika beibehalten wird.

Die Fig. 3 zeigt eine Modifizierung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, wobei dem Differenzverstärker 8 ein Leistungsverstärker 9 nachgeschaltet ist_e Da der Leistungsverstärker 9 innerhalb der Regelschleife liegt, wirken. sich Parameteränderungen ebenfalls nicht auf den Übertragungsfaktor der Meßeinrichtung aus,

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, wo zusätzlich dem Leistungsverstärker 9 ein Übertrager 10 nachgeschaltet ist, der sowohl eine Spannungs- bzw« Leistungsanpassung der nachgeschalteten Einrichtungen an den Leistungsverstärkergewährleistet als auch eine Potentialtrennung bewirkt. Auch in diesem Fall wirken sich Klchtliniaritäten des Übertragers nicht auf den Übertragungsfaktor aus«

Räch Fig. 5 kann eine Schaltungsnaordnung für den in den Fig. 1 bis 4 mit 8 bezeichneten Diffenrenzverstärker- ausgeführt werden.

An die Verbindungspunkte der Reihenschaltungen der Konden- satoren 4 und 5 einerseits und. der Kondensatoren 6 und 7*' andererseits ist hier jeweils ein Impedanzwandler 11 und 12 eingeschaltet, die mit ihren Ausgängen jeweils mit einen in bekannter Weise als Subtrahierer geschalteten Differenzverstärker 13 arbeiten_e

Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß durch die Verwendung zweier gleicher Impedanzwandler die Kandensa-

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torenanordnungen 4; 5 und 6; 7 quasi unbelastet bleiben und durch einen optimal dimensionierenden Subtrahierveretärker 1 3 eine hohe Gleichtaktunterdrückung gewährleistet ist. Pur den Pail, daß die Ausgangsspannungsdrift bzw, Offsetspannung der Impedanzwandler 11 und 12 gleich sind, was durch die Verwendung zweier gleich aufgebauter und auf gleichen thermischen Bezugspotential liegender Impedanzwandler erreichbar ist, kann durch die Verwendung eines Subtrahierers dieser Einfluß' auf die Ausgangsspannung unterdrückt werden«

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannung, mit einem

an der Hochspannung anliegenden kapazitivem Spannungsteiler, der mindestens aus einem Oberspannungskondensator und einem Unterspannungskondensator besteht, und die einen Ivleßverstärker aufweist, dessen Ausgangssignal ein Abbild der Hochspannung ist,
gekennzeichnet dadurch., daß

der Meßverstärker ein Differenzverstärker ist, der mit seinem einen Eingang an einem Verbindungspunkt einer ersten Reihenschaltung von Kondensatoren liegt, die parallel zum Ünterspannungskondensator geschaltet ist bzw, die den Unterspannungskondensator bildet, während sein anderer Eingang an einem Verbindungspunkt einer zweiten.Reihenschaltung von Kondensatoren liegt, die zwischen Bezugspotential und dem Ausgang des Differenzverstärkers angeschlossen ist, wobei dieser Punkt auch das Ausgangssignal führt»
2. Spannungsmeßeinrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch; daß

zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers und der zweiten Reihenschaltung von Kondensatoren im Leistungsverstärker liegt«

3φ Spannungsmeßeinrichtung nach Punkt 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß

am Ausgang des Leistungsverstärkers ein-Übertrager liegt, dessen Sekundärwicklung einerseits an der zweiten Reihenschaltung von Kondensatoren und andererseits an den Zähl-j Schutz- .oder Keßeinrichtungen liegt.

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Spannungsmeßeinrichtung nach Punkt 1 und gegebenenfalls 2 u/o 3

gekennzeichnet dadurch, daß

der Differenzverstärker aus drei Differenzverstärker!! besteht derart, daß ein zweiter Differenzverstärker zwischen dem Verbindungspunkt der ersten Reihenschaltung und dem Eingang des Differenzverstärkers und ein dritter Differenzverstärker zwischen dem Verbindungspunkt, einer zweiten Reihenschaltung und dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers angeordnet ist·

Spannungsmeßeinrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß

die Kondensatoren der ersten Reihenschaltung ebenso wie die Kondensatoren der zweiten Reihenschaltung mit dem gleichen Dielektrikum ausgeführt sind und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind«,

Hierzu zwei Blatt Zeichnungen -