DD220704B1

DD220704B1 - Schaltungsanordnung fuer hochspannungsmessteiler

Info

Publication number: DD220704B1
Application number: DD25522783A
Authority: DD
Inventors: Manfred Welschinger
Original assignee: Inst Prueffeld Elekt
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1988-05-25
Also published as: DD220704A1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen gemischten Hochspannungsmeßteiler, mit Parallelschaltung von ohmschem Widerstand und Kapazität, mit dem verschiedene Übersetzungsverhältnisse zur Messung und Registrierung von Schaltspannungs- und Bogenspannungsverläufen während der Prüfung von Hochspannungs-Leistungsschaltern in synthetischen Prüfkreisen eingestellt werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Hochspannungsmeßteiler bekannt, deren Ober- und Unterspannungsteil jeweils aus einer Parallelschaltung eines Kondensators und eines Wirkwiderstandes bestehen. Hierbei ist unterspannungsseitig durch die Parallelschaltung eines Kondensators und eines Wirkwiderstandes das Übersetzungsverhältnis des Hochspannungsmeßteilers konstant bzw. kann durch Umschaltung mehrerer derartig aufgebauter Parallelschaltungen von Kapazität und ohmschem Widerstand variabel gestaltet werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß sich auf der Unterspannungsseite des Hochspannungsmeßteilers vom Betrag her zum Teil sehr hohe Kapazitätswerte ergeben, weil für eine lineare Spannungsverteilung längs des Hochspannungsmeßteilers die Kapazität der oberspannungsseitig angeordneten Kondensatoren nicht beliebig klein gehalten werden kann, eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen erforderlich sind und große Übersetzungen des Hochspannungsmeßteilers benötigt werden. Durch das Ansteigen der Kapazitätswerte ergibt sich auch ein entsprechender Platzbedarf, der im Hinblick auf die räumliche Anordnung der Bauelemente im Unterspannungsteil des Hochspannungsmeßteilers nicht ohne erheblichen Aufwand realisiert werden kann. Auch kann das geforderte Übertragungsverhalten in bezug auf hohe Bandbreite und das Verhalten des Hochspannungsmeßteilers bei Spannungszusammenbruch vom Scheitelwert der zu messenden Schaltspannung auf den Betrag Null nicht erreicht werden. Aus der GB PS 1112737 ist ein ohmscher Hochspannungsteiler bekannt, dessen Oberspannungsteil aus einem Dämpfungswiderstand und einem Wirkwiderstand besteht und dessen Unterspannungsteil neben einem Wirkwiderstand einen diesem parallel geschalteten ohmschen Spannungsteiler aufweist, der so dimensioniert ist, daß eine Anpassung des Gesamtwirkwiderstandes des Hochspannungsteilers an die unterspannungsseitig an ihn angeschlossene Meßleitung mit der Wellenimpedanz Z erreicht wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist das Tiefpaßverhalten dieses Hochspannungsmeßteilers und die fehlende Möglickeit einer Umschaltung auf verschiedene Übersetzungsverhältnisse.

Im dem DD-WP 100810 wird ein gemischter FV/C-Hochspannungsteiler mit ebenfalls konstantem Übersetzungsverhältnis beschrieben, dessen Oberspannungsteil eine gegenüber dem Unterspannungsteil verringerte Zeitkonstante zur Kompensation des Tiefpaßverhaltens des Teilers aufgrund der Induktivität seiner Zuleitung zum Meßobjekt im interessierenden Frequenzbereich besitzt.

Beide Anordnungen genügen jedoch nicht dem zu fordernden Übertragungsverhalten bei der Messung von Schaltspannungen, insbesondere bei dielektrischen Rückzündungen an Hochspannungsschaltern und großen Teilerübersetzungsverhältnissen. Bei den zü*r Messung von Schaltspannungen an Hochspannungsschaltern benötigten großen Teilerübersetzungsverhältnissen und den sich daraus ergebenden großen Beträgen der Kapazität des Kondensators im Unterspannungsteil mit seinem

für das zu fordernde Übertragungsverhalten zu hohem Induktivitätsbetrag kommt es zu einer Verstimmung der Übersetzung im C-Zweig des Hochspannungsteilers, da die Beträge der Induktivitäten der Kondensatoren im Ober- und Unterspannungsteil nicht dem Übersetzungsverhältnis des Teilers entsprechen. Die genannten Lösungen bieten somit nicht die Möglichkeit eines Induktivitätsabgleichs. Die Folge sind Signalverzerrungen am Teilerausgang und Veränderungen des Übersetzungsverhältnisses des Teilers im Bereich hoher Frequenzen, insbesondere bei dielektrischen Rückzündungen an Hochspannungsschaltern nach Kurzschlußstromabschaltung mit hohen Spannungssteilheiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Mängel des Standes der Technik zu beseitigen und einen Hochspannungsmeßteiler zu realisieren, der eine störungsfreie und ökonomische Messung von Schalt- und Bogenspannungen mit einem minimalen Aufwand an Bauelementen in raumsparender Bauweise gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Hochspannungsmeßteiler vorzuschlagen, mit dem verschiedene Übersetzungsverhältnisse unter der Bedingung eingestellt werden können, daß für jedes anwählbare Übersetzungsverhältnis bei Erreichung einer hohen Übertragungsbandbreite die Kapazität des Kondensators im Unterspannungsteil wertmäßig klein und damit auch platzsparend ausgeführt werden kann. Der erfindungsgemäße Hochspannungsmeßteiler besteht aus Ober- und Unterspannungsteil, die jeweils mindestens eine Parallelschaltung von ohmschen Widerständen und Kondensatoren aufweisen, sowie einem Schalter, der über eine Meßleitung mit dem Eingangswiderstand eines Oszillographen verbunden ist und mit dem durch Umschaltung des Unterspannungsteils das Übersetzungsverhältnis veränderbar ist. Weiterhin besitzt der Hochspannungsmeßteiler einen gemeinsamen Unterspannungsteilkondensator. Zum Unterspannungsteilkondensator werden über Kontakte einer ersten Schalterebene des Schalters gemischte Spannungsteiler parallel geschaltet, an deren Spannungsteilerabgriffen über Kontakte einer zweiten Schalterebene des Schalters der Eingangswiderstand des Oszillographen angeschlossen ist. Die Dimensionierung der Spannungsteilerwiderstände R_a und Rb erfolgt derart, daß der Gesamtwiderstand R₃ + Rb//R2 gleich dem Eingangswiderstand R₂ ist. Zur Erzielung einer großen Bandbreite sind den oberspannungsseitig angeordneten Einzelwiderständen der ohmschen Spannungsteiler Kondensatoren parallel geschaltet, die vom Betrag her um den Faktor 10³ geringer ausgelegt sind als der Unterspannungsteilkondensator.

In Ausgestaltung der Erfindung ist am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Kondensator angeordnet, dessen Kapazität gleich ist der Kapazität der Meßleitung zum Oszillographen. Hierdurch über Meßleitungen unterschiedlicher Länge keinen Einfluß auf das Übersetzungsverhältnis des Hochspannungsmeßteilers aus. Zum Schutz des Oszillographen vor eventueller Störspannungsspitzen ist am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Varistor angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird erreicht, daß für alle anwählbaren Übersetzungsverhältnisse nur ein Kondensator verwendet wird, der für die Einstellung des kleinsten Übersetzungsverhältnisses ausgelegt ist. Mit dieser Schaltungsanordnung ist es somit möglich, bei konstanter Bandbreite und mit geringem Bauelementeaufwand, insbesondere durch die Verwendung von Kondensatoren geringer Kapazität, deren induktiver Anteil ebenfalls gering ist, jedes entsprechend der Auslegung mögliche Übersetzungsverhältnis einzustellen. Daraus ergeben sich kleine räumliche Abmessungen, die eine Unterbringung in einem schirmenden Gehäuse gestatten, das Erdpotential besitzt. Durch dieses schirmende Gehäuse wird die Anwendung der Bypaßtechnik mit Hilfe einer zweifach geschirmten Koaxialleitung ermöglicht, um Störsignale zu unterdrücken.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Schaltungsanordnung für einen gemischten Hochspannungsmeßteiler, bestehend aus Ober- und Unterspannungsteil.

Der erfindungsgemäße Hochspannungsteiler besitzt einen Oberspannungsteil, der aus dem Kondensator C₁ und dem Widerstand R₁ besteht, und einem Unterspannungsteil, mit dem verschiedene Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden können und an das über eine zweifach geschirmte als Meßleitung M fungierende HF-Koaxialleitung der Oszillograph Os zur Registrierung des Meßsignals angeschlossen ist. Das Übersetzungsverhältnis kann mit Hilfe eines Schalters S, der über eine erste Schaltebene S₃ und eine zweite Schaltebene S_b verfügt, verändert werden. Die erste und zweite Schaltebene des Schalters S besitzt jeweils mehrere Kontakte S_a4bisS_a3bzw. S_b4bisS_b8. Die Übersetzungsverhältnisse sind in Stufen von Ü = 10³...10⁵ einstellbar und können auf größere Übersetzungsverhältnisse erweitert werden. Für das kleinste Übersetzungsverhältnis Ü = 10³ bildet der Unterspannungsteilkondensator Сз, dessen Kapazität sich im дР-Вегеісгі bewegt, mit dem Eingangswiderstand R₂ des Oszillographen die RC-Parallelschaltung des Unterspannungsteils des Hochspannungsteilers. Zur Anwahl größerer Übersetzungsverhältnisse werden jeweils zum Unterspannungsteilkondensator C₃ ohmsche Spannungsteiler R4; R5; R6i R7. die sich aus den Einzelwiderständen R₄₃, R_4b; Rs₃; Rs_b; R6a- ^вь bzw. R_7a, R_7b zusammensetzen und deren Beträge dem Betrag des Eingangswiderstandes R₂ des Oszillographen Os gleich sind, parallel geschaltet, wobei der Eingangswiderstand R₂ zu dem jeweiligen Meßabgriff der ohmschen Spannungsteiler R₄, R₆, R₆, R₇ parallel liegt. Dadurch bleibt die Zeitkonstante des Unterspannungsteils des Hochspannungsmeßteilers auf jeder Übersetzungsstufe konstant. Für ein gutes Übertragungsverhalten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei hoher Bandbreite ist am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Kondensator C₂ angeordnet, der in der Größenordnung der Kapazität der als HF-Koaxialleitung ausgeführten Meßleitung M liegt, Differenzen in der Meßleitungslänge ausgleicht und je nach angewähltem

Übersetzungsverhältnis den Einzelwiderständen R₄b, ^ъы Рвь/ ^Ьь parallel geschaltet ist. Den Einzelwiderständen R_4a, R_5a, R_6a, R_7a der ohmschen Spannungsteiler R₄, R₅, R₆, R₇ sind Kondensatoren C₄, C₅, Ce, C₇ parallel geschaltet, so daß die Zeitkonstanten der zugeschalteten ohmschen Spannungsteiler zur Oberspannungsseite hin und am Meßabgriff gleich sind. Die Kondensatoren C₄, C₅, C₆, C₇ liegen kapazitätsmäßig im nF-Bereich und somit um den Faktor 10³ unter der Kapazität des Kondensators C₃. Zum Schutz des Oszillographen vor eventuellen Störspannungsspitzen ist am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Varistor R₃ angeordnet.

Claims

1. Schaltungsanordnung für einen gemischten Hochspannungsmeßteiler, bestehend aus Ober- und Unterspannungsteil, die jeweils mindestens eine Parallelschaltung von ohmschen Widerständen und Kondensatoren aufweisen, weiterhin bestehend aus einem Schalter, der über eine Meßleitung mit dem Eingangswiderstand eines Oszillographen verbunden ist und mit dem durch Umschaltung des Unterspannungsteils das Übersetzungsverhältnis veränderbar ist, sowie aus einem Unterspannungsteilkondensator, gekennzeichnet dadurch, daß zum Unterspannungsteilkondensator (C₃) über Kontakte (S_a4, S_a5, S_a6,...) einer ersten Schalterebene (S₃) des Schalters (S) gemischte Spannungsteiler (R₄, R₅, R₆,...) parallel geschaltet werden, an deren Spannungsteilerabgriffen über Kontakte (S_b4, S_b5, Sb6, · · ·) einer zweiten Schalterebene (S_b) des Schalters (S) in an sich bekannter Weise der Eingangswiderstand (R₂) des Oszillographen (Os) angeschlossen ist und die'Dimensionierung der Spannungsteilerwiderstände (R_a und R_b) so erfolgt, daß der Gesamtwirkwiderstand (R_a + R_b//R2> gleich dem Eingangswiderstand (R₂) ist und daß die Kapazität der Kondensatoren (C₄, C₅, C₆,...) der gemischten Spannungsteiler um den Faktor 10³ geringer ist als die Kapazität des Unterspannungsteilkondensators (C₃).

2. Schaltungsanordnung für einen gemischten Hochspannungsmeßteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Ausgleich unterschiedlicher Meßleitungskapazitäten am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Kondensator (C₂) angeordnet ist, dessen Kapazität gleich der Kapazität der Meßleitung (M) ist.

3. Schaltungsanordnung für einen gemischten Hochspannungsmeßteiler nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Varistor (R₃) angeordnet ist.