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Kapazitiver Spannungswandler mit Resonanzdrosselspule Bekanntlich
verwendet man zur Messung hoher Wechselspannungen Meßvorrichtungen auf kapazitiver
Grundlage. Diese Meßvorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einem kapazitiven
Spannungsteiler.
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An den niederspannungsseitigen Teilerkondensator ist der Meßkreis
angeschlossen, der eine in bezug auf die Summenkapazität auf Resonanz abgestimmte
Induktivität enthält, wodurch der kapazitive Spannungsteiler leistungsfähig und
bürdenunabhängig wird. Des weiteren befindet sich im Meßkreis in den meisten Fällen
noch ein Hilfswandler. der für die Anpassung der Meßinstrumente an den Teilerkondensator
dient.
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Der Nachteil der Verwendung solcher auf Resonanz mit den Meßkapazitäten
abgestimmter Drosselspulen besteht in der hohen elektrostatischen Gefahr besonders
bei einem Kurzschluß im Meßkreis. In einem solchen Fall wird an der Resonanzdrosselspule
und damit auch am niederspannungsseitigen Teilerkondensator eine unzulässig hohe
Spannung entstehen, die ohne weiteres zur Zerstörung der gesamten Meßeinheit führen
kann. Besonders unangenehm ist dabei die Tatsache. daß diese Spannung sofort im
Augenhlicli des Entstehen des Kurzschlusses auftritt. Dies bedeutet, daß ein solcher
kapazitiver Spannungswandler im Falle des Auftretens eines Kurzschlusses im Meßkreis
sofort auf das Höchste gefährdet ist.
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Diese erhehliche Betriebsunsicherheit war hisher ein wesentlicher
Hinderungsgrund. solche kapazitive Spannungswandler an Stelle von induktiven Wandlern
einzusetzen, obwohl diese kapazitiven Meßeinrichtungen, namentlich bei hohen Betriebsspannungen,
isolationstechnisch erheblich einfacher und damit zweckmäßiger ausgebildet werden
können. Die Höhe der Betriebsspannung kann in beliel>igem Maße mit Hilfe solcher
kapazitiver Wandler beherrscht werden. da lediglich die Aneinanderreihung erschiedener
Teilkapazitäten entsprechend der vorhandenen Betriebsspallnullg notwendig ist.
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Damit nun bei hoher Belastung des Hilfswandlers oder bei einem Kurzschluß
im Meßkreis bzw. auf der Sekundärwicklung des Hilfswandlers die Spannung an der
Drosselspule und damit am niederspannungsseitigen Teilerkondensator nicht unzulässig
hoch in bezug auf die Isolation dieser Teile ansteigt. ist es bekannt. parallel
zum niederspannungsseitigen Teilerkondensator gegen Erde eine SchutzfunkcnstrecIte
anzuordnen. Diese Schutzfunkenstrecke ist aus Gründen der elektrostatischen Sicherheit
außerhalb des geerdeten Gehäuses angebracht, in dem sich der niederspannungsseitige
Teilerkondensator und die Resonanzdrossel befinden. Die Anordnung der Funkenstrecke
außerhalb des Gehäuses bedingt eine Durchführung zwischen Funkenstrecke und niederspannungsseitigem
Teilerkondensator. Diese Durchführung bringt nun
einen mehr oder weniger großen Meßfehler
der ge samten Anordnung mit sich, da sie durch Schmutz-oder Feuchtigkeitsablagerungen
einen mehr oder weniger großen Kriechstrom gegen Erde führt, der infolge seiner
Abhängigkeit von äußeren Einflüssen nicht bei der Eichung des Wandlers mitberücksichtigt
werden kann.
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Es ist außerdem bekannt, zur Ableitung der Uberspannungen parallel
zur Resonanzdrosselspule galvanisch oder transformatorisch eine Schutzfunkenstrecke
zu legen. die bei Auftreten einer Überspannung an der Resonauzdrosselspule anspricht
und diese überbrückt. Diese Funkenstrecke besitzt jedoch den Nachteil, daß ihr sprunghaftes
Einsetzen bei der Zündung in einem solchen Resonanzkreis Anlaß zu Überspannungen
geben kann, die ihrerseits ernsthafte Beschädigungen des kapazitiven Wandlers zur
Folge haben können. Außerdem ist die Funkenstrecke selbst störanfällig, so daß durch
sie kein absolut verläßlicher Schutz der Resonanzdrossel gewährleistet ist. Ferner
ist eine Funkenstrecke wartungsbedürftig. Aus diesem Grunde ist ihr Einbau in ein
Gehäuse oder in den Wandler selbst nicht immer zweckmäßig. Man benötigt daher bei
Anbringen der Funkenstrecke außerhalb des die Meßeinheit enthaltenden Gehäuses Durchführungen,
die ihrerseits kriechstromanfällig sind und so den Anlaß für unkontrollierhare Meßfehler
geben.
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Alle diese Nachteile werden erfindungsgemäß bei einem kapazitiven
Spannungswandler mit einer Resonanzdrosselspule im Meßkreis dadurch vermieden, daß
parallel zu der Resonanzdrosselspule eine Sättigungsdrosselspule liegt, die so bemessen
ist, daß sie bei einem an der Resonanzdrossel auftretenden Uberstrom in Sättigung
gelangt. Die Sättigungsdrossel ist so bemessen. daß sie im Falle einer Ulreri;pannung
an der Resonanzdrossel diese praktisch überbrückt. Der Vorzug der Sättigungsdrossel
als Schutzelement für die Resonanzdrossel liegt im wesentlichen in ihrem
stetig
einsetzenden Überspannungsschutz, wodurch der Resonanzkreis keineswegs zu unerwünschten
Schwingungen angeregt wird. Außerdem ist die Sättigungsdrossel völlig wartungsfrei
und bekanntermaßen in keiner Weise störanfällig. Sie kann daher bedenkenlos in das
Gehäuse der Meßeinheit eingebaut werden. Damit erübrigt sich auch die bei der Verwendung
einer Schutzfunkenstrecke notwendige Durchführung, die stets Anlaß zu unkontrollierbaren
Meßfehlern gibt. Die zusätzlich auftretende Induktivität dieser Sättigungsdrossel
wirkt sich in keiner Weise auf die Meßgenauigkeit oder die Resonanzabstimmung des
kapazitiven Meßwandlers aus, da diese Induktivität von vornherein mitherücksichtigt
werden kann.
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Durch transformatorische Parallelschaltung von Resonanzdrossel und
Sättigungsdrossel läßt sich jede gewünscht Dimensioni,erung für die 5 ättigungsdrossel
erreichen Mit Hilfe der Lehre nach der Erfindung gelingt es also, einen wartungsfreien
und absolut betriebssicheren, kapazitiven Wandler herzustellen, dessen 5 icherheitseigenschaften
einem induktiven Wandler in keiner Weise nachstehen, so daß nunmehr die herausragenden
Vorzüge des kapazitiven Wandlers gegenüber dem induktiven Wandler voll zur Geltung
kommen.
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Die Anordnung nach der Erfindung bringt weiterhin den Vorzug, daß
sie im Vergleich zu der beschriebenen Anordnung mit Schutzfunkenstrecken einen empfindlicheren
Schutz für die Resonanzdrossel darstellt. Im normalen Betriebsfalle wird die am
niederspannungsseitigen Teilerkondensator liegende Spannung von der Resonanzdrossel
und dem Zwischenwandler aufgenommen. Tritt nun etwa innerhalb des Zwischenwandlers
ein Kurzschluß auf, der die Primärseite dieses Wandlers teilweise überbrückt, so
wäre es möglich, daß die Spannung an der Resonanzdrossel zwar ansteigt, jedoch die
Schutzfunkenstrecke parallel zum Niederspannungskondensator nicht anspricht, da
die verbleibende Gesamtspannung an Resonanzdrossel und Zwischenwandler nicht unzulässig
erhöht wird. Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäße Anordnung ein selektiver
und sicherer Schutz der Resonanzdrossel gewährleistet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt. Sie zeigt die kapazitive Teileranordnung mit dem Hochspannungskondensator
1 und dem Niederspannungskondensator 2. Am letzteren ist der Meßkreis mit der
Resonanzdrossel
3, dem Zwischenwandler 4 und dem Meßinstrument 5 angeschlossen. Die Sättigungsdrossel
6 kann nun entweder galvanisch der Drossel 3 parallel geschaltet werden, wobei es
meistens genügt, einen Teil der letzteren zu überbrücken, oder die Parallelschaltung
kann transformatorisch erfolgen.
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Im Schutzkreis sind noch Dämpfungswiderstände 7 vorgesehen.
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Im Nennbetrieb besitzt die Sättigungsdrossel 6 einen hohen Widerstand,
so daß die Resonanzdrossel 3 selbst keine nennenswerte zusätzliche Belastung erfährt.
Im Überstromfall steigt die Spannung an der Drossel 3 je nach der Größe des Überstromes
an. Die Sättigungsdrossel 6 besitzt nun eine solche Strom-Spannungs-Charakteristik,
daß sie bei zunehmender Spannung an der Resonanz drossel 3 einen abnehmenden Widerstand
aufweist. Dadurch ist einerseits ein Schutz der Resonanzdrossel 3 vor Überlastung
gegeben, andererseits aber auch ein kontinuierlicher Übergang vom Normalzustand
auf den Überlastungsfall gewährleistet, so daß keine Gefahr des Auftretens von Überspannungen
infolge stoßartiger Stromänderung gegeben ist.
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PATENTANSPRSCH E 1. Kapazitiver Spannungswandler mit einer Resonanzdrosselspule
im Meßkreis, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Resonanzdrosselspule eine
Sättigungsdrosselspule liegt, die so bemessen ist, daß sie bei einem an der Resonanzdrossel
auftretenden Überstrom in Sättigung gelangt.
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2. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sättigungsdrossel nur einem Teil der Resonanzdrossel parallel geschaltet
ist.
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3. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sättigungsdrossel transformatorisch der Resonanzdrossel parallel geschaltet
ist.