DE2500805A1 - Brueckenschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brückenschaltung zur Messung des Gleichstromwiderstandes eines eine Wechselstromkomponente führenden Widerstandselements.

Es gibt Vorrichtungen zur Überwachung der Leitertemperaturen eines Hochspannungskabels unter Verwendung eines isolierten Pilotdrahtes, der sich in thermischem Kontakt mit dem Leiter des Kabels befindet. Der temperaturabhängige Widerstand des Pilotdrahtes wird mittels einer Brücke gemessen, die in einem Zweig den Pilotdraht enthält. Anstelle eines Nullabgleichs ein.es Galvanotmeters durch Einstellung der Brückenwiderstände lach Vorbild der klassischen Wheatstone-Brücke sind die Widerstände so eingestellt, dass sich die Anzeige Null bei einer Temperatur des Pilotdrahtes von O⁰C ergibt, und an einem Milliimperemeter die Abweichung vom Brückenabgleich, die ein Maß für den Widerstand des Pilotdrahtes und damit seine Temperatur ist, abgelesen werden kann. Derartige Vorrichtungen sind hauptsächlich zur Überwachung von Drehstrom-Kabeln eingesetzt worden. Hierbei wurde festgestellt, dass in Fällen, wo der Leiter für eine der drei Phasen einen Pilotdraht aufweist, in diesen Pilotdraht von den Leitern für die beiden anderen Phasen induzierte . Ströme die Brückenmessung ernsthaft beeinträchtigen, und zwar

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insbesondere den Betrieb eines eventuellen spannungsgesteuerten Oszillators und Verstärkers, der für die Radioübertragung der Brückenmessungen verwendet wird.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die damit verbundenen Nachteile mittels eines grossen Kondensators zu beseitigen, der zwischen dem in Serie geschalteten Pilotdraht und dem Rück-Leiter liegt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Massnahme zur vollständigen Beseitigung der Störungen nicht ausreicht, die von den induzierten, veränderlichen Strömen und von dem 50- oder 60-Herz-Spannungsabfall am Leiter des eigentlichen Kabels, wenn dieser als Rückleitung für das entfernte Ende des Pilotdrahtes dient, uasgehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brückenschaltung für die genannte Anwendung oder ähnliche Anwendungen, bei denen die Gefahr induzierter Störströme wegen langer 'Verbindungsleitungen zwischen der Brücke und dem Widerstandselement besteht, zu schaffen, bei der trotz vorhandenen Wechselstromkomponenten eine genaue, einwandfreie Messung des Gleichstromwiderstandes des Widerstandselements möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Anspruch 1 und bezüglich ihrer vorteilhaften Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichnete Brückenschaltung gelöst.

Bei der erfindungsgemässen Brückenschaltung ist der eigentlichen Gleichstrombrücke, welche vier Impedanz-Zweige zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Knotenpunkt umfasst und in einem Zweig das Widerstandselement aufweist, eine zwischen dem ersten, dem zweiten, dem dritten oder vierten und dem fünften Knotenpunkt definierte Wechselstrombrücke mit ebenfalls vier Impedanz-Zweigen zugeschaltet, mit der sämtliche eventuellen Wechselstromkomponenten kompensierbar sind. Drei Knotenpunkte der Wechselstrombrücke fallen also mit drei Knotenpunkten der Gleichstrombrücke zusammen und ein Zweig der Wechselstrombrücke, der von einem dieser zusammenfallenden

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Knotenpunkte ausgeht, verläuft in Serie über die Messvorrichtung zu einem anderen zusammenfallenden Knotenpunkt.

Bei einer bevorzugten Anwendung der neuen Brückenschaltung befindet sich das Widerstandselement in thermischem Kontakt mit dem Leiter eines Hochspannungskabels und die Brückenschaltung ist zur Messung der Leitertemperatur ausgelegt. Hierbei kann sich die gesamte Brückenschaltung auf dem hohen Potential des Leiters befinden und gegenüber Masse isoliert sein. Jedoch ist auch an andere Anwendungsmöglichkeiten, z.B. an die Temperaturmessung mittels eines entfernt von der Brückenschaltung vorgesehenen Thermoelementes gedacht.

In folgendem ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Brückenschaltung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Gleichstrom-Ersatzschaltbild der Brückenschaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Y/echselstrom-Ersatzschaltbild der Brückenschaltung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Brückenschaltung 10 besitzt fünf Knotenpunkte 11, 12, 13, 14 und 15. In der Praxis'können die Knotenpunkte natürlich jeweils durch mehrere Verbindungselemente realisiert sein, zwischen denen praktisch keine Impedanz besteht. Ein Element oder Widerstandselement 16, dessen Widerstand bestimmt werden soll, liegt zwischen den Knotenpunkten 11 und 12 und parallel dazu ein Kondensator 17. Das Widerstandselement 16 kann einen Pilotdraht umfassen, der in den Leiter eines Hochspannungskabels eingebettet ist und in Serie mit dem eigentlichen Leiter geschaltet ist, so dass der Leiter auch einen Teil des Widerstandselements 16 bildet. Für die Messung der Leitertemperatur eines Hochspannungskabels nach dem erfindungsgemässen Prinzip kann auch die Verwendung eines Zwillings-Pilotdrahtes zweckmässig sein, wobei dann aber der Leiter des Kabels nicht die Rückleitung bildet. Im Element 16 wird ein

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in Fig. 3 symbolisch dargestellter Wechselstrom von den Leitern des Kabels für die beiden anderen Phasen induziert. Ausserdem ist dann, wenn der Leiter des Kabels einen Teil des Elements 16 bildet, ein Wechselspannungsabfall, der in der Grössenordnung von 10 Volt pro 1000 Amp. liegen kann^, der induzierten Spannung, deren Auswirkungen mit der Erfindung komponsiert werden, vektoriell hinzuzuaddieren. Dieser Spannungsabfall ist in Fig. 3 nicht gesondert gezeigt, sondern soll gegebenenfalls von der durch das entsprechende Symbol dargestellten Wechselspannung mitumfasst sein.

Ein Widerstand 18, der aus einem festen Widerstand 19 und einem veränderlichen Widerstand 21 zusammengesetzt ist, liegt zwischen dem Knotenpunkt 12 und dem Knotenpunkt 13 parallel zu einem Kondensator 22. Im Betrieb wird der Widerstand 18 so eingestellt, dass sein Widerstandswert demjenigen des Widerstandselementes 16 bei 0 C gleicht. Soll die neue Brückenschaltung hingegen nach Art einer Wheatstone-Brücke mit Nullabgleich eines Milliamperemeters 23 zwischen den Knotenpunkten 12 und 14 betrieben werden, wird der gesamte Widerstand 18 veränderbar gemacht, so dass an ihm jeder Widerstandswert eingestellt werden kann, den das untersuchte Widerstandselement 16 annehmen kann.

Zwischen den Knotenpunkten 13 und 14 liegt ein Widerstand 24 von 1 kfL parallel zu .einem Kondensator 26. Zwischen den Knotenpunkten 14 und 11 liegt ein weiterer Widerstand 27 von 1 kA parallel zu einem Kondensator 28. Die Widerstände 24 und 27 bilden zwei Zweige einer Gleichstrombrücke. Die Kondensatoren 26 und 28 haben eine Gesamtkapazität von 5,3 Mikrofarad, Zwar ist es zweckmässig, zwei Kondensatoren von je 2,65 Mikrofarad zu verwenden, doch kommt es Grunde nur darauf an, dass die beiden Kondensatoren parallel zusammen einen bestimmten Kapazitätswert haben. Dieser kann durch jede geeignete Kombination einschliesslich derjenigen, bei der einer der beiden Kondensatoren 26 und 28 ganz fortgelassen ist, erzielt sein.

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An die Knotenpunkte 11 und 13 ist eine Gleichspannungsquelle 29 von 12 Volt angeschlossen. Gemäss älteren Vorschlägen kann diese Gleichspannung zweckmässigerweise durch Induktion, Gleichrichtung und Regelung aus dem Hochspannungskabel bezogen werden.

Ein einstellbarer Widerstand 31 von 50 Ohm liegt in Serie mit einem Kondensator 32 von 53 Mikrofarad zwischen den Knotenpunkten. 11 und 15. Ein Widerstand 33 von 100 Ohm liegt parallel mit einem Kondensator 34 von 26,5 Mikrofarad zwischen den Knotenpunkten 12 und 15.

Ein einstellbarer Widerstand 36 ist in Serie dem Milliamperemeter 23 vorgeschaltet und dient lediglich zur Justierung desselben. Zur Erzielung einer Fernablesung der Brückenschaltung durch Übertragung eines Radiosignales kann die Spannung zwischen den Knotenpunkten 15 und 14 mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators 37 erfasst werden, der an den Abgriff eines Potentiometers 38 angeschlossen ist und mit einer Verstärker-Sendeeinheit 39 und einer Antenne 41 zusammenwirkt.

Ein einstellbarer Widerstand 43 von 250 Ohm liegt in Serie mit einem Kondensator 44 zwischen den Knotenpunkten 12 und 14.

Die Wirkungsweise der örfindungsgemässen Brückenschaltung wird anhand der in Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Ersatzschaltbilder erläutert. Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die Brückenschaltung gemäss Fig. 1 bezüglich der Gleichstrommessung des Widerstandes des Elementes 16 wie eine Wheatstone-Brücke arbeitet, bei der das Messinstrument so geeicht ist, dass anstelle eines reinen Nullabgleichs unmittelbar das gewünschte Messergebnis ablesbar ist. Die Widerstände 31 und 43, die in Serie mit den Kondensatoren 32 bzw. 44 liegen, beeinflussen die Gleichstrombrücke nicht. Natürlich kann der spannungsgesteuerte Oszillator 37 in Verbindung mit dem Widerstand 38 in Verbindung mit dieser Schaltung eingesetzt werden, obwohl er in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.

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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, definieren die gegenüberliegenden Knotenpunkte 12 und 11 sowie 15 und 14 eine Wechselstrombrücke, bei der das Bezugszeichen 13 gestrichelt dargestellt ist, zur Andeutung der Tatsache, dass zwischen den Knotenpunkten 11 und 13 keine bei Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz wirksame Impedanz liegt, wenn als Gleichspannungsquelle 29 entweder ein geregeltes Netzteil oder eine Batterie verwendet wird. Der Widerstand 24 und der Kondensator 26 sind also wechselstrommässig dem Widerstand 27 und dem Kondensator 28 zwischen den Knotenpunkten 11 und 14 parallelgeschaltet und in Fig.- 3 zusammengefasst mit diesen als Widerstand 46 und Kondensator 47 dargestellt. Die Knotenpunkte 11, 12 und. 14 haben die Gleichstrombrücke gemäss Fig. 2 mit der Wechselstrombrücke gemäss Fig. 3 gemeinsam. Der Zweig der Wechselstrombrücke, in dem der Widerstand 33 liegt, ist in Serie mit dem Milliamperemeter 23 zwischen den beiden Brücken gemeinsamen Knotenpunkten 12 und geschaltet. Auf die Bestimmung des unbekannten Widerstandswertes des Elementes 16 haben der Widerstand 33 und der Kondensator 24 also keinen Einfluss mit der Ausnahme, dass der Widerstand 33 die Empfindlichkeit des Milliamperemeters 23 insofern ändert, als bezüglich der Empfindlichkeit sein Widerstandswert demjenigen des Widerstandes 36 hinzuaddiert werden muss.

Der Erwatzwiderstand 46 für die Widerstände 24 und 27 hat in Fig. 3 einen Wert von 500 Ohm, während der Ersatzkondensator 47 für die Kondensatoren 26 und 28 in Fig. 3 einen Wert von 5,3 Mikrofarad hat. Die Kondensatoren 32 und 44, welche für die gleichstrommässige Trennung der Widerstände 31 und 43 von der Gleichstrombrücke benötigt werden, sind durch die Kondensatoren 34 und 47 kompensiert. Die Spannungsversorgung der Wechselstrombrücke ist symbolisch als eine Wechselstromkomponente im Element 16 dargestellt.

Da nach einmal erfolgtem Nullabgleich mittels eines Messinstrumentes 48 die Bauglieder der Wechselstrombrücke gemäss Fig. 3 im Betrieb nicht nachgestellt zu werden brauchen, selbst wenn.die Brückenschaltung mit Kabeln unterschiedlicher Grosse

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und Länge verwendet wird, ist das Messinstrument 48 zweckmässigerweise nicht das gleiche wie" das, was zur Messung der Kabeltemperaturen mittels der Gleichstrombrücke in die Brückenschaltung eingebaut wird. Als Messinstrument 48 kann beispielsweise in Oszillograph verwendet werden, mit dessen Hilfe die "Widerstände 31 und 43 bis zum Nullabgleich eingestellt werden.

/Ansprüche

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   1/ Brückenschaltung zur Messung des Gleichstromwiderstandes "eines eine Wechselstromkomponente führenden Widerstandselementes, bei der das Widerstandselement in einem ersten Zweig zwischen einem ersten und zweiten Knotenpunkt einer Gleichstrombrücke und je ein Widerstand im zweiten, dritten und vierten Zweig zwischen dem zweiten und dritten, dem dritten und vierten bzw. dem vierten und ersten Knotenpunkt der Gleichstrombrücke liegt, wobei eine Gleichspannungsquelle an den ersten und dritten Knotenpunkt angeschlossen ist und die Brükkendiagonale zwischen dem zweiten und vierten Knotenpunkt eine Spannungs-Messvorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet , dass in Serie zur Spannungs-Messvorrichtung (23; 37) zwischen dem zweiten Knotenpunkt (12) und einem fünften Knotenpunkt (15) der Brückendiagonale die Parallelschaltung eines Widerstandes (33) und eines Kondensators (34) liegt, dass zwischen dem fünften und dem ersten Knotenpunkt (11) die Serienschaltung eines zweiten Widerstandes (31) und eines zweiten Kondensators (32) liegt, dass zwischen dem zweiten und dem vierten Knotenpunkt (14) die Serienschaltung eines dritten Widerstandes (43) und eines dritten Kondensators (44) liegt, und dass mindestens einem der beiden Widerstände (24; 27) im dritten und vierten Zweig ein vierter Kondensator (26; 28) parallelgeschaltet ist.
2. 2. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass beiden Widerständen (24; 27) im dritten und vierten Zweig je ein Kondensator (26; 28) parallelgeschaltet ist.

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3. 3. Brückenschaltung' nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Widerstand (31) und/oder der dritte Widerstand (43) und/oder der Widerstand (18) im zweiten Zweig einstellbar ist bzw. sind.
4. 4. Brückenschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass dem Widerstandselement (16) ein Kondensator (17) parallelgeschaltet ist.
5. 5. Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass dem Widerstand (18) im zweiten Zweig ein Kondensator (22) parallelgeschaltet ist.
6. 6. Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass der Spannungs-Messvorrichtung (23) ein Widerstand (36) in Serie vorgeschaltet ist.
7. 7. Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Spannungs-Messvorrichtung ein Anzeigeinstrument (23) umfasst, das :in Widerstandswerten des Widerstandselementes (16) geeicht ist.
8. 8. Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Spannungs-Messvorrichtung einen spannungsgesteuerten Oszillator (37) umfasst, der auf die Spannung zwischen dem vierten und dem fünften Knotenpunkt (14; 15) anspricht.
9. 9. Verwendung der Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Messung der Temperatur des Leiters eines Hochspannung skabe Is , wobei das Widerstandselement (16) in thermischem Kontakt mit dem Leiter des Hochspannungskabels steht.

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