DE1026421B

DE1026421B - Capacitive voltage converter with resonance reactor

Info

Publication number: DE1026421B
Application number: DEL21008A
Authority: DE
Inventors: Karl Allmendinger; Guenter Muellenbruck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-01-31
Filing date: 1955-01-31
Publication date: 1958-03-20

Description

Kapazitiver Spannungswandler mit Resonanzdrosselspule Bekanntlich verwendet man zur Messung hoher Wechselspannungen Meßvorrichtungen auf kapazitiver Grundlage. Diese Meßvorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einem kapazitiven Spannungsteiler.Capacitive voltage converter with resonance reactor is known one uses capacitive measuring devices to measure high AC voltages Basis. These measuring devices essentially consist of a capacitive one Voltage divider.

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. The measuring circuit is connected to the low-voltage divider capacitor connected, the one tuned to resonance with regard to the total capacitance Contains inductance, which makes the capacitive voltage divider powerful and becomes independent of the burden. In most cases there is also in the measuring circuit another auxiliary converter. the one for adapting the measuring instruments to the divider capacitor serves.

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. The disadvantage of using such on resonance with the measuring capacities Matched choke coils are particularly susceptible to high electrostatic hazards in the event of a short circuit in the measuring circuit. In such a case, on the resonance reactor and thus also an impermissibly high value on the low-voltage divider capacitor Voltage arise, which easily lead to the destruction of the entire measuring unit can. The fact is particularly uncomfortable. that this tension immediately im Occurrence of the occurrence of the short circuit. This means that such a capacitive voltage converter in the event of a short circuit in the measuring circuit is immediately endangered to the utmost.

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.This considerable operational uncertainty was a major one up to now Hindrance. such capacitive voltage converters instead of inductive converters to be used, although these capacitive measuring devices, especially at high operating voltages, In terms of insulation technology, they are made much simpler and therefore more expedient can. The level of the operating voltage can be varied to any extent with the help of such capacitive converter can be mastered. because only the stringing together of different Partial capacities according to the existing operating range is necessary.

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. So now with high load on the auxiliary converter or with a short circuit in the measuring circuit or on the secondary winding of the auxiliary converter, the voltage at the Choke coil and thus not impermissible on the low-voltage divider capacitor increases greatly in terms of the insulation of these parts. it is known. parallel A protective radio link to the low-voltage divider capacitor to earth to arrange. This protective spark gap is for reasons of electrostatic safety mounted outside the earthed housing in which the low-voltage side Divider capacitor and the resonance choke are located. The arrangement of the spark gap outside the housing requires a bushing between the spark gap and the low-voltage side Divider capacitor. This implementation now brings a more or less large measurement error the entire arrangement with it, as it is caused by dirt or moisture deposits leads a more or less large leakage current to earth, which as a result of its Dependence on external influences not taken into account when calibrating the converter can be.

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. It is also known to dissipate the overvoltages in parallel A protective spark gap to the resonance choke coil, galvanically or transformer-wise to lay. which responds when an overvoltage occurs at the resonance choke coil and bridged this. However, this spark gap has the disadvantage that its erratic Onset of ignition in such a resonance circuit gives rise to overvoltages can give, in turn, serious damage to the capacitive converter Can have a consequence. In addition, the spark gap itself is prone to failure, so that by absolutely reliable protection of the resonance choke is not guaranteed. Further a spark gap requires maintenance. For this reason it is built into a Housing or in the converter itself is not always useful. One therefore needs at Attachment of the spark gap outside the housing containing the measuring unit, bushings, which in turn are susceptible to leakage current and thus the cause for uncontrollable measurement errors give.

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. According to the invention, all of these disadvantages are associated with a capacitive Voltage converter with a resonance choke coil in the measuring circuit avoided in that parallel to the resonance choke coil is a saturation choke coil, which is so dimensioned is that it saturates in the event of an overcurrent occurring at the resonance choke got. The saturation reactor is dimensioned in this way. that in the event of an ulcer this is practically bridged at the resonance choke. The advantage of the saturable choke as a protective element for the resonance choke is essentially in their steadily onset of overvoltage protection, whereby the resonance circuit is by no means undesirable Vibrations is excited. In addition, the saturation reactor is completely maintenance-free and is known to be in no way prone to failure. You can therefore safely enter the Housing of the measuring unit to be installed. This also makes it unnecessary to use it a protective spark gap necessary implementation, which always give rise to uncontrollable Measurement errors. The additional inductance of this saturation reactor has no effect on the measurement accuracy or the resonance tuning of the capacitive transducer, as this inductance is taken into account from the outset can be.

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.Through transformer parallel connection of resonance choke and Saturation choke can be any desired dimensioning for the 5 saturation choke With the help of the teaching according to the invention it is possible to achieve a maintenance-free and to manufacture absolutely reliable, capacitive converters, their 5 safety properties in no way inferior to an inductive transducer, so that now the outstanding Advantages of the capacitive converter compared to the inductive converter to their full advantage come.

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. The arrangement according to the invention also has the advantage that it is more sensitive than the described arrangement with protective spark gaps Represents protection for the resonance choke. In normal operation, the am voltage from the resonance choke on the low-voltage side divider capacitor and the intermediate converter. Now occurs roughly within the intermediate converter a short circuit that partially bridges the primary side of this converter, so it would be possible that the voltage at the resonance choke increases, but the Protective spark gap parallel to the low-voltage capacitor does not respond because the remaining total voltage at the resonance choke and intermediate converter is not impermissible is increased. In contrast, the arrangement according to the invention makes it more selective and reliable protection of the resonance choke is guaranteed.

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. An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown. It shows the capacitive divider arrangement with the high-voltage capacitor 1 and the low voltage capacitor 2. On the latter is the measuring circuit with the Resonance choke 3, the intermediate converter 4 and the measuring instrument 5 are connected. The saturation choke 6 can now either be galvanically connected in parallel to the throttle 3, whereby it mostly it is sufficient to bridge part of the latter, or the parallel connection can be done in a transformational manner.

Im Schutzkreis sind noch Dämpfungswiderstände 7 vorgesehen.Damping resistors 7 are also provided in the protective circuit.

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. In nominal operation, the saturation reactor 6 has a high resistance, so that the resonance choke 3 itself does not experience any additional load worth mentioning. In the event of an overcurrent, the voltage at the choke 3 increases depending on the size of the overcurrent at. The saturable choke 6 now has such a current-voltage characteristic, that they throttle with increasing voltage at the resonance 3 a decreasing resistance having. This on the one hand protects the resonance choke 3 from overload given, but on the other hand also a continuous transition from the normal state guaranteed in the event of overload, so that there is no risk of overvoltages is given as a result of a sudden change in current.

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. PATENT CLAIM E 1. Capacitive voltage converter with a resonance choke coil in the measuring circuit, characterized in that a parallel to the resonance choke coil Saturated inductor is located, which is dimensioned so that it is at one of the resonance inductor occurring overcurrent gets into saturation.

2. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrossel nur einem Teil der Resonanzdrossel parallel geschaltet ist. 2. Capacitive voltage converter according to claim 1, characterized in that that the saturation choke is connected in parallel to only part of the resonance choke is.

3. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrossel transformatorisch der Resonanzdrossel parallel geschaltet ist. 3. Capacitive voltage converter according to claim 1 and 2, characterized in that that the saturation choke is connected in parallel to the resonance choke in a transformer is.

Claims

Considered publications: German Patent Specifications No. 914 655, 889 589, 885 876, 401 539; German Auslegeschrift D 11923 VIIIc / 21 n (published on September 29, 1955); Swiss Patent No. 237 212; Archive for electrical engineering, 1934, Vol. 28, pp. 302-305.