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Eine neue Methode der präzisen Rückführung hoher Gleichspannungen

20.11.2018

Für die direkte Rückführung auf das Josephson-Normal wurde ein Gleichspannungsteiler aufgebaut, der mit Hilfe des Hamon-Prinzips den Skalierungsfaktor direkt bestimmt und somit rückführbare Hochspannungsmessungen ohne zusätzliche Zwischenschritte erlaubt.

 

 

 

 

Die bisherige Rückführung hoher Gleichspannungen erfordert mehrere Schritte: Zunächst wird das Teilerverhältnis eines Niederspannungsteilers mit Hilfe des Josephson-Normal bestimmt. Dieser Spannungsteiler dient im nächsten Schritt als Referenz, um einen weiteren Spannungsteiler bei einer höheren Spannung rückzuführen. Bis zur Spannung von 100 kV werden auf diese Weise mindesten 5 Schritte durchgeführt, was nicht nur sukzessive die Messunsicherheit erhöht, sondern zudem zeitlich und technisch aufwändig ist.


Die Hochspannungswiderstände des in der Arbeitsgruppe „Hochspannungs-messtechnik“ neu aufgebauten Teilers für Spannungen bis 100 kV können sowohl in einer Reihen- als auch in einer Parallelschaltung betrieben werden. Über eine Wheatstone‘sche Brückenschaltung kann die Parallelschaltung so abgeglichen werden, dass der Hochspannungs- und Niederspannungswiderstand exakt gleiche Werte besitzen. Wird der Hochspannungsteil nun wieder als Reihenschaltung betrieben, ist bei n Hochspannungswiderständen der Skalierungsfaktor genau n²+1. Dieses Prinzip wird in Niederspannungsreferenzteilern seit langer Zeit verwendet. Mit dem neuen Hochspannungsteiler wurde es erstmalig für Spannungen über 1000 V angewendet. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde der Teiler aufgebaut, verschiedene Einflussfaktoren auf den Teiler untersucht und abschließend eine Messunsicherheitsberechnung durchgeführt.


Die durch den neuen Hochspannungsteiler ermöglichte Rückführungsmethode hat zum einen den Vorteil einer erheblichen Erleichterung bei der Rückführung auf das Josephson-Normal und zum anderen wird durch weniger Rückführungsschritte eine niedrigere Messunsicherheit erreicht. Im Rahmen der Modernisierung des gesamten Hochspannungsbereiches werden in den nächsten Jahren nach diesem Modell weitere Präzisionsspannungsteiler aufgebaut, die zu einer Erweiterung des bisherigen Messbereichs bei gleichzeitiger Verminderung der Messunsicherheit führen werden.

 

 

Selbstabgleichender Spannungsteiler

Bild 1: Selbstabgleichender Spannungsteiler für hohe Gleichspannungen bis 100 kV