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Normalmesseinrichtung für hohe Wechselspannungen

07.12.2006
Bei Wechselspannungsprüfungen von Betriebsmitteln der elektrischen Energieversorgung wird häufig der Scheitelwert der Prüfspannung gemessen, da dieser für den Über- bzw. Durchschlag von Hochspannungsisolierungen bei Kurzzeitbeanspruchung maßgebend ist. Der Effektivwert ist dagegen bei der Langzeitbeanspruchung und für Messwandler, die zur Messung des Energieverbrauchs Verwendung finden, die geeignetere Messgröße. Eine weitere Messgröße ist der Oberschwingungsgehalt (Frequenzspektrum) der Prüfspannung, mit dem die Abweichung der netzfrequenten Hochspannung von der idealen Sinusschwingung charakterisiert wird. Zur Kalibrierung von Hochspannungsmesssystemen für diese Größen wurde die Eignung einer neuen hochgenauen Messeinrichtung mit digitaler Datenverarbeitung untersucht [1]. Sie ist im wesentlichen aus drei Komponenten aufgebaut: einem Druckgaskondensator der Bauart nach Schering und Vieweg für die verschiedenen Spannungsbereiche bis 800 kV mit Kapazitäten von 40 pF bis 100 pF, einem bereits früher in der PTB entwickelten, patentierten elektronischen Messumformer und einem Präzisionsvoltmeter (DVM) mit digitaler Abtastung. Das ausgezeichnete Messverhalten der verwendeten Druckgaskondensatoren dieser Bauart, insbesondere ihre meist vernachlässigbare kleine Spannungsabhängigkeit, wurde in früheren Untersuchungen herausgestellt. Der Kondensatorstrom, der der angelegten Hochspannung proportional ist, wird über eine Schutzschaltung gegen transiente Überspannungen dem Messumformer zugeführt und von diesem wiederum in ein proportionales Spannungssignal von maximal 10 V umgesetzt. Der Eingang des Messumformers liegt hierbei auf virtuellem Nullpunktpotential, so dass die Erdkapazitäten des meist längeren Koaxialkabels zum Druckgaskondensator das Messsignal nicht beeinträchtigen können. Die der Hochspannung proportionale Ausgangsspannung des Messumformers wird vom DVM im Gleichspannungsmodus mit einer Auflösung von bis zu 28 Bit digitalisiert und gespeichert. Die Steuerung der Messwerterfassung und Datenauswertung erfolgt mit selbst entwickelter Software, wobei die Messgrößen aus den Abtastwerten unter Anwendung der diskreten Fourier-Transformation berechnet werden. Um Synchronisierungsfehler zu reduzieren, werden alle Zeitabläufe aus einem gemeinsamen Takt des DVM abgeleitet, wobei die Hochspannungserzeugeranlage über eine Lichtwellenleiterverbindung synchronisiert wird. Bei Hochspannungserzeugeranlagen, die keine Synchronisierung mit dem Takt des DVM ermöglichen, lässt sich über die Frequenzbestimmung des Messsignals eine Korrekturberechnung durchführen. Die Steuerung, Auswertung und Anzeige der Messsignale erfolgt über einen PC in Industrieausführung. Im Frequenzbereich von 15 Hz bis 300 Hz lassen sich für Wechselspannungen bis 800 kV relative Unsicherheiten bis hinunter zu einigen 10-5 erzielen. Ein weiterer Vorteil der neuen Normalmesseinrichtung liegt darin, dass neue Festlegungen in den zur Zeit in Revision befindlichen internationalen Prüfnormen, z.B. die Begrenzung der Bandbreite des Hochspannungsmesssystems, durch die programmierbare Datenauswertung relativ einfach umgesetzt werden können.

Referenzen:
[1] Meier, M.: Entwicklung und Erprobung eines digitalen Hochspannungsmesssystems für Wechselspannung mit einem Abtast-Voltmeter unter Verwendung einer objektorientierten grafischen Software. Diplomarbeit (2006) Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel