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Modernisierte Messeinrichtung für Hochspannungsimpulse

18.02.2005

Der Kalibrierplatz für Hochspannungsimpulsmesssysteme, mit denen Betriebsmittel der elektrischen Energieübertragung geprüft und überwacht werden, wurde auf Grund von erheblichen Fortschritten in der Entwicklung schneller Digitalrecorder modernisiert. Ein veralteter 8-Bit-Recorder, der mit empfindlichen externen Abschwächern betrieben wurde, konnte durch einen kommerziellen, speziell für Hochspannungsmessungen entwickelten 14-Bit-Digitalrecorder mit einer Abtastrate von 200 MS/s ersetzt werden. Wesentliche Einflussparameter für die Messunsicherheit sind die sehr hohe Auflösung des Recorders, das gut bekannte Übertragungsverhalten des Eingangsteilers, das geringe Rauschen und die geringe statische integrale Nichtlinearität. Sie wurde durch Messung einer mit einem präzisen Abtastverfahren erzeugten stufenförmigen Spannung, deren Signalform eine Rampe ist, ermittelt. Dabei wird jede Stufe mittels hochauflösendem Digitalvoltmeter abgetastet. Die maximal erreichbare Auflösung dieser Spannung beträgt 16 Bit im Bereich von ±10 V und sie kann ohne Verlust der Auflösung mittels Präzisionsverstärker dem Spannungsbereich von ±5 V des Recorders angepasst werden. Dieses für die Untersuchung von Eigenschaften hochauflösender Digitalrecorder erstmalig in der PTB eingesetzte Verfahren liefert vergleichbare Ergebnisse wie das in IEC 61083 vorgeschriebene Verfahren mit Gleichspannung, jedoch innerhalb wesentlich kürzerer Messzeiten. Es könnte daher bei der zukünftigen Revision der Norm als Alternativ- oder Ersatzverfahren diskutiert werden.

Mit den Unsicherheiten der ermittelten Einzelparameter konnte die Messunsicherheit des Gesamtsystems auf 0,2 % für Scheitelwerte von Blitz- und Schaltstoßspannungen bis 2000 V und 0,5 % für die Zeitparameter der Impulse verringert werden. Die Rückführung auf nationale Normale erfolgt durch statische Kalibrierung des Recorders mit Gleichspannung und dynamische Kalibrierung mit Sprungspannungen.

Umfangreiche Vergleichsmessungen mit dem neuen und dem alten System zeigten innerhalb der abgeschätzten Messunsicherheit sehr gute Übereinstimmung und auch internationale Ergebnisse bestätigten die Eignung des Systems für die Messung von Hochspannungsimpulsen.

Zusätzlich konnte der Zeitaufwand für Kalibrierungen dadurch verringert werden, dass in dem Recoder ein stabiler Eingangsteiler für Spannungen bis 2000 V verwendet wurde, der fest abgeglichen ist.