Archiv fiir E l e k t r o t e c h n i k
I. Band. 3- Heft. 1912.
tIochspannungs-Leistungsmessungen mit dem Elektrometer.
V o n
Walflemar Petersen, Darmstadt.
z. Grundsgtzliche Schaltungen. Der Ausschlag ~. des Elektrometers in der Leistungs- schaltung Fig. z ist durch den Ausdruck
= C R J E~ cos (9 - - ,%) - - 2
gegeben. Hierin ist ~ )
C die Konstante des Elektrometers, F- E~
j der Nutzstrom, | ~'
E h die Hilfsspannung, / - - ~ J
cos p tier Leistungsfaktor der Nutzleistung,
% die Phasdnverschiebung zwischen der Nutzspan-
hung E und tier Hilfsspannung E h Fig. i.
R der Me/3widerstand.
Bei der Messung kleiner Leistungsfaktoren wird selbst bei sehr empfindlichen Elektro- metern das Korrektionsglied 0,5 J2R so groB, oder, wird besser gesagt, der diesem Gliede entsprechende Teilbetrag des Ausschlages so groB, dab neben ihm der der Leistung ent- sprechende Teilbetrag des Ausschlages so zuriickktritt, dab von einer genauen Messung nicht rnehr die Rede sein kann. Die Hochspannungsverlustmessungen an guten Isolier- mitteln ergeben so niedrigeWerte von cos % dab die betrachtete Schaltung nicht verwendbar ist, falls man nicht zu (vorl~iufig) praktiseh unbrauchbaren Instrumenten mit ungewShnlich hoher Konstante greift, die sehr hohe Werte der Hilfsspannung E h zu]assen.
Neben diesem Nachteile haftet der Schaltung noch ein zweiter an, n~mlich die Spannungsteilung durch Ohmsche Widerst~inde. O r l i c h 1) hat allerdings in hSchst sinnreicher Weise die Kapazit~tswirkungen dieser Wider- I
st~inde beseitigt. Doch wird wohl in allen F~llen, in denen 2 - die Einfachheit vorgezogen wird, besonders bei sehr hohen , ? . c e Spannungen die S p a n n u n g s t e i l u n g d u r c h K o n d e n - ( ) [
s a t o r e n vorzuziehen sein, zumal ihr geringer Strombedarf
bei der zu beschreibenden Schaltung ein bestimmtes Korrek- c'~
tionsglied in zul~issigen Grenzen h~ilt. ~ a
Das oben erw~hnte durch den Mel3widerstand bedingte l[ f ~ ' N ~ Glied 0,5 J2R wird dadurch beseitigt, dab der Mel3wider-
stand in zwei genau gleichgroBe H~lften geteilt wird (Fig. 2). Im Mittelpunkt - - den man zweckm~iBig in die
Rechnung als Spannungsnullpunkt der MeBschaltung ein- F i g . 2.
fiihrt - - wird die zur Spannungsteilung dienende Reihen-
schaltung der beiden Kondensatoren C e und C h angeschlossen. Dutch die Winkel- abweichung der Hilfsspannung E h yon der Nutzspannung E, sowie dutch den Strom Jh
1) E . O r l i c t l u n d t I . S c h u l t z e , A. f. E . I 9 1 2 , H e f t I, S. I ff.
Archiv I. s I.
9 6 P e t e r s e n , Hochspannungs-Leistungsmessungen m i t dem Elektrometer. Archiv fiir Elektroteehnik.
in der einen Widerstandsh~lffe werden K o r r e k t i o n s g l i e d e r v e r u r s a c h t , die jedoch i m Vergleich zu d e m beseitigten klein sind.
Setzen wir den N u t z s t r o m (Fig. 3) die N u t z s p a n n u n g
i = Jm sin ( m r - - @
i S
Fig. 3.
/ / / /
d~
e = E m sin mr, so k a n n fiir die H i l f s s p a n n u n g
eh --- Em,h sin (mr - - ?h) I R
m i t sin ?h ~'~ 2 E
u n d ftir den S t r o m des Spannungsteilers (reiner L a d e s t r o m ) ih - - Jm, h cos (rot - - ?h)
geschrieben werden.
W i t ftihren in die E l e k t r o m e t e r g l e i c h u n g ein:
v l = Jm -~-.sin (mr - - ?) R
R R
- - - - - - cos (mr - - O,h ) v2 ---= Jm ~ - sin (rot ?) - - Jm,h 2
vn --- t~m, h sin (mr - - ?h) Die M i t t e l w e r t s b i l d u n g gibt den Ausschlag
--- C R ( J Eh COS q~ COS eph
+ J Eh sin ? sin q)h
+ J Jh 4 sin (% - - + Jh ~
cos ?h k a n n bei H o c h s p a n n u n g s m e s s u n g e n u n b e d e n k l i c h gleich I gesetzt werden.
Zu d e m Gliede J E h cos ?, welches der zu m e s s e n d e n L e i s t u n g entspricht, t r i t t ein scheinbar n i c h t u n b e d e u t e n d e s Korrektionsglied.
W i r vergleichen dieses m it d e m e n t s p r e c h e n d e n Gliede der alte n S c h a l t u n g u n d e r h a l t e n a l s deren Verhiiltnis ~ bezogen auf gleiche Nutzausschl~ige
J - h
E
Jh 2 JEEh-h sin2 ? + _ _ sin (?h - - ?) + 4--J- E h
B e d e n k t m a n , dab ~ u n d Jh klein im Vergleich zu J sind, so e r k e n n t m a n , dab das K o r r e k t i o n s g l i e d der neuen Schaltung klein gegen das der siren S c h a l t u n g ist.
N o c h besseren Einblick gew~hrt ein Zahlenbeispiel. E s s e i J = 1.1o - 3 Ampere,
E = IOOOO Volt c 0 s ? = o,oi, E h = 5 ~ Volt,
J = 1.1o - 5 A m p e r e , C = 5,R = 2 • 5ooo Ohm.
D a n n wird in der neuen Schaltung der Ausschlag
= 25 + [1,25 + 1,25] c m
1912. P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . 97
I. Bd. 3. Heft.
dagegen in der alten
= 25 - - (25o - - 2,5).
In der alten Schaltung ist im Beispiel das Korrektionsglied, bezogen auf gleichen Nutzausschlag Ioo real so grog. Man wiirde im zweiten Fall mit etwa R = IOOO Ohm arbeiten, einen Ausschlag yon - - 22,25 cm messen, yon diesem die Korrektur - - 24,75 cm substrahieren und 2, 5 cm Nutzausschlag erhalten. Bei noch geringeren Werten yon cos 9 werden die Bedingungen noch ungtinstiger.
2. Korrekiionsrechnung und Leistungsgleichungen. Die Messung kleiner Leistungs- faktoren bei geringen Stromst~rken ist megtechnisch eine recht schwierige Aufgabe.
Denn die Kapazit~iten von jedem cm Verbindungsleitung, des Elektrometers, der Umschalter usw. spielen eine h~ufig untersch~tzte aber h6chst st6rende Rolle. E s m u g m i t a l l e m N a c d r u c k d a r a u f h i n g e w i e s e n w e r d e n , d a b d i e s e S t 6 r u n g e n d u r c h a u s k e i n e E i g e n t i i m l i c h k e i t y o n H o e h s p a n n u n g s l e i s t u n g s - .
m e s s u n g e n o d e r g a r d e n E l e k t r o m e t e r m e s s u n g e n s i n d . Die Tatsache, dab die MeBanordnung gegen Erde beliebig hohe Spannungen annehmen kann, hat auf die Messungen an sich keinerlei Einflug, denn durch die vollkommene Schirmung oder Eindeckung nach dem yon uns an anderer Stelle 1) entwickelten Grundsatze, macht I n s t r u m e n t und Megschaltung yon der Spannung gegen Erde unabh~ngig. Als St6rungs- ursache kommen nur die unter den sehr niedrigen Megspannungen stehenden Kapazit~iten der Melgschaltung gegen die Schirmung in Betracht.
Diese verteilten Kapazit~ten lassen sich durch 2 Ersatzkapazit~iten darstellen (Fig. 4).
C 1 begreift die Kapazit~t tier MeBleitung nach dem zu messenden Gegenstand, weiter- hin die Kapazit~t zwischen Melgelektrode und Schirmelektrode (vgl. sp~tter unter 4.), des Elektrometers mit K o m m u t a t o r und der einen Widerstandsh~lfte in sich, w~hrend C 2 die Kapazit~it der zweiten Widerstandsh~lfte, des Kommutators, des Elektrometers und der Innenschirmung gegen die Augenschirmung berticksichtigt.
()
Po I
Fig. 4.
Diese I n n e n s c h i r m u n g ist geschaffen worden um ein sehr l~istiges Korrektionsglied, welches der punktierten ErsatzkapazitSt in Fig. 5 entspricht, zu beseitigen. Sie umhtillt alle unter tier Spannung E h stehenden Teile tier Meg-
i
Fig. 5.
schaltung (vgl. Fig. 5) und mug sich um die punktierte Ersatzkapazit~it auch tats~chlich zu vermeiden, his in den Vorschaltkondensator erstrecken (vgl. das N~ihere hiertiber sptiter unter 6.). Die Kapazit~it zwischen der Eh-Leitung und der Innenschirmung ist ein Be- standteil der Kapazit~it Ch, w~hrend die Kapazit~t der Innenschirmung gegen Augen- schirmung zu C 2 geschlagen wird und kein besonderes Korrektionsglied verursacht.
Das Schema Fig. 4 dient uns als Unterlage ftir die B e r e c h n u n g der K o r r e k t i o n s - g l i e d e r , deren Ausdrticke erheblich an Einfachheit gewinnen, wenn man sich damit begntigt, die Rechnung auf den Fall zu beschr~inken, in welchem die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung nicht viel yon 9 ~ abweicht.
1) P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s t e c h n i k , S. 92, lO4.
7*
98 P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . Elektrotechnik. Archiv f/it
Der um den Winkel 9 gegen die Nutzspannung E verschobene Strom J verzweigt sich bei dem Eintritt in den MeBwiderstand (Fig. 6). Der eine Teilstrom Jel eilt der Gesamt- spannung P~ P1 am Mel3widerstande um 9 o0 vor ; der (geometrische) Unterschied i - - icl liefert die zweite Komponente J1, welche die Halfte i des MeBwiderstandes durchfiiegt.
Zu J1 tritt im Mittelpunkt des Megwiderstandes der Strom Jh der Spannungsteilung.
Von dem Summenstrom i 1 @ i h durchflieBt eine Komponente J2 die zweite H~tlfte des Meg- widerstandes, w~thrend die andere Komponente Jc2, welche der Spannung P2 P0 an der Widerstandshiilfte 2 um 9 ~ voreilt, ihren Weg fiber die Ersatzkapazit~t Cu nimmt.
Verl~iuft die Nutzspannung nach dem Gesetz:
e = E m sin mt,
so m/issen sich die tibrigen Werte des Diagrammes wiedergeben lassen dutch:
i --- Jm sin ( m r - - ?),
eh = ]2m,h sin (mt - - ~h), il = Jm,1 sin (mr - - ? - - +1), i~ = Jm,2 sin ( r o t - - ? - - +2).
Fig. 6,
In zahlenm~il3igen Rechnungen ist zu beachten, dab die Zahlenwerte der Winkel ~ und % bei Hochspannungs- messungen so gut wie ausnahmslos (als Voreilwinkel) negatives Vorzeichen haben.
In die M a x w e l l s c h e Gleichung
= CM ( v l - - v2) v~ 2
sind der obigen Aufstellung entsprechend einzuftihren vl = P0 P1 --- il - - R
2
v2 = PoP2 =-: - - i ~ - - R
2 Vn = P0 P n --- e h .
j~ I + o-~- J R m C I + . 4 c?h
Die Mittelwertsbildung gibt
a = C R J1 Eh cos (? - - ~h q- +1) q- 2 J2 Eh cos (~ - - ~ + +~) - - (Jl 2 - J 2 2) 2a) Da die Winkel +1, +2, %, welche im Diagramm tibertrieben grol3 dargestellt sind, sehr kleine Werte haben, darf mit gr6gter Ann~herung gesetzt werden:
J, = J J~ = J + Jh
Jl,~ ~- ( 2 J + J h ) R m C 1
2
J2,c ~- (J + J h ) R m C 2
2
- - J l i + R m C 1
Jl, c + Jm + Jh sin % sin +~ --- j2
19{2. P e t e r s e n , Hochspannungs-Leistungsmessungen mit dem Elektrometer. 99
I. Bd. 3. Heft.
Cos (Ph--q;:) und cos ( % - - 6 2 ) weichen unter den /iblichen 3degbedingungen frfihestens in der f/inften Dezimale yon : ab. Weiterhin darf auch unbedenklich
sin q0 = - - I
gesetzt werden. Unter Zulassung dieser Vereinfachungen wird der zu erwartende Aus- schlag des Leistungsmessers
- q - J E h ~ - ~ - h + m ( 4 C I + C J + K . . . 2) Wenn wir
J R
sin 9h -- 2 E . . . 3) setzen, d. h. annehmen, dab die Winkelabweichung der Nadelspannung ausschliel31ich durch den Megwiderstand bedingt ist, und ber/icksichtigen, dab
nEh--- E ist, so erhalten wir als L e i s t u n g s f o r m e l
a n _ _ j E ~ _ ( 2 J q_ Jh )
p : ] E COS ~ --- C R \(I ~-~)]h' E
E ~ -~ m (4 CI -F C2) s K . 4)In GI. 2 und 3 ist
C die Maxwellsche Konstante, E die Nutzspannung,
J der Nutzstrom,
cos ~ der Leistungsfaktor,
c~ der einseitige Elektrometerausschlag,
n = - - das Verh~iltnis der Spannungsteilung, E
E h
]~h die Hilfspannung,
Jh der Ladestrom der Spannungsteilung, m = ~ ~ v, v die Frequenz,
R der MeBwiderstand,
C~ und C 2 Ersatzkapazit~iten nach Fig. 4.
I < - -
2J
9 . . . . . . . . 5)I q - - -
2 J
K nimmt nur unter ganz ungewShnlichen Bedingungen nennenswerte Betr~ige auf, wir geben es nur der Vollstfindigkeit halber.
Der G1. 2 ist zu entnehmen, in weleher Weise die Messungen durch mangelhafte Isolation der Kondensatoren der Spannungsteilung beeinfluBt werden. Im giinstigsten
J R Falle ist (G1. 3) sin ~h -- 2 E
Durch Isolations- und Hysteresisverluste im Kondensator C h wird der Po P~-Vektor so aus der P0 Pc-Lag e geschwenkt, dab % grSBer wird.
Treten andrerseits im Kondensator C e Verluste auf, so wird zun~tchst der ]h-Vektor zurfickgedreht und mit ibm dreht sich der P0 Pn -Vekt~ in der Weise, dab zungchst 95 abnimmt, dutch Null hindurchgeht und positive Werte annehmen kann.
100 P e t e r s e n ' Hochspannungs-Leistungsmessungen m i t dem Elektrometer. Elektrotechnik. Archiv Itir
Das Fehlerglied J E h sin ~h kann unter diesen Bedingungen so grog werden, dab der Ausschlag des Leistungsmessers negativ wird. Man kann sehr leicht dutch Einschieben eines kleinen Streifens Isolationsmaterial in den Kondensator C e dieses Verhalten nach- weisen.
Aus diesem Grunde darf im Kondensator Ce, der ia die volle Spannung Iiihrt, keine Spur yon Glimmen geduldet werden. Selbst sehr weir yon dem mittleren Teile des Konden-
sators entfernte Glimmpunkte verursachen st6rende Schwankungen des Eh-Vektors.
Welter erfordern alle unter der Spannung E h stehenden Teile eine ungemein gute Isolierung. Die Kapazit~t C h kann bis aufBetr~ige yon der Gr613enordnung 5oo. Io -12 Farad heruntergehen. In diesem Fall verursacht bei 5o Perioden ein Isolationswiderstand von
R5 = I = 0,64 9 io l~ Ohm
~o - 8 9 3~ 4 9 500. io--i2
bereits einen Fehlerwinkel, dem ein sin % = - - o , o o I entspricht.
Da viele Isoliermittel einen cos 9 = o,ooi auiweisen, w~ire dieser Fehler ganz unzu- l~issig, zumal Isolationswiderst~inde dauernde Ver~inderungen zeigen. Praktisch kann man etwa Io 14 Ohm einhalten, so dab nur die dielektrischen Verluste in der Isolation als St6rungsursache bestehen bleiben. Gegen diese mug man sich dutch m6glichste Be- schr~inkung der Stiitzpunkte schiitzen 1).
Die G1.4 zeigt, dab die Kapazit~ten C 1 und C~ der Verbindungsleitungen des Elektro- meters usw. einen sehr wichtigen Bestandteil des Korrektionsgliedes ausmachen.
Ein viel besseren Einblick in das Verhalten des Korrektionsgliedes bietet jedoch die aus der Leistungsformel abzuleitende F o r m e l fiir d e n L e i s t u n g s f a k t o r .
4 + ~ - ~ + m ( 4 C I - ~ C ~ ) + K . 6) c o . , =
J E h C R I -}- Jh
Es empfiehlt sich iiberhaupt, die zahlenmiigige Auswertung von Megergebnissen nach dieser Formel vorzunehmen. Denn in den meisten praktischen Fiitlen gibt die Berechnung des Leistungsfaktors ein viel besseres Bild yon dem Verhalten des unter- suchten Gegenstandes, als die Verluste, die zu Vergleichszwecken doch noch umgerechnet werden miissen. Nit einem Verlust fiir das cm a k6nnen wir noch keine gel~iufige Vor- stellung verkniipfen.
Auch fiir die Vorausberechnung der Empfindlichkeit der Anordnung eignet sich zur Kennzeichnung der Gr6ge der Korrektionsglieder viel besser der cos 9-Ausdruck.
Augerdem wird die Rechnung mit dem Korrektionsgliede ganz ungemein erleichtert.
Bleibt das Verh~iltnis zwischen J und E bei unveriinderter Frequenz unabh~ingig von E, so gen/igt die einmalige Berechnung des Gliedes; und da es sich streng proportional mit der Frequenz findert, wenn J der Frequenz proportional w~ichst, so ist auch bei Messungen mit ver~inderlicher Periodenzahl das einmal berechnete Glied nur der Frequenz ent- sprechend umzurechnen.
Gute Isoliermittel (feste wie fl/issige) haben dieses Verhalten bei unveriinderter Temperatur (Ausnahmen: lufthaltige Isoliermittel). Die zum Tell sehr kleinen Ande- rungen der Dielektrizit~itskonstanten mit der Temperatur haben in vie!en F~illen keinen nennenswerten Einflug auf das Korrektionsglied. Ausnahmen bilden z. B. Pflanzen61e, lufthaltige Isoliermittel, Isoliermittel mit groger Leitf~higkeit, erstarrende Mischungen.
i) Auf die groBe Empfindlichkeit der MeBschaltung gegen Schwenkungen, des Jh- oder Eh-Vektors~
b a u t sich ein M e l B v e r i a h r e n auf, d a s s o w o h l u n t e r der S p a n n u n g E -- E h w i e u n t e r der S p a n n u n g E h u n g e m e i n kleine Leistungsverluste z u m e s s e n gestattet. ])as V e r i a h r e n ist g e w i s s e r m a l 3 e n eine U m - k e h r u n g des beschriebenen. D e r H a u p t s t r o m J dient als H i l f s s t r o m u n d w i r d y o n e i n e m L u f t k o n d e n - sator a u f g e n o m m e n , w & h r e n d die zu m e s s e n d e L e i s t u n g i m {riiheren Hilfskreis der S p a n n u n g s t e i l u n g v e r b r a u c h t wird. D a der W a h l y o n J in d i e s e m Fall keine G r e n z e n g e z o g e n sind, lfil3t sich d a s I~orrektions- glied auI sehr kleine Werte bringen.
1912. P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . 101
I. Bd. 3. Heft.
Sowie es sich um Messungen an Anordnungen handelt, bei denen Glimmverluste auftreten - - Freileitungen, Freileitungsisolatoren, R a n d v e r l u s t e an Platten oder R6hren usw. - - dann verschwindet nach Einsetzen der Glimmverluste die Proportionalit~t zwischen J und E und zwischen J und m. Doch hat diese Tatsache hinsichtlich der Auswertung der Ergebnisse wenig zu bedeuten, da sehr bald nach Einsetzen der Glimmverluste der Leistungsfaktor fiber cos 9 = o,I w~chst. Das Korrekti0nsglied wird so klein, dab es innerhalb der Grenzen der Beobachtungsfehler bleibt, d. h. unberiicksichtigt bleiben daft.
Wir dtirfen den Hinweis nicht vergessen, dab sich das Korrektionsglied in den beiden letzten Gliedern, welche ja beide m enthalten, bei v e r z e r r t e n W e l l e n ~indert und zwar bei Messungen an Kapazit~ten zunimmt. Die ganzen Entwicklungen gelten ja ftir sinusartigen Verlauf der Spannung und des Stromes.
Ist die Spannung sinusf6rrnig, dagegen der Strom wie bei allen Glimmverlusten stark verzerrt, so ist die Rechnung richtig, da alle haheren Harmonischen der Strom- welle mit der Sinusgrundwelle der Spannung keine Effekte bilden.
Den zu einem gewtinschten Ausschlag erforderlichen Widerstand R wird man in erster Ann~therung aus der Gleichung
~' = C R J E h c o s 9 bereehnen.
Je gr6Ber J ist, desto kleiner wird R. Bei gr6Beren Stromst~irken wird, wie ein Blick auf GI. 6 lehrt, das Korrektionsglied immer kleiner, urn schlieBlieh bis auf das dureh den MeBwiderstand verursachte Glied vernachl~issigbar zu werden.
3. Gesamtanordnung. Hiilfsmessungen. Eine sehematische Darstellung der Ge- samtanordnung des Leistungsmessers gibt Abb. 7- Ftir den Vorschaltkondensator eignet sich am besten die Anordnung mit
konzentrischen Zylindern, welche ich an anderer Stelle 1) beschrieben habe.
I n ' d e r Figur ist die Innenschirmung - - deren Einzelheiten sich klarer aus den sp~iteren Fig. 13 bis 15 entnehmen lasse.n - - wie auch die Augenschirmung schematisch wiedergegeben.
Zur Kommutierung des Aus- sehlages bei beliebigen Messungen dient der K o m m u t a t o r K, wfihrend der Umschalter U in der Stellung L zur Leistungsmessung in der Stellung S zur Strommessung dient. In der Regel er- fordert die Strommessung mit dem Elektrometer viel h6here Widerst~nde als die Leistungsmessung. Deshalb ist der MeBwiderstand R der Leistungs- messung durch den Zusatzwiderstand R i zu vergr6Bern. Die Art des An-
J I T r ' P ' ~ T I
.... 1 )
K~;$formafoP
~, MeBleilung
Fig. 7.
schlusses des Widerstandes R i ist nicht gleichgtiltig. E r wird bei Leistungsmessungen in der dargestellten Schaltung kurzgeschlossen und unmittelbar an die Schirmung gelegt, so dab seine Kapazit~it die Leistungsmessung nicht st6ren kann. Jede andere Anordnung verursacht eine Vergr6Berung der Ersatzkapazitiiten.
Bei der Umschaltung yon Strom auf Effektmessung werden Ladungen abge- trennt, welche der Nadel eine Gleichspannung erteilen. Wegen der unvermeidlichen
1) P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s t e c h n i k , S. 92, lO2.
1 0 2 P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . Archiv ffir Elektrotechnik.
KontaktkrgRe entstehen Ausschlage, die sich nicht ganz durch Kommutation beseitigen lassen. Wird deshalb das gleiche Instrument f/Jr Strom- und Leistungsmessung verwendet, so muB bei dem Ubergang yon der einen zu der anderen Messung die Gesamtspannung weggenommen werden. Ein anderes Mittel, die Ladungserscheinungen zu vermeiden, hat sich bis jetzt noch nicht finden lassen
Fiir die Justierung des Elektrometers dienen die punktierten Leitungen, we!che mit Hilfe kleiner Schalter an die Stellen J J anzuschlieBen sin& Wahrend der Leistungs- messung dfirfen diese Verbindungen nicht bestehen bleiben, da ihre Kapatit~t st6rend wirken wiirde.
Das ~ b e r s e t z u n g s v e r h ~i 1 t n i s n kann in der Weise experimentell bestimmt werden, dab das Elektrometer mit Hilfe des Umschalters N zur Messung der Spannung ]~h verwendet wird; hierbei ist allerdings die Kapazit~it des einen Quadranten gegen die Innenschirmung in Betracht zu ziehen. Besser w~ire es, dauernd ein zweites, wenig empfindliches Elektrometer, das-nur sehr geringe Abmessungen zu haben braucht, zur Messung von E h zu verwenden. Dieses Elektrometer kann gleichzeitig zur unmittel- b a r e n Messung der Spannung auf der Hoehspannungsseite dienen. Ebenfalls voll- kommen richtige Bestimmungen des Ubersetzungsverh~iltnisses gibt die experimentelle Bestimmung yon C h und die rechnungsm~igige Bestimmung yon C e.
Am einfachsten gestaltet sich die Messung yon E h IolgendermaBen" Die Transfor- matorenklemme K~ wird mit der zugeh6rigen Schirmung geerdet. Die yon der MeBleitung abgetrennte AnschluBleitung des Kommutators K wird an den Teilpunkt eines Spannungs- teilers geffihrt, dessen eine Klemme mit K 1 verbunden, also gleichfalls geerdet ist, und welcher zwischen K~ und dem Teilpunkte die Spannung Eq liefert. Der Umschalter U steht auf L; der Widerstand 89 R ist durch die strichpunktierten Biigel kurzgesehlossen. Als- dann gibt das (justierte) Elektrometer den Ausschlag
= C ( E h E ~ c ~ ( E h ' E q ) - ~ E ~ ) . 2 Hieraus berechnet sich die gesuchte Spannung ]~h zu
E h - - - - @ - - E q
C Eq 2
Am besten wird Eq yon der gleichen GrSBenordnung wie E h gew~hlt. Unter fiblichen Verh~ltnissen kommt man dann bei dieser Messung mit dem zehnten bis zwanzigsten Tefl d e r ' H a u p t s p a n n u n g aus.
Bis zu Spannungen yon 6 K. V. kann der Spannungsteiter unmittelbar zwischen K1 und K 2 angelegt werden. Weiterhin ist es mSglich, den Spannungsteiler an die Unter- spannungsseite eines Spannungswandlers anzuschliegen, der zwischen K~ und K., liegt.
Endlich ist es auch zulassig, den Spannungsteiler zwischen die Unterspannungsklemmen des Transformators zu legen. In d~m kaum zu erwartenden Fall, dab der Winkel zwischen E h und Eq 2 0 ist, wird der Fehler im Produkte E h Eq erst o,o6 o/ :(ao
Die Kapazitaten C 1 und C 2 sind mit hochohmiger Megbriicke, Drehkondensator, Telephon und Summer bequem und mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen. Bei dieser Messung wird die erste H~ilfte des MeBwiderstandes im Punkte P o u n d die zweite H~lfte im Punkte Pe gelSst. (Abb. 4.)
Es bedarI eigentlich kaum des Hinweises, dab als Strom Jh der Strom zu messen (oder zu berechnen) ist, welcher yon der Innenschirmung nach dem Punkte Po fliegt.
( N i c h t der Strom, welcher allein C e und C h passiert.)
4. Beispiel einer Messung. Als Beispiel einer Messung m6ge eine sehr interessante, yon Herrn L. P u n g s gemachte Entdeckung dienen.
Die Aufnahme der Effektverluste einer Kolophonium-Wachsmischung in Abh~ingig- keit von der Temperatur gab die Fig. 8 gezeichneten fiberraschenden Kurven. Die Mischung zeigt im klarfliissigen Zustande reine Leitungsverluste. Mit Abnahme der
t9t2. P e t e r s e n , Hochspannungs-Leistungsmessungen mit dem Elektrometer. 103
I. Bd. 3. Heft.
Temperatur setzt eine Trtibung ein und mit ihr erscheinen Hysteresisverluste, die rasch mit fallender T e m p e r a t u r zunehmen - - eine Beobachtung, die mit den Nessungen H 6 c h - s t S A t e r s 1) an Kabeln durchaus tibereinstimmt. Im weichen Zustande der Mischung sind diese Hysteresisverluste bis auf ein
kleines Glied der Frequenz proportional.
Bei weiterer Abnahme der Temperatur biegen sie wahrscheinlich infolge einer molekularen Umlagerung urn, um in der erstarrten Mischung ganz kleine Werte anzunehmen. Das unter einer Spannung yon IO 2oo Volt bei 25 und 6o Perioden verfolgte Verhalten deckt sich mit jtingst ver6ffentlichten Untersuchungen von F l e m i n g und D y k e ~), die an Oummi unter etwa 5 Volt und Frequenzen der Gr613enordnung lO 8 durchgeftihrt worden sind.
Messungen dieser Art haben jeden- falls ftir die Kabelindustrie eine sehr groBe Bedeutung, denn diese arbeitet mit erstarrenden Mischungen. Durch geeignete Wahl der einzelnen Gemengteile lassen sich j edenfalls Mischungen erzielen, welche praktisch viel niedrigere Verluste ergeben als die jetzigen Kabelisoliermittel. Die planm~igige Durchforschung dieser Isolier-
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9 v = z 5 ~ E = r V o l t
= EO J - - tin
mittel wird durch das beschriebene Mel3verfahren erleichtert, da nicht jedesmal groBe Kabell~ngen untersucht werden mtissen, sondern kleine Proben gentigen.
Der beschriebene Versuch wurde mit den Apparate Fig. 9 durchgefiihrt. Um aus dem zu messenden Isoliermittel einen Bereich mit vollkommen bekannten Feldver- h~tltnissen herauszusehneiden, wird eine kreis-
f6rmige Elektrode (von 15 cm Durchmesser a))
mit e i n e m S c h i r m u n g s r i n g u m h i i l l t 4 ) ' Da aueh ~ ~ t der hintere Teil der zur Messung dienenden Elek-
trode und auch die MeBleitung vollst~ndig durch I die Schirmung eingedeckt sind, wird tats~chlich nur die Strom- und Effektaufnahlne im heraus- _ geschnittenen Teil gemessen. Wichtig ist eine _ konstruktive Kleinigkeit, die der Figur zu ent- ~
nehmen ist. Um die Werte yon C 2 - - der Kapa- Fig. 9.
zit~t zwischen MeBleitung und Schirmung und
zwischen Megelektrode und Schirmelektrode - - in m6glichst engen Grenzen zu halten, ist an der Fuge zwischen Schirmelektrode und MeBelektrode m6glichst viel vom Elektroden- material herausgeholt, so dab nur noch ein d/inner Steg verbleibt. Bei o, 7 cm starken Elektrodenplatten und einer Spaltbreite yon o,o2 cm wird auf diese Weise die Kapazitat C a um 250 em verringert.
i) H 6 c h s t ~ t t e r , ETZ. 191o, S. 467 .
2) Fleming und Dyke, Electrician, 1912, Bd. LXVIII, S. lO37.
3) Diese Abmessung eignet sich bei dem verwendeten Leistungsmesser zur Messung yon Leistungs- faktoren bis etwa o,oo 5. Kleinere Leistungs~aktoren verlangen grSBere Kapazit~ten des MeBkonden- sators. An Stelle des Ptauenkondensators, dessen Abmessungen unbequem wiirden, wird am besten ein MeBkondensator aus konzentrischen Zy[indern gesetzt.
4) P e t e r s e n , Hochspannungstechnik, S. lO 5.
Fig. 8.
104 P e t e r s e n ' H o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . Elektroteehnik. Archiv ffir
A u s den MeBergebnissen des V e r s u c h e s Fig. 8, greifen wir als Z a h l e n b e i s p i e l zwei b e i d e r F r e q u e n z 60 u n d 25 u n d einer T e m p e r a t u r y o n 27 o C b e o b a c h t e t e Ausschl~ge des L e i s t u n g s m e s s e r s h e r a u s .
B e i d e n Messungen g e m e i n s a m s i n d :
S p a n n u n g E = IO 200 V o l t
H i l f s p a n n u n g E5 = 54,8 V o l t
n = 186 K o n s t a n t e des L e i s t u n g s m e s s e r s C = 4,43
M e B w i d e r s t a n d R = 2 . 5 o 0 0 O h m E r s a t z k a p a z i t ~ i t e n C1 ---- 4o3 9 " I ~ F a r a d
I
Ca = 3 0 3 - F a r a d . 9 ' 1~
I. Messung bei 60 P e r i o d e n
0%o = 14,2 e m
J = 1 , 7 6 . lO - 4 A m p e r e J5 = 2 , 4 6 . IO - ~ A m p e r e L e i s t u n g s f a k t o r (G1. 6)
cos ? = o,o311 - - (0,086 + I , I 2 2 + 2,005 + o , o 1 2 ) , lO - 8
= o , o 3 1 1 - - o , o o 3 2 2 = 0,0279 L e i s t u n g
p = J E cos ? = o , o 5 o l W a t t 2. Messung b e i 25 P e r i o d e n
~ 5 = 5,95 c m
J = o , 7 3 3 , lO - 4 A m p e r e Jh ---- 1 , o 2 5 . IO - ~ A m p e r e L e i s t u n g s f a k t o r
cos ? = o,o313 - - o , o o 3 2 2 . 6o 25
= o , o 3 1 3 - - o , o o i 3 = o,o3oo L e i s t u n g
p = o,o22o W a t t .
A u s d e r S t r o m a u f n a h m e u n d den A b m e s s u n g e n des Mel3kondensators b e r e c h n e t sich die D i e l e k t r i z i t ~ t s k o n s t a n t e d e r Misehung bei t ---- 27 0 z u :
= 2,99
5. J u s f i e r u n g des E l e k t r o m e t e r s . E l e k t r o m e t e r . Die e n t w i c k e l t e n B e z i e h u n g e n ftir die g e m e s s e n e L e i s t u n g g e l t e n n u r u n t e r d e r V o r a u s s e t z u n g , d a b die M a x w e l l s c h e K o n s t a n t e C a u c h tats~tchlich i m MeBbereich eine U n v e r ~ n d e r l i c h e ist. Von v o r n h e r e i n ist diese B e d i n g u n g bei E l e k t r o m e t e r n nie erftillt, alas I n s t r u m e n t b e d a r f e r s t eiiaer J u s t i e r u n g . N u n h a t a l l e r d i n g s O r l i c h 1) gezeigt, d a b sich die K o n s t a n t e in v i e l e n F ~ l l e n d u r c h eine einfache B e z i e h u n g w i e d e r g e b e n l~il3t, so d a b eine g e n a u e J u s t i e r u n g
1) O r l i c h , Z. f. I n s t r u m e n t e n k u n d e 19o3, S. 97 u. f.
Vgl. w e i t e r h i n S e h u l t z e , Z. f. I n s t r u r n e n t e n k u n d e 19o6, S. 147, 19o 7, S. 144.
E i n e e i n g e h e n d e B e h a n d l u n g d e r h i e r b e s c h r i e b e n e n J u s t i e r u n g finde~c sich in e i n e r d e m n ~ c h s t bei J. S p r i n g e r e r s c h e i n e n d e n D i s s e r t a t i o n , , ~ b e r d a s d i e l e k t r i s c h e V e r h a l t e n fifissiger Isolierstofte bei hohei1 S p a n n u n g e n " y o n L . P u n g s .
1912. Petersen, Hochspannungs-Leistungsmessungen mit dem Elektrometer. 105
I. Bd. 3. Heft.
iiberfl/issig ist. Leider gilt aber diese von Orlich angegebene Gleichullg nur ffir be- stimmte Instrumente, wihrend andere Instrumente fiir den VerlauI yon C verwickelte Kurven ergeben. Es ist deshalb in diesen Fillen vorzuziehen, das Elektrometer so zu justieren, dab C tatsichlich im ganzen ~lel3bereich unverindert bleibt.
Um eine bequeme Justierung zu erm6glichen, mfissen sehr empfindliche Elektro- meter folgende Bewegungen zulassen:
z. und 2. Schwenkung der Quadranten um beide Quadrantenschnitte.
3. und 4. Verschiebung der Nadel in den beiden zueinander senkrecht stehenden Richtungen der Quadrantenschnitte.
5. Heben und Senken der Nadel.
6. Schwenken der Nadel.
Es wire am bestell, ein Instrument so auszubilden, dab alle diese Verinderungen der Stellung zwischen Quadranten und Nadel ausschlieBlich durch Bewegung der Qua- dranten bewerkstelligt werdell, da die unvermeidlichen Biegungsmomente, welche bei der Bedienung yon Schrauben an dem KopI des Instrumentes auftreten, die Justierung ungemein erschweren. Auch wire es angebracht, durch besondere Antriebe alle Justier- schrauben yon der Geschicklichkeit des Bedienenden unabhingig zu machen. Die Justierung der mir bekannten Instrumente hingt viel zu sehr von der pers6nlichen Ge- schickliehkeit des Beobachters ab.
Ist V 1 = V2 = o und hat Vn einen beliebigen Wert, so dfirfte nach der Elektrometer- gleichung (I) kein Ausschlag auftreten. Die N a d e l j u s t i e r u n g , verfolgt den Zweck, das Instrument so einzustellen, dab jeder Ausschlag unter diesen Spannungsverh~tlt- nissenverschwindet. Und zwar darf sich die Justierung n i c h t n u r auf die N u l l a g e b e s c h r i n k e n ( J u s t i e r u n g l I ) ; sie muB sich a u c h a u f b e l i e b i g e Ausschl~tge im Met3bereich des I n s t r u m e n t e s e r s t r e c k e n (Justierung III). Ich verwende hierfiir die recht bequeme Schaltung Fig. zo.
Der kleine Transformator T erftillt die Bedingung, dab
~ ~ 1 dieNadelgegelldieuntersich
(wechsel) spannungsgleichen i ~ ~ ~ r Quadranten (V i = V~ = o) eine bestimmte Wechselspan- nung V~ aufweist. Um der
Nadel beliebige Ausschlige zu T
erteilen, wird mit Hilfe der Batterie und dem Spannungs-
teiler der Wechselspannung ~ r ' ~ eine Gleichspannung fiberge-
Fig. IO. lagert, auf welche das In- Fig. I I .
strument in Joubertscher
Sehaltung anspricht. Hat der Spannungsteiler einen Widerstalld yon h6chstens zo a Ohm, so kann die Bedingung V~ = V2 fiir die Wechselspannullg als streng erfiitlt, gelten, da der Ladestrom eines Quadranten nur einen verschwindenden Spannungsabfall im Wider- stande verursacht.
Hand in Hand mit der Justierung II und III geht die Q u a d r a n t e n j u s t i e r u n g . Ist V~ -- V~ und V n = o, so dfirfte nach der Maxwellschen Gleichung gleichfalls kein Ausschlag auftreten. Man muB sich bei dieser J u s t i e r u n g I auf die Nullage der Nadel beschrinken.
Auch hier kann man durch UbereinanderlageTung einer Gleichspannung fiber die }ustierende Wechselspannung beliebige Ausschlige erzielen. Wenn auch bei diesen Aus- schUigen nicht justiert wird, so ist doch eine derartige Messung n6tig, um festzustellen, bis zu weleher H6he die Spanllung (JR) zwischen den Quadranten getrieben werden darf,
106 P e t e r s e n , t - I o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . Archiv ffir Elektroteehnik.
ohne dab sich die Maxwellsche Konstante nennenswert iindert. Der kleine R i n g - transformator T (Fig. Iz) - - andere Transformatoren sind selten streng symmetrisch - - ist mit seiner Mitre an Nadel und Geh~iuse, mit seinen Enden an die Quadranten ange- schlossen. Auf die Gleichspannung (Batterie mit Spannungsteiter ) spricht das Instrument in Joubertscher Schaltung an.
Auf die Justierung II in der Nullage haben die Bewegungen z und 2 (Anderung der Neigung der Quadrantenebenen) den gr6Bten Einflul3, w~ihrend die Bewegung 5 notwendig ist, um die Nadel genau in die Mitre zwischen den Quadrantenebenen einzustellen. Der zentrierten Nadel geben i, 2 und 5 die Symmetrielage zu den Quadrantenebenen. Gleich- zeitig mit der angen~iherten Justierung II wird zweckm~iBig durch Schwenken der Nadel die Justierung I durchgeffihrt, welche die Nadelachse svmmetrisch zu dem Quadranten- schnitt einstellt. Am w i e h t i g s t e n ist d i e J u s t i e r u n g III bet b e l i e b i g e n Aus- s ch l~ige n Diese Justierung ist erftillt, wenn die Differenz der kommutierten Aussehl~ige
2 0~ ~ 0 r O~ 2
vollkommen unabh~ingig davon ist, ob die Wechselspannung an der Nadel liegt oder nicht.
Auf die Justierung III hat zun~ichst die Schwenkung der Quadranten (Bewegung I und 2) den gr6Bten EinfluB. Da diese Bewegung gleichzeitig die Justierung II beeinfluBt, ist eine stete R~ckkontrolle der Justierung II w~ihrend der Justierung III erforderlich. Die Justierung III der Nadel fiber den ganzen MeBbereich hinweg erfolgt weiterhin in der Hauptsache durch die Nadelzentrierung (Bewegung 3 und 4).
Unter der Voraussetzung, dab die in idiostatischer (Joubertscher) Schaltung mit Wechselspannung bestimmte Konstante tats~ichlich ffir den ganzen ~leBbereich unver-
~inderlich bleibt, ist bet genauer Erfiillung der Justiervorschrift III die Maxwellsche Gleichung streng richtig, wenn stets mit Kommutierung gearbeitet wird. Etwaige Justier- fehler nach I nnd II heben sich bet der Kommutierung heraus. Da die Justierung I und II die Justierung III vorbereitet und erleichtert, sind jedoch die beiden ersten Justierungen stets durchzufiihren.
Eine tiberraschende Erleichterung der Justierung ist mir durch die Einfiihrung der Nadelform Fig. 12 gegliickt. Es lftBt sich leicht dutch Aufzeichnung des Verlaufs der Verschiebungslinien zeigen, dab diese Ringform viel gtinstiger ist als die ringlose Form.
Aul3erdem erh6ht der Ring die mechanische StabilitSt der Nadel ganz bedeutend. Als Nadelmaterial hat sich recht gut dtinnster Glimmer bewShrt, aus dem sich mit einem Spitz- zirkel leieht die Form, Fig. z2, herausarbeiten l~iBt. Auf die fertige Glimmernadel wird beiderseitig dtinnstes Blattsilber (auf keinen Fall Aluminium) mit einem Hauch Klebelack geklebt. Endlich wird die Nadel mit 2 kleinen Messingmuttern auI dem Nessinggestiinge fest- geschraubt. Als einzige zuverl~issige Verbindung zwischen Gest~inge und Aufh~ingefaden hat sich (unmittelbare Verl6tung oder) Ver-
Fig. I2. schraubung erwiesen. Der Aufh~ingefaden wird an ein Endchen Platin-
draht gel6tet, der seinerseits mit Hilfe einer liinglichen !Jberwurf- mutter mit dem Gest~inge verschraubt wird.
6. Praktische Ausfiihrung. V e r b i n d u n g s l e i t u n g e n , K o m m u t a t o r e n . Ein groger Teil der in der Korrektionsrechnung erscheinenden Kapazit~iten liegt in den Ver- bindungsleitungen und Kommutatoren. Ffir die Leitungen empfiehlt sich o,o6 bis o,i mm starker blanker Silberdraht; die Kornmutatoren werden m6glichst klein gemacht und miissen Quecksilberkontakte in ausschlieBlicher Verbindung mit Kupfer haben, da die
~iuBerst geringen Ladestr6me, der Ouadranten unter anderen Bedingungen nicht immer zur Kontaktbitdung f/2hren, wie denn iiberhaupt m6gtichst viele L6tverbindungen zu empfehlen sind, da sogar Verschraubungen nicht immer elektrischen Kontakt gewShr- leisten. Zur Schirmung der MeBleitung dient ein weites WeiBblechrohr, in dessen Achse der Silberdraht an mSglichst wenig Punkten durch dfinne Hartgummistiitzen isoliert ge- spannt wird.
t9t2. P e t e r s e n , Hochspannungs-Leistungsmessungen mit dem Elektrometer. 107
I. Bd. 3. Heft.
Als W i d e r s t ~ i n d e genfigen die bekannten Glimmerwiderst~nde nach F e u s s n e r . Sie sind nicht ganz kapazit~tsfrei. Da aber die Kapazit~it des Elektrometers, der Ver- bindungsleitungen usw. ein Vielfaches der Kapazit~t dieser Widerst~nde ausmacht, ist deren Verwendung unbedenklich.
S p a n n u n g s t e i h n g . Hinsichtlich der Herstellung seer kleiner, st6rungsfreier Kapazit~ten ftir die Spannungsteilung kann ice auf meine Darlegungen in ,,Hochspannungs- technik", S. 92, verweisen.
Ffir Messungen bis I2o KV genfigt der in Fig. I6 sichtbare Zinkblechzylinder von Ioo cm L~nge und 45 cm Durchmesser, in dessert Achse als inhere Belegung ein (geteiltes) Rohr yon 6 cm Durchmesser liegt. Aus dem inneren Rohr ist die eine ,,Belegung" der Vorschaltekapazit~t C e (in Fig. 13 der Ring M) yon mindestens 2 cm axialer L~inge herausgeschnitten, die gegen das innere Rohr der Innenschirmung durch eine gerillte Hartgummischeibe ganz ausgezeichnet isoliert werden mug. Zu beiden Seiten des Ringes M sitzen die Innen-Schirmungsringe J-S. Sie sind gegen den Mittelring durch Luft isoliert und sitzen unmittelbar auf dem Innenschirmungsrohr auf; gegen den fibrigen Teil des Innenzylinders ist keine fibertriebene Isolation erforderlich. Aus der Fig. I3 ist zu er- sehen, wie die Hartgummiisolatoren ffir die Spannungsleitung so angeordnet ist, dab auch dielektrische Verluste auf ein MindestmaB beschr~nkt werden.
,z.-~ M d.-6. dT.-S. M ,./7.-s
F i g . 13 . F i g . 14 .
Will man nicht von der M6glichkeit Gebrauch machen, die Kapazit~t C e aus den Abmessungen yon M und der des Augenzylinders zu berechnen, so empfiehlt sich die Anordnung Fig. 14. Die beiden Schirmungsringe J-S sind erheblich schm~ler und ragen fiber den MeBring M und den fibrigen Innenzylinder heraus. Weiterhin k6nnen die Kanten
" stark gebrochen werden. Das Einsetzen des Glimmens wird hierdurch betriichtlich her- ausgeschoben; auBerdem k6nnen die Luftspalte zwischen den Ringen breiter gehalten werden, so dab Staubteilchen, die als leitende Brficken wirken, keine St6rungen m e e t verursachen.
Die Anordnung bietet den weiteren Vorteil, dab bei gleichbleibendem Strome Jh, dessen H6he durch die Kapazit~it des Ringes M und der beiden Ringe J-S gegeben ist, die Kapazit~it C e betr~ichtlich gr613er gew~hlt werden kann. I n f o l g e der hierdurch be- dingten Vergr613erung yon C h wird der Einfluf3 yon !solationsfehlern und dielektrischen Verlusten verringert.
Auf die Isolation des Kondensators C h ist die gr6Bt6 Sorgfalt zu verwenden.
Durch m6glichste Beschr~nkung der Stfitzpunkte und Verwendung sorgf~ltig gereinigten und gerillten Hartgummis lassen sich Isolationswiderst~nde zwischen Innenschirmung und allen mit der Nadel in Verbindung stehenden Teilen yon lO 14 Ohm gewinnen.
Ein gutes Kriterium ffir die Gtite der Isolation ist die oben erwXhnte eigenartige Ladung, welche die Nadel erh~ilt, wenn unter Spannung yon Strom auf Leistnngsmessung umgeschaltet, wird. T r i t t diese Ladung bzw. der Anschlag des Elektrometers nicht auf, so ist die Isolation ungenfigend.
Als ~iuBere, unmittelbar an die Hochspannungsquelle angeschlossene Schirmung dient ein aus Winkel- und Flacheisen zusammengeschweil3ter K~fig, der 4 runde Blech- tfiren besitzt, so daB, wie Fig. 15 zeigt, der MeBschaltung die volle Zug~inglichkeit He-
1 0 8 P e t e r s e n , H o c h s p a n n u n g s - L e i s t u n g s m e s s u n g e n m i t d e m E l e k t r o m e t e r . Archiv ffir Elektrotechnick.
wahrt ist. In der einen Tiir ist ein Schlitz ftir die Spiegelbeobachtung eingeschnitten.
Der K~fig ist mittels Porzellanisolatoren starr an der Decke befestigt.
In den K~fig ragt yon unten das Elektrometer herein, dessert isoliertes Traggestell mechanisch vollst~ndig yon dem K~fig getrennt ist. Auf diese Weise k6nnen die unver- meidlichen Erschtitterungen de~ K~figs nicht auf das Instrument tibertragen werden.
Diese MaBnahme ist sehr wichtig, da geringe St6Be die schwierige Justierung des Elektro- meters ver~ndern. Die scharfen R~tnder des K~ifigs mtissen yon IOO KV. ab eine Verkleidung durch R6hren erhalten.
Durch ~berdeckung yon zwei Aufnahmen ist es m/Sglich geworden, in der Figur ein deutlicheres Bild der I n n e n s c h i r m u n g zu gewinnen.
Fig. 15 . Fig. 16.
Die Innenschirmung umschlieBt alle Leiter, welche dieselbe Spannung wie die Nadel ftihren. Deshalb ist das Spiegelgeh~tuse, der Kopf und das Fadenrohr des Instrumentes durch Blechr6hren umhtillt, deren oberer Teil der Justierung halber aufklappbar ist. In der N~he des Kopfes mtindet das schiefe Innenschirmungsrohr, welches die zu dem Vor- schaltkondensator C o Iiihrende Leitung umhfillt.
In der Aufnahme ist auch zu sehen, wie diejenigen N~ipfe an den Umschaltern, welche mit der Nadel in Verbindung stehen, ganz vorz/iglich isoliert sind. Die Umschalter werden mit Htilfe yon Seidenschntiren und kleinen Elektromagneten unter voller Spannung bet~tigt.
Das tibrige Geh~tuse des Elektrometers bildet selbst einen Teil der Innenschirmung und muB deshalb isoliert aufgestellt werden.
Der ebenfalls von der Innenschirmung umhiillte Kondensator C h h~ngt an der Decke des Kafigs und ist um j ede i3bertragung vor Erschiitterung zu vermeiden, durch einen sehr dtinnen Draht, der in ein Quecksilbern~ipfchen taucht, mit dem Kopfe d. h.
mit der Nadel verbunden.
Fig. 16 gibt eine Aufnahme des Leistungsmessers mit zugeh6rigem Vorschaltkonden- sator for eine Spannung yon 12o KV. wieder. Die NeBleitung ftihrt in diesem Bilde yon einen weitem Rohr umhiillt, zu zwei Leitern, an welchen Glimmverluste gemessen werden.
Die Mel3schaltung ist so empfindlich, dab man bei leichtem Anhauchen der unter Spannung stehenden (nicht glimmenden) Leiter Ausschl~ge des Leistungsmessers erh~lt, welche den sehr geringen Verlusten, die hierbei auftreten, entsprechen. Das Aufsetzen
1912. petersen, Hochspannungs-Leistungsmessungen mit dem Elektrometer. 109
I. Bd. 3. Heft.
yon kleinen Papierreitern verursacht ganz bedeutende Ausschl~ge. Ein weiteres Beispiel der Empfindlichkeit ist folgende merkwtirdige Beobachtung.
Um die Isolatorenverluste nicht mit in die Messung hereinzubringen, ist ftir die Messung der Glimmverluste aus der Leitung ein Sttick elektrisch herausgeschnitten (Fig. 17). Der Leistungsmesser wird nut yon dem Strome des herausgeschnittenen Teiles durchflossen; die zu beiden Seiten des Mittelsttickes sitzenden Leiter sind unmittelbar an die Spannung angeschlossen. Wird im Punkte Seine kleine Fahne Stanniol befestigt, die wegen der scharfen R~nder bereits bei niedrigen Spannungen glimmt, so zeigt das an die herausgeschnittene Leitung angeschlossene Instrument einen negativen Ausschlag, also eine Leistungsau fn ah me, sowie
das Glimmen des F~ihnchens einsetzt.
Wird dasselbe F~ihnchen im Punkte S' befestigt, so gibt der Leistungsmesser einen positiven Ausschlag, also eine Leistungsabgabe an.
2
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Fig. 19.
Fig. 17. Fig. 18. Fig, 2o.
Ohne auf die hierbei auftretenden sehr interessanten Feldverh~iltnisse einzugehen, k6nnen wir mit Hilfe yon Vektordiagrammen eine Erkl/irung ftir diese Erscheinung geben.
So lange das F/ihnchen nicht glimmt, nimmt die Leitung, deren Strom und Leistungs- aufnahme wir messen, einen wattlosen Ladestrom J auf, welcher der S.pannung P1 P~
entspricht (Abb. 18). In der Fig. 19 ist die Stromaufnahme des glimmenden F~ihnchens durch den Vektor Js dargestellt. In der glimmenden Htille erscheint der nicht unbe- deutende Spannungsverbrauch P1 Ps-
Von der nicht glimmenden Leitung spannen sich - - wenn wir im Gedanken das Superpositionsprinzip anwenden--Verschiebungslinien nach der Xul3eren Umgrenzungs- fl~iche der glimmenden Hiille, und diesen Verschiebungslinien mul3 ein Ladestrom J' entsprechen, welche der Spannung P~ Ps um 9 oo voreilt. Dieser Strom ist fiber die 9o~
herausgeschwenkt und verursacht deshalb einen negativen Ausschlag. Die n i c h t - gUmmende Leitung nimmt tats~chlich Leistung auf.
Ist das glimmende F~thnchen im Punkte S' befestigt, so ist der Spannungsverbrauch in der glimmenden Htille dutch die Strecke Ps P2 des Diagrammes Fig. 2o gegeben.
Der Spannung P1 Ps entspricht jetzt in der gemessenen Leitung ein Ladestrom J', der gegen die 9o~ zurtickgedreht erscheint und infolgedessen im Leistungsmesser einen positiven Ausschlag verursacht. Das beschriebene Verhalten l~tl3t sich nachweisen, selbst wenn in einer Entfernung yon etwa I m yon der Trennungsstelle T leichte Glimmer- erscheinungen einsetzen. Man kann hieraus den SchluB ziehen, dab /ihnliche Messungen mit frei in der Luft befindlichen elektrischen Feldern ungemeine Vorsicht erheischen, wenn mit MeBverfahren derartiger Empfindlichkeit gearbeitet wird.
