HGÜ Messtechnik

Stephan Passon

Arbeitsgruppe 2.32 Hochspannungsmesstechnik

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Inhalt

Vorstellung der PTB

Messung von Niederspannungen

Einleitung in die Metrologie

Messung (hoher) Gleichspannungen

Zusammenfassung

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Metrologie ≠ Wetter (Meteorologie)

Quelle: A. Küchler - Hochspannungstechnik

beliebiges Kalibrierlabor

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„so genau wie möglich“

Das Paretoprinzip besagt, dass 80 % der

Ergebnisse in 20 % der Gesamtzeit erreicht

werden. Die verbleibenden 20 % der

Ergebnisse benötigen 80 % der Gesamtzeit

und verursachen die meiste Arbeit.

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PTB - Vorstellung

Quelle: www.PTB.de

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PTB - Vorstellung

Quelle: www.PTB.de

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PTB – Arbeitsgruppe 2.32

Kalibriermöglichkeiten:

• High AC Voltages

U < 800 kV; f < 300 Hz

MU 0.005 % ... 0.05 %

• High DC Voltages

U < ±400 kV

MU 0.0002 % ... 0.01 %

• Impulse Voltages and Currents

U < 1.5 MV; I < 20 kA

MU: Peak 0.5 %

Time Parameter 1.5 %

• High Voltage Capacitors

U < 800 kV

MU: tan-δ 0.001 %; C 0.01 %

• Partial Discharge

Q > 1 pC

MU: 2 %

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DC-Hochspannung an der PTB

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Messung hoher Gleichspannungen

U2 U1

Ohm‘scher Teiler Kapazitiver Teiler Ohm‘sch- kapazitiv Gedämpft kapazitiv

R2 C2 R2 C2

R2

C2

U2 U1 U2 U1 U2 U1

R1 C1 R1

R1,C1C1

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Aufbau des MT100

Beiträge zur Messunsicherheit:

Temperatureinfluss: 1∙10-7 (±0,15K)

Corona: 1∙10-7

Leckströme: 1∙10-7

Fremdfeld: 1∙10-8

Druck: 1∙10-8

Spannungsabhängigkeit: 5∙10-7

Unsicherheit (k=1): 1∙10-6

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Aufbau des HVDC-1MV Teilers

Umliegende kapazitive

Abschirmung mit

Ableitwiderstände

Resistiver

Referenzzweig mit

parallelen

Streukapazitanzen

Es wird ein Kabel mit zwei

Schirmen verwendet um den

Schirmteiler und den

Präzisionsteiler getrennt

verwenden zu können.

module)kV 200 (per W20

µA 100

µA 100

tot

shield

ref

P

I

I

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Aufbau des HVDC-1MV Teilers

≈ 0.3m

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Aufbau des HVDC-1MV Teilers

≈ 1.5m

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Aufbau des HVDC-1MV Teilers

- Die Induktivität des Schirmteilers im

Niederspannungs-Teil ist sehr gering (< 4 nH).

Dadurch wird eine hohe Bandbreite erreicht.

kHz 350 µF 50 nH4

1

2

1

LCfr

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Aufbau des HVDC-1MV Teilers

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Messungen mit dem 1MV-HVDC-Teiler

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Aufbau des PT400

• Hochspannungsteil

• Widerstände

• 800 Stück (10 MΩ) 8 GΩ

• Kondensatoren:

• 800 Stück (100 nF) 125 pF

• Feldsteuerung

• Widerstände

• 600 Stück (33 MΩ) 4950 MΩ

• Kondensatoren:

• 600 Stück (100 nF) 666 pF

• Niederspannungsteil

• Widerstand

• 100 kΩ

• Kondensatoren

• 11 (1 µF) 11 nF

Präzisions-

teiler

Schirm-

teiler

Präzisions-

teiler

Schirm-

teiler

Niederspannungs-

teil

Aluminium

Flansche

Ausgang

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Aufbau des PT400

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Aufbau des PT400

Video

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DC Niederspannungsmesstechnik

HV

Computer

10 V

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DC Niederspannungsmesstechnik

Bias- Strom: 20 pA

HV

10 V

Innenwiderstand: 500 GΩ

Thermospannung: 10 µV

Mag. Und Elek. Einkopplungen

Offset Gain

Temperatur

LinearitätErdung

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Einfluss der Thermospannung Material- und Temperaturabhängig

Thermospannungen

Werkstoffpaarung Seebeck-Koeffizient sAB in µV/K

Kupfer-Kupfer < 0,2

Kupfer-Gold 0,3

Kupfer-Silber 0,3

Kupfer-Messing 3

Kupfer-Blei/Zinn-Lot 5

Kupfer-Aluminium 5

Kupfer-Nickel 10

Kupfer-Eisen 12

Kupfer-Kupferoxid > 1000

Tabelle 2.1: Seebeck-Koeffizienten gängiger Elektrowerkstoffe zu Kupfer

Ausgangsspannung des Spannungsteilers möglichst hoch

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Innenwiderstand Messgerät

Innenwiderstand 0,1V – 10V Messbereich: > 100 GΩ

Bei 100 kΩ Niederspannungswiderstand 1·10-6 Beeinflussung

Innenwiderstand > 10V Messbereich: 10 MΩ

Bei 100 kΩ Niederspannungswiderstand 1 % Beeinflussung!

Ideale Ausgangsspannung von Hochspannungsteilern 10 V

HV

10

0 k

Ω

RM

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Bias Strom

Bias Strom maximal 20 pA

Bei 100 kΩ Niederspannungswiderstand 2·10-6 Beeinflussung

Bei 10 MΩ Niederspannungswiderstand 0,02 % Beeinflussung!

Bias Strom zusätzlich nicht konstant

Idealer Niederspannungswiderstand möglichst klein

HV

10

0 k

Ω

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Braunschweig und Berlin

Bundesallee 100

38116 Braunschweig

Stephan Passon

Arbeitsgruppe Hochspannungsmesstechnik

Telefon: 0531 592-2320

E-Mail: johann.meisner@ptb.de

www.ptb.de

Stand: 11/15

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!