Messgröße Spannung
Kalibrierung der Messgröße Spannung ist unser Kerngeschäft
Es wird zwischen verschiedenen Spannungsarten unterschieden:
- Gleichspannung
- Wechselspannung
- Impulsspannung
- Blitzstoßspannung
- Schaltstoßspannung
Entsprechend den jeweiligen Spannungen werden verschiedene Messsysteme und Messinstrumente hergestellt und kalibriert. Einem Messgerät für die Messung der Hochspannung wird ein Hochspannungsteiler vorgeschaltet. Je nach Hochspannungsart werden entweder spezialisierte Hochspannungsteiler für eine Spannungsart oder universelle Hochspannungsteiler für mehrere Spannungsarten verwendet. Die Teiler kann man nach der Messgröße folgendermaßen qualifizieren:
- Gleichspannungsteiler
- Wechselspannungsteiler
- Teiler für die Blitzstoßspannung
- Teiler für die Schaltstoßspannung
- Impulsspannungsteiler (bestimmt für beide Formen der Impulsspannung)
- Universalspannungsteiler (bestimmt für mehrere oder alle Spannungsarten)
Je nach Messaufgabe können Messgeräte mit einer oder mehreren Auswertungen verwendet werden:
- Scheitelwert der Wechselspannung
- Mittelwert der Gleichspannung
- Spitze-Spitze-Spannung der Wechselspannung
- Effektivwert der Wechselspannung
- Formfaktor der Wechselspannung
- Digitalrekorder insbesondere für Impulsspannungen
- Oszilloskope insbesondere für Impulsspannungen
Die Messprinzipien und Messwerte
Je nach der Art der Spannung und der zu messenden Parameter und Messgrößen, sind verschiedene Bauarten der Hochspannungsteiler notwendig. Deshalb ist eine genaue Beschreibung der zu kalibrierenden Parameter wichtig.
Der Effektivwert der Wechselspannung ist den meisten Menschen bekannt. Die Angabe der Wechselspannung bezieht sich auf den Effektivwert der Wechselspannung. Der Effektivwert ist definiert wie abgebildet.
Für sinusförmige Wechselspannung wird der Wert mittels U = Ur.m.s. = Um / √2 berechnet.
Da es sich aber bei einer Hochspannungsprüfung um eine extreme Belastung der Prüflinge handelt, wird oft auch der Scheitelwert der Wechselspannung Um benötigt. Die Form der Wechselspannung wird auch als ein Faktor, dem Klirrfaktor k, bei der Prüfung mit erfasst. Der Klirrfaktor ist definiert wie beschrieben.
Seltener, aber doch bekannt ist der sogenannte Scheitel-Tal-Wert (peak-to-peak-value) Upp. Ein weiterer Parameter der Wechselspannung ist die Frequenz f als reziproker Wert der Periode T. Die Form der Wechselspannung wird auch als ein Faktor der Prüfung miterfasst. Nummerisch ist die Abweichung von der Sinusform der Wechselspannung mit dem Formfaktor ausgedrückt.
Der Mittelwert der Gleichspannung U ist die meist gemessene Größe. In den meisten Fällen ist diese Messgröße ausreichend. Ein weiterer Parameter der Gleichspannung bei den Prüfungen ist die Restwelligkeit. Oft wird fälschlicherweise erwartet, dass jedes Gleichspannungs-Messsystem auch die Restwelligkeit (Ripple) miterfassen kann. Eine Messung der Restwelligkeit oder auch Ripple benötigt eine Aufnahme der zeitlichen Veränderungen u(t). Dafür ist nicht jedes Gleichspannungs-Messsystem geeignet. Anforderungen an Gleichspannungs-Messsysteme, welche die Restwelligkeit aufzeichnen können, sind in der Norm IEC 60060-2 definiert.
Die Impulsspannungen sind charakterisiert durch folgende allgemeine Parameter:
- Höhe der Spannung im Scheitel Up
- Zeitparameter des Anstiegs T1, des Scheitels TP und des Abklingens T2
Die Spannungswelle ist durch weitere Parameter spezifiziert. Selbst die Bestimmung der gleichnamigen Parameter unterscheidet sich je nach Welle voneinander. Die bekanntesten Formen der Impulsspannung heißen:
- Blitzstoßspannung
- Schaltstoßspannung
Kalibrierung mit Vergleichsmethode
Kalibrierung mit Vergleichsmethode
Der Hauptparameter eines Teilers ist sein Maßstabsfaktor. Der Maßstabsfaktor kann aus den Hauptkomponenten, zum Beispiel Hauptkapazität C und Unterspannungskapazität CL durch Berechnung ermittelt werden. Zusätzlich zu den bekannten physikalischen Haupteigenschaften spielen während des Betriebes weitere parasitäre Parameter des Teilers eine wichtige Rolle. Diese parasitären Parameter tragen mit größerem oder kleinerem Beitrag zur Verfälschung des Maßstabsfaktors bei. Die Vergleichsmessung als Kalibriermethode wird deshalb bevorzugt, weil damit im Vergleich zum bekannten Normal alle parasitären Parameter erfasst werden können. Zu den wichtigsten parasitären Parametern gehören beispielsweise:
- Temperatureinfluss
- Parasitäre Kapazitäten gegen Erdverbindungen CPE und gegen Hochspannungszuleitung CP HV. Die Wirkung ist in der Abbildung rechts verdeutlicht.
