Scheringbrücke

Die Schering-Brücke ist eine Wechselspannungsbrücke und wird zur Bestimmung der Kapazität und des Verlustfaktors von Kondensatoren, vorwiegend in der Hochspannungstechnik, eingesetzt. Sie wurde erstmals 1920 von Harald Schering verwendet.

Funktionsweise

Schaltschema der Scheringbrücke

Bei der Schering-Brücke wird der unbekannte Kondensator C_X mit dem verlustfreien Kondensator C_N verglichen. Durch die niederohmige Ausführung der Zweige R₃, R₄, C₄ auf der geerdeten Seite der Brückenschaltung können R₃ und C₄ trotz Hochspannung gefahrlos eingestellt werden. Mit R₃ wird auf die Kapazität des Prüflings abgeglichen. Durch Ändern von C₄ wird der Verlustanteil ermittelt. Der Verlustanteil ergibt sich aus der Winkelabweichung $\delta$ des Stromes durch C_X von einer 90°-Voreilung gegenüber der angelegten Spannung U₀ aufgrund einer gewissen Leitfähigkeit.

Es gelten dann für die zu ermittelnde Kapazität C_X des realen Kondensators:

$C_{\mathrm {x} }=C_{\mathrm {N} }{\frac {R_{4}}{R_{3}}}$

für seinen Verlustanteil $R_{\mathrm {x} }$:

$R_{\mathrm {x} }=R_{3}{\frac {C_{4}}{C_{\mathrm {N} }}}$

und für den Verlustfaktor $\tan \delta$:

$\tan \delta _{\mathrm {x} }={\frac {R_{\mathrm {x} }}{\frac {1}{\omega C_{\mathrm {x} }}}}=\omega R_{\mathrm {x} }C_{\mathrm {x} }\,$

$\tan \delta _{\mathrm {x} }=\omega R_{4}C_{4}=2\pi fR_{4}C_{4}\,$

Verwendung

Die Schering-Brücke dient zur Ermittlung unbekannter Kapazitäten. Das Prinzip wird nicht nur in der Hochspannungstechnik angewendet, sondern dient auch der Überwachung und Steuerung bei der Fertigung von Kondensatoren. Mit dieser Brückenschaltung ist auch eine zerstörungsfreie Güteprüfung eines Dielektrikums möglich. Einsetzendes Glimmen in einem Dielektrikum oder Lufteinschlüsse führen zu Unruhe in der Anzeige und dann steilem Anstieg der $\tan \delta =f(U)$ Kurve. Eine weitere Anwendung ist das Ermitteln der Koronaverluste in Hochspannungsleitungen.

Der Vorteil der Schering-Brücke ist, dass die notwendigen Einstellungen (R3, C4) auf niedrigem Potential (einige 100 V) vorgenommen werden können. Durch Hilfseinrichtungen wie Schutzring-Elektroden und Wagner'schen Hilfszweig kann die Genauigkeit noch verbessert werden.

Heutzutage werden Größen wie $\tan \delta$ meist mit speziellen Diagnosegeräten aus hochgenauen, phasenaufgelösten Strom- und Spannungsmessungen ermittelt.

Literatur

• Andreas Küchler: Hochspannungstechnik. 3. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-78412-8.