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Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des an einer Stelle eines
elektrischen Netzes zu erwartenden Kurzschlußstromes Es ist bekannt, zur Bestimmung
des an einer Stelle eines elektrischen Netzes zu erwartenden Kurzschlußstromes an
dieser Stelle einen Belastungswiderstand bekannter Größe einzuschalten und aus der
vor sowie der nach dem Einschalten des Belastungswiderstandes herrschenden Spannung
den zu erwartenden Kurzschlußstrom wie folgt zu bestimmen:
wobei Rfi die Größe des Belastungswiderstandes, U, die Spannung nach Einschalten
des Belastungswiderstandes, I, der über den Belastungswiderstand fließende Strom,
Ik der zu erwartende Kurzschlußstrom und UO die Spannung vor Einschalten des Belastungswiderstandes
ist.
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Bisher war es allgemein üblich, die Spannungen U" und UO mit einem
Spannungsmesser zu messen. Mit Rücksicht auf die zulässige Netzbelastung kann aber
Ifi nur sehr klein gegenüber 1k gehalten werden, so daß auch die Netzspannungsabsenkung
U0 - U sehr klein gegenüber U0 und UX ist und die auf diese Weise durchgeführte
Ermittlung des zu erwartenden Kurzschlußstromes zu Ergebnissen führt, die im allgemeinen
mit großen Fehlern behaftet sind.
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Es wurde gefunden, daß dieser Nachteil bei einer Vorrichtung zur
Bestimmung des an einer Stelle eines elektrischen Netzes zu erwartenden Kurzschlußstromes
aus dem Betrag der durch einen Netzbelastungswiderstand bekannter Größe an dieser
Netzstelle hervorgerufenen Netzspannungsabsenkung vermieden werden kann, wenn sie
erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine an die Netzstelle anschließbare Brückenschaltung
mit zwei parallel liegenden Pfaden, von denen der erste aus der Serienschaltung
eines Widerstandes und eines Stabilisators und der zweite aus einem Widerstand gebildet
ist, der über einen ersten Abgriff mit einem Ende des ersten Pfades sowie über einen
zweiten Abgriff und ein Anzeigeinstrument mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes
und des Stabilisators des ersten Pfades verbunden ist, sowie durch Schaltmittel,
um den Netzbelastungswiderstand parallel zu der Brückenschaltung zu legen.
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Als zweckmäßig erwies es sich, die Bestimmung des zu erwartenden
Kurzschlußstromes derart vorzunehmen, daß bei abgeschaltetem Netzbelastungswiderstand
über einen der beiden Abgriffe - nachdem der andere Abgriff auf Null gestellt war
- an dem den zweiten Pfad bildenden Widerstand durch Einstellung eines der Spannungsteilung
zwischen Stabilisator und Widerstand des ersten Pfades entsprechenden Teilungsverhältnisses
ein erster Nullabgleich am Anzeigeinstrument vorgenommen wird, und daß sodann bei
eingeschaltetem Netzbelastungswiderstand die zum abermaligen Nullabgleich am Anzeigeinstrument
erforderliche Verstellung des anderen der beiden Abgriffe als Maß für die gesuchte
Größe verwendet wird.
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Bei entsprechender Bemessung der Brückenschaltung ergeben sich selbst
bei sehr kleinen Netzspannungsabsenkungen große Verschiebungen des betreffenden
Abgriffs für den zweiten Nullabgleich.
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Als Stabilisator läßt sich mit Vorteil eine Glimmröhre verwenden.
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Da die Zündspannung einer Glimmröhre im allgemeinen nicht so konstant
ist wie die Brennspannung, ist es zum Erreichen einer möglichst - großen Genauigkeit
zweckmäßig, auch Messungen im Wechselstromnetz mit Gleichstrom auszuführen und zu
diesem Zweck der Brückenschaltung einen Gleichrichter. vorzuschalten. Parallel zur
Brückenschaltung kann außerdem ein Kondensator liegen.
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Der über den Widerstand des ersten Brückenpfades gespeiste Stabilisator
kannkauch durch eine Normalspannungsquelle ersetzt sein.
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In Wechselstromnetzen ist die Netzimpedanz kein reiner Wirkwiderstand.
Die obige Gleichung (2) gilt für Wechselstrom exakt nur, wenn die Richtung der Netzimpedanz
mit der Richtung des Spannungsabfalls am Netzbelastungswiderstand übereinstimmt.
Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß als Netzbelastungswiderstand
ein entsprechender Scheinwiderstand vorgesehen ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann jeder der Abgriffe des
den zweiten Brückenpfad bildenden
Widerstandes jeweils mit einer
Einstellskala zusammenwirken, deren eine die Netzspannung an der betreffenden Netzstelle
und deren andere den zu bestimmenden Kurzschlußstrom abzulesen gestattet, was eine
ganz besonders einfache und schnelle Ermittlung der gesuchten Größe ermöglicht.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungsformen der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, welche die Schaltung
eines Ausführungsbeispieles zeigt.
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Ein Widerstand a, beispielsweise ein Eisenwasserstoffwiderstand,
und eine mit ihm in Serie geschaltete Glimmröhreb, deren Spannung in weiten Grenzen
von dem durchfließenden Strom so gut wie unabhängig ist, bilden einen ersten Pfad
einer Brückenschaltung, deren zweiter, zum ersten parallel liegender Pfad aus einem
Widerstand c besteht. Der Widerstand c weist einen mit dem oberen Ende des Pfades
a, b verbundenen Abgnff d sowie einen über ein Anzeigeinstrument f, beispielsweise
ein Galvanometer oder eine Abstimm-Anzeigeröhre, mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes
a und der Glimmröhre b verbundenen Abgriffe auf. Die Abgriffe d und e des Widerstandes
c wirken jeweils mit einer Einstellskala n bzw. o zusammen, von denen die eine,
im betrachteten Beispiel die Skala o, mit einer Nullmarke versehen ist.
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Der Brückenschaltung ist ein Gleichrichter g vorgeschaltet, parallel
zu ihr liegt ein Kondensator h. Mittels des Schalters m kann der Netzbelastungswiderstand
R" der um mehrere Größenordnungen kleiner ist als die Widerstände a und c, parallel
zur Brückenschaltung gelegt werden. Mittels der Klemmen k, I wird die Vorrichtung
an das Netz angelegt.
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Gleichrichter g und Kondensator h dienen der Gleichrichtung und Glättung
bei Verwendung der Vorrichtung zu Messungen in Wechselstromnetzen und können bei
der folgenden Betrachtung der Wirkungsweise der Vorrichtung außer Betracht bleiben.
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Zur Inbetriebnahme wird die Vorrichtung mit den Klemmen k, I bei
offenem Schalter m an die betreffende Netzstelle, an welcher der zu erwartende Kurzschlußstrom
zu bestimmen ist, angeschlossen und der Abgriff e auf die Nullmarke der Skala o
eingestellt. Sodann wird der Abgriff d verschoben, bis der Spannungsabfall an dem
Teilwiderstand r0 des Widerstandes c zwischen dem auf die Nullmarke eingestellten
Abgriffe und der Klemme 1 gleich der konstanten, an der Glimmröhre b liegenden Spannung
ist und somit das Anzeigeinstrument f stromlos wird.
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Einer jeden Netzspannung U0 entspricht hierbei eine bestimmte Stellung
des Abgriffes d, so daß die mit ihm zusammenwirkende Skala n in Netzspannungswerten
geeicht werden kann.
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Sodann wird der Schalter m geschlossen; über den Netzbelastungswiderstand
fließt ein Strom, der einen Abfall der Netzspannung auf den Wert U, verursacht.
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Damit sinkt auch die Spannung an dem Teilwiderstand r0 ab, wohingegen
die Spannung an der Glimmröhre b unverändert bleibt. Das Instrument f schlägt daher
aus. Der Abgriff e wird nun von der Nullmarke aus so weit verschoben, bis das Instrument
f wieder stromlos wird. Der Betrag rd, um welchen der Teilwiderstand r0 hierbei
verändert wurde, ist, wie sich zeigen läßt, ein Maß für den zu erwartenden Kurzschlußstrom,
denn es gilt: ru +ru = U0 (3) ru um und somit U = U0 rO { U0 + v, zu r, {4) r0 +
ra
Setzt man diesen Wert für Us in Gleichung (2) ein, erhält man:
r0 und Rp sind bekannte, konstante Größen, U0 und r lassen sich an den Skalen n
bzw. o ablesen, so daß hieraus Ik ermittelt werden kann.
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Im allgemeinen kommt es jedoch nicht darauf an, den Kurzschluß strom
auf die zufällig im Augenblick der Messung vorhandene Netzspannung U0 zu beziehen,
sondern auf den bekannten Wert der Netznennspannung, so daß sich in Gleichung (5)
statt U0 der bekannte Wert der Netznennspannung einsetzen läßt, womit r, die allein
zu messende Größe wird. In diesem Falle kann die Skala o unmittelbar in Werten des
zu erwartenden Kurzschlußstromes Ik geeicht werden, und dieser läßt sich ohne jede
Rechnung ablesen.
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Es versteht sich, daß statt in der angegebenen Reihenfolge auch in
umgekehrter Reihenfolge der erste Nullabgleich mit dem Abgriff e und der zweite
Nullabgleich mit dem Abgriff d vorgenommen werden kann, wobei dann entsprechend
die Skala o die Ablesung der Netzspannung und die dann mit der Nullmarke versehene
Skala den Wert von r8 bzw. direkt den zu erwartenden Kurzschlußstrom Ik abzulesen
gestattet.
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PATENTASPRbCHE: 1. Vorrichtung zur Bestimmung des an einer Stelle
eines elektrischen Netzes zu erwartenden Kurzschlußstromes aus dem Betrag der durch
einen Netzbelastungswiderstand bekannter Größe an dieser Netzstelle hervorgerufenen
Netzspannungsabsenkung, gekennzeichnet durch eine an die Netzstelle (k, 1) anschließbare
Brückenschaltung mit zwei parallel liegenden Pfaden, von denen der eine aus der
Serienschaltung eines Widerstandes (a) und eines Stabilisators (b) und der andere
aus einem Widerstand (c) - gebildet ist, der über einen ersten Abgriff (d) mit einem
Ende des Pfades (a, b) sowie über einen zweiten Abgriff (e) und ein Anzeigeinstrument
(f) mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes (a) und des Stabilisators (b) verbunden
ist, sowie durch Schaltmittel (m), um den Netzbelastungswiderstand (R") parallel
zu der Brückenschaltung zu legen.