-
Verfahren zur Messung der Überstromziffer von Stromwandlern
Für die
Messung der überstromzifter n sind verschiedene Meßverfahren in Anwendung.
-
I. Messung der Nennlbürde mit Überstrom: Bei diesem Verfahren wird
die Primärwicklung des Stromwandlers mit steigendem überstrom erregt, bis der Stromwandler
bei sekundär angeschlossener Nennbürde einen Stromiehler von 10% aufweist.
-
Der Primärstrom muß praktisch sinusförmig sein.
-
Die Üherstromziffer n ist dasjenige Vielfache des Nennprimärstromes,
bei dem der Stromfehler bei Nennbürde 10% beträgt.
-
2. Messung bei primärem Nennstrom mit erhöhter Bürde: Bei diesem
Verfahren wird der Stromwandler primär mit Nennstrom erregt. Die sekundär angeschlosseneBürde
wird, von derNennbürde ausgehend, so weit vergrößert, bis ein Strom fehler von 10%
auftritt. Die Überstromziffer ergibt sich dann aus dem Verhältnis der hierfür erforderlichen
Bürde zur Nennbürde unter sinngemäßer Berücksichtgiung des sekundären Eigenverbrauches.
-
3. Messung durch Ermittlung der Leerlaufeigenschaften von der Sekundärseite
aus: Der Stromwandler wird bei offener Primärwicklung von der Sekundärseite aus
auf eine Spannung U0 erregt, die so groß gewählt wird, wie sie bei der erwarteten
Überstromziffer an der Sekundärseite des Wandlers auftritt. Diese Spannung errechnet
sich aus der erwarteten Überstromziffer x, dem Nennsekundärstrom 12, der Nennbürde
Z und der Eigenbürde Zi zu Uo = o,gxI2 (Z + Zi).
-
Der sich einstellende Leerlaufstrom gibt ein Maß dafür, ob die wirkliche
Überstromziffer des Wandlers den erwarteten Wert über- oder untersdreitet.
-
Die Messung nach dem dritten Verfahren ist im Vergleich zu denjenigen
nach den beiden erstgenannten Verfahren sehr einfach: Nachdem Regler und
Prüfling
angeschlossen. sind, wird die Spannung an der Sekundärwicklung hochge regelt, und
auf einem Doppelmeßlgerät werden die beiden Zeiger miteinwander zur Deckung gebracht,
so daß der Wert von n auf der Skala abgelesen werden kann. Der Stromwandler wird
nun sekundär angeschlossen, das Meßgerät und die Erzeugereinrichtung brauchen also
nicht für die hohen Werte der Primärnennströme, sondern nur für die wenigen genormten
Sekundärnennströme ausgelegt zu werden.
-
Dieses an sich bekannte Meßverfahren beruht auf den Beziehungen des
in Fig. I dargestellten Stromwandlerdiagramms. Hierin bedenten APV1 die primären
Amperewindungen, AW2 die sekundären Amperewindungen, A W0 die Leerlaufamperewindungen,
die in der nachfolgenden Beschreibung als absoluter Fehler angegeben sind und von
dem oben unter Punkt 3 beschriebenen Verfahren erfaßt werden. Zur Bestimmung der
Überstromziffer ist nur der in Richtung von AW1 liegende Anteil f (Übersetzungsfehler)
Ides absoluten Fehlers 24Wo heranzuziehen. Bestimmt man von der Sekundärseite des
Wandlers aus den Leerlaufstrom und vergleicht ihn mit dem Primärstrom, so ergibt
sich der absolute Fehler in Prozent. Der betriebsmäßige Sekundärstrom fließt jedoch
nicht, es wird vielmehr eine ihm proportionale Größe, nämlich die Sekundärspannung,
zum Vergleich herangezogen. Es sind also von der Sekundärseite aus nur die Leerlaufspannung
und .derLee4aufstrom aufzubringen. Das an sich bekannte Gerät mißt nun diesen absoluten
Fehler, indem der Leerlaufstromvektor mit seiner absoluten Größe ermittelt und mit
dem Sekundärstrom, gewonnen aus Nennbürde, sekundärem Neunstrom und Überstromziffer
n, in Beziehung gebracht wird. Gemessen wird also, wie dargelegt, nicht unter Zugrundelegung
des Stromfehlers, also der einen Komponente deslGesamtfehlers, sondern unter Zugrundelegung
des Gesamtfehlers. Das ist ein wesentlicher Mangel des an sich bekannten, beschriebenen
Verfahrens.
-
Ein zweiter Mangel dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß im Gegensatz
zu den beiden anderen an sich bekannten, unter I. und 2. beschriebenen Verfahren
der Win dungs z ahlenvorabgleich des Wandlers keine Berücksichtigung findet. Die
beiden Fehler wirken in gleicher Richtung, und zwar so, daß nach diesem Meßverfahren
eine kleinere Überstromziffer ermittelt wird. Anders betrachtet werden also Wandler,
die nach diesem Verfahren gemessen werden, einen entsprechend größeren Aufwand im
Eisenkern für einen verlangten Wert von n aufweisen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf dem unter
Punkt 3 beschriebenen Meßverfahren, das den Vorteil eines. geringen Aufwandes, leichter
Bedienung und der unmittelbaren Ablesung hat, die beschriebenenMängel zu beheben.
-
Der Lösungsgedanke gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Stromwandlerdiagramm
in strommäßig kleinem Maßstab aus Leerlaufstrom und Leerlaufspannung auf der Sekundärseite
des Prüflings nachgebildet wird. Bei dem neuen Verfahren wird also vom Leerlaufstrom
über die Leerlaufspannung auf die Überstromziffer geschlossen, ohne daß es nötig
ist, den betriebsmäßigen Primär-bzw. Sekundärstrom wirklich fließen zu lassen und
aufzubringen. Bei dem neuen Verfahren werden die Vektorlage des Leerlaufstromes
zum betriebsmäßigen Sekundärstrom, der Windungszalilenvorabgleich und der Eigenverbrauch
des Prüflings berücksichtigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Meßgerät
entweder grundwellenselektiv oder als Effektivwertgerät gebaut werden kann.
-
In den Fig. 2 bis 9 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:
Hierbei sind nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Einzelheiten angegeben.
-
Fig. 2 ist eine Summenstromschaltung, während Fig. 3 eine Spannungssummierungsschaltung
zeigt; Fig. 4 ist eine sogenannte Stromkraftwaage, und Fig. 5 zeigt eine Thermoumformerwaage;
Fig. 6 ist eine Gleichrichterwaage; Fig. 7 zeigt das Gesamtschaltbiid, während Fig.
8 und 9 die schaltungsmäßlige Anwendung des Meßgerätes darstellen.
-
In Fig. 2 stellt I das induktive Regelgerät dar und 2 den zu prüfenden
Wandler (Prüfling) mit seiner Sekundärwicklung 3 und seiner Primärwicklung 4. In
der Wicklung 6 des Summenstromwandlers 5 fließt der Leerlaufstrom, den die Sekundärwicklung
3 des Prüflings 2 aufnimmt. Der außerdem in der Wicklung 6 fließende Strom für die
Sekundärstromnachbildung mittels. 9, IO ist gegenüber dem Leedaufstrom vernachlässigbar.
Mit Hilfe der Nachbildung, bestehend aus Ohmschem Widerstand 9 und Drosselspule
10, wird der betriebssmäßige Sekundärstrorn des Wandlers nachgebildet, der über
die Wicklung 7 des Summenstromwandlers geführt wird. Auf diese Weise entsteht in
derWicklung8des Summenstromwandlers 5 die Nachbildung des betriebsmäßigen Primärstromes
in der Wicklung 4 des Prüflings 2. Die aus dem Ohmschen Widerstand g und der Drosselspule
IO bestehende Nachbildung wird so bemessen, daß der nachgebildete Sekundärstrom
der an der Sekundärwicklung 3 anliegenden Klemmenspannung des Wandlers 2 um eineniWiull
nacheilt,derderNennborde entspricht.
-
In Fig. 3 ist eine ähnliche Nachbildung als Spannungssummierungsschaltung
dargestellt. Von dem indukti.ven Regler I wird über die Wicklung I2 des Wandlers
11 wieder die Sekundärwicklung 3 des zu prüfenden Wandlers (Prüfling) 2 gespeist.
In der Wicklung I3 des Wandlers fließt ein Strom, der dem Leerlaufstrom des Prüflings
stromes proportional ist. Er ruft am Widerstand I6 einen dem Leerlaufstrom proportionalen
Spannungsabfall hervor. Mittels der aus den Schaltelementen 14 und 15 bestehendenKunstschaltung
wird am Widerstand I 5 15 eine Nachbildung der betriebsmäßigen Sekundärklemmenspannung
des Wandlers 2 und damit des betriebsmäßigen Sekundärstromes des Wandlers 2 durchgeführt,
wobei wieder durch entsprechende Bemessung der Schaltelemente 14 und 15 der
Phasenwinkel
der Nennbürde berücksichtigt wird.
-
An den Klemmen 17 und 8 entsteht auf dieseWeise die spannungsmäß ige
Nachbildung des betriebsmäßigen Primärstromes.
-
Diese beiden an Hand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Nachbildungen
geben die WIöglichkeit, die Nachbildungen des betriebsmäßigen Primär-und des Sekundärstromes
des Prüflings 2 gegeneinander abzuwägen. Dies kann z. B. gemäß Fig. 4 mittels einer
Stroimkraftwaage erfolgen, wobei der Wicklung 19 die dem bletriebsmäßigenPrimärstrom
des Prüflings 2 nachgebildete Größe zugeführt wird, während die Wicklung 20 mit
einer Größe beschickt wird, die unter Zuhilfenahme der Schaltungen gemäß Fig. 2
und 3 zusammengesetzt ist aus g0/o des nadgebildeten Primärstromes, entsprechend
dem nachgebildeten Sekundärstrom im ttberstromzifferfalle gemäß der Definition,
und dem Leerlaufstrom.
-
Im Abgleichsfalle heben sich die Wirkungen der Wicklungen 19 und 20
auf denWaagebalken2I auf.
-
In befnedigender Weise könnte diese Stromkraftwaage z. B. ersetzt
werden durch zwei gegeneinander wirkende Systeme eines Meßgerätes, wobei die Meßsysteme
die beschriebenen Größen als Meßgröße erhalten und die Differenz messen.
-
In ähnlicher Weise wie mit der an Hand der Fig. 4 beschriebenen Stromkraftwaage
kann man den Effektivwertabgleich mit einer Thermoumformerwaage gemäß Fig. 5 durchführen.
Zwei Thermoumformer 22 und 23 werden gleichstromseitig gegeneinander geschaltet
und die Gleichstromseiten über ein Gleichstrommeßgerät 25 geschlossen. Die Heizwicklungen
der Thermoumformer 22 und 23 werden in gleicher Weise wie an Hand der Fig. 4 für
die Wicklungen I 9 und 2iOi beschrieben, beschickt. Eine Auswägung des arithmetischen
Mittelwertes ist mit einer Gleichrichterwaage gemäß Fig. 6 möglich. Die nachgebildeten
Größen werden hier den Gleichrichtersätzen 26 und 27 zugeführt, in deren Gleichstromkreisen
die Widerstände 28 und 29 liegen. In dem Kreis, der aus diesen Widerständen 28,
29 und dem Nullmeßgerät 30 gebildet wird, werden die Gleichstromkomponenten der
beiden Meßkreise miteinander verglichen. Durch Einfügung von so-Hz-Filtern kann
mit einer Anordnung gemäß Fig. 6 an Stelle des arithmetischen Mittelwertes der nicht
sinusförmigen Größen auch grundwellenselektiv, d. h. der arithmetische Mittelwert
lediglich der Grundschwingung gemessen werden.
-
In Fig. 7 ist unter Anwendung der bereits beschriebenen Anordnungen
nach den Fig. 2 bis 6 ein Gesamtschaltbild dargestellt. An den Klemmen 4 und B wird
entsprechend der Fig. 3 das induktive Regelgerät I und an den Klemmen C und D die
Sekundärwicklung 3 des Prüflings 2 angeschlossen.
-
Durch die Wicklung 32 des Wandlers 3I wird die Nennbürde des Prüflings
2 berücksichtigt, während die mit dem Anzapfschalter 39 versehene Wicklung 33 den
sekundären Eigenverbrauch des Prüflings 2 zu berücksichtigen gestattet. Der Stromwandler
47 mit seinen Wicklungen 46 und 48 entspricht dem Wandler II mit seinen Wicklungen
12 und 13 der Fig. 3. Die Gleichrichter'waage der Fig. 6 ist in der Fig. 7 durch
folgende Geräte dargestellt: Gleichrichtersätze 52 und 53, Vergleichswiderstände
55 und 56, Nullmeßgerätsg, Empfindlichkeitsregler 58.
-
Wie im Zusammenhang mit den Fig. 4 bis 6 erläutert wurde!, fließt
durch den Brückenzweig 55, 56, 57 die Nachbildung des Primärstromes, so daß am Meßgerät
57 die Überstromziffer unmittelbar abgelesen werden kann. Zur Herstellung der Symmetrie
in der Brückenschaltung ist in diese ein Ersatzwiderstand 54 für das Meßgerät 57
eingeschaltet. Mittels der Schaltelemente 42, 43 und X wird in ähnlicher Weise wie
in der Schaltung nach Fig. 3 der Phasenwinkel der Borde berücksichtigt.
-
An den Widerständen 45 entsteht eine Spannung, die dem Sekundärstrolm
bzw. goO/o des Primärstromes proportional ist. An diesen Widerständen ist eine Regelmöglichkeit
vorgesehen, die es gestattet, den Windungszahlenvorabgleich des Prüflings 2 durch
prozentuale Vergrößerung des Spannungsabfalls zu berücksichtigen. Diesem Spannungsabfall
wird über den Wandler 47 mittels des Widerstande!s 49 eine Spannung zugefügt, die
dem Leerlaufstrom des Prüflings 2 proportional ist, so daß an den Punkten I und
II analog wie an Hand der Fig. 3 geschildert, die eine derVergleichsgrößen entsteht.
Die Nachbildung des betriebsmäßigen Pnmärstromes des Prüflings 2 wird von der Wicklung
34 des Wandlers 31 über einen Justierwiderstand 5I dem Gieichrichtersatz 53 zugeführt.
50 ist ein Widerstand, der zusammen mit dem Widerstand 51 eine Symmetrierung der
Brückenschaltung 52-59 bewirkt. Zur Kontrolle der Brückenschaltung wird der Wicklung
34 zweckmäßig eine Anzapfung bei goO/o (Schalter 40) gegeben. Zur Erzielung einer
Grundwellenselektivität wird an die Wicklung 48 des Stromwandlers +7 ein Filter
60 angelegt, welches die Aufgabe hat, die Oberwellen des im Wandler 47 fließenden
Leerlaufstromes des Prüflings 2 abzusaugen, so daß durch den Widerstand 49 nur die
Grundwelle des Leerlaufotromes fließt.
-
Der bei der Messung im Prüfling 2 fließende Leerlaufstrom ruft an
der Sekundärwicklung 3 des Prüflings einen Spannungsabfall hervor, der fälschend
in die Messung eingeht. Um diesen Fehler zu beseitigen, wird mittels der Widerstände
6I und 62 durch den Leerlaufstrom ein Spannungsabfall zwischen der Klemme A und
dem Punkt III her vorgerufen, der vektoriell die gleiche Richtung hat wie der Spannungsabfall
an der Sekundärwicklung 3 des Prüflings 2. Seine Größe wird mittels des Wandlers
35 mit den Wicklungen 36 und 37 mit Hilfe des Schalters 41 auf den Prüfling 2 abgestimmt
und von der sekundären Klemmenspannung des Prüflings vektoriell subtrahiert, so
daß an den Wicklungen des Wandlers 3I die gleiche EMK wie die der Induktion im Eisenkern
des Prüflings 2 entsprechende auftritt, die für die tberstrolmeigenschaften bestimmend
ist. Zweckmäßig kuppelt man den Schalter 41 mit dem Schalter 39 für die Berücksichtigung
des sekundären Eigenverbrauchs zwangläufig. Der Stufenschalter 38 gestattet, die
Spannungen an der Wicklung 32 des Transfor-
mators 31 entsprechend
der Nennbürde des Wandlers zu wählen. Mittels des Kondensators 63 wird der induktive
Anteil des Leerlaufstromes des Wandtiers 3iI kompensiert.
-
Zum weiteren Verständnis des Erfindungsgedankens ist in Fig. 8 der
Anschluß der an Hand der Fig. 7 beschriebenen Meßschaltung, die in Fig. 8 als Meßgerät
66 zusammengefaßt ist, nochmals schematisch dargestellt. Hierbei sind 64 das induktive
Regelgerät, 65 ein Anpassungstransformator und 2 der Prüfling mit den Wicklungen
3 und 4.
-
Die an Hand der Fig. 7 beschriebene Schaltung, die beispielsweise
nur für einen einzigen sekundären Nennstrom, z. B. für 5 Ampere, ausgelegt werden
kann, kann mit Hilfe je eines Strom- und Spannungswandlers gemäß Fig. g auch für
andere sekundäre Nennströme, z. B. für I Ampere, verwendet werden. 64 und 65 stellen
wieder den induktiven Regler und Transformator, 2 den Prüfling dar. Parallel zu
den Klemmen der Sekundärwicklung 3 des Prüflings 2 wird ein Spannungswander 67 gelegt,
der gemäß dem gewählten Beispiel das Übersetzungsverhältuis 5:I erhält. Der Leerlaufstrom
des Prüflings 2 wird mittels des Wandlers 68 in umgekehrtem Verhältnis I:5 dem 5-Ampere-Meßgerät,
das die Schaltung nach Fig. 7 in sich vereinigt, zugeführt. Da die Schaltelemente
65, 67, 68 und 2 Hochspannungspotential annehmen können, sind eine Aufspaltung in
Schaltungsteile mit höherer und solche mit niederer Spannung und die Anwendung entsprechender
Schutzmaßnahmen zweckmäßig. Die Hochspannung führenden Schalte'iemente 6, 67, 68
und 2 können z. B. zu einem besonderen berührungssicheren Gerät vereinigt werden.