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Vorrichtung zur Messung elektrischer Energie.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung elektrischer Energie unter Berücksichtigung von Verlusten, die bei der Übertragung oder Umformung der Energie vor oder hinter der Messstelle entstehen. Z. B. soll bei der Transformierung von Hoch-auf Niederspannung die der Hochspannungsseite zugeführte volle Energie in einer ausschliesslich auf die Niederspannungsseite geschalteten Vorrichtung dadurch gemessen werden, dass die hinter den Transformator geschaltete Messvorrichtung auch die im Transformator entstehenden Verluste zu überwachen vermag.
Oder es soll die Messvorrichtung nach der Erfindung die Verluste in einer Fernleitung dadurch überwachen, dass die Verluste in einer am Anfang der Fernleitung angeordneten Messvorrichtung von der dort fliessenden Energie abgezogen oder in einer am Ende der Fernleitung angeordneten Messvorrichtung zu der dort fliessenden Energie addiert werden.
Sogar nichtelektrische, z. B. mechanische Verluste lassen sich nach der Erfindung überwachen. Z. B. kann die von einer Dynamomaschine aufgenommene mechanische Arbeit an den Klemmen der Dynamomaschine gemessen werden.
Die Erfindung gestattet also die Messung elektrischer Energie zuzüglich der vor der Messstelle entstehenden oder abzüglich der hinter der Messstelle eintretenden Verluste, u. zw. können Verluste überwacht werden, die sich aus einem von der Belastung unabhängigen und einem von der Belastung abhängigen Teil zusammensetzen.
Zu diesem Zwecke hat man bereits vorgeschlagen, in einem Wattmeter zusätzliche Drehmomente, die der Grösse und Richtung nach den Verlusten entsprechen, dadurch zu erzeugen, dass man dem Stromspulensystem des Wattmeters eine in gleichem oder entgegengesetztem Sinne wirkende Hilfsspannungsspule und dem Spannungsspulensystem eine in gleichem oder entgegengesetztem Sinne wirkende Hilfsstromspule zuordnet, oder dass man die Hilfsanordnungen als ein vom Quadrat der Spannung bzw. der Stromstärke abhängiges besonderes Triebsystem ausbildet, das mit dem Wattmeter so gekuppelt ist, dass beide auf dieselbe Anzeige- oder Zählvorrichtung wirken.
Ferner ist eine Vorrichtung zum Messen des Leerlaufstromes eines Transformators auf der sekundären Seite bekannt geworden, bei welcher dem Zähler durch einen auf der sekundären Seite liegenden Widerstand ein dem Leerlaufstrom entsprechender Strom zugeführt wird. Nach vorliegender Erfindung wird in einem normalen Messgerät zur Messung der von der Belastung unabhängigen Verluste ein diesen entsprechendes zusätzliches Drehmoment ebenfalls durch die Einführung eines zusätzlichen Stromes in die Stromspule erzeugt, gleichzeitig werden aber auch die von der Belastung abhängigen Verluste dadurch berücksichtigt, dass ein diesen Verlusten entsprechendes zusätzliches Drehmoment in demselben Messgerät durch die Einführung einer zusätzlichen Spannung in die Spannungsspule erzeugt wird.
Ähnlich wie bei der oben erwähnten bekannten Vorrichtung zum Messen des Leerlaufstromes ein dem Leerlaufstrom entsprechender Strom durch einen Widerstand dem Zähler zugeführt wird, kann nach vorliegender Erfindung sowohl der zusätzliche Strom wie auch die zusätzliche Spannung durch die Einschaltung je eines Ohmschen Widerstandes erzeugt werden, die je nachdem, ob das zusätzliche Drehmoment zu addieren oder abzuziehen ist, in entsprechender Weise mit der Strom bzw. Spannungsspule des Messgerätes verbunden werden. Der vom zusätzlichen Strom durchflossene Widerstand wird so bemessen oder eingestellt, dass der zusätzliche Strom mit der in das Messgerät eingeführten Spannung ein den von der Belastung unabhängigen Verlusten entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Der Widerstand zur Erzeugung der zusätzlichen Spannung wird so bemessen oder eingestellt, dass die zusätzliche Spannung mit dem in das Messgerät eingeführten Strom ein den von der Belastung abhängigen Verlusten entsprechendes Dreh-
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moment erzeugt. Durch diese zusätzlichen Drehmomente wird also die Verlustenergie selbst kompensiert, ohne ihre Faktoren, Strom und Spannung einzeln zu kompensieren.
Dadurch wird die Kompensierung lediglich durch Ohmsche Widerstände möglich, denn die einzelne Kompensierung von Strom und Spannung ist durch Ohmsche Widerstände allein nicht ausführbar
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in ihrer Anwendung zur Überwachung der von einem Leistungstransformator auf der Oberspannungsseite aufgenommenen Energie durch eine auf die Unterspannungsseite geschaltete Messvorrichtung schematisch dargestellt.
In beiden Abbildungen bezeichnet P die Primär-, S die Sekundärwicklung des Leistungstransformators, a die Stromspule, t die Spannungsspule eines Zählers, n und m veränderbare Ohmsche Widerstände zur Erzeugung bzw. Einstellung der in die Zähler einzuführenden zusätzlichen Ströme bzw. Spannungen und M den von der Sekundärwicklung S gespeisten Verbraucher.
In der Schaltung nach Fig. 1 liegt die Stromspule a im Verbraucherkreise und der Widerstand zur Erzeugung des zusätzlichen Stromes ist parallel zum Verbraucher M geschaltet. Dadurch erhält die Stromspule a auch bei ausgeschaltetem Verbraucher M einen Strom, dessen Wert mit Hilfe des Widerstandes n so eingestellt wird, dass der Zähler eine den Leerlaufverlusten des Transformators PS gleiche Belastung anzeigt. Nach Einschaltung des Verbrauchers M fliesst auch der Belastungsstrom desselben durch die Stromspule a, so dass der Zähler den Nutzverbrauch samt der Leerlaufsarbeit anzeigt.
Der Widerstand m zur Erzeugung der zusätzlichen Spannung ist an die Klemmen der Sekundärwicklung 81 eines Stromwandlers gelegt, dessen Primäre P1 in Reihe mit der Stromspule a liegt. Dieser Widerstand m erhält also einen dem Belastungsstrom des Transformators PS verhältnis-und phasengleichen Strom und wird so bemessen oder eingestellt, dass er einen Spannungsabfall erzeugt, der dem auf die-Sekundärseite. bezogenen Ohmschen Spannungsabfall. in den Wicklungen des belasteten Transformators PS gleich ist. Um den Spannungsabfall im Widerstand m zur sekundären Klemmenspannung des Transformators PS addiert in den Zähler einzuführen, ist der.
Widerstand m mit der Spannungsspule f in Reihe geschaltet und diese Gruppe m, f an die sekundären Klemmen des Transformators PS gelegt.
Es ist dabei gleichgültig, ob der Spannungskreis m,/vor oder hinter die Primärwicklung P1 des Stromwandlers geschaltet wird.
Ist die Belastung des Transformators PS so hoch, dass der Belastungsstrom nicht unmittelbar durch die Stromspule a geleitet werden kann, so bedient man sich nach Fig. 2 eines Stromwandlers P2S2 zur Einführung des Belastungstromes in den Zähler.
Um den zusätzlichen Strom in wirtschaftlicher Weise zu erzeugen, wird nach Fig. 2 auch der Widerstand n unter Zwischenschaltung eines Spannungswandlers pSg gespeist.
Statt Zähler lassen sich auch Leistungsmesser ohne Abänderung der Schaltungen verwenden.
Für Mehrphasensysteme oder Einphasensysteme mit mehr als zwei Leitungen kann die Messvorrichtung durch mehrfache Anwendung der Bestandteile in der üblichen Weise zusammengestellt werden. Mit Rücksicht darauf, dass in diesen Systemen die Phasen bzw. Teilspannungen praktisch gleich gehalten werden,. genügt es jedoch, den zusätzlichen Strom nur einer der Stromspulen zuzuführen. Sind die Aussenleiter gleich belastet, so genügt, auch die zusätzliche Spannung nur in eine der Spannungspulen einzuführen.
Soll bei der Transformierung von Nieder- auf Hochspannung die an derHochspannungs-Sekundär- seite abgenommene nützliche Energie mittels ausschliesslich auf die Niederspannungs-Primärseite geschalteter Vorrichtungen gemessen werden, so sind die Transformatorverluste von der primären Energie abzuziehen. Zu diesem Zwecke brauchen die Schaltungen nach Fig. 1 und 2 nur so weit abgeändert zu werden, dass der zusätzliche Strom und die zusätzliche Spannung in entgegengesetztem Sinne in den Zähler eingeführt werden.
Bei der Messung von über Fernleitungen übertragener Energie unter Berücksichtigung der Übertragungsverluste lassen sich die von der Belastung unabhängigen Teile der Verluste-wie die elektrischen Verluste der durch die Isolation gebildeten Kondensatoren, die Strahlung und die Ableitung-mittels des zusätzlichen Stromes und die von der Belastung abhängigen Ohmschen Verluste mittels der zusätzlichen Spannung überwachen. Wird am Anfang der Fernleitung gemessen, so sind die zusätzlichen Werte abzuziehen, damit die Messvorrichtung die am Ende der Fernleitung abnehmbare Nutzenergie anzeigt. Soll aber die gesamte in die Fernleitung gesandte Energie am Ende der Fernleitung gemessen werden, so sind die zusätzlichen Werte zu den am Ende der Fernleitung herrschenden Strom-und Spannungswerten zu addieren.
Ähnlich lässt sich die von Dynamomaschinen. aufgenommene mechanische Energie durch Addition und die mechanische Nutzenergie von Elektromotoren durch Abzug des zusätzlichen Drehmomentes messen. Die von der Belastung unabhängigen Verluste lassen sich mittels des Widerstandes n und die von der Belastung abhängigen Verluste mittels des Widerstandes m überwachen.
Die ausserhalb des eigentlichen Messgerätes a, f liegenden Zubehöre, wie die Widerstände n, m und die Strom-und Spannungswandler si, ss, Sgpg, werden vorteilhaft in einem Gehäuse untergebracht.
Bei Vorrichtungen zur Messung der Energie von Transformatoren lassen sich dieselben Zubehöre am Transformator anbringen oder im Ölgehäuse des Transformators unterbringen.
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Zur Vermeidung von Fehlschaltungen empfiehlt es sich, die mit den Klemmen 1, 2,3... usw. des Messgerätes zu verbindenden Klemmen 1', 2', 3'... usw. in einer Reihe so anzuordnen, dass die Verbindungen der Reihe nach vorzunehmen sind, dass also die erste Klemme T mit der ersten Klemme 1 des Messgerätes, die zweite Klemme 2'mit der zweiten Klemme 2 des Messgerätes usw. zu verbinden ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung elektrischer Energie unter Berücksichtigung der bei der Übertragung bzw. Umformung der Energie vor oder hinter der Messstelle entstehenden Verluste, bei welcher zur Messung der von der Belastung unabhängigen Verluste ein diesen entsprechendes zusätzliches Drehmoment im Messgerät durch die Einführung eines zusätzlichen Stromes in die Stromspule erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Messung der von der Belastung abhängigen Verluste eine zusätzliche Spannung in die Spannungsspule (f) eingeführt wird, um ein diesen Verlusten entsprechendes zusätzliches Drehmoment im Messgerät zu erzeugen.