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Einrichtung zur Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren.
Für das Parallelarbeiten von Transformatoren ist es unbedingt erforderlich, dass dieselben das gleiche Übersetzungsverhältnis haben, da andernfalls die Netzverhältnisse durch die entstehenden Ausgleichströme ungiinstig beeinflusst werden. Die bekannte Methode zur Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren mit Hilfe der Messung von Primär-und Sekundärspannung ist einmal sehr ungenau und ferner an das Vorhandensein einer Hochspannungsanlage gebunden. Diese Ungenauigkeit ergibt sich durch die Fehler, die den einzelnen zur Messung notwendigen Geräten, wie Wechselspannungsmesser, Spannungswandler oder Vorschaltwiderstände anhaften, hiezu kommt der Ablesefehler der beiden Messinstrumente, da diese bei Spannungsschwankungen gleichzeitig abgelesen werden müssen.
Es können so unter ungünstigen Umständen Fehler bis zu 2% zustande kommen. Doch vergrössern sich diese noch, wenn die Spannungswandler und die Spannungsmesser nicht bei ihrer Nennspannung bzw. Endausschlag benutzt werden, da sich die Genauigkeitsgarantie dieser Geräte ja nur auf letztere Werte bezieht. Die Messung des Übersetzungsverhältnisses bei einer wesentlich unter der Primärnennspannung des Leistungstransformators liegenden Spannung hat aber noch den weiteren Nachteil, dass die Übersetzung nicht bei Leerlauf, wie vorgeschrieben, sondern mit irgendeiner oft unzulässig grossen Belastung gemessen wird, denn in einem solchen Fall bilden Spannungswandler und Spannungsmesser für den Prüfling eine Belastung, die, auf die Nennspannung bezogen, mit dem
Quadrat der Ermässigung der Prüfspannung unter die Nennspannung vervielfacht werden muss.
Die Regeln der J. E. C. schreiben für die Genauigkeit des Leerlaufübersetzungsverhältnisses eines Leistungstransformators 05% des gewährleisteten Wertes oder ein Zehntel der wirklichen Kurzschlussspannung vor, wobei der jeweils niedrigere der beiden Werte gilt. Bei tatsächlich vorkommenden Kurzschlussspannungen bis herab zu 3% bedeutet diese Vorschrift eine Gewährleistung des Leerlauf- übersetzungsverhältnisses von 0-3 bis 0. 5%. Es ist daher von dem angewandten Messverfahren mindestens dieselbe Genauigkeit zu verlangen.
Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, die die verschiedensten Übersetzungsverhältnisse von Leistungstransformatoren bis zu den höchsten Nennspannungen auf mindestens + 0-3% zu messen gestattet, ohne an eine Hochspannungsanlage und an in Hochspannungsarbeiten geschultes Personal gebunden zu sein. Die Messung selbst erfolgt, von einem Sonderfall abgesehen, mit Niederspannung, sie ist von Spannungsschwankungen unabhängig und kann von einer Person durchgeführt werden. Es ergibt sich dadurch der grosse Vorteil, dass der Transformator schon während der Montage oder Reparatur auf ein genaues Übersetzungsverhältnis nachgeprüft werden kann, so dass viel an Zeit und Kosten gespart wird, wenn auf diese Weise Wicklungsfehler rechtzeitig entdeckt werden.
Die Grundlage der Erfindung bildet die bekannte Spannungswandlerprüfeinrichtung nach Robinson, die in Fig. 1 der Zeichnung unter Weglassung des Selbstinduktionsvariometers, das zur Messung des bei Leistungstransformatoren nicht interessiernden Winkelfehlers dient, dargestellt ist.
Das Weglassen der regelbaren Gegeninduktivität hat lediglich zur Folge, dass das Anzeigeinstrument nicht auf Null, sondern auf ein Ausschlagsminimum abgeglichen wird. Es bedeuten Ei und E2 die Primär-bzw. die Sekundärspannung, einen Spannungsteiler parallel zur Hochspannungswicklung, G ein Nullinstrument. Bei Spannungswandlern wird die Sekundärspannung der Grösse und Phase nach gegen einen Teil der Primärspannung über ein Vibrationsgalvanometer kompensiert, doch, da Spannungswandler mit der Nennspannung geprüft werden müssen, muss der Spannungsteiler für Hochspannung dimensioniert werden, wodurch die praktische Anwendung der Einrichtung verhindert wurde.
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Benutzt man die Einrichtung zur Messung des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren, was mit niedriger Spannung möglich ist, da bei diesen das Übersetzungsverhältnis praktisch unabhängig von der Messspannung ist, so ist der Spannungsteiler leicht ausführbar, allerdings mit der Einschränkung, dass nur Transformatoren mit ein und demselben Übersetzungsverhältnis geprüft werden. Es gilt dann nach erfolgter Kompensation die Beziehung
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Ein geeichter Schleifdraht ermöglicht also direkt die Ablesung des Übersetzungsverhältnisses in Prozenten.
Soll jedoch diese Schaltung zur Prüfung verschiedener Übersetzungsverhältnisse dienen, so müsste jedesmal ein anderer Spannungsteiler verwendet werden, wenn dieselben Genauigkeits-und Empfindlichkeitsverhältnisse beibehalten werden sollen. Dies stösst aber auf technische Schwierigkeiten, da der Spannungsteiler infolge seines jeweils andern Gesamtwiderstandes einen ganz unterschiedlichen Wattverbrauch von einigen Watt bis zu einigen Kilowatt aufweisen würde, anderseits eine Ausführung des gesamten Spannungsteilers als Schleifdraht einmal wegen dieser verschiedenen Belastung und dann wegen des hohen Gesamtwiderstandes praktisch unmöglich ist. Vor allem würde bei der Notwendigkeit, mehrere Spannungsteiler benutzen zu müssen, der Vorteil einer einfachen, leicht bedienbaren und tragbaren Prüfeinrichtung verloren gehen.
Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäss nun dadurch vermeiden, dass unter Verwendung eines Hilfswandlers und eines Spannungsteilers der Vergleich der Spannungen zwischen einem Teil der Spannung an der Primärseite des zu untersuchenden Transformators und der Sekundärspannung des Hilfswandlers durch Kompensation erfolgt. Der Hilfswandler besitzt primär so viele Anzapfungen, dass unter Ausnutzung des Regelbereiches des Spannungsteilers die Übersetzungsverhältnisse kontinuierlich erfasst werden und annähernd auch eine gleichgrosse Kompensationsspannung vorhanden ist, die Empfindlichkeit der Anordnung also praktisch stets die gleiche ist und somit dieselben Schaltelemente verwendet werden können.
Der Hilfswandler hat dabei einen so geringen Eigenverbrauch, dass er für den Prüfling eine vernachlässigbare kleine Belastung bedeutet, das Übersetzungsverhältnis also praktisch bei Leerlauf gemessen wird.
Um auch bei sehr hohen Primärspannungen des Leistungstransformators die Messung mit Niederspannung bei genügender Genauigkeit durchführen zu können, wird weiteren Erfindungsgedanken zufolge eine über die Messspannung der Prüfeinrichtung um ein bestimmtes Vielfaches erhöhte Spannung primärseitig an den zu prüfenden Transformator gelegt und diese Spannung vermittels eines Spannungswandlers oder Vorwiderstandes auf eine dem Spannungsteiler angepasste Normalniederspannung reduziert. Besitzt der Prüfling neben einer sehr hohen Primärnennspannung auch eine hohe Sekundärspannung, so wird zwischen die Sekundärwicklung des Transformators und die Primärwicklung des Hilfswandlers noch zusätzlich ein Zwischenwandler eingeschaltet, wobei dann zweckmässig die Übersetzungsverhältnisse des Reduzierwandlers und des Zwischenwandlers gleich sind.
Da, wie schon gesagt, die Prüfeinrichtung gemäss der Erfindung bei allen Übersetzungsverhältnissen praktisch die gleiche Empfindlichkeit aufweist, so kann man als Kompensationsmessinstrument statt der teuren Nullgalvanometer bei Wahl einer genügend grossen Kompensationsspannung ein Drehspulinstrument mit Trockengleichrichter verwenden, wobei man letzterem dadurch eine Grundbelastung geben kann, dass man den Hilfswandler mit einem entsprechend grossen Winkelfehler versieht. Zur Erkennung einer die Prüfeinrichtung gefährdenden hohen Spannung wird ferner vorteilhaft zwischen die Sekundärseite des Hilfswandlers und den Spannungsteiler ein Warnungszeichen, z. B. eine Glimmlampe, geschaltet.
Die Wirkungsweise der Erfindung soll an Hand eines Beispiels und der Fig. 2,3 und 4 der Zeichnung näher erläutert werden. Es sei das Übersetzungsverhältnis eines Transformators 5000 : 1000 Volt zu prüfen.
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zu verwenden. Die Kompensationsspannung bleibt dabei stets die gleiche, ebenso die Teilung des
Schleifdrahtes und die Empfindlichkeit der Anordnung. Die Belastung des Prüflings durch den Hilfs- wandler muss natürlich so klein sein, dass. durch ihn kein zusätzlicher Fehler in die Messung kommt.
Eine Reihe von Messungen der Übersetzungsverhältnisse von Transformatoren der ver- schiedensten Spannung-und Leistungsverhältnisse ergab, dass diese bis zu Spannungen von 30 k V mit der Prüfeinrichtung gemäss Fig. 2 auf mindestens + 0. 3% gemessen werden konnten. Darüber hinaus treten grössere Fehler auf, die auf die geringe Sättigung des Eisens bei einer Erregerspannung von 220 Volt zurückzuführen sind. So wurde beispielsweise an Transformatoren mit einer primären
Nennspannung von 100. 000 Volt bei einer Erregerspannung von 220 Volt die Sekundärspannung um 0. 7% zu klein gemessen, ein Fehler, der aber noch weit unter denen der bekannten Messeinrich- tungen liegt.
Erhöht man die Erregerspannung beispielsweise auf das Zehnfache und reduziert man diese über den Spannungswandler (Reduzierwandler RW) gemäss Fig. 3 auf die für den Spannungsteiler R1 vorgesehenen Normalspannung von 220 Volt, dann kann man auch solche Transformatoren auf + 0. 3% genau messen. Dieser kleine Messwandler muss lediglich für die Belastung, die der Spannungsteiler für ihn bildet, genau auf den Übersetzungsfehler Null abgeglichen werden, was durch sekundäre und primäre Windungsänderung leicht möglich ist. Die Anwendung der erhöhten Spannung macht die Erdung der Einrichtung zum Schutz gegen gefährliche Spannungen notwendig. Man kann natürlich die Reduzierung der erhöhten Erregerspannung auch durch einen dem Spannungsteiler R1 vorgeschalteten Widerstand erreichen.
Die Messung selbst geht bei Verwendung des Reduzierwandlers auf dieselbe Weise vor sich wie ohne diesen. Lediglich die Einstellung des Übersetzungswählers am Hilfswandler HW hat nicht mehr auf einen dem Nennübersetzungsverhältnis ÜN möglichst nahen Wert zu geschehen, sondern auf einen Wert, der dem Verhältnis ÜN : ÜRW nahekommt, wobei ÜRW das Nennübersetzungsverhältnis des Reduzierwandlers bedeutet. Bei Verwendung eines Reduzierwandlers von 2.200 : 220 Volt ist also am -Schalter ein zehnmal kleineres V einzustellen, als dem ÜN des Prüflings entspricht. Das bedeutet gleichzeitig, dass mit dem Reduzierwandler zehnmal höhere Übersetzungsverhältnisse gemessen werden als ohne ihn.
Die Erhöhung der Messspannung des Prüflings auf 2200 Volt, also das Zehnfache, verringert seine Belastung durch den Hilfswandler HW auf den hundertsten Teil, so dass auf diese Weise ohne weiteres auch Höchstspannungsprüftransformatoren gemessen werden können, wobei gerade die Erhöhung des Ü-Messbereiches auf das Zehnfache von Vorteil ist, da deren Übersetzungsverhältnis meist sehr hoch ist. Das Übersetzungsverhältnis des Reduzierwandlers kann natürlich auch kleiner oder grösser gewählt werden. Es wird nämlich nicht nur durch die Höhe der primären Nennspannung des Prüflings, sondern auch von dessen Übersetzungsverhältnis bestimmt, das dabei noch von der Prüfeinrichtung erfasst werden muss.
Nach Fig. 4 ist zwischen die Sekundärseite W2 des Prüflings und die Primärseite des Hilfswandlers HW der Zwischenwandler ZW eingeschaltet, der die Sekundärspannung eines Prüflings mit sehr hohen Primär-und Sekundärspannungen, also kleinem Übersetzungsverhältnis, der Primärspannung des Hilfswandlers anpasst. Vorteilhaft wird man dabei das Übersetzungsverhältnis eines solchen Zwischenwandlers genau gleich dem des Reduzierwandlers wählen, da man dann wieder dieselben Messbereiche hat wie in der Einrichtung vorgesehen. Ein solcher Zwischenwandler muss natürlich ebenfalls geringen Eigenverbrauch haben, da er für den Prüfling eine weitere Belastung bedeutet.
Doch ist dies verhältnismässig leicht zu erreichen, zumal gerade Höchstspannungs-Leistungstrans- formatoren mit kleinem Übersetzungsverhältnis stets eine grosse Nennleistung besitzen, sie also trotz der zusätzlichen Belastung durch einen Zwischenwandler noch praktisch bei Leerlauf gemessen werden.
Wie schon erwähnt, wird als Nullinstrument ein Drehspulinstrument mit Trockengleichrichter verwendet. Da dieses den Nachteil hat, bei sehr kleinen Strömen unempfindlich zu sein, könnte man dem Gleichrichter eine Vorspannung geben. Es ist aber auch möglich, dem Gleichrichter dadurch eine Grundbelastung zu geben, dass der Hilfswandler HW einen Winkelfehler gewisser Grösse erhält, damit das Instrument in seinem empfindlicheren Bereich arbeitet.
Um die Prüfeinrichtung nicht durch hohe Spannungen zu gefährden, liegt gemäss Fig. 4 zwischen der Sekundärseite des Hilfswandlers HW und dem Spannungsteiler R1 ein Warnungszeichen a, z. B. eine Glimmlampe, die bei Überschreiten der normalen Kompensationsspannung aufleuchtet. Die Ursache solcher erhöhten Spannung kann ein Windungsschluss oder eine falsche Polung des Prüflings sein, wodurch sich die Spannung des Hilfswandlers und des Spannungsteilers addieren, oder ein am Übersetzungswähler des Hilfswandlers falsch eingestelltes Übersetzungsverhältnis. In allen Fällen wird der Bedienende durch das Aufleuchten der Glimmlampe davor gewarnt, den Empfindlichkeitsregler b des Messinstrumentes c von der Stellung auf die einzelnen Empfindlichkeitsstufen zu drehen.
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