Einrichtung zur Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren. Für das'Parallelarbeiten von Transforma toren ist es unbedingt erforderlich, dass die selben das gleiche Übersetzungsverhältnis haben, da andernfalls die Netzverhältnisse durch die entstehenden Ausgleichsströme un günstig beeinflusst werden.
Die bekannte Methode zur Bestimmung des -Übersetzungs verhältnisses von Leistungstransformatoren mit Hilfe der Messung von Primär- und 'Se- kundärspannung im Leerlauf 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,
Span nungswandler oder Vorschaltwiderstände an haften; hierzu kommt der Ablesefehler der beiden MeBinstrumente, da diese bei Span- nungsschwankungen gleichzeitig abgelesen werden müssen. Es können so unter ungünsti gen Umständen Fehler bis zu 2 % zustande kommen.
Doch vergrössern sich diese noch, wenn die Spannungswandler und die Span nungsmesser nicht bei ihrer Nennspannung bezw. Endausschlag benutzt werden, da sich die Genauigkeitsgarantie dieser Geräte.ja nur auf letztere Werte bezieht.
Die Messung des Übersetzungsverhältnisses bei einer wesent- lich unter der Primärnennspannung des Lei- stnn,gstransformators liegenden Messspannung hat aber noch den. weiteren Nachteil, :
das die Übersetzung nicht bei Leerlauf, -wie -vorge schrieben, sondern mit irgend .einer für die Möglichkeit des Erhaltes eines -möglichst ge nauen Resultates ,oft unzulässig grossen Be- lastung ,gemessen wird;
denn in einem solchen Fall bilden Spannungswandler und Span nungsmess-r für den Prüfling eine Belastung, die, auf .die Nennspannung bezogen, mit dem Quadrat des Verhältnisses von Nennspannung zur Messspannung multipliziert werden muss.
Soll zum Beispiel das Übersetzungsverhältnis eines <B>30</B> 000V-Transformators mit einer Span- nung von 3000V gemessen werden, wobei seine Belastung durch Spannungswandler und Spannungsmesser 10 VA betragen möge, so ist seine Belastung bei Nennspannung
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Die Regeln der LE.C. schreiben eine Genauig keit des Leerlaufübersetzungsverhältnisses eines Leistungstransformators bis auf 0,
5 $'o des gewährleisteten Wertes oder %o des Pro zentsatzes der wirklichen Kurzschlussspan- nung bei Nennbelastung vor, wobei der je weils niedrigere der beiden Werte gilt. Bei tatsächlich vorkommenden Kurzschlussspan- nungen bis herab zu 3 % bedeutet diese Vor schrift eine Gewährleistung des Leerlauf Übersetzungsverhältnisses von 0,3 bis 0,5 g'o .
Es ist daher von dem angewandten Messver- fahren mindestens dieselbe Genauigkeit zu verlangen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu grunde, eine Prüfeinrichtung zu schaffen, die die verschiedensten Übersetzungsverhältnisse von Leistungstransformatoren bis zu den höchsten Nennspannungen auf mindestens +_ 0,3 %o zu messen gestattet.
Weitere Forde rungen, die an die Prüfeinrichtung gestellt werden, sind die, dass, von einem Sonderfall abgesehen, die Messung mit Niederspannung, also unter Benutzung des normalen Netzes er folgen kann, die Messung von Spannungs schwankungen unabhängig ist und von einer einzigen Person durchgeführt werden kann.
Eine diesen Anforderungen entsprechende Prüfeinrichtung bringt den grossen Vorteil mit sich, daB der Transformator schon wäh rend der Montage oder Reparatur auf ein genaues Übersetzungsverhältnis nachgeprüft werden kann, so daB viel an Zeit und Kosten gespart wird, wenn auf diese Weise Wick lungsfehler rechtzeitig entdeckt werden.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die be kannte Spannungswandler-Prüfeinrichtung nach Robinson (s. Keinath 1921, S. 314 "Die Technik der elektrischen MeBgeräte"), die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist.
Es be deuten El und EZ die Primär- bezw. Sekun därspannung, R1 einen Spannungsteiler par- allel zur Hochspannungswicklung,
G ein Nullinstrument und Y ein Selbstinduktions- variometer. Die Sekundärspannung wird der Grösse und Phase nach gegen einen Teil der Primärspannung über das als Vibrationsgal- vanometer ausgebildete Nullinstrument kom pensiert.
Diese Prüfeinrichtung hat aber keine praktische Bedeutung erlangt, da der Span- nungsteiler wegen der Vorschrift, dass Span nungswandler mit der Nennspannung zu prü fen sind, für Hochspannung ausgelegt wer den müsste. Benutzt man diese Einrichtung jedoch zur Messung des Übersetzungsverhält- nisses von Leistungstransformatoren, was mit niedriger Spannung möglich ist,
da bei Lei- stungstransformatoren das Übersetzungsver hältnis praktisch unabhängig von der Mess- spännung ist, so ist der Spannungsteiler leicht ausführbar,.
allerdings mit der Einschrän- kung, ' dass nur Transformatoren mit ein und demselben Übersetzungsverhältnis mit dersel ben Genauigkeit geprüft werden können.
Es gilt dann nach erfolgter Kompensation die Beziehung
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Ein geeichter Schleifdraht .S' ermöglicht also -direkt die Ablesung des Übersetzungs verhältnisses in Prozenten. Man wird in sol chen Fällen das Selbstinduktionsvariometer wegfallen lassen können, da bei Leistungs- transformatoren der Winkelfehler nicht inter essiert, allerdings wird der Ausschlag des Nullinstrumentes wegen der Stromkompo nente,
die von dem Winkelfehler herrührt. nicht ganz zu Null werden, sondern ein Minimum annehmen.
Soll jedoch diese Schaltung zur Prüfung verschiedener Übersetzungsverhältnisse dien neu, so würde dies, wenn man den gleichen Spannungsteiler beibehalten wollte, bedeuten,
daB sich die vom Spannungsteiler abgegrif fene Kompensationsspannung und damit die Empfindlichkeit der Anordnung mit den ver schiedenen Übersetzungsverhältnissen sehr stark ändern würde und so ein besonders emp findliches Nullinstrument, wie z. B. ein Na- delvibrationsgalvanometer, erforderlich wäre.
Abgesehen von der Üngeeignetheit des Nadel- vibrationsgalvanometers für Messungen im praktischen Betrieb müsste anderseits in sol chen Fällen der Spannungsteiler in seiner ganzen Ausdehnung als einfacher oder Wen delschleifdraht ausgebildet werden. Ist dabei auch die verständliche Forderung, dass gleiche Verschiebungen des Schleifkontaktes stets derselben prozentualen Übersetzungsänderung entsprechen sollen, zu erfüllen, so müsste der Schleifdraht einen sich fortlaufend ändern den Querschnitt erhalten, was sich praktisch bei seinem hohen Gesamtwiderstand kaum verwirklichen lässt.
Günstigere Verhältnisse in bezug auf gleichbleibende Empfindlichkeit bezw. Ge nauigkeit der Anordnung würde man erhal ten, wenn man jeder Änderung des über- setzungsverhältnisses den Spannungsteiler in seinem Gesamt-widerstandswert anpassen würde, so dass letzterer bei einem grossen Übersetzungsverhältnis klein, bei einem klei nen Übersetzungsverhältnis dagegen gross wäre. Man müsste also mehrere Spannungs- teiler vorsehen und sie dauernd auswechseln. Dies stösst aber auf technische Schwierigkei ten, da die Spannungsteiler infolge ihres je.
weils andern Gesamtwiderstandes einen gro. ssen unterschiedlichen Wattverbrauch von ei nigen Watt bis zu einigen Kilowatt aufwei sen würden. Vor allem würde dabei aber auch der Vorteil einer leicht bedienbaren und trag baren Prüfeinrichtung verloren gehen.
Die genannten Nachteile lassen sich bei der vorliegenden Einrichtung zur Bestim mung des Übersetzungsverhältnisses von Lei stungstransformatoren bis zu den höchsten Nennspannungen, an welche Einrichtung der zu prüfende Transformator so anzuschliessen ist, dass dessen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung über einen Span- nungsteiler und ein Nullinstrument gegenein ander geschaltet sind, erfindungsgemäss da durch vermeiden,
dass zwischen dem für eine bestimmte Messspannung ausgelegten Span- nungsteiler und den Klemmen für den An schluss der Unterspannungswicklung ein Hilfswandler mit veränderlichem Über- setzungsverhältnis angeordnet ist, und dessen Sekundärspannung so gross bemessen ist, dass als Nullinstrument (zum Beispiel statt des für Betriebsmessungen ungeeigneten Nadel vibrationsgalvanometers)
ein Drehspulinstru- ment mit Trockengleichrichter anwendbar ist. Zweckmässigerweise besitzt der Hilfswandler primärseitig so viele Anzapfungen, dass das Verhältnis von dessen Sekundärspannung zu der am Spannungsteiler liegenden Spannung und damit die Empfindlichkeit der Einrich- tung für alle zwischen ü = 2,08 und i% =<B>312,
5</B> liegenden Übersetzungsverhält nisse praktisch stets die gleichen bleiben. Da bei weist der Hilfswandler vorzugsweise einen solchen Winkelfehler auf, dass der Trockengleichrichter im Betrieb der Einrich- tung eine Grundbelastung hat.
Der Eigenverbrauch des Hilfswandlers ist zweckmässigerweise nicht grösser als 0,01 VA, so dass er für den Prüfling eine vernachlässig- bar kleine Belastung bedeutet und das Über setzungsverhältnis des Transformators also praktisch bei Leerlauf gemessen wird. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 2 der Zeichnung veran schaulicht und ihre Wirkungsweise im fol genden näher erläutert.
Es sei zunächst das Übersetzungsverhält nis eines Transformators 5000 Volt<B>: 1000</B> Volt zu prüfen.
Die Oberspannungswicklung W, des Transformators wird mit E, = 220 Volt ge speist und mit den Anschlussklemmen K" und g. der Messeinrichtung verbunden. Zwischen diesen Anschlussklemmen liegt der Span nungsteiler B1 mit 2000 Ohm Widerstand, der also einen Strom
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führt.
Bei richtigem Übersetzungsverhältnis beträgt die Sekundärspannung
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Der Schleifkontakt steht- dabei auf der Mitte des als Schleifdraht ausgebildeten Teils S des Spannungsteilers. Sollen Spannungsfehler bis 20 /*K ablesbar sein, so muss der Span- nungsteiler gestatten, den Spannungsbereich 44 8,8 Volt abzugreifen, so dass sich der Widerstand des SchleifdrahtesS zu
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ergibt.
Die festen Teilw@-iderstände betragen danach r1 = 320 Ohm und r2 = 1520 Ohm.
Die Klemmen K21 und K22 der Einrich- tung, an welche die Unterspannungswicklung W, des Transformators anzuschliessen ist, sind mit dem Hilfswandler HW verbunden, an dem verschiedene Übersetzungsverhält- nisse mit dem Übersetzungswähler U einstell bar sind.
Da bei dem genannten Beispiel die Spannung an der Unterspannungswicklung W, bei einem Übersetzungsfehler gleich Null 44 Volt beträgt, die gleiche Spannung aber auch von dem Spannungsteiler abgegriffen wird, so ist an dem Hilfswandler HW das Übersetzungsverhältnis 44 : 44 zu verwenden, das mit dem am Übersetzungswähler U ein gestellten Nennübersetzungsverhältnis des Transformators von 5 : 1 identisch ist.
Will man nun einen Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis 50000Volt : 1000 Volt prüfen, so wird bei El = 220 Volt E, = 4,4 Volt. In diesem Fall ist das Übersetzungs- verhältnis 4,4 : 44, d. h. 1 Volt : 10 Volt am Hilfswandler HW zu benutzen, das dem am Transformator vorhandenen Nennüberset- zungsverhältnis von 50 : 1 entspricht.
Da die Sekundärspannung des Hilfswand- lers praktisch stets gleich bleibt und auch am Spannungsteiler B1 stets die gleiche Span nung liegt, so tritt an dem Abgriff des Span- nungsteilers selbst bei einem höchsten Über setzungsfehler des Prüflings, der mit der Prüfeinrichtung noch erfasst werden kann, eine Schwankung der Spannung von nur 20 nach beiden Richtungen auf, so dass man die Empfindlichkeit der Einrichtung für alle prüfbaren Übersetzungsverhältnisse als prak tisch konstant ansehen kann.
Bei einem Transformator mit Überset zungsfehler berechnet sich das tatsächliche Übersetzungsverhältnis Üiet, wenn der Ab- gleich bei der Schleifkontaktstellung a ein- tritt, zu
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,
wobei ü das am über- setzungswähler U eingestellte Übersetzungs- verhältnis ist und die Stellung a = 100 dem Übersetzungsfehler gleich Null entspricht.
Bei einer zweckmässigen Ausführungs- form der Einrichtung -erhält der Hilfswandler HW so viele Anzapfungen, dass sich am Über- setzungswähler 15 runde Übersetzungsver- hältnisse von ü = 2,5 bis ü = 250 einstellen lassen.
Bei Berücksichtigung der kleinsten (a = 80) und grössten (a = 120) Abwei chung des Schleifkontaktes von der Stellung a = 100 ergibt sich das niedrigste zu messende Übersetzungsverhältnis zu
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und das grösste zu messende Übersetzungsver- hältnis zu
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Die erreichbare gleichbleibende und ver hältnismässig hohe
Sekundärspannung des Hilfswandlers ermöglicht, wie schon erwähnt, die Anwendung eines normalen Drehspui- instrumentes mit Trockengleichrichter als Nullinstrument N.
Da der Gleichrichter an sich bei kleinen Strömen sehr unempfindlich ist, gibt man ihm zweckmässigerweise da- durch eine Grundbelastung, indem der Hilfs- wandler HW einen Winkelfehler gewisser Grösse erhält,
so dass das Instrument in seinem empfindlicheren Bereich arbeitet.