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.
Device for determining the transformation ratio of power transformers. For transformers to work in parallel, it is essential that they have the same transformation ratio, as otherwise the network conditions will be adversely affected by the equalizing currents that arise.
The known method for determining the translation ratio of power transformers with the help of the measurement of primary and secondary voltage in no-load operation is very imprecise and is also linked to the presence of a high-voltage system. This inaccuracy results from the errors that the individual devices necessary for measurement, such as AC voltmeter,
Voltage converters or series resistors are attached; in addition there is the reading error of the two measuring instruments, since these must be read at the same time in the event of voltage fluctuations. This can lead to errors of up to 2% under unfavorable circumstances.
But these are still increasing if the voltage converter and the voltmeter are not respectively at their nominal voltage. Full scale, as the accuracy guarantee of these devices only relates to the latter values.
The measurement of the transformation ratio with a measuring voltage that is substantially below the primary nominal voltage of the power transformer still has the. further disadvantage:
that the translation is not measured at idle, -as -prescribed, but with some kind of load that is often inadmissibly large for the possibility of obtaining the most accurate result possible;
because in such a case the voltage transformer and the voltage meter create a load for the test object which, based on the nominal voltage, has to be multiplied by the square of the ratio of the nominal voltage to the measured voltage.
If, for example, the transformation ratio of a <B> 30 </B> 000V transformer with a voltage of 3000V is to be measured, whereby its load through the voltage converter and voltmeter is 10 VA, then its load is at nominal voltage
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The rules of the LE.C. write an accuracy of the no-load transmission ratio of a power transformer down to 0,
5 $ 'o of the guaranteed value or% o of the percentage of the real short-circuit voltage at nominal load, the lower of the two values in each case. In the case of actually occurring short-circuit voltages down to 3%, this regulation means a guarantee of the idling gear ratio of 0.3 to 0.5 g'o.
It is therefore necessary to require at least the same accuracy from the measuring method used.
The invention is therefore based on the object of creating a test device which allows the most varied of transmission ratios from power transformers to the highest nominal voltages to be measured to at least + 0.3%.
Other requirements placed on the test facility are that, apart from a special case, the measurement can be carried out with low voltage, i.e. using the normal network, the measurement is independent of voltage fluctuations and can be carried out by a single person can.
A test device that meets these requirements has the great advantage that the transformer can be checked for an exact transmission ratio during installation or repair, so that a lot of time and money is saved if winding errors are discovered in good time.
The starting point of the invention is the known voltage converter test device according to Robinson (see. Keinath 1921, p. 314 "The technology of electrical measuring devices"), which is shown in Fig. 1 of the drawing.
El and EZ mean the primary or Secondary voltage, R1 a voltage divider parallel to the high voltage winding,
G a zero instrument and Y a self-induction variometer. The magnitude and phase of the secondary voltage is compensated for against part of the primary voltage using the zero instrument designed as a vibration galvanometer.
However, this test facility has not acquired any practical significance, since the voltage divider would have to be designed for high voltage due to the regulation that voltage converters are to be tested with the nominal voltage. However, if this device is used to measure the transformation ratio of power transformers, which is possible with low voltage,
Since the transformation ratio in power transformers is practically independent of the measuring voltage, the voltage divider is easy to implement.
However, with the restriction that only transformers with the same transformation ratio can be tested with the same accuracy.
The relationship then applies after compensation has taken place
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A calibrated sliding wire .S 'enables the transmission ratio to be read directly in percentages. In such cases, the self-induction variometer can be omitted, since the angle error is not of interest with power transformers, but the deflection of the zero instrument is due to the current component,
resulting from the angular error. do not go to zero, but assume a minimum.
If, however, this circuit is to be used to test different gear ratios, this would mean, if one wanted to keep the same voltage divider,
that the compensation voltage tapped from the voltage divider and thus the sensitivity of the arrangement with the various gear ratios would change very sharply and so a particularly sensitive zero instrument, such as. B. a needle vibration galvanometer would be required.
Apart from the unsuitability of the needle vibration galvanometer for measurements in practical operation, on the other hand, in such cases, the voltage divider would have to be designed in its entire extension as a simple or spiral loop wire. If the understandable requirement that the same displacements of the sliding contact should always correspond to the same percentage change in gear ratio has to be met, the sliding wire would have to have a continuously changing cross section, which can hardly be achieved in practice with its high total resistance.
More favorable conditions in terms of constant sensitivity BEZW. The accuracy of the arrangement would be obtained if the total resistance value of the voltage divider were adapted to every change in the transmission ratio, so that the latter would be small with a large transmission ratio and large with a small transmission ratio. So you would have to provide several voltage dividers and replace them constantly. However, this encounters technical difficulties, since the voltage dividers as a result of their ever.
because the other total resistance is great. They would have different watt consumption from a few watts to a few kilowatts. Above all, the advantage of an easy-to-use and portable test device would be lost.
The above-mentioned disadvantages can be attributed to the present device for determining the transformation ratio of power transformers up to the highest nominal voltages, to which device the transformer to be tested is to be connected in such a way that its high-voltage winding and low-voltage winding are connected to each other via a voltage divider and a zero instrument are, according to the invention, thereby avoiding
that between the voltage divider designed for a specific measurement voltage and the terminals for connecting the low-voltage winding, an auxiliary transformer with a variable transmission ratio is arranged, and its secondary voltage is so large that it can be used as a zero instrument (e.g. instead of the needle that is unsuitable for operational measurements vibration galvanometers)
a moving coil instrument with dry rectifier can be used. The auxiliary converter expediently has so many taps on the primary side that the ratio of its secondary voltage to the voltage on the voltage divider and thus the sensitivity of the device is between ü = 2.08 and i% = <B> 312,
5 </B> transmission ratios practically always remain the same. In this case, the auxiliary converter preferably has such an angular error that the dry-type rectifier has a basic load when the device is in operation.
The internal consumption of the auxiliary converter is expediently not greater than 0.01 VA, so that it means a negligibly small load for the test object and the transmission ratio of the transformer is measured practically with no load. An embodiment of the device according to the invention is illustrated in Fig. 2 of the drawing and its mode of operation is explained in more detail in the fol lowing.
The first step is to check the transformation ratio of a transformer 5000 volts: 1000 volts.
The high-voltage winding W, of the transformer is fed with E, = 220 volts and connected to the terminals K "and g. Of the measuring device. Between these terminals, there is the voltage divider B1 with a resistance of 2000 ohms, which therefore generates a current
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leads.
With the correct transmission ratio, the secondary voltage is
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The sliding contact is in the middle of the part S of the voltage divider, which is designed as a sliding wire. If voltage errors of up to 20 / * K are to be readable, the voltage divider must allow the voltage range 44 to 8.8 volts to be tapped so that the resistance of the sliding wire S increases
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results.
The fixed partial resistances are then r1 = 320 Ohm and r2 = 1520 Ohm.
The terminals K21 and K22 of the device to which the undervoltage winding W, of the transformer is to be connected, are connected to the auxiliary converter HW, on which various transmission ratios can be set with the transmission selector U.
Since in the example mentioned the voltage at the low-voltage winding W, in the event of a translation error equal to zero, is 44 volts, but the same voltage is also tapped from the voltage divider, the transformation ratio 44:44 must be used on the auxiliary converter HW, which corresponds to that on Transmission selector U a set nominal transmission ratio of the transformer of 5: 1 is identical.
If you now want to test a transformer with a transmission ratio of 50,000 volts: 1,000 volts, then at El = 220 volts E = 4.4 volts. In this case the gear ratio is 4.4: 44, i. H. 1 volt: 10 volt must be used on the auxiliary converter HW, which corresponds to the nominal transmission ratio of 50: 1 available on the transformer.
Since the secondary voltage of the auxiliary converter is practically always the same and the voltage is always the same at the voltage divider B1, the voltage divider tap, even with the highest translation error of the test object, which can still be detected with the test device, occurs a fluctuation of the voltage of only 20 in both directions, so that the sensitivity of the device can be regarded as practically constant for all testable transmission ratios.
In the case of a transformer with a translation error, the actual transformation ratio Uiet is calculated when the adjustment occurs at the sliding contact position a
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,
where ü is the transmission ratio set on the transmission selector U and the position a = 100 corresponds to the transmission error equal to zero.
In an expedient embodiment of the device, the auxiliary converter HW receives so many taps that 15 round gear ratios of g = 2.5 to g = 250 can be set on the ratio selector.
Taking into account the smallest (a = 80) and largest (a = 120) deviation of the sliding contact from position a = 100, the lowest transmission ratio to be measured results
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and the largest translation ratio to be measured
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The achievable constant and relatively high
As already mentioned, the secondary voltage of the auxiliary converter enables the use of a normal rotary coil instrument with dry rectifier as the zero instrument N.
Since the rectifier itself is very insensitive to small currents, it is expedient to give it a base load by giving the auxiliary converter HW an angular error of a certain size,
so that the instrument works in its more sensitive area.