CH377929A - Messeinrichtung zur Messung des Leistungsfaktors in vorwiegend induktiven Kreisen - Google Patents

Description

  
 



  Messeinrichtung zur Messung des Leistungsfaktors in vorwiegend induktiven Kreisen
Zur Messung des Leistungsverbrauchs elektrischer Apparate dienen üblicherweise Wattmeter, deren Strom- und Spannungsspule meist über Messwandler angeschlossen sind. Bei sehr kleinen Leistungsfaktoren, so z. B. bei nahezu um   90"    der Spannung nacheilendem Strom, werden jedoch hierbei die Messfehler so gross, dass beispielsweise die Ermittlung der Leerlaufverluste grosser Drosselspulen, von Transformatoren oder Spannungswandlern wie auch von Transformatoren beim Kurzschlussversuch oft nur mit unbefriedigender Genauigkeit möglich ist.



   Es sind auch Brückenschaltungen zur Messung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung bekannt. Durch Multiplikation des so erhaltenen   cosp,    mit der leicht zu messenden Scheinleistung erhält man dann die gesuchte Wirkleistung. Doch ist keine dieser bekannten Wechselstrombrücken zur Ausmessung von Induktivitäten für hohe Spannungen und dann meist auch grossen Strömen geeignet. Bei den grossen Strömen im Messgegenstand, also in den Induktivitäten, können die Anforderungen an die Genauigkeit der Widerstände nicht erfüllt werden. Sie können insbesondere bei Hochspannung kaum noch hinreichend kapazitäts- und induktionsfrei hergestellt werden.



   Die Schaltung nach Wilkinson und Carter vermeidet zwar diese Nachteile bezüglich des dem Messwiderstand in Reihe geschalteten Widerstandes, indem sie statt dessen eine Gegeninduktivität verwendet, doch bleibt der Nachteil bei dem führ hohe Spannungen kaum fehlerfrei herstellbaren Widerstand bestehen.



  Eine bekannte Weiterentwicklung dieser Schaltung ist nun im Bild 1 dargestellt, bei der jetzt die Vergleichsspannung zur Spannung der Gegeninduktivität an einem Kapazitätsteiler mit einstellbarer Phasenverschiebung am   Niederspannungsarm    abgegriffen wird.



  Hierbei ist 1 die zu untersuchende Induktivität, deren Leistungsfaktor festgestellt werden soll. 2 ist ihr Ohmscher Widerstand. Ferner ist eine Gegeninduktivität 3 mit ihr in Reihe geschaltet, an deren Sekundärspule eine Spannung abgenommen wird, welche im abgeglichenen Zustand mit der Spannung des Punktes 4 übereinstimmen soll, so dass das Instrument 5 nicht anzeigt.



  Der andere Brückenzweig besteht aus dem Hochspannungskondensator 6 und einer Hintereinanderschaltung der Kapazität 7 und des Widerstandes 8. Letztere sind einstellbar. Ihre Werte werden so lange verändert, bis das Instrument 5 den Wert 0 anzeigt. Die Gegeninduktivität 3 und die Widerstandskombination 7, 8 sowie das Messinstrument 5 liegen praktisch auf der geerdeten Seite, so dass das Messende nicht gefährdet ist. 6 ist ein verlustloser abgeschirmter Hochspannungs-Normalkondensator, wie er beispielsweise für Messungen mit der Schering-Brücke benutzt wird, 7 ein einstellbarer Präzisionskondensator. Mit dem Widerstand 8 wird die Phase der an 7 angegriffenen Spannung verschoben, bis der Brückenabgleich erreicht ist.

   Wie bei der Wilkinson-Carterschen Schaltung wird der dem Messgegenstand 1, 2 durchfliessende stark induktive Strom mit Hilfe der Gegeninduktivität 3 in eine um   90"    voreilende Spannung umgewandelt.



   Eine Quelle der Unsicherheit und Abhängigkeit von äusseren Störeinflüssen, vor allem magnetischen Fremdfeldern, stellt hierbei die Gegeninduktivität 3 dar, deren   Winkel-Übertragungsfehler    kaum vernachlässigbar klein gehalten werden kann. Auch sind hohe Ansprüche an die Isolationsgüte der Verbindungsleitung von 6 nach 7 zu stellen.



   Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass der Messgegenstand über einen Präzisionswandler an Erde liegt, dem Präzisionswandler eine Bürde sekundärseitig parallel geschaltet ist und dass im anderen Brükkenzweig ausser der einstellbaren Widerstandskombination ein nicht veränderbarer Hochspannungskondensator liegt und dass das Nullinstrument zwischen   Bürde und der einstellbaren Widerstandskombination angeschlossen ist.



   Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. Während die Fig. 2 bis 4 die für die Messung erforderliche Widerstandskombination zeigen, stellt Fig. 5 die ganze Schaltung dar.



   Wesentlich ist hierbei die Verwendung eines Präzisions-Stromwandlers 17 (Fig. 5) in der Erdungsleitung des Messobjektes. Die an dessen Bürde abgegriffene und in der Brücke ausgewertete Spannung ist genau in Phasenopposition zum Objektstrom und eilt der Hauptspannung um 90 elektrische Grad plus einem kleinen Fehlwinkel vor. Sie wird mit einer Spannung verglichen, die mit Hilfe eines Hochspannungs-Normalkondensators 6 und einer erdseitig mit diesem in Reihe geschalteten, besonderen einstellbaren Schaltungskombination gewonnen wird.



   Ausführungsbeispiele dieser Schaltungskombination sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Gemäss Fig. 2 wird dem Nullinstrument 5 eine Spannung zugeführt, die an der Reihenschaltung von der einstellbaren Induktivität 9 und dem einstellbaren Widerstand 8 abgegriffen wird. Der gleiche Zweck wird nach Fig. 3 durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 10 mit der Parallelschaltung einer Induktivität 11 und eines weiteren Widerstandes 12 erreicht.



   Um die mit der Verwendung einer Induktivität verbundenen Schwierigkeiten bei der Eichung dieses Elementes und seiner möglichen Abhängigkeit von Fremdfeldern zu vermeiden, wird die benötigte, nach Amplitude und Phase einstellbare Brückenspannung an einer Kombination mehrerer Widerstände mit Kondensatoren abgegriffen. Fig. 4 zeigt diese Schaltung. Einem dem Hochspannungskondensator 6 nachgeschalteten Widerstand 13 liegt der Ohmsche Spannungsteiler 14, 15 parallel, wobei 14 noch der Kondensator 16 parallel geschaltet ist. An 15 wird die Brückenspannung abgegriffen. Statt einer Parallelschaltung von 14 und 16 wäre auch eine Reihenschaltung möglich, die jedoch wegen der dann benötigten grossen Kapazitätswerte weniger günstig ist.



   Wesentliches Kennzeichen aller drei Schaltungskombinationen nach Fig. 2 bis 4 ist die Erzeugung einer Brückenspannung, die gegenüber der Hauptspannung um wenig mehr als   90"    voreilt und die nach Amplitude und Phase trotz Hochspannung am Messobjekt gefahrlos regelbar ist.



   Fig. 5 zeigt ein Beispiel als Gesamtdarstellung der neuartigen Brückenschaltung. Als Messobjekt ist eine Drosselspule 1 angenommen, wie sie beispielsweise für die Sternpunkterdung von Hochspannungsnetzen oder zur Blindleistungskompensierung von Hochspannungsfernleitungen Verwendung finden könnte. Zu ermitteln sind mittels der Brückenschaltung der Phasenwinkel sowie die Grösse der Induktivität und des Widerstandes der Drosselspule und daraus ferner die von der Drosselspule aufgenommene Wirkleistung bei der angelegten Wechselspannung mit bestimmter Frequenz. Das erdseitige Ende der Drosselspule ist über die Primärwicklung eines Stromwandlers geerdet, dessen Sekundärwicklung über den Bürdenwiderstand 18 geschlossen ist. Die Wandler-Sekundärwicklung ist so geerdet, dass die an 18 abgegriffene Spannung in Gegenphase zum Hauptstrom in der Drosselspule ist.

   Die andere Hälfte der Brückenschaltung enthält den verlustfreien oder doch in seinem Verlustwert genau bekannten Hochspannungskondensator 6 mit geschirmtem Messbelag sowie die in seine Erdungsleitung eingefügte Widerstandskombination nach Fig. 4. Die am Widerstand 15 abgegriffene Spannung wird mittels der Elemente 13, 14, 15 und 16 nach Amplitude und Phase so eingestellt, dass sie der an 18 abgegriffenen gleich ist und das Nullinstrument 5 spannungslos wird. Das Nullinstrument 5 soll hierbei nur auf die Grundwelle ansprechen und wird daher vorzugsweise als   Schering-Schmidtsches    Vibrationsgalvanometer ausgeführt. Dem Schutz der Abgleichelemente der Brücke und des Bedienenden gegen Überspannungen dient in bekannter Weise eine Durchschlagsicherung 19. Zum Schutz gegen äussere Einstreuungen sind die Verbindungsleitungen der Brükkenelemente geschirmt.

   Bei kurzen oder kapazitätsarmen Leitungen ist es oft zulässig, die Hüllen 20 und 21 der hierfür benutzten Koaxialkabel direkt zu erden.



  Bei grösseren Längen werden die Schirme zweckmässgerweise auf das Potential der Innenleiter entweder mit Hilfe eines sogenannten Potentialreglers gebracht oder mit einem aus verschiedenen Widerstandselementen zusammengesetzten Hilfszweig (nicht dargestellt). Die bei unmittelbarer Erdung der Schirme in Kauf genommenen Messfehler sind berechenbar und können daher bei besonders genauen Messungen berücksichtigt werden.



   Die hier beschriebenen und dargestellten neuen Einrichtungen zur genauen Messung der Wirkleistung bei sehr kleinem induktivem Leistungsfaktor sind ohne Einschränkung bis zu den höchsten Spannungen und Strömen anwendbar. Die hierdurch erreichten Vorzüge sind offensichtlich. Sowohl der Normalkondensator als auch der Stromwandler sind sehr zuverlässige Elemente und für genaueste Messungen verwendbar. Von äusseren elektrischen oder magnetischen Fremdfeldern werden sie nicht beeinflusst. Stromwandler mit einem Stromfehler unter   0,001//o    und einem Winkelfehler von weniger als 0,2' im Bereich von 5-200% ihres Nennstromes sind handelsüblich.

   Pressgasisolierte Hochspannungs-Normal-Kondensatoren lassen sich ohne Schwierigkeiten für Winkelfehler von weniger als   2" ausführen.    Als grosser Vorzug der Brückenanordnung hat auch zu gelten, dass alle Einstellelemente sich nur auf kleinen Spannungen gegen Erde befinden und damit der Bedienende das Brückengleichgewicht gefahrlos herbeiführen kann.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Messeinrichtung zur Messung des Leistungsfaktors in vorwiegend induktiven, unter niederfrequenter Hochspannung stehenden Kreisen, wobei der Messgegenstand in dem einen Brückenzweig einer Mess brücke liegt und der andere Zweig eine einstellbare Widerstandskombination aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messgegenstand über einen Präzisionswandler an Erde liegt, dem Präzisionswandler eine Bürde sekundärseitig parallel geschaltet ist und dass im anderen Brückenzweig ausser der einstellbaren Widerstandskombination ein nicht veränderbarer Hochspannungskondensator liegt, und dass das Nullinstrument zwischen Bürde und der einstellbaren Widerstandskombination angeschlossen ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Widerstandskombination aus Kondensatoren und Ohmschen Widerständen besteht, bei der ein einstellbarer Ohmscher Widerstand über eine vorgeschaltete Widerstandskondensator-Kombination einem einstellbaren Ohmschen Widerstand zwischen Hochspannungskondensator und Erde parallel liegt.

   2. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskombination aus der Reihenschaltung einer Drosselspule mit einem Widerstand besteht, die auf der Erdseite mit dem Hochspannungskondensator in Reihe liegt.

   3. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskombination aus einer Parallelschaltung von Widerstand und Induktivität besteht, welche mit einem Einstellwiderstand auf der Erdungsseite des Kondensators in Reihe liegen.

   4. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen abgeschirmt und kapazitätsarm aufgebaut sind.

   5. Messeinrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungen der Messleitungen durch Potentialregler gesteuert sind, welche das Potential der Abschirmungen auf das Potential der zugehörigen Messleitung bringen.

   6. Messeinrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungen der Messleitungen geerdet sind.

   7. Messeinrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nullinstrument zwischen dem Bürdenwiderstand des Stromwandlers und der Verbindungsstelle zwischen dem Hochspannungskondensator und der Widerstandskombination liegt.

   8. Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Nullinstrument auf die Grundwelle der Messspannung abgestimmt ist.