-
Stromwandler-Meßeinrichtung nach dem Prinzip der Spannungskompensation
von Schering-Alberti Die bekannteste Stromwandler - Melßeinrichtung nach dem Prinzip
der Spannungskompensation von Schering-Alberti (s. Abb. 1) beruht auf dem Prinzip,
daß eine von der sekundären Stromstärke des zu untersuchenden Stromwandlers X abhängige
Spannung durch eine von der Primärstromstärke des Prüflings abhängige Spannung nach
Größe und Phase kompensiert wird. Dabei wird der Primärstrom J1 des Wandlers über
einen praktisch kapazität und induktionsfreien Widerstandl\Tt geleitet, an dem er
einen bestimmten Spannungsabfall hervorruft. Dieser Span nungsabfall wird dem parallel
zu N, liegenden sogenannten Meßzweig R zugeführt, welcher aus festen Widerständen
und einem fichleifdraht besteht, an welchem der Stromfehler des Wandlers direkt
in Prozent abgelesen werden kann. Parallel zu bestimmten Teilen des Meßzweiges liegt
umschaltbar ein Dekaden-Kurbel-Kondensator C, welcher zur Kompensation des Fehlwinkels
des Prüflings dient. Der Sekundärstrom J2 des Prüflings speist einen ebenfalls praktisch
kapazitäts- und induktionsfreien Normal widerstand N2, an dem er einen dem Sekundärstrom
proportionalen Spannungsabfall hervorruft. Dieser Spannungsabfall wird dem parallel
zu N2 liegenden Widerstandsteiler W zugeführt. An diesem Wider standsteiler wird
je nach dem Übersetzungsverhältnis des Prüflings und der Größe des verwendeten Normalwiderstandes
N1 ein bestimmter Spannungsabfall ab-. geriffen, welcher unter Verwendung des Nullinstrumentes
VG (meist ein Vibrationsgalvanometer) durch die Spannung an dem Meßzweig und dem
Dekadenkondensator nach Größe und Phase kompensiert wird.
-
Gegenüber der vorher erläuterten Stromwandler-Meßeinrichtung, die
auf dem Prinzip der Spannungskompensation beruht, sind auch solche Stromwandler-Meßeinrichtungen
bekannt, bei denen das Prinzip der Stromkompensation verwirklicht ist. Bei diesen
Meßeinrichtungen wird die Differenz der Sekundärströme von Prüfling und Normalwandler
gebildet und diese Fehlerdifferenz, an der während der Messung nichts geändert wird,
nach Größe und Phase mit Hilfe eines komplexen Kompensators gemessen. Der Vorteil
des Prinzips der Spannungskompensation gegenüber deinjenigen der Stromkompensation,
das auch als »Differenzverfahren« bezeichnet wird, ist im allgemeinen der, daß das
erstgenannte die Messung jedes beliebigen Übersetzungsverhältnisses ermöglicht.
Man braucht dazu lediglich einen entsprechenden Spannungsabgriff am Widerstandsteiler
zu wählen.
-
Man hat allerdings bereits Spannungswandler-Meßeinrichtungen, welche
nach der Differenzmethode arbeiten, in der Weise ausgebildet, daß mit ihnen auch
Spannungswandler gemessen werden können, die ein vom Normalspannungswandler abweichendes
Nenn-
übersetzwlgsverhältnis haben. Ein zu diesem Zweck vorgesehener, dem Normalspannungswandler
nachgeschalteter Zwischenwandler dient dabei lediglich zur Herstellung des gleichen
Übersetzungsverhältnisses auf der Seite des Normalspannungswandlers, wie es der
Prüfling hat, um diesen überhaupt messen zu können.
-
Demgegenüber können mit Wandler-Meßeinrich tungen nach dem Spannungskompensationsverfahren
infolge des Vorhandenseins eines Widerstandsteilers von vornherein alle möglichen
tSbersetzungsverhãltnisse von Prüflingen gemessen werden.
-
Auch hat man bereits Stromwandler-Meßeinrichtungen, welche nach dem
Differenzverfahren arbeiten, mit Zwischenwandlern ausgerüstet, um die Stromwandler-Meßeinrichtung
für die Messung von Spannungswandlern geeignet zu machen, d. h. um dieselben Schaltelemente
für beide Arten von Messungen verwenden zu können.
-
Demgegenüber wird bei einer Stromwandler-Meßeinrichtung, bei der
nach dem Prinzip der Spannungskompensation von Schering-Alberti ein Teil eines vom
Sekundärstrom des zu prüfenden Stromwandlers abhängigen Spannungsabfalles durch
einen Teil des vom Primärstrom des zu prüfenden Stromwandlers abhängigen Spannungsabfalles
kompensiert wird, er findungsgernäß die zu kompensierende Spannung oder diese und
die Kompensationsspannung über Zwischen stromwandler erzeugt, deren Speisung vom
Sekundär strom des Prüflings und gegebenenfalls eines Normalwandlers erfolgt. Dies
sei an Hand der nachfolgenden Ausführungen näher erläutert.
-
Zur Erfassung aller möglichen Primärströme ist eine größere Anzahl
von Primär- Normal-Ävi derständen notwendig, welche bei hohen Strömen zur Vermeidung
unzulässiger Erwärmung mit Wasser gekühlt werden müssen. Man ist daher in letzter
Zeit dazu übergegangen, an ihrer Stelle primärseitig vielfach umschaltbare, bis
zu den höchsten Stromstärken reichende Normal stromwandler NW zu verwenden (s. Abb.
2), welche mit ihrem Sekundärstrom einen Nonnalwiderstand N1 speisen, der ein für
allemal derselbe sein kann, d. h. meist für 5 A ausgelegt ist. An diesem Normalwiderstand
wird wie in Abb. 1 die Kompensationsspannung abgeriffen. Um eine dem verwendeten
Nullinstrument entsprechende, genügend hohe Meßspannung zu erhalten, muß der Spannungsabfall
an dem Sekundär-Normalwiderstand N2 genügend groß sein, d. h. der Widerstandswert
N2 darf eine bestimmte Größe nicht unterschreiten. Dadurch ergab sich für den Prüfling
oft eine so große Belastung J22 N2, daß es - nicht möglich war, ihn bei kleineren
Belastungen, wie sie z. B. durch die Wandlerregeln vorgeschrieben sind, zu messen.
-
Speist man aber entsprechend dem Vorschlag der Erfindung mit dem
Sekundärstrom des Prüflings einen Zwischenwandler ZW2 (s. Abb. 3), an dessen Sekundärseite
ein Widerstandsteiler W angeschlossen ist, so kann man durch entsprechende Auslegung
des Zwischenwandlers den Spannungsabfall an diesem Teiler in gewünschter Weise erhöhen
und damit die Empfindlichkeit der Prüfeinrichtung steigern. Dieser %wischenwandler
kann mit einem so kleinen Eigenverbrauch ausgelegt werden, daß es möglich wird,
den Wandler auch unter Berücksichtigung der außerdem in seinem Sekundärkreis wirkenden
Widerstände mit der kleinsten noch vorgeschriebenen Belastung (Prüfbürde) zu messen.
-
Abb. 3 zeigt die bezüglich der eigentlichen Meßeinrichtung (Widerstandsteiler,
Meßzweig, Vibrationsgalvanometer) unveränderte bekannte Schaltung mit einem nach
der Erfindung zwischen Prüfling und Teiler vorgesehenen Zwischenwandler ZW2. Ein
solcher Zwischenwandler hält die das Meßergebnis fälschenden kapazitiven Ströme
von dem Teiler fern, welche bei Prüflingen mit kleinen primären Nennströmen auf
die Sekundärseite des Prüflings übertreten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß
die Spannung an der Primärseite eines Stromwandlers mit kleinem primärem Nennstrom
bis. zu einigen 100 V betragen kann, so daß also zwischen den Primärwicklungen des
Prüflings und seiner Sekundärwicklung ein verhältnismäßig hohes Spannungsgefälle
herrscht.
-
Ein solcher Zwischenwandler ermöglicht es infolge seines geringen
Eigenverbrauchs, mit einer Schering-Alberti-Stromwandler-Prüfeinrichtung Prüflinge
bei sehr kleiner Leistung, z. B. bis herab zu 1,25 VA, zu messen, was nach den Wandlerregeln
für Stromwandler mit 5 VA Nennleistung vorgeschrieben ist.
-
Die kleinste Leistung, bei welcher Stromwandler mit sekundärem Nennstrom
von 5 A mit der Schering-Alberti-Wandlerprüfeinrichtung bisher gemessen werden konnten,
war 3,75 VA, weil der Normalwiderstand N2 für 5 A schon einen Widerstandswert von
0,1 Ohm haben mußte, um eine für die Messung genügend hohe Kompensationsspannung
zu haben.
-
Man kann durch entsprechend hohe Windungszahl auf der Sekundärseite
des Zwischenwandlers ZW2 die zu kompensierende Spannung in gewünschtem Maße erhöhen,
entweder um eine höhere Empfindlichkeit bei der Messung zu erreichen oder um ein
unempfindlicheres Null instrument verwenden zu können. Die er-
höhte Empfindlichkeit
ist durch die Einführung der Großbereichstromwandler (neue VDE-Regeln für Meßwandler)
eine Notwendigkeit geworden, da die Empfindlichkeit der bis jetzt bekannten Vibrationsgalvanometer
zur Erzielung einer ausreichenden Meßgenauigkeit in dem erweiterten Strombereicll
nicht mehr genügte.
-
Der Zwischenwandler ZW2 ist iiberlastungsunempfindlich im Vergleich
zu dem bisher verwendeten Sekundärnormalwiderstand N2, der seinen Wert bei Überlastungen
änderte. Außerdem kann er auf einfache Weise durch primäre Anzapfungen für verschiedene
sekundäre Nennströme der Prüflinge brauchbar gemacht werden, während dafür bisher
verschiedene Normalwiderstände N2 benötigt wurden.
-
Damit der Wandlerfehler dieses Zwischenwandlers ZW2 nicht in die
Meßgenauigkeit der Prüfeinrichtung eingeht, schaltet man nach einem weiteren, in
Abb. 3 dargestellten Vorschlag der Erfindung an Stelle des Normalwiderstandes Nl
an die Sekundärseite des Normalstromwandlers NW einen gleichen Zwischenwandler ZW1,
welcher den Meßzweig speist. Wählt man den Widerstand des Meßzweiges und des Teilers
gleich groß, so haben beide Wandler auch dieselbe Belastung. Die beiden Zwischenwandler
sind also, sofern sie fehlerbehaftet sind, in ihrer Fehlercharakteristik gleich,
d. h., ihre Fehler heben sich bei der Messung heraus. Weichen die Fehler dieser
Zwischenwandler voneinander ab, so geht nur ihre Fehlerdifferenz in die Messung
ein. Diese Tatsache ergibt jedenfalls nur einen Fehler zweiter Größenordnung, der
also vernachlässigt werden kann. Außerdem ist es gar nicht notwendig, diese beiden
Zwischenwandler für sich allein genau abzugleichen. Sie müssen beide in ihren Fehlern
nur möglichst gleich sein. Auch ist der Zwischenwandler ZWt überlastungsunempflndlich
im Vergleich zu dem bisher verwendeten Primärnormalwiderstand Nt. Die Belastung,
welche er für den Normalstromwandler bildet, ist wesentlich kleiner als die des
Normalwiderstandes N1 (0,8 VA statt 10 VA). Es ergeben sich also durch die Verwendung
zweier solcher Zwischenwandler die Vorteile, daß sich die zu kompensierende Spannung
und damit die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung erhöhen und daß sich gleichzeitig
die Belastung des Prüflings durch die Meßeinrichtung verkleinern läßt. Außerdem
sind die Zwischenwandler gegen Überlastungen unempfindlicher als ohmsche Widerstände
und besser in ihrer zeitlichen Konstanz.
-
Weichen die Sekundärströme von Normalwandler und Prüfling sehr stark
voneinander ab, so können sich am Widerstandsteiler unerwünscht kleine Teilspannungen
ergeben, welche die Empfindlichkeit herabsetzen. Um dies zu vermeiden, versieht
man den an den Prüfling oder den an den Normalstromwandler angeschlossenen Zwischenwandler
primärseitig mit verschiedenen Anzapfungen, am besten mit Anzapfungen für die genormten
sekundären Nennströme von 1 bis 5 und 10 A. An Stelle der Anzapfungen kann man diesen
Zwischenwandler primärseitig auch umschaltbar machen. Am besten erfolgt dies in
der Weise, daß man die Primärwicklung in so viele Teile unterteilt, daß bei jedem
Übersetzungsverhältnis die gleichen Wicklungen benutzt werden, und zwar durch entsprechende
Reihen-, Reihenparallel- oder reine Parallelschaltungen. Es ist dadurch die Gewähr
gegeben, daß die Hilfswandlerfehler bei jedem Ubersetzungsverhältnis dieselben bleiben.
Zur Erzielung definierter Potentialverhältuisse innerhalb der Stromwandler-Meßeinrichtung
wird vorteilhafterweise zwischen die Primär- und Sekundärwicklung der Zwischenwandler
ein
metallischer Schirm gelegt, der entweder mit Erde oder anderen Punkten der Einrichtung
verbunden wird.