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Schaltungsanordnung zur Messung der Spannungs-oder Stromunsymmetrie
In der Meßtechnik ist es oft erwünscht, einen Vergleich der Größen von (n - 1) Gleichspannungen
gegenüber der jeweils größten oder kleinsten von n Spannungen durch Messung anzustellen.
Als Beispiel für solche Messungen kann die Ermittlung der Unsymmetrie in einem Dreiphasennetz
genannt werden. Die Aufgabe besteht darin, die Belastung zweier Phasen mit der Leistung
der am meisten oder der am wenigstens belasteten Phase zu vergleichen. Auf Grund
einer solchen Messung können dann Maßnahmen zum Ausgleich der Belastungen in den
einzelnen Phasen vorgesehen werden.
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Es ist eine Schaltungsanordnung zur Prüfung von Drei- oder Mehrphasen-Wechselstromsystemen
auf Symmetrie bekanntgeworden, in der eingeprägte Ströme erzeugt werden, die in
einer Vergleichsschaltung mit dem Strom einer ganz bestimmten Phase verglichen werden.
Je nach Art und Größe der Unsymmetrie fließen durch die Instrumente, die ihren Nullpunkt
in der Skalenmitte haben, positive oder negative Ströme, die man miteinander vergleichen
muß, um die Differenz zu ermitteln. Man kann bei dieser Anordnung nicht direkt die
Differenz zwischen der Phase mit der größten oder kleinsten Spannung und den anderen
Phasen ablesen, weil diejenige Phase, auf die gemäß der Anordnung der Schaltungselemente
jeweils Bezug genommen wird, meist nicht mit derjenigen Phase identisch ist, die
gerade die größte oder kleinste Spannung aufweist. Die Differenzbildung durch den
Ablesenden wird außerdem dadurch erschwert, daß er positive und negative Ausschläge
der Instrumente berücksichtigen muß.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung
zur Messung der Unsymmetrie, bei welcher man sofort und ohne Umrechnung die Phase
mit dem kleinsten oder größten Spannungswert erkennen kann und die Differeuzwerte
eindeutig, absolut oder prozentual ablesen kann.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung
der Spannungs- oder Stromunsymmetrie eines Drei- oder Mehrphasennetzes, die eine
der Phasenzahl entsprechende Anzahl von Meßwertumformern zur Umwandlung der Meßspannungen
oder -ströme in streng proportionale eingeprägte Spannungen oder Ströme besitzt,
welche eine aus der gleichen Anzahl von Meßeinrichtungen und Gleichrichtern bestehende
Summierungsschaltung beaufschlagen. Gemäß der Erfindung speist jeder der Meßwertumformer
eine Parallelschaltung aus einem der Meßinstrumente, einem Gleichrichter und einem
Widerstand oder aus einem der Gleichrichter und der Reihenschaltung aus einem der
Meßinstrumente und einem Widerstand in der Weise, daß diese Parallelschaltungen
in Stern geschaltet sind.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1
bis 3 der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 stellt eine Schaltung zur Messung der Unsymmetrie in einem
Dreiphasennetz dar.
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Fig. 2 und 3 betreffen Abwandlungen eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung.
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In Fig. 1 sind Sekundärwicklungen eines Transformators oder die Wicklungen
eines Generators mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Die Anschlußklemmen des Transformators
oder Generators tragen die üblichen Bezeichnungen R, S, T und O.
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Die Verbraucher in den einzelnen Phasen sind durch Widerstände4,
5 und 6 dargestellt. Die Verbraucher können mit Hilfe der Schalter 7, 8 und 9 an
Spannung gelegt werden. Die in den einzelnen Phasenleitern auftretenden Ströme werden
mit Hilfe der Stromwandler 10, 11 und 12 erfaßt. Die Sekundärströme der Stromwandler
speisen die Meßwertumformer 13, 14 und 15. In diesen Meßwertumformern, deren Bauart
an sich bekannt ist, werden die Ströme JRX JS und JT in streng proportionale Gleichspannungen
UR, US und UT umgewandelt.
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Jeweils eine Ausgangsklemme der Meßwertumformer 13, 14 und 15 führt
zu dem Sternpunkt 16. Die anderen Ausgangsklemmen sind mit einer Paralleladditionsschaltung
17 verbunden, die aus drei gleichartig aufgebauten Einheiten besteht. Diese Einheiten
weisen gleich große Widerstände 18, 19 und 20, Gleichrichter 21, 22, 23 und Spannungsmesser
24, 25 und 26 auf. Die Gleichrichter 21, 22 und 23 haben gleiche Kennlinien und
sind so geschaltet, daß ihre Kathoden zu einem gemeinsamen Sternpunkt 27 führen.
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Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: Bei unterschiedlich
großen Verbrauchern 4, 5 und 6 sind die Sekundärströme der Stromwandler
10,
11 und 12 verschieden groß. Die Meßwertumformer liefern daher an ihrem Ausgang voneinander
abweichende Spannungen. Die Meßwertumformer sind im übrigen so aufgebaut, daß ihre
Ausgangsgleichspannungen dem quadratischen Mittelwert der Eingangswechselströme
proportional sind. die Ausgangsgleichspannungen UR, Uns und UT sind daher ein Maß
für die Effektivwerte der Wechselströme in den einzelnen Phasen. Solange die Spannungen
UR> Us und UT gleich groß sind, fließt in der Paralleladditionsschaltung kein
Strom, weil die Spannungen einander entgegengeschaltet sind. Wenn nun UR größer
ist als Us und UT, fließt ein Strom iiber den Gleichrichter 21 zu dem Sternpunkt
27. Hier verteilt sich dieser Strom auf die Widerstände 19 und 20, so daß die Instrumente
25 und 26 Spannungen anzeigen.
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Das Instrument 24 weist dagegen keine Spannungsanzeige auf, weil der
Gleichrichter 21 in Durchlaßrichtung betrieben wird.
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Der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung des Gleichrichters ist dabei
vernachlässigbar klein. Die an den Instrumenten 25 und 26 angezeigte Spannung ist
die Differenz zwischen den Spannungen UR und Us sowie UR und UT. Wenn bei einer
anderen Belastung die Spannung Us größer ist als die Spannung UT und UR, So bleibt
das Instrument 25 in Ruhe, während die Instrumente 24 und 26 die Größe der Unsymmetrie
anzeigen. Soll jeweils die Abweichung zweier Spannungen gegenüber der dritten und
kleinsten Spannung angezeigt werden, so müssen sämtliche Gleichrichter 21, 22 und
23 umgepolt werden.
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In Fig. 2 ist ein Teil der Meßschaltung gemäß Fig. 1 in etwas anderer
Form dargestellt.
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Die von den Meßwertumformern 13, 14 und 15 in Fig. 1 gelieferten
Gleichspannungen sind hier als Spannungspfeile U1, U2 und U3 eingezeichnet. Mit
16 ist wiederum der Sternpunkt bezeichnet, mit dem jeweils eine Ausgangsklemme der
Meßwertumformer verbunden ist. Die Meßinstrumente sind hier als Strommesser 28,
29 und 30 ausgebildet, denen Widerstände R in Reihe geschaltet sind. Parallel dazu
liegen wiederum die Gleichrichter 21, 22 und 23.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Unter der Annahme, daß U2 größer
ist als U1 und U3, fließt ein Strom i2 von der Klemme 32 über den Gleichrichter
22 zum Punkt 27. Es ist dann die Spannung UM zwischen dem Punkt 27 und dem Sternpunkt
16 gleich der Spannung U2. Die Strommesser 28, 29 und 30 zeigen dann folgende Ströme
an: U2-Ul Im Strommesser 28 ist il = U2 R U1 .
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Der Strommesser 29 zeigt den Strom Null an, weil der gesamte Strom
i2 den Weg des geringsten Widerstandes wählt und in Durchlaßrichtung über den Gleichrichter
22 fließt.
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Für den Strommesser 30 gilt: i3= R Die Anzeige der beiden Strommesser
28 und 30 ist also ein Maß für die Differenz zwischen den Spannungen Ul und U3 und
der größten Spannung U2.
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Sollen die Strommesser die Differenz gegenüber der kleinsten Spannung
anzeigen, so werden die Gleichrichter 21, 22 und 23 umgepolt, so daß ihre Anoden
auf gleichem Potential liegen wie der Punkt 27.
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Gemäß Fig. 3 wird eine Differenzmessung durchgeführt, bei der die
angezeigten Werte jeweils auf den größten oder kleinsten Wert prozentual bezogen
sind. An die Stelle der Strommesser sind Quotienten-
strommesser 34, 35 und 36 getreten,
deren Gegendrehmoment durch den Strom iM = UR7,f gebildet wird.
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Die Gleichrichter21, 22 und 23 sind den Reihenschaltungen aus den
Richtmomentspulen und den Widerständen R parallel geschaltet. Die Quotientenmesser
34, 35 und 36 zeigen die Quotienten Ui - Human; U2 - U>,,ax Ums Umaz und an.
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Umaz Umaz und Umaz an.
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An die Stelle der anzeigenden Meßinstrumente können auch die Meßglieder
von Reglern treten, so daß selbsttätig die Belastung in der einen oder anderen Phase
so lange geändert werden kann, bis eine ungefähr symmetrische Lastverteilung erreicht
ist.
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Auf diese Weise erhält man ein Gerät, das zur Kompensation der Unsymmetrie
in Mehrphasennetzen geeignet ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Schaltungsanordnung zur Messung der Spannungs-
oder Stromunsymmetrie eines Drei-oder Mehrphasennetzes, die eine der Phasenzahl
entsprechende Anzahl von Meßwertumformern zur Umwandlung der Meßspannungen oder
-ströme in streng proportionale eingeprägte Spannungen oder Ströme besitzt, die
eine aus der gleichen Anzahl von Meßeinrichtungen und Gleichrichtern bestehende
Summierungsschaltung beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Meßwertumformer
(13, 14 oder 15) eine Parallelschaltung aus einem der Meßinstrumente (24, 25 oder
26), einem Gleichrichter (21, 22 oder 23) und einem Widerstand (18, 19 oder 20)
oder aus einem der Gleichrichter (21, 22 oder 23) iind der Reihenschaltung aus einem
der Meßinstrumente (28, 29 oder 30) und einem Widerstand (R) speist und daß diese
Parallelschaltungen in Stern (Sternpunkt 27) geschaltet sind.