DE1516963C3 - Schaltung fur einen Drehstrom Drei leiter Elektnzitatszahler mit zwei Trieb systemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für einen Drehstrom-Dreileiter-Elektrizitätszähler mit zwei Triebsystemen, bei der die Spannungswicklung des einen Triebsystems in zwei Teilwicklungen aufgeteilt ist, von denen die erste in Serie mit der Spannungswicklung des anderen Triebsystems an die Spannung zwischen zwei Phasenleitern und die zweite Teilwicklung an die Spannung zwischen dem dritten Phasenleiter und einer Anzapfung der Spannungswicklung des anderen Triebsystems gelegt ist.

Eine Schaltung dieser Art wird bei einem bekannten Drehstromzähler (deutsche Patentschrift 613 690) dazu benutzt, um die Drehfeldabhängigkeit des Drehstromzählers zu beseitigen, welche dadurch entsteht, daß die beiden diametral an einer Läuferscheibe gegenüberliegend angeordneten Triebsysteme sich gegenseitig in der Weise beeinflussen, daß der Stromtriebfluß des einen Systems mit dem Spannungstriebfluß des anderen Systems zusammenwirkt. Bei diesem bekannten Drehstromzähler wird die Aufteilung der Spannungswicklungen der beiden Triebsysteme in der Weise vorgenommen, daß auf den Spannungseisen der beiden Triebsysteme außer den eigentlichen Spannungswicklungen je ein Teil einer in zwei Teile aufgeteilten Drosselspule aufgebracht ist. Ein Teil dieser Drosselspule kann als Fortsetzung der Hauptwicklung mit Anzapfung ausgeführt werden. Durch die besondere Schaltung wird den Spannungstriebflüssen der beiden Systeme eine solche Phasenlage erteilt, daß die durch die gegenseitige Beeinflussung der beiden Systeme entstehenden Phasenfehler gerade ausgeglichen werden. Die Phasenverschiebung beträgt hierbei nur wenige Grade.

Der Erfindung liegt hingegen die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie auf einfache Weise ein Wirkverbrauchszähler für ein Drehstrom-Dreileitersystem in einen Blind-, Überschußblind- oder Scheinverbrauchszähler umgewandelt werden kann.

Bekanntlich ist ein Elektrizitätszähler für den Blindverbrauch im Aufbau nur äußerlich einem Elektrizitätszähler für den Wirkverbrauch ähnlich. Während bei einem Elektrizitätszähler für den Wirkverbrauch der Spannungsrluß im Idealfall, d. h. ohne Berücksichtigung der Phasenverschiebung zwischen Stromfluß / und Strom J um 90^c gegenüber der Spannung verdreht sein muß (Fig. 1 der Zeichnung), muß bei einem Elektrizitätszähler für den Blindverbrauch (F i g. 2 der Zeichnung) der Spannungsfluß Φ_υ gegenüber der Spannung um 180° Verdreht sein, so daß also der Spannungsfluß eines Triebsystems für Blindverbrauch gegenüber dem Spannungsfluß eines Triebsystems für Wirkverbrauch um 90° gedreht ist.

Ein Wirkverbrauch - Dreileiter - Elektrizitätszähler weist zwei Triebsysteme auf, mit je einer Spannungsund einer Stromwicklung auf je einem Spannungsbzw. Stromeisen. Um aus einem solchen, normalen Wirkverbrauchzähler einen Blindverbrauchzähler zu bekommen, hat man bei einer bekannten Ausführung (britische Patentschrift 759 922) eine zusätzliche Impedanz vorgesehen und durch Sternschaltung der mit dieser zusätzlichen Impedanz vorhandenen drei Wicklungen einen künstlichen Nullpunkt geschaffen.

Eine andere, ebenfalls bekannte Lösung der Umwandlung eines Wirkverbrauchszählers in einen Blindverbrauchzähler ist, in einer Kunstschaltung eine um 120° gedrehte Spannung zu verwenden. Die noch fehlenden 60° werden durch Reduzierung des Innenwinkels des Zählertriebsystems von 90° um 30° auf 60° erreicht. Diese Reduzierung erreicht man durch einen Vorwiderstand zur Spannungsspule, eine Kurzschlußbrille am Stromeisen und eine Vergrößerung des Nebenschlußluftspaltes des Spannungseisens jedes der Triebsysteme. Die Fertigung solcher Zähler, die als Blindverbrauchszähler mit 60°-Abgleich bekannt sind, ist also ebenfalls umständlich und teuer.,

Ähnliche Schwierigkeiten bestehen nicht nur bei der Umwandlung eines normalen Wirkverbrauchzählers in einen Blindverbrauchzähler, sondern in jedem Falle, wo aus einem Wirkverbrauchzähler ein 7ä\ÜQT zu schaffen ist, bei dem der Spannungsfluß eines Triebsystems gegenüber der angelegten Spannung im Gegensatz zu dem normalen Wirkverbrauchzähler einen von 90° abweichenden Verdrehungswinkel aufweisen muß. Diese Bedingung einer Winkelverdrehung von 90° in einen von 90° abweichenden Winkel liegt beispielsweise vor bei Induktions-Wirkverbrauchzählern in Sonderausführung für gegenüber der normalen Netzfrequenz von z. B. 50 Hz niedrigere Frequenzen von z. B. 16-V.1 Hz, aber auch bei Induktionszählern für Scheinverbrauch oder für den Überschußblindverbrauch. In allen solchen Fällen ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, um unter Verwendung der Aufbauteile eines normalen Wirkverbrauchzählers den von 90° abweichenden Verdrehungswinkel des Spannungsflusses zu schaffen.

Ferner ist es bekannt (deutsche Patentschrift 873 283), einen Wirkverbrauchzähler durch äußere Kunstschaltungen in Blind- und Scheinverbrauchszähler umzuwandeln. Diese Kunstschaltungen werden den Spannungskreisen vorgeschaltet und enthalten Spannungswandler oder andere phasenverschiebende Glieder, bestehend aus Widerständen, Selbstinduktionen und Kapazitäten. Bei einer besonderen Ausführungsform sind diese phasenverschiebenden Glieder in einem auf das Zählerklemmenbrett aufsteckbaren Gehäuse untergebracht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe der Umstellung eines Wirkverbrauchzählers für ein Drehstrom-Dreileitersystem in einen Elektrizitätszähler zur Messung des Blind-, Überschußblindoder Scheinverbrauchs wird in einfacher Weise gelöst durch Verwendung und entsprechende Bemessung der eingangs beschriebenen Schaltung.

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An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter hat, dieses Verhältnis durch Versuche zu ermitteln, Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher und zwar so, daß sich gemäß F i g. 6 eine Hilfserläutert. Im einzelnen beziehen sich dabei spannung U₁ ergibt, die senkrecht zur Spannung SR F i g. 3 auf einen Wirkverbrauchzähler, steht und ebenso eine Hilfsspannung U₁₁, die senk-Fig. 4 bis 8 auf einen Blindverbrauchzähler, 5 recht zur Spannung TS steht. In einem praktischen Fig. 9 bis 13 auf einen Scheinverbrauchzähler, Anwendungsfall hat sich beispielsweise ein Unter-Fig. 14 und 15 auf einen Wirkverbrauchzähler in teilungsverhältnis jeder der beiden Spannungswick-Sonderausführung für gegenüber der normalen Meß- lungen von etwa 3 :4 ergeben,
frequenz niedrigere Frequenzen und Die Vorteile der Erfindung sind aus dem vor-Fig. 16 und 17 auf einen Überschußblindver- io beschriebenen erkennbar: Man kann einen normalen brauchzähler. Wirkverbrauchzähler, der in der bekannten Weise Fig. 3 zeigt zunächst die bekannte Anschlußweise für einen 90°-Abgleich gebaut ist, lediglich dadurch, der beiden Spannungswicklungen I und II eines nor- daß man seine normalen Spannungswicklungen durch malen Wirkverbrauchzählers an die drei Netzphasen in der beschriebenen Weise unterteilte Spannungs- R, S und T. Die Spannungswicklung / liegt im dar- 15 wicklungen ersetzt und deren Teile in der beschriegestellten Falle zwischen den Netzphasen R und 5, benen Weise zusammenschaltet, ohne weiteres in die Spannungswicklung II zwischen den Netzphasen einen Blindverbrauchzähler umwandeln. Für die S und T. Fertigung bedeutet dies eine erhebliche Verein-Werden diese beiden Spannungswicklungen I und II fachung, denn mit Ausnahme der Spannungswicklunin der obengenannten Weise in zwei Teile aufgeteilt 20 gen können alle übrigen aktiven Aufbauteile des und geschaltet, so ist dies beispielsweise nach F i g. 4 Wirkverbrauchzählers unverändert übernommen oder auch nach F i g. 5 möglich. In F i g. 4 ist die werden.

Spannungswicklung I durch eine Anzapfung 2 in Das Anschlußschaltbild eines Induktionszählers zwei Teile 1-2 und 2-3 unterteilt und die Spannungs- mit nach F i g. 4 und 5 unterteilten Spannungswickwicklung II durch eine Unterbrechung in zwei Teile 25 lungen ist in F i g. 7 und 8 gezeigt: F i g. 7 zeigt das 4-5 und 6-7 aufgeteilt; in F i g. 5 ist umgekehrt die Schaltbild zu F i g. 4, F i g. 8 das Schaltbild zu F i g. 5. Spannungswicklung II durch eine Anzapfung 2 in Die Schaltungen nach F i g. 4 und 7 einerseits und zwei Teile 1-2 und 2-3 unterteilt und die Spannungs- nach F i g. 5 und 8 andererseits unterscheiden sich wicklung I durch eine Unterbrechung in Teile 4-5 bei der in der Zeichnung gewählten, ihrer zeitlichen und 6-7 aufgeteilt. 30 Aufeinanderfolge entsprechenden Bezeichnung der

Swohl durch die Schaltung nach F i g. 4 als auch drei Netzphasen mit R, S und T wie folgt:
die nach F i g. 5 ergibt sich das Zeigerbild nach In F i g. 4 und 7 liegt die mit der Anzapfung 2 F i g. 6, in der die verschiedenen Größen nur quali- versehene Spannungswicklung zwischen den Phasen tativ dargestellt sind. Demgemäß liegt die Spannungs- T und S, in F i g. 5 und 8 dagegen zwischen den wicklung I — im Gegensatz zu F i g. 3 — nicht mehr 35 Phasen R und S, in F i g. 4 und 7 ist diese Spannungsan der Spannung SR, sondern an einer zu dieser um wicklung bei der Phase S vom Netz abgetrennt, wobei 90° verdrehten Hilfsspannung U₁. Ebenso liegt nach die Phase S gegenüber der Phase T voreilt, in F i g. 5 F i g. 6 die Spannungswicklung II nicht mehr an der und 8 dagegen ist sie ebenfalls bei der Phase 5 ab-Spannung TS, sondern an der dazu senkrechten getrennt, wobei aber die Phase S gegenüber der Hilfsspannung U_n. Da abgesehen von der beschrie- 40 Phase R nacheilt, hiermit ist aber auch die zweite, benen Unterteilung der Spannungswicklungen und durch eine Unterbrechung in zwei Teile aufgeteilte der Schaltung ihrer Teile nach F i g. 4 bzw. 5 an dem Spannungswicklung in den beiden Vergleichsfällen Aufbau des Wirkverbrauchzählers nichts geändert unterschiedlich bezüglich Vor- und Nacheilung angeworden ist, bilden nach F i g. 6 die Spannungsflüsse ordnet. Der Phasenabgleich wird, wie in F i g. 6 Φ_υι und Φ_υη einen Winkel von 90° mit den Hilfs- 45 gezeigt, in beiden Fällen gleich gut erzielt; bei der Spannungen U₁ und U₁₁. Wie aus F i g. 6 ersichtlich, Unterteilung und Schaltung nach F i g. 5 bzw. 8 aber liegt der Spanungsflußzeiger Φ_{υ τ} parallel zur Span- läßt es sich leichter erreichen,
nung SR und der Spannungsflußzeiger Φ_{υ u} parallel Wenn im vorstehenden von der zeitlichen Aufeinzur Spannung TS, wie es gemäß F i g. 2 erreicht wer- anderfolge der Netzphasen R, S und T die Rede war, den sollte. 50 so ist damit keine Beschränkung auf eine am Einsatzin F i g. 4 und 5 sind die beiden Spannungswick- ort des Zählers zufällig vorhandene Aufteilung der lungen I und II genau im Verhältnis 1 : 1 unterteilt. Bezeichnungen R, S und T auf die drei Netzphasen In der Praxis aber wird man in der Regel eine von gemeint. Die zeitliche Aufeinanderfolge ist ebenso 1:1 abweichende Unterteilung nehmen müssen, um auch bei einer Phasenfolge S-T-R oder T-R-S geden gewünschten Verdrehungswinkel genau zu er- 55 geben.

reichen. Beispielsweise kann ein von 1 : 1 abweichen- Als ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindes Teilungsverhältnis schon notwendig sein, wenn dung wird in F i g. 9 bis 13 die Umwandlung eines von den beiden auf ein und demselben Spulenkörper Wirkverbrauchzählers in einen Scheinverbrauchanzuordnenden Teilen jeder Spannungswicklung der zähler erläutert. Wie F i g. 9 zeigt, eilt der Spaneine Teil auf den anderen gewickelt wird und die 60 nungsfluß Φ_υ des Scheinverbrauchzählers dem des beiden Teile bei gleicher Windungszahl infolge ihres Wirkverbrauchzählers um einen Winkel α nach, so unterschiedlichen Wicklungsdurchmessers eine unter- daß er der Spannung U um einen Winkel (90° + α) schiedliche Induktivität aufweisen. An sich können nacheilt. Bisher hat man zu dieser Winkelvergrößedie beiden Teile aber auch nebeneinander angeordnet rung beispielsweise einen zusätzlichen Transformator werden. Das genaue Verhältnis der Unterteilung G5 verwendet. Damit auch in diesem Falle ein Meßwerk unter Berücksichtigung der Eisen- und Kupferverluste des Wirkverbrauchzählers verwendet werden kann, rechnerisch zu ermitteln würde sehr umständlich sein. wird — vgl. Fig. 10 — wieder durch die beschrie-Es ist aber einfach, wie es sich in der Praxis gezeigt bene Teilung und Schaltung der Spannungswicklun-

gen, eine Hilfsspannung U' geschaffen, die der Spannung U um den Winkel α nacheilt und die den Spannungsfluß 0y, erzeugt. Die Aufteilung und Schaltung der beiden Spannungswicklungen bleibt dabei grundsätzlich die gleiche wie beschrieben; sie kann beispielsweise nach Fig. 11 oder 12 erfolgen. Das zugehörige Zeigerbild ist in Fig. 13 gezeigt. Es ist dabei angenommen, daß die Stromspulen in den Netzphasen R und T liegen. Falls sie in anderen Phasen liegen, brauchen lediglich die Spannungsanschlüsse vertauscht zu werden. Das genaue Aufteilungsverhältnis der Spannungswicklungen wird wieder am einfachsten durch Versuche ermittelt.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung sind, wie erwähnt, Induktions-Wirkverbrauchzähler für Frequenzen unterhalb der normalen Netzfrequenz von z. B. 50 Hz. Bei einem Wirkverbrauchzähler für eine normale Netzfrequenz von z. B. 50 Hz ist es zur Erleichterung des 90°-Abgleichs erwünscht, wenn im Spannungspfad der induktive Widerstand verhältnismäßig groß ist im Verhältnis zum Wirkwiderstand. Würde man aber einen solchen, für eine normale Netzfrequenz gebauten Zähler für eine niedrigere Frequenz verwenden wollen, dann würde das vorgenannte Verhältnis sehr ungünstig sein, da dann der Verdrehungswinkel des Spannungsflusses zu der Spannung zu klein sein würde. In Fig. 14 ist dies für eine Frequenz von z. B. I6V3 Hz im Zeigerbild gezeigt. Der Spannungsfluß Φ_ν steht zur Spannung U — im Gegensatz zu F i g. 1 — nicht mehr unter 90°, sondern unter dem kleineren Winkel α.

Bisher hat man zur Erzielung einer solchen Phasenverdrehung um 90° entweder wie beim Blindverbrauchzähler ein zusätzliches drittes Spannungssystem benötigt oder einen oder mehrere Vorschalt- wandler bzw. Phasenumformer. Durch die Erfindung aber wird dieser Aufwand entbehrlich. Die erwünschte Phasendrehung kann wiederum in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß die Spannungswicklungen gemäß Fig. 15 nicht an die Spannung U angeschlossen werden, sondern an eine zur Spannung U verdrehte Hilfsspannung U', die den Spannungsfluß Φ_υ, zur Folge hat. Die Hilfsspannung U' muß um so viel gegenüber der Spannung U verdreht werden, daß der Spannungsfluß Φ^, zur Spannung U den gewünschten 90°-Winkel aufweist. Entsprechend dem Winkel (90° —α) in Fig. 14 muß auch die Hilfsspannung U' in Fi g. 10 um (90° — α) gegenüber U gedreht werden. Die Schaffung der Hilfsspannung U' geschieht wiederum durch die beschriebene Unterteilung und Schaltung der beiden Spannungswicklungen, beispielsweise wieder nach Fig. 11 oder 12. Am besten wieder durch Versuche wird eine solche Unterteilung der beiden Spannungswicklungen gewählt, daß die Hilfsspannung U' die aus Fig. 15 ersichtliche Zeigerstellung. bzw. Winkelverdrehung aufweist, und daß der der Hilfsspannung U' nacheilende Spannungsfluß Φ^, zur Spannung U senkrecht steht.

Bei sinngemäßer Vertauschung der Phasen läßt sich das Verfahren auch für Blind- und Scheinverbrauchzähler mit niedrigerer Frequenz anwenden.

Als letztes Ausführungsbeispiel sei noch die Anwendung der Erfindung bei einem Zähler für Überschußblindverbrauch erläutert. In diesem Falle eilt der Spannungsfluß dem des Wirkverbrauchs um einen Winkel (90° + α) nach. Um diesen von 90° abweichenden Winkel zu erreichen, hat man bisher wie beim Scheinverbrauchzähler einen zusätzlichen Transformator benötigt. Ein solcher fällt aber auch im vorliegenden Falle weg, wenn wieder die beschriebene Aufteilung der beiden Spannungswicklungen in zwei Teile angewendet wird. Um eine Hilfsspannung U' zu erreichen, die der Spannung U um den Winkel (90 + α) nacheilt, und die den Spannungsfluß Φ[/, gemäß Fig. 16 erzeugt, kann die Aufteilung der Spannungswicklungen und das Zusammenschalten ihrer Teile beispielsweise wieder nach F i g. 4 oder 5 erfolgen. Das Aufteilungsverhältnis ist so zu wählen, daß die beiden Spannungswicklungen ähnlich wie in F i g. 6 an HilfsSpannungen U₁ und U_n liegen, bei denen die Spannungsflüsse Φ_υι und Φ_υη die gleiche Zeigerrichtung gegenüber U₁ und U₁₁ wie beim Wirkverbrauchzähler aufweisen. Das Zeigerbild in Fig. 17 zeigt dies ebenso wie das in Fig. 6, nur in etwas anderer Darstellung. Das genaue Abstimmen der Wicklungsaufteilung zur Erzielung der Winkelverdrehung (90° + x) kann auch hier durch Versuch leicht ermittelt werden. In Fig. 17 ist angenommen, daß die Stromspulen in den Netzphasen R und T liegen. Falls sie in anderen Phasen liegen, brauchen zur Erzielung der gewünschten, von der Polung der Stromspulen abhängigen Drehmomentrichtung auch hier, wie bei allen anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen, lediglich die Spannungsanschlüsse vertauscht zu werden.

Schließlich sei noch erwähnt, daß der in der beschriebenen Weise mit unterteilten Spannungswicklungen versehene Induktionszähler gewünschtenfalls auch als normaler Wirkverbrauchzähler verwendet werden kann. Es ist dazu weiter nichts notwendig als die Wicklungsteile entsprechend dem 90°-Abgleich beispielsweise nach Fig. 3 zusammenzuschließen. Die Unterteilung der Spannungswicklungen ist in diesem Falle zwar bedeutungslos, und normaler- . weise wird man einen Wirkverbrauchzähler auch nicht mit unterteilten Spannungswicklungen versehen; wenn aber beim Vorliegen besonderer Umstände der Wunsch danach besteht, so steht seiner Durchführung nichts im Wege.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltung für einen Drehstrom-Dreileiter-Elektrizitätszähler mit zwei Triebsystemen, bei der die Spannungswicklung des einen Triebsystems in zwei Teilwicklungen aufgeteilt ist, von denen die erste in Serie mit der Spannungswicklung des anderen Triebsystems an die Spannung zwischen zwei Phasenleitern und die zweite Teilwicklung an die Spannung zwischen dem dritten Phasenleiter und einer Anzapfung der Spannungswicklung des anderen Triebsystems gelegt ist, gekennzeichnet durch ihre Verwendung und Bemessung für einen Elektrizitätszähler zur Messung des Blind-, Überschußblind- oder Scheinverbrauchs.