DE2112775B2

DE2112775B2 - Verfahren zur Messung der Wirkverluste großer Drosselspulen sowie Mittel zu dessen Ausführung

Info

Publication number: DE2112775B2
Application number: DE19712112775
Authority: DE
Inventors: Ewald Dipl.-Ing. Turgi Sarbach; Tjhing Thian Dipl.-Ing. Baden Tan
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1971-02-26
Filing date: 1971-03-17
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2112775A1; DE2112775C3; CH528087A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Wirkverluste großer Drosselspulen, unter Verwendung einer Meßbrückenschaltung, sowie ein Mittel zu dessen Ausführung.

Im Starkstromgebiet sind Verfahren zur Messung der Wirkverluste bekannt, bei denen Amperemeter, Voltmeter und Wattmeter, die über Strom- und Spannungswandler angeschlossen sind, verwendet werden.

Infolge der an der zu messenden Drosselspule auftretenden großen Spannungen bzw. Ströme (z. B. 50OkV, 200A) ist die Einschaltung von Strom- oder Spannungswandlern auch bei Meßbrückenschaltungen unumgänglich.

Der Gesamtmeßfehler, verursacht durch die Eigenfehler der verwendeten Meßwandler, wird mit wachsender Phasenverschiebung im Meßkreis immer größer und kann deshalb beträchtliche Meßfehler verursachen. Bei sehr kleinem Leistungsfaktor, zum Beispiel cos<p< 0,1, ist es von wesentlicher Bedeutung, beispielsweise bei der Messung der Wirkverluste von großen Drosselspulen, daß diese Fehler genau erfaßt und bei der Messung berücksichtigt werden können.

Die Hauptschwierigkeit ist jedoch gerade darin zu sehen, daß die tatsächlichen Fehlwinkel der Meßwandler nicht exakt bestimmt werden können, da sie mit einer Toleranz behaftet sind, die in der gleichen Größenordnung liegt, wie der Fehlwinkel selber.

An einem Beispiel, das dem CIGRE-Bericht 12-03 (International Conference on Large High Tension Electric Systems, 1970 Session, 24. August — 2. September), Seite 6 entnommen wurde, sei dies kurz demonstriert Hier wird für den zum Prüfling Lxin Serie liegenden Stromwandler' ein Verlustwinkel (5r=(t0±10) · ΙΟ-⁵ radialen genannt

Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts ist, wie im erwähnten Bericht angegeben, mit einer Meßunsi-ο cherheit von etwa 14% zu rechnen.

Dies stellt jedoch einen erheblichen Nachteil dar, da die Drosselspulen bei Berücksichtigung der ungünstigsten Meßgenauigkeit erheblich überdimensioniert und damit verteuert werden müssen, um mit Sicherheit einen vorgegebenen Verlustwinkel nicht zu überschreiten.

Zwar ist noch die sog. kalorimetrische Messung bekannt, die eine Meßunsicherheit von 2—3% aufweist, jedoch ist bereits eine einzige Messung enorm teuer und dauert mehrere Tage

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung der Wirkverluste großer Drosselspulen unter Verwendung einer Meßbrücke anzugeben, das gegenüber den bekannten Methoden eine wesentlich größere Meßgenauigkeit ergibt, ohne den Nachteil einer langen Meßdauer aufzuweisen, sowie ein Mittel zu dessen Ausführung zu zeigen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Einschalten der zu prüfenden Drosselspule in die Meßbrückenschaltung, wobei die Drosselspule mit der für die Meßwertaufnahme maßgeblichen Stromstärke beaufschlagt wird und Abgleichen der Meßbrücke auf einen beliebigen markanten Zeigerausschlag des Meßinstrumentes,

b) Abtrennen der zu prüfenden Drosselspule von der Meßbrückenschaltung,

c) Einschalten einer Modelldrosselspule mit definiert einstellbarem Verlustwinkel in die Meßbrückenschaltung, wobei die Modelldrosselspule mit der gleichen Stromstärke wie zuvor die zu prüfende Drosselspule beaufschlagt wird,

d) Einstellen des zuvor genannten beliebigen markanten Zeigerausschlages des Meßinstrumentes durch Verstellen des Verlustwinkels der Modelldrossel-

4^r> spule.

Ein Mittel zur Ausführung dieses Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß als Modelldrosselspule mit definiert einstellbarem Verlustwinkel eine kryo- oder supraleitende Spule vorgesehen ist, der ein einstellbarer, kalibrierter Wirkwiderstand parallel oder in Serie geschaltet ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere darin zu sehen, daß es damit ermöglicht wird, die Wirkverluste großer Drosselspulen und Transformatoren mit praktisch vernachlässigbarer Meßunsicherheit zu erfassen, und zwar bei einer Meßzeit, die nicht wesentlich über der mit Meßbrücken üblichen liegt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die

bü Modelldrosselspule eine Induktivität aufweisen, die um einen beliebigen Maßstabsfaktor kleiner ist als die der zu prüfenden Drosselspule. Dadurch braucht die Modelldrosselspule nur für kleinere Leistungen dimensioniert zu werden, und der Energieverbrauch während der Messung reduziert sich ebenfalls. Es ist dann der bisherige Hochspannungskondensator durch einen verlustarmen Kondensator größerer Kapazität, aber kleinerer Spannungsfestigkeit zu ersetzen.

Die Zeichnung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, an dem das Meßverfahren genauer erläutert wird.

Es zeigt die Figur eine Meßbrücke mit Normalkondensator, Stromwandler und Gegeninduktivität, die als abgewandelte Scheringbrücke bekannt ist.

In dieser Figur ist mit 1 die zu prüfende Drosselspule, mit 2 ein Normalkondensator, mit 3 ein Abgleichkondensator und mit 4 ein Abgleichwiderstand bezeichnet. Ferner ist ein Meßinstrument mit 5, eine Gegeninduktivität mit 6 und ein Stromwandler mit 7 gekennzeichnet Eine Meßwechselspannung ist mit U angeschrieben. U\ ist der Spannungsabfall an der Drosselspule 1 und /1 der durchfließende Strom.

Nachfolgend sei die Bezeichnung des Verlustwinkels näher definiert:

Würde die zu prüfende Drosselspule keine Wirkverluste aufweisen (Idealfall), dann wäre die Spannung U\ dem Strom /1 exakt um 90° elektrisch voreilend. Infolge der unvermeidlichen Eisen- und Kupferverluste (Wirkwiderstand der Kupferleitungen), der einen mit dem Strom /j in Phase liegenden Spannungsabfall verursachen, beträgt die Voreilung jedoch weniger als 90° el. Üblicherweise wird der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung mit φ bezeichnet. Die Ergänzung von ψ auf 90° erhielt die Benennung Verlustwinkel <5, für dessen Berechnung gilt:

(Bei der Ersatzreihenschaltung)

JO

mit ω = 2«τ/ (Kreisfrequenz), L... Induktivität der Drosselspule, R... Wirkwiderstand der Drosselspule.

Zur Ermittlung des gesuchten Verlustwinkels ist wie folgt vorzugehen:

Zunächst wird die zu prüfende Drosselspule 1 in bekannter Weise in die Meßbrückenschaltung eingeschaltet, wie es ir. der Figur gezeigt ist, und mittels der Meßwechselspannung Uwird der für die Meßwerterfassung maßgebliche Strom J_x (z. B. 200 A, bei 500 kV) eingestellt. Dazu ist ergänzend zu bemerken, daß der Verlustwinkel δ vom Strom abhängig ist.
* Sodann wird die Meßbrücke mittels des Abgleichkondensators 3 und des Abgleichwiderstandes 4 abgeglichen, und zwar auf einen beliebigen markanten Zeigerausschlag des Meßinstrumentes 5.

Selbstverständlich kann dieser Wert auch Null sein, was jedoch keineswegs erforderlich ist.

Nach diesem ersten Abgleichvorgang wird nun erfindungsgemäß die zu prüfende Drosselspule 1 durch eine Modelldrosselspule 1' ersetzt, die einen definiert einstellbaren und somit in jeder Einstellung bekannten Verlustwinkel aufweist

Ohne die Abgleichelemente 3 und 4 zu verändern, kann nun durch Verstellen des Verlustwinkels der Modelldrosselspule der gleiche, beim ersten Abgleichvorgang markierte Zeigerausschlag eingestellt werden.

Liegt der gleiche Zeigerausschlag vor, so bedeutet das, daß in die Primärwicklung des Stromwandlers 7 nunmehr ein Strom fließt, der dem Betrag und der Phasenlage nach mit dem Strom ]\ bei der zu prüfenden Drosselspule übereinstimmt. Das heißt aber weiter auch,

40

daß das Verhältnis -^- der Modelldrosselspule gleich

ist dem Verhältnisj -j-- der zu prüfenden Drosselspule und damit der gleiche Verlustwinkel δ vorliegt

Damit kann nun sehr einfach der gesuchte Verlustwinkel δ errechnet oder an der Kalibrierung der Modelldrosselspule direkt abgelesen werden.

Wichtig bei diesem Meßverfahren ist daß die zu prüfende Drosselspule und die Modelldrosselspule mit der gleichen Stromstärke betrieben werden, das heißt, daß die Primärwicklung des Stromwandlers 7 in beiden Fällen mit dem exakt gleichen Strom beaufschlagt wird.

Damit bleibt der nicht genügend genau feststellbare und die Messung beeinträchtigende Fehlwinkel des Stromwandlers 7 (und auch der anderen Brückenelemente) während der Messung ebenfalls gleich und stört damit die Messung in keiner Weise. Die untere Hälfte der Meßbrücke mit dem Meßinstrument 5 hat dann nämlich lediglich die Funktion eines Galvanometers.

Damit die Ströme /1 und J\ und J\ exakt gleiche Phasenlage aufweisen, ist ausschließlich das Verhältnis

R R'

-^27 gleichzusetzen mit _ri^; ;die tatsächliche Größe

von !/(Induktivität der Modelldrosselspule) kann daher vorteilhaft um einen geeigneten Maßstabsfaktor kleiner gewählt werden als L, besonders wenn R' als Parallelwiderstand zu Z/ausgeführt ist

Das bedeutet daß dann auch die benötigte Meßwechselspannung U um den gleichen Faktor kleiner ist als zuvor bei der zu prüfenden Drosselspule, da in erster Näherung

U = J₁' -j<nL'

Jj gilt, und lediglich J₁' gleich sein muß J₁.

Selbstverständlich muß aber der Normalkondensator 2 etwa um denselben Faktor vergrößert werden." Aus diesem Grund sind Maßstabsfaktoren 100:1 oder 1000 :1 etc. zu bevorzugen.

Eine Modelldrosselspule, die z. B. nur iq™ der

Induktivität der zu messenden Drosselspule aufweisen muß, kann so großzügig dimensioniert werden, daß die ihr anhaftenden Eisenverluste (soweit ein Eisenkern vorgesehen ist) völlig vernachlässigbar sind. Allerdings ist den Leiterverlusten wegen der relativ großen Stromstärke nach wie vor Beachtung zuzuwenden.

Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Modelldrosselspule auf sehr tiefe Temperaturen zu bringen, so daß die Leiter der Spule kryo- oder supraleitend werden.

Da eine derartige, kryo- oder supraleitende Drosselspule praktisch verlustwinkelfrei ist, kann nun mittels eines parallel oder in Serie liegenden Wirkwiderstandes jeder gewünschte Verlustwinkel ausreichend genau eingestellt werden. Wird dieser Wirkwiderstand einstellbar ausgeführt liegt es auf der Hand, diesen direkt in Winkelminuten für den Verlustwinkel zu eichen.

Obwohl in der Figur als Meßbrücke die sogenannte Scheringbrücke dargestellt ist, bleibt der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Meßverfahrens nicht auf diese Meßbrücke beschränkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Wirkverluste großer Drosselspulen, unter Verwendung einer Meßbrückenschaltung, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

b) Abtrennen der zu prüfenden Drosselspule von der Meßbrückenschaltung,

d) Einstellen des zuvor genannten beliebigen markanten Zeigerausschlages des Meßinstrumentes durch Verstellen des Verlustwinkels der Modelldrosselspule.

2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Modelldrosselspule mit definiert einstellbarem Verlustwinkel eine kryo- oder supraleitende Spule vorgesehen ist, der ein einstellbarer, kalibrierter Wirkwiderstand parallel oder in Serie geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modelldrosselspule eine Induktivität aufweist, die um einen beliebigen Maßstabsfaktor kleiner ist als die der zu prüfenden Drosselspule.