DE285145C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 285145 ■-KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Februar 1913 ab.

Bei Leistungsmessungen in elektrischen Anlagen ist es oft wünschenswert, den Meßapparat, etwa ein Wattmeter, an einer anderen Stelle einzuschalten als dort, wo die Leistung tatsächlich festgestellt werden soll. Zum Beispiel kann es in einer Wechselstromanlage zweckmäßig sein, die Messung auf der Niederspannungsseite von Transformatoren auszuführen, während es sich darum handelt, die

ίο Leistung auf der Hochspannungsseite einschließlich der Verluste der eingeschalteten Transformatoren zu messen.

Gemäß der Erfindung wird dies nun dadurch erreicht, daß man ein Wattmeter besonderer Bauart verwendet, bei dem außer den gewöhnlichen Spulen noch andere vorhanden sind, die sich wie Amperemeter und Voltmeter verhalten, und deren Wirkung vorzugsweise dem Quadrat von Strom und Spannung proportional ist; diese Zusatzspulen arbeiten nun in der Weise, daß die vom eigentlichen Wattmeter gemessene Leistung um einen Teil,

, der proportional dem Quadrat des Stromes und ebenfalls um einen anderen Teil, der proportional dem Quadrat der Spannung ist, je nach der Anordnung vermehrt oder vermindert wird, oder um nur einen dieser beiden Teile.

In Fig. ι und 2 ist z. B. schematisch der Fall einer Drehstromanlage von hoher Spannung angegeben, bei der ein Drehstromtransformator T (oder auch drei einphasige Transformatoren) angeschlossen ist, der eine Drehstrom-Niederspannungsanlage speist. Es sei nun angenommen, daß man die Leistung vor dem Transformator, also auf der Hochspannungsseite, in den Punkten φ feststellen will; besondere Verhältnisse hinsichtlich Raum, Preis, Sicherheit, Bequemlichkeit o. dgl. können es wünschenswert erscheinen lassen, den Meßapparat auf der Niederspannungsseite einzuschalten, also hinter dem Transformator. Natürlich würde dann ein gewöhnliches Wattmeter (oder ein Zähler), das z. B. als elektrodynamisches Wattmeter für ungleich belastete Phasen ausgeführt ist, das aber auch von anderer Type (Induktionswattmeter) sein könnte, kleinere Resultate angeben, wie verlangt wurde, weil es die Verluste im Transformator T vernachlässigt. Wollte man nun den Stromkreis des Wattmeters z. B. mittels Stromwandler an die Hochspannungsleitung und den Spannungskreis unmittelbar oder nicht an die Niederspannungsleitung schalten, so müßte man die Veränderungen im Übersetzungsverhältnis von T in Rücksicht auf die Belastung und ebenfalls auf die veränderliche Phasenverschiebung der sekundären Spannung gegenüber der primären kompensieren, eine Aufgabe, die besondere, umständliche und schwer zu handhabende Vorrichtungen erfordert. Nach vorliegender Erfindung wendet man ein verbessertes Wattmeter an, durch das nicht nur die Leistung der Niederspannungsseite, sondern auch die im Transformator T verlorene Leistung gemessen wird. Diese Verluste lassen sich in

zwei Teile zerlegen, deren einer, der Kupferverlust, dem Quadrat der Stromstärke, z. B. der sekundären, und deren anderer, die Eisenverluste, dem Quadrat der Spannung, z. B. ebenfalls der sekundären, bei den nur kleinen auftretenden Veränderungen genügend genau proportional ist.

Bezeichnet man mit:

Wa die Leistung auf der Hochspannungs-' ίο seite,

Wb die Leistung auf der Niederspannungsseite,

Wt die im Transformator T verlorene Leistung,
Wp die Eisen Verluste,

Wr die Kupferverluste,

V die Spannung zwischen zwei Phasen im sekundären Stromkreis,

I die Stromstärke im sekundären Stromkreis, und mit

A₁ und k_% passende Konstanten, nimmt man ferner gleichmäßige Verteilung der Verluste auf die einzelnen Phasen des Transformators an, so gilt:

²S Wa=Wb+ W_t,

W_t=W_f+Wr, Wp = k_x · F²,

Wr = k · /²,

Wa = Wb+ h'V^+h'P·

Diese Gleichungen zeigen, daß man die Leistung der Hochspannung Wa mittels eines Apparates messen kann, indem zu der auf der Niederspannungsseite gemessenen Leistung Wb ein dem Quadrat der sekundären Spannung proportionaler Teil und ein dem Quadrat des sekundären Stromes ebenfalls proportionaler Teil addiert wird. In Fig. 2 ist ein doppeltes Wattmeter für ungleich belastete Phasen dargestellt, bei dem O₁, a₂ die gewöhnlichen Stromspulen und J₁, b_s die gewöhnlichen Spannungsspulen sind. Gemäß vorliegender Erfindung ist das Wattmeter in diesem besonderen Fall in solcher Weise hergestellt, daß zu der einen Stromspule a_x eine Spannungsspule a[ und zu der Spannungsspule 5₂ des anderen einfachen Wattmeters eine Stromspule K₁ hinzugefügt ist. In der Fig. 2 ist z. B. von diesen zugefügten Hilfsspulen die Hilfsspannungsspule a[ unabhängig von der Hauptspannungsspule b_x gezeichnet, während die Hilfsstromspule'&2 von dem Nebenschluß S abgezweigt ist. Auf diese Weise erhält man ein Meßinstrument, das aus einem doppelten Wattmeter und aus zwei Elektrodynamometern besteht, deren Konstante man so bestimmen kann, daß die angegebenen Werte dem entsprechenden Werte von W_B, k_x · F² und A₂ · /² proportional sind und so die gewünschte Messung von Wa ermöglichen.

Das angegebene Beispiel ist nur ein besonderer Fall der möglichen Anordnungen der vorliegenden Erfindung, die noch viele andere Anwendungen gestattet, bei denen natürlich entsprechende Änderungen in der Bauart und Einschaltung des Apparates vorgenommen werden können.

Handelt es sich z. B. um eine einphasige Wechselstromanlage > wie in Fig. 3 oder eine gleichbelastete Drehstromanlage, so könnte man anstatt eines doppelten Wattmeters ein einfaches anwenden, das außer der normalen Hauptstromspule α und Hauptspannungsspule b mit einer beweglichen Stromhilfsspule V und mit einer Spannungshilfsspule a' versehen ist. S ist ein Nebenschluß wie in Fig. 2. Dann erhält man nicht nur einen zweckmäßigen Ineinanderbau des Wattmeters a, b und der zwei andern Elektrodynamometer a, a' und b, V, sondern zugleich wegen der gegenseitigen Wirkung der zwei Hilfsspulen gewissermaßen ein zweites Wattmeter a!', V; dieses wirkt aber bei entsprechender Ausführung nicht in schädlicher Weise, ändert vielmehr nur die Konstante des Hauptwattmeters a, b, die sich leicht durch Rechnung festlegen läßt.

In ähnlicher Weise könnte man anstatt eines elektrodynamometrischen Instrumentes, wie bis jetzt als Beispiel angenommen, je nach den besonderen Fällen geeignete Apparate der Induktionstype oder von anderer Art anwenden.

Die wattmetrischen Teile sowie die Hilfsspulen für Spannung oder Strom brauchen nicht unter sich ineinandergebaut zu werden, sie können auch getrennte Spulen besitzen, die in elektrischer Beziehung nicht zusammenhängen, aber doch auf mechanischem Wege den gleichen Apparat beeinflussen, indem sie die eigenen Wirkungen in geeigneter Weise zuzählen oder abziehen.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man neben dem Wattmeter ein von dem Quadrat der Spannung oder der Stromstärke abhängiges Triebsystem anordnet und mit dem ersteren kuppelt, so daß es auf dieselbe Anzeigevorrichtung wirkt.

Die angewendeten Hilfsspulen können mit Regelanordnungen versehen sein, um ihre Wirkungen zu regeln; außerdem können sie aus mehreren Teilen bestehen, so daß man durch Einschalten des einen oder anderen Teiles, oder von mehreren derselben, den auf die Angaben des Wattmeters ausgeübten, ausgleichenden Einfluß beliebig ändern kann. Dieser Fall tritt beispielsweise bei einer Unterstation ein, in der mehrere Transformatoren in Parallelschaltung arbeiten. Wenn man einen oder mehrere derselben aus dem Stromkreis ausschaltet, so tritt eine ganz erhebliche Veränderung in den gesetzmäßigen Verlusten ein, und in Rücksicht hierauf kann es sich als

durchaus zweckmäßig erweisen, eine entsprechende Änderung der den Ausgleich bewirkenden Hüfsanordnung vorzunehmen.

Selbstverständlich braucht man das eigentliehe Wattmeter wie die zugehörigen Hilfsteile nicht unmittelbar in die Leitung einzuschalten, es kann auch über Meßtransformatoren für Strom und Spannung beeinflußt werden.

ίο Die Kompensation, die nach der Annahme die Verluste bei einer statischen Transformation betrifft und sich deshalb auf die Ver- ^; luste im Eisen sowie im Kupfer bezieht, kann auch, wenn nötig, für einen einzigen von diesen Verlusten erfolgen.

Auch in anderen Fällen, z. B. bei Energieverlust in einer Verteilungsleitung, ist eine Kompensation möglich. Handelt es sich beispielsweise um eine Luftleitung, so braucht man im allgemeinen nur die Ohmschen Verluste in Betracht zu ziehen, welche genau vom Quadrat des Stromes und auch vom Widerstand abhängen, den man als konstant annehmen kann. Wenn es sich um unterirdische oder unterseeische Kabel handelt, so kann man auch genau die Verluste im Isoliermaterial in Betracht ziehen, die vom Quadrat der Spannung abhängen.

In ähnlicher Weise lassen sich bei Luftleitungen für Strom von sehr hoher Spannung Koronaverluste kompensieren, die man als proportional dem Quadrat der Spannung in ihrem normalen Grenzwert annehmen kann.

Es lassen sich auch in zweckmäßiger Weise mehrere dieser Kompensationen mit denselben Hilfsspulen ausführen, wenn diese alle von der gleichen Größe wie Strom oder Spannung abhängig sind, z. B. die Verluste bei einer doppelten Transformation über eine dazwisehen liegende Leitung. Man kann demnach den Apparat in die Niederspannungsleitung einer Zentrale einschalten und die Leistung einer Verbrauchslage messen, trotzdem diese mittels einer Hochspannungsleitung und zweier Systeme von Transformationen gespeist wird; +5 in ähnlicher Weise kann man umgekehrt mit dem in die Verbrauchsanlage eingeschalteten Apparat die Leistung in der Zentrale messen und auch mit dem in der Hochspannungsleitung liegenden Apparat die Leistung der Niederspannungsseite, indem man in jedem Falle das entsprechende positive oder negative Vorzeichen der Kompensation in Betracht zieht.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Meßgerät zum Anzeigen, Aufzeichnen oder Zählen der elektrischen* Leistung an einer von dem Aufstellungsort des Meßgeräts entfernten Stelle, gekennzeichnet durch ein Wattmeter, dessen Stromspulensystem eine in gleichem oder entgegengesetztem Sinne wirkende Hilfsspannungsspule, oder dessen Spannungsspulensystem eine in gleichem oder entgegengesetztem Sinne wirkende Hilfsstroinspule zugeordnet ist, oder welches sowohl eine Hilfsstromspule als auch eine Hilfsspannungsspule enthält, so daß durch die Hilfsspulen in den Angaben des Wattmeters die Verluste berücksichtigt werden, die zwischen dem Aufstellungsort des Meßgeräts und" der Stelle, an welcher die Leistung bestimmt werden soll, auftreten.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanordnungen als ein von dem Quadrat der Spannung oder der Stromstärke abhängiges, von dem Wattmeter getrennt liegendes, aber mit ihm gekuppeltes Triebsystem ausgebildet sind, das auf dieselbe Anzeige- oder Zählvorrichtung wirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.