DE4115405A1 - Schaltungsanordnung zur pruefung von elektrizitaetszaehlern - Google Patents

Description

Herkömmliche Elektrizitätszähler für Verrechnungszwecke sind so konstruiert, daß sich Spannungs- und Strompfade zu Prüfzwecken durch Lösen einer Schraubverbin­ dung galvanisch trennen lassen. Mehrere Zähler (Prüflinge) lassen sich so strom­ mäßig in Reihe und spannungsmäßig parallelschalten und mittels bekannter Zähler­ prüfeinrichtungen (z. B. DE-OS 21 60 568), die heute in der Regel von digital pro­ grammierbaren Strom- und Spannungsquellen versorgt werden, prüfen. Die Meßfehler der Prüflinge erhält man dann durch Vergleich von deren Anzeigen mit einer (z. B. mit Hilfe eines Prüfzählers ermittelten und somit) bekannten Prüfleistung. Das ist möglich, weil tatsächlich in den Strompfaden aller Zähler derselbe Strom fließt und an den Spannungsspulen aller Zähler dieselbe Spannung anliegt.

Besteht nicht die Möglichkeit, Strom- und Spannungspfad eines Zählers für die Prüfung galvanisch zu trennen (bei elektronischen Zählern, die einen Shunt zur Stromstärkemessung verwenden, kann dieses z. B. der Fall sein), so ist die oben beschriebene Methode nicht mehr ohne weiteres einsetzbar. Die galvanische Verbindung führt dazu, daß es in dem durch die Zusammenschaltung der Zähler entstehenden Netzwerk zu linearen Verknüpfungen von Strom- und Spannungssignalen kommt. Als Problem erweist sich insbesondere, daß durch die in den Strompfaden auftretenden Spannungsabfälle an den Eingangsklemmen der Prüflinge nicht wie bei der oben beschriebenen Situation gleiche, sondern für Jeden Prüfling unterschiedliche Spannungen anliegen. Der Vergleich eines Referenz­ leistungswertes mit den Zählerangaben, um die Prüflingsfehler zu bestimmen, ist in diesem Fall nicht mehr sinnvoll und die Prüfmethode nicht mehr anwendbar.

Eine direkte Lösung zur Überwindung dieses Problems besteht darin, daß dem Strom- oder Spannungspfad jeden Zählers ein Präzisionswandler mit galvanisch getrennter Primär- und Sekundärwicklung vorgeschaltet wird. Somit liegt dann wieder die erwünschte galvanische Trennung vor. Der wesentliche Nachteil hierbei liegt darin, daß zum Aufbau einer Prüfeinrichtung für mehrere Zähler und Phasen eine entsprechend hohe Zahl von teuren Präzisionswandlern erforderlich ist. Eine weitere Lösung ist in der Anmeldeschrift P 40 26 279.0-35 aufgezeigt. Dort werden in die Strompfade Zweipole geschaltet, die unerwünschte Spannungsabfälle reduzieren. Eine Schwierigkeit liegt dort darin, daß diese Zweipole von den u. U. sehr hohen Prüfströmen durchflossen werden und demzufolge für hohe Leistungsab­ gaben ausgeführt sein müssen. Daraus ergibt sich die Aufgabe, die gleichzeitige Prüfung mehrerer insbesondere mehrphasiger Zähler, bei denen jeweils Strom- und Spannungspfad galvanisch miteinander verbunden sind, unter Verzicht des Einsatzes von Präzisionswandlern für Zwecke der galvanischen Trennung und ohne zusätzliche Baugruppen zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden zunächst anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher beschrieben. Wichtige Knoten dieses Netzwerkes sind zur Erläuterung seiner Funktion mit Kleinbuchstaben bezeichnet. Für die weiterhin verwendeten Spannungsnamen gilt dann folgende Indizierungskonvention: U_ÿ, i, j= a . . . m.

Die gezeigte Anordnung bildet eine 3phasige Zählerprüfeinrichtung zur Prüfung von beispielhaft 3 Zählern (26, 27, 28). Einer von ihnen (26) (es könnte sich z. B. um den Vergleichszähler zur Bestimmung der Referenzleistung handeln) ist unmittelbar an die zusammen je Phase Leistungsquellen bildenden Strom- (1, 2, 3) und Spannungsquellen (13, 14, 15) angeschlossen. Die von ihm gemessene Leistung stimmt insgesamt mit der von den 3 Leistungsquellen abgegebenen Leistung überein. Die an den Strompfaden der Meßwerke (4, 7, 10) abfallenden Spannungen U_ab, U_de, U_gh) würden nun aber dazu führen, daß die Eingangsklemmenspannungen U_bl, U_el, U_hl) des nächsten Zählers (27) nicht den Spannungen der Quellen U_am, U_dm, U_gm), sondern "verfälschten" Spannungen (U_am-U_ab, U_dm-U_de, U_gm-U_gh) entsprächen, wenn der Knoten l wie der Knoten k unmittelbar mit dem Knoten m verbunden wäre. Zur Überwindung dieses Problems ist zwischen die Knoten l und m ein Spannungs-Einkopplungsglied (16) in Form eines Spannungswandlers geschaltet. Seine Primärwicklung wird von einem Summierverstärker (24) gespeist. Dessen Eingangssignale sind die mittels Differenzverstärkern (18, 20, 21) abgegriffenen Potentialdifferenzen (U_ab, U_de, U_gh), so daß schließlich zwischen den Knoten l und m eine Summenspannung (-U_ab-U_de-U_gh) anliegt. Berechnet man nun für die 3 Phasen die Maschenspannungen für die Maschen mit den Spannungspfaden des Zählers (27), so findet man

U_am=U_ab+U_bl+U_lm=U_ab+U_bl-U_ab-U_de-U_gh=U_bl-U_de-U_gh
U_dm=U_de+U_el+U_lm=U_de+U_el-U_ab-U_de-U_gh=U_el-U_ab-U_gh
U_gm=U_gh+U_hl+U_lm=U_gh+U_hl-U_ab-U_de-U_gh=U_hl-U_ab-U_de

An den Zählereingangsklemmen liegen nun wunschgemäß die Spannungen der Quellen (13, 14, 15), allerdings zuzüglich der Potentialdifferenzen (nachfolgend "Fremdspannungen" genannt) der jeweils anderen beiden Phasen.

Dieses Problem wird dadurch überwunden, daß den 3 Phasen 3 geringfügig unter­ schiedliche Frequenzen zugeordnet werden. Z.B. wird für die Strom- und Spannungs­ quelle der ersten Phase (1, 13) die Betriebsfrequenz 50 Hz, für die Quellen der zweiten Phase (2, 14) die Frequenz 50,25 Hz und die Quellen der dritten Phase die Frequenz 49,75 Hz gewählt. Da nun die Zähler-Meßsysteme der Phasen unab­ hängig voneinander arbeiten und jedes für sich ein integrierendes Meßinstrument darstellt, das nur einen zeitlichen Mittelwert solcher Leistungen bildet, die durch die Multiplikation gleichfrequenter Ströme und Spannungen zustande kommen, wirken sich die Fremdspannungen bei Wahl einer ausreichend großen Meßzeit nicht auf die Meßergebnisse der einzelnen Meßwerke und damit auch nicht auf die Gesamtzähleranzeige aus. Die Fremdspannungen führen lediglich dazu, daß die Zählerklemmenspannungen einen erhöhten Klirrfaktor aufweisen. Bei der Dimensionie­ rung der Prüfeinrichtung sind diesbezüglich die in den einschlägigen Zählerprüfvor­ schriften (z. B. IEC-Standard 1036) vorgegebenen Grenzwerte zu berücksichtigen.

Bislang wurde die Wirkungsweise der Zählerprüfeinrichtung am Beispiel des Zählers (27) erklärt. Bei weiteren Zählern (28) ist ihre Funktion analog. Lediglich werden jetzt in jeder Phase die Potentialdifferenzen an den Strompfaden beider vorgeschal­ teten Zähler (26, 27) von Verstärkern (19, 21, 23) abgegriffen und zusammen von einem Summierverstärker (25) mittels eines Einkopplungsgliedes (17) eingespeist.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Arbeitswei­ se entspricht weitgehend der der Anordnung in Fig. 1. Lediglich werden jetzt immer nur die Potentialdifferenzen der unmittelbar vorgeschalteten Zähler (26 bezüglich 27 und 27 bezüglich 28) abgegriffen. Die Summenspannungen sind dann jeweils zwischen die Verbindungsknoten der Phasenspannungspfade einzuspeisen. Bei der so entstehenden kaskadischen Struktur sind die von den Einkopplungsglie­ dern einzuspeisenden Spannungen für alle Prüflinge etwa von gleicher Größe.

Charakteristisch für die Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2 ist, daß der Klirrfaktor der Spannungen an einem Prüfling je größer wird, um so mehr Prüflinge vorgeschal­ tet sind. Diesem Effekt kann entgegengewirkt werden, wenn die Impedanzen der Prüflingsstrompfade weitgehend ohmsch und näherungsweise bekannt sind. Die Spannungsquellen (13, 14, 15) sind dann so auszuführen, daß die von ihnen generier­ ten Spannungen bereits Fremdspannungsanteile enthalten, die eine solche Amplitude und Phasenlage aufweisen, daß es für die in der Mitte der Prüflingsreihenschaltung befindlichen Zähler (27) zu einer näherungsweisen Auslöschung der Fremdspannungs­ anteile kommt. Insgesamt lassen sich so im günstigsten Fall die maximal auftreten­ den Klirrfaktoren halbieren.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung einer mehrphasigen Zählerprüfeinrichtung, bei der die Anzeigen von Prüflingen (26, 27, 28) mit einer bekannten Prüfleistung verglichen werden, zum gleichzeitigen Prüfen eines oder mehrerer Zähler, deren Strom­ und Spannungspfade galvanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die je Phase aus einer Strom- (1, 2, 3) und einer Spannungsquelle (13, 14, 15) bestehenden Leistungsquellen in den verschiedenen Phasen unterschiedliche Phasen-Betriebsfrequenzen aufweisen,
daß weiterhin je Phase für nicht unmittelbar an die Quellen angeschlossene Prüflinge (27, 28) mittels Differenz-Spannungsmeßgliedern (18, 19 und 20, 21 und 22, 23) die Potentialdifferenzen zwischen den Verbindungsknoten von Strom- und Spannungspfaden der einzelnen Phasenmeßwerke (5, 6 und 8, 9 und 11, 12) einerseits und andererseits Schaltungsknoten, die Potentiale auf­ weisen, auf denen auch die Verbindungsknoten liegen sollen, abgegriffen werden
und daß für die nicht unmittelbar an die Quellen angeschlossenen Prüflinge (27, 28) mittels Summiergliedern (24, 25) die Summen der Potentialdifferenzen in den einzelnen Phasen gebildet und durch Einkopplungsglieder (16, 17) zwi­ schen den Verbindungsknoten der Phasenspannungspfade der Prüflingsmeßwerke (5, 8, 11 und 6, 9, 12) einerseits und weiteren Schaltungsknoten andererseits derart eingespeist werden, daß an den Phasenspannungspfaden jeweils Phasen­ spannung mit Phasen-Betriebsfrequenzanteilen anliegen, die den Spannungen der Phasenspannungsquellen (13, 14, 15) entsprechen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenzen zwischen den Verbindungsknoten von Strom- und Spannungs­ pfaden der einzelnen Phasenmeßwerke (5, 6 und 8, 9 und 11, 12) einerseits und den Verbindungsknoten der Strom- und Spannungsquellen (1, 13 und 2, 14 und 3, 15) andererseits abgegriffen werden und daß die Einkopplungsglieder (16, 17) die Summenspannungen zwischen den Verbindungsknoten der Phasenspannungspfade der Prüflingsmeßwerke (5, 8, 11 und 6, 9, 12) einerseits und dem Verbindungsknoten der Spannungsquellen (13, 14, 15) andererseits einspeisen (Fig. 1).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenzen zwischen den Verbindungsknoten von Strom- und Spannungs­ pfaden der einzelnen Phasenmeßwerke (5, 6 und 8, 9 und 11, 12) einerseits und den Verbindungsknoten von Strom- und Spannungspfaden der einzelnen Phasenmeßwerke (4, 5 und 7, 8 und 10, 11) vorgeschalteter Zähler (26 bezüg­ lich 27 und 27 bezüglich 28) andererseits abgegriffen werden und daß die Einkopplungsglieder (16, 17) die Summenspannungen zwischen den Verbindungsknoten der Phasenspannungspfade der Prüflingsmeßwerke (5, 8, 11 und 6, 9, 12) einerseits und den Verbindungsknoten der Phasenspannungspfade der Prüflingsmeßwerke (4, 7, 10 und 5, 8, 11) vorgeschalteter Zähler (26 bezüglich 27 und 27 bezüglich 28) andererseits einspeisen (Fig. 2).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Quellen (13, 14, 15) abgegebenen Spannungen mit einem aus Prüflingsparametern berechneten Klirrfaktor generiert werden.