DE4115405C2 - Schaltungsanordnung zur Prüfung von Elektrizitätszählern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die es ermöglicht, mehrere Elektrizitätszähler, bei denen die Strom- und Spannungspfade jeweils nicht galvanisch getrennt sind, gleichzeitig auf einer Zählerprüfstation zu prüfen. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Spannungsabfälle zwischen den Zähleranschlußklemmen, die im normalen Betrieb an die Phasenspannungen anzuschließen sind, und der Prüfspannungsquelle abgegriffen und an Zählerklemmen, die im normalen Betrieb mit dem Neutralleiter des Netzes zu verbinden sind, eingespeist werden. Eine mehrphasige Anwendung wird dadurch ermöglicht, daß die Phasen mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen ausgeführt werden.

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 oder 2 gelöst. Eine Ausführungsform der Erfindung ist im Unteranspruch 3 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_ij, i,j = a. . .m.

Die gezeigte Anordnung bildet eine 3phasige Zählerprüfeinrichtung zur Prüfung von beispielhaft 3 Zählern (28, 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 Span­ nungsquellen (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 Oberwindung 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 (3)

1. Schaltungsanordnung einer mehrphasigen Zählerprüfeinrichtung, bei der die Anzeigen von Prüflingen (26, 27, 28) mit einer bekannten Prüfleistung verglichen werden, zum gleichzeitigen Prüfen mehrerer Zähler, bei denen jeweils Strom- und Spannungspfad galvanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die je Phase aus einer Strom- (1, 2, 3) und einer Spannungsquelle (13, 14, 16) bestehenden Leistungsquellen in den verschiedenen Phasen unterschiedliche Phasen-Betriebsfrequenzen aufweisen,
dass die Prüflinge (26, 27, 28) je Phase mit ihren Strompfaden in Serie geschaltet sind,
dass je Phase der Spannungspfad jedes Prüflings über die Strompfade der in der Serieschaltung vorhergehenden Prüflinge an die zugehörige Spannungsquelle angeschlossen ist (a bis i),
dass die Phasenspannungspfade der einzelnen Prüflinge (26, 27, 28) jeweils an einem Verbindungsknoten (k, l, j) zusammengeführt sind,
dass die Phasenspannungsquellen (13, 14, 15) an einem Verbindungsknoten (m) zusammengeführt sind,
daß weiterhin je Phase für einen mit den Phasenspannungspfaden nicht unmittelbar an die Spannungsquelle angeschlossenen Prüfling (27, 28) mittels Differenz-Spannungsmeßgliedern (18, 19 und 20, 21 und 22, 23) die Potentialdifferenzen an der Serieschaltung der Strompfade der vorhergehenden Prüflinge abgegriffen werden,
und daß die Summe der Potentialdifferenzen der einzelnen Phasen gebildet und durch ein Einkopplungsglied (16, 17) zwischen dem Verbindungsknoten (l, j) der Phasenspannungspfade der Prüflingsmeßwerke (5, 8, 11 und 6, 9, 12) und dem Verbindungsknoten (m) der Phasenspannungsquellen (13, 14, 15) derart eingespeist werden, daß an den Phasenspannungspfaden jeweils Phasenspannungen mit Phasen-Betriebsfrequenzanteilen anliegen, die den Spannungen der Phasenspannungsquellen (13, 14, 16) entsprechen.

2. Schaltungsanordnung einer mehrphasigen Zählerprüfeinrichtung, bei der die Anzeigen von Prüflingen (26, 27, 28) mit einer bekannten Prüfleistung verglichen werden, zum gleichzeitigen Prüfen mehrerer Zähler, bei denen jeweils Strom- und Spannungspfade galvanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die je Phase aus einer Strom- (1, 2, 3) und einer Spannungsquelle (13, 14, 16) bestehenden Leistungsquellen in den verschiedenen Phasen unterschiedliche Phasen-Betriebsfrequenzen aufweisen,
dass die Prüflinge (26, 27, 28) je Phase mit ihren Strompfaden in Serie geschaltet sind,
dass je Phase der Spannungspfad jedes Prüflings über die Strompfade der in der Serieschaltung vorhergehenden Prüflinge an die zugehörige Spannungsquelle angeschlossen ist (a bis i),
dass die Phasenspannungspfade der einzelnen Prüflinge (26, 27, 28) jeweils an einem Verbindungsknoten (k, l, j) zusammengeführt sind,
daß weiterhin je Phase für einen mit den Phasenspannungspfaden nicht unmittelbar an die Spannungsquelle angeschlossenen Prüfling (27, 28) mittels Differenz-Spannungsmeßgliedern (18, 19 und 20, 21 und 22, 23) die Potentialdifferenzen an den Phasenstrompfaden des vorhergehenden Prüflings abgegriffen werden,
und daß die Summe der Potentialdifferenzen der einzelnen Phasen gebildet und durch ein Einkopplungsglied (16, 17) zwischen dem Verbindungsknoten (l, j) der Phasenspannungspfade der Prüflingsmeßwerke (5, 8, 11 und 6, 9, 12) und dem entsprechenden Verbindungsknoten (k bzw. e) des jeweils vorhergehenden Prüflings derart eingespeist werden, daß an den Phasenspannungspfaden jeweils Phasenspannungen mit Phasen-Betriebsfrequenzanteilen anliegen, die den Spannungen der Phasenspannungsquellen (13, 14, 16) entsprechen.

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