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meßeinrichtung für ein elektrisches System. Die Erfindung betrifft
Meßeinrichtungen für elektrische Anlagen, in denen ein unausgeglichenes Mehrphasenverbrauchsnetz
mit einem Mehrphasenliefernetz verbunden ist, wobei unabhängig von der durch das
angeschlossene Verbrauchsnetz hervorgerufenen Unausgeglichenheit die einzelnen Phasen
des Liefernetzes für sich schon von vornherein unausgeglichen sein können.
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Es ist bekannt, daß jedes unausgeglichene Mehrphasensystem von elektrischen
Größen sich in eine Anzahl ausgeglichener bzw. symmetrischer Komponenten auflösen
läßt, daß also ein nicht ausgeglichenes elektrisches Dreiphasensy stem in drei elektrische
Komponenten aufgelöst werden kann, von denen die eine eine positive Phasenfolge,
die andere eine negative Phasenfolge und die dritte eine Nullphasenfolge hat.
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Die Begriffe »positive, negative und \ ullphasenfolge« sind aus dem
Aufsatz »Method of symmetrical co-ordinates applied to the solution of polyphase
networks« von C. Le G. Fortescue zu ersehen, der in den »Proceedings of the American
Institute of Electrical Engineers« vom a8. Juni rgr8 veröffentlicht «-orden ist.
Diese Begriffe mögen aber an dieser Stelle nochmals kurz .erklärt werden.
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Stellt man sich einen Mehrphasengenerator in einer bestimmten Drehrichtung
arbeitend vor, so steigen die in den verschiedenen Leitern des Netzes fließenden
einzelnen Stromwellen in einer bestimmten Reihenfolge an und ab. In einem Dreiphasennetz
erreicht zuerst die Welle in Leiterpaar I, dann die Welle in Leiterpaar II und schließlich
die Welle in Leiterpaar III ihren Höhepunkt. Diese Reihenfolge des An- und Absteigens
der Wellen kann man als die positive Reihenfolge oder »Phasenfolge« bezeichnen.
Würde man nun die Drehrichtung des Generators umkehren, so würde das An- und Absteigen
der Wellen in den verschiedenen Leiterpaaren des Netzes in umgekehrter Reihenfolge
wie vorher, also in der Reihenfolge III, II, I erfolgen, was im nachfolgenden als
eine »negative Phasenfolge« bezeichnet wird. Schickt man Stromwellen in den Knotenpunkt
eines in Sternschaltung verbundenen Mehrphasennetzes, z. B. eines Dreiphasennetzes,
so werden die Wellen in allen drei Leitern gleichphasig sein. Das Auf- und Abschwellen
der Wellen in allen Leitern würde also immer gleichzeitig geschehen, so daß von
einer Phasenfolge nicht mehr die Rede sein kann. Das wird im nachfolgenden mit einer
»Nullphasenfolge« bezeichnet.
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In einem Dreiphasen-Dreileitersystem hat die Komponente mit Nullphasenfolge
den Wert Null, und es brauchen nur die Komponenten von positiver und negativer Phasenfolge
in Betracht gezogen werden.
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Gemäß der Erfindung wird ein elektrisches System der obenerwähnten
Art mit einer Einrichtung versehen, die anzeigt, ob die Unausgeglichenheit im Verbrauchsnetz
den Grad der Unausgeglichenheit des Speisenetzes zu vergrößern oder zu verkleinern
sucht. Zu diesem Zwecke ist ein Paar von in entgegengesetzter Richtung wirkenden,
auf elektrischen Strom ansprechenden Vorrichtungen vorgesehen, die durch die Komponenten
negativer Phasenfolge der Spannungen im Verbrauchsnetz bzw. im Speisenetz erregt
werden. Eine die Unausgeglichenheit messende Vorrichtung kann dazu vorgesehen sein,
die Größe der Unausgeglichenheit im Verbrauchsnetz zu bestimmen, und es können ferner
Vorrichtungen
vorhanden sein, durch «-elche eine einzige Anzeigevorrichtung
Größe sowohl wie auch Richtung der Unausgeglichenheit angibt.
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Abb. i der Zeichnungen gibt schematisch eine elektrische Anlage mit
Apparaten gemäß der Erfindung wieder.
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Abb. 2 ist eine schematische Darstellung einer Abänderung des in Abb.
i veranschaulichten Systems und Abb. 3 ein Schema einer weiteren Abänderung.
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Bei der Anlage gemäß Abb. i ist ein Speisenetz 1, 2 und 3 und ein
Verbrauchsnetz la, 2a und 3a vorhanden, ferner Vorrichtungen, z. B. Reaktanzen oder
Transformatoren 4, 5 und 6, welche mit den entsprechenden Leitern 1, 2 und 3 verbunden
sind und das Speisenetz selbst vom Verbrauchsnetz trennen. Eine Vorrichtung 7 dient
dazu, den Grad der Unausgeglichenheit im Verbrauchskreise anzuzeigen, während eine
zweite Vorrichtung 8 so ausgestaltet ist, daß sie anzeigt, ob die Unausgeglichenheit
im Verbrauchsnetz der Unausgeglichenheit des Systems als Ganzes genommen entgegenzuwirken
oder sie zu unterstützen sucht.
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Die Vorrichtung 7 umfaßt eine'Anordnung zur Erzeugung einer Komponente
positiver Phasenfolge, die in Übereinstimmung mit der Komponente positiver Phasenfolge
der Spannung des Verbrauchsnetzes erregt wird, während die zugeordnete Vorrichtung
io zur Erzeugung der Stromkomponente negativer Phasenfolge im Verbrauchsnetz erregt
wird. Ein Wattmeter ii o. dgl. wird von den Vorrichtungen 9 für die positive und
negative Phasenfolge erregt.
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Die Vorrichtung 9 besitzt einen Kern 20, dessen einer Schenkel zwei
Transformatorspulen 21, 22 trägt. Der Leiter 3a ist über einen Widerstand 23 mit
der Spule 21 verbunden, während ein mit einer Selbstinduktion in Reihe geschalteter
Widerstand 24 den Leiter la des Verbrauchsnetzes mit der Spule 22 verbindet. Der
Leiter 2a des Verbrauchsnetzes ist durch einen Leiter 25 unmittelbar mit der Verbindungsstelle
der Spulen 21 und 22 verbunden. Ein anderer Schenkel des Transformators 20 ist mit
einer Sekundärspule 26 ausgerüstet.
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Die Vorrichtung io zur Erzeugung der Komponente negativer Phasenfolge
besitzt ein Kernglied 27, auf dessen einem Schenkel zwei Wicklungen 28 und 29 aufgebracht
sind. Zwei Widerstände 30 und 31 sind mit den entsprechenden äußeren Enden
der Wicklungen 28 und 29 und ferner im Stromkreis von Sekundärwicklungen von Stromtransformatoren
32, 33 angeordnet, die in Verbindung mit den Verbrauchsnetzleitern ja und 2a stehen.
Ein gemeinsamer Leiter 34 dient zur Verbindung der benachbarten Enden der Sekundärwicklungen
der Transformatoren 32 und 33 mit dem Verbindungspunkt der Transformatorspulen 28
und .29. Ein Widerstand 35 ist zwischen den mittleren Leiter und den den Widerstand
3o enthaltenden äußeren Leiter geschaltet, während eine kombinierte Widerstands-
und Reaktanzspule 36 zur Verbindung des mittleren Leiters 34 mit dem den Widerstand
31 enthaltenden äußeren Leiter dient. Eine Sekundärwicklung 37 sitzt auf einem anderen
Schenkel des Transformatorkernes 27.
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Die Vorrichtungen 9 und io vermögen in den Sekundärwicklungen 26 und
37 Ströme zu erzeugen, die den Komponenten der positiven und der negativen Phasenfolge
der Spannung bzw. des Stromes im Verbrauchsnetze entsprechen. Diese Sekundärströme
werden dazu benutzt, das Wattmeter 11 zu erregen, das irgendeine bekannte Bauart
besitzen kann, «-elche eine Stromspule 38, eine Spannungsspule 39 und einen beweglichen
Teil mit Zeiger 4o aufweist. Die Stromspule 38 und die Spannungsspule 39 der Wattmetervorrichtung
i i sind unmittelbar mit den Sekundärwicklungen 37 und 26 der Vorrichtungen
i o und 9 verbunden. Das Wattmeter i I zeigt die Unausgeglichenheit des Verbrauchsnetzes
an.
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Die Vorrichtung 8 besitzt zwei Einrichtungen 12, 13 zur Erzeugung
von zwei Komponenten negativer Phasenfolge. Die Vorrichtungen 12, 13 sind ähnlich
der oben beschriebenen Vorrichtung 9. Die Sekundärwicklungen der Vorrichtungen sind
mit Voltnieteril 14 und 15 in Verbindung. Die beweglichen Elemente dieser Voltmeter
sind durch eine gemeinsame Welle So verbunden, deren eines Ende einen geeigneten
Zeiger oder ein Kontaktglied 51 aufweist. Die Voltmeter 14 und 15 können infolgedessen
entsprechend den Komponenten negativer Phasenfolge der Spannungen des Liefernetzes
und des Verbrauchsnetzes erregt werden. Die von den Voltmetern auf die Welle So
ausgeübten Kräfte sind entgegengesetzt.
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Die Bewegung des Zeigers 51 in der einen oder der anderen Richtung
dient dazu, anzuzeigen, ob die Unausgeglichenheit im Verbrauchsnetze, welche durch
die Wattmetervorrichtung ii angezeigt wird, von solcher Art ist, daß sie dem Grade
der Unausgeglichenheit des Leitungskreises im selben Sinne oder entgegen wirkt,
da die herrschende Komponente negativer Phasenfolge, mag sie nun im Speisenetz oder
im Verbrauchsnetz vorhanden sein, den Zeiger 51 in einer entsprechenden Richtung
ausschlagen läßt.
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Durch die Vereinigung der beiden beschriebenen Vorrichtungen wird
die Größe der
Unausgeglichenheit in einem Leistungs- oder Verbrauchsnetz
durch ein Instrument zur Anzeige gebracht, nämlich durch das Wattmeter ii, während
die Richtung der Unausgeglichenheit im- Leistungsnetz durch den anderen Teil 8 der
Vorrichtung -angezeigt wird, durch welche es bestimmt werden kann, ob der Verbraucher
eine-Strafgebühr für die Vergrößerung des Grades der Unausgeglichenheit des Speisekreises
bezahlen sollte, oder ob er vielmehr eine Vergütung erhalten sollte, mit Rücksicht
auf die herbeigeführte Verminderung der Unausgeglichenheit.
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Das in Abb. 2 dargestellte System entspricht dem vorbeschriebenen
mit der Ausnahme, daß eine Sonderanzeigevorrichtung 52 für die Vorrichtung 8 eingesetzt
worden ist. An Stelle der Sekundärwicklungen der Vorrichtungen 12, 13 zur Erzeugung
der Komponente negativer Phasenfolge sind die entsprechenden Kernglieder 53 und
54 je mit einer üffnung oder einem magnetischen Spalt ausgerüstet, worin Ankerwicklungen
56 und 58 untergebracht sind. Die Anker 56 und 58 sind durch eine gemeinsame Welle
. 59 verbunden und so gewickelt, daß sie einander entgegen arbeiten. Ein Ende der
Welle 59 trägt einen Zeiger 6o. Infolgedessen entspricht die durch den Zeiger 6o
gelieferte Anzeige genau der durch den Zeiger 51 im System gemäß Abb. i gelieferten.
Wird die Vorrichtung 52 mit der Vorrichtung 7 vereinigt, so wird die gewünschte
Doppelanzeige, nämlich des Grades der Unausgeglichenheit und ihrer Richtung, geschaffen.
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In der Abb. 3 ist eine Anordnung veranschaulicht, mit welcher es möglich
ist, durch eine einzige Anzeige sowohl den'Betrag der Unausgeglichenheit wie ihre
Richtung anzeigen. Zu diesem Zwecke ist das eine Ende der Spindel 5o, welche die
Voltmeter 14 und i 5 der Vorrichtung 8 verbindet, mit einem Kontaktarm 16 versehen,
der zweckmäßig mit einem Paar von in einer Linie liegenden Kontaktgliedern 17 und
18 ausgerüstet ist. Diese Kontaktglieder vermögen entweder mit einem Paar feststehender
Kontaktglieder 41 in der einen Grenzstellung des Armes 16 Kontakt zu machen oder
mit einem Paar feststehender Kontaktglieder42 in der anderen Grenzstellung des Armes.
Die Bewegung des Kontaktarmes 16 wird für einen im einzelnen noch näher erläuterten
Zweck benutzt.
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Die die Unausgeglichenheit messende Vorrichtung 7 besitzt eine Einrichtung
43 für die Erzeugung der Komponente positiver Phasenfolge und eine Einrichtung 44
zur Erzeugung der Komponente negativer Phasenfolge. Diese Vorrichtungen sind den
Vorrichtungen 9 und io ähnlich. Die zusammenarbeitenden Spulen des Wattmeters i
i werden von den Vorrichtungen 43 und 44 beeinflußt. Die Punkte .45 und 46 der Vorrichtung
43 sind mit den feststehenden Kontaktklemmen 41 verbunden und im umgekehrten Sinne
mit den Kontaktstücken 42, d. h. der obere feststehende Kontakt 41 ist mit der Klemme
46 verbunden und der untere Kontakt 41 mit der Klemme 45, während bei den Kontakten
42 umgekehrt der untere mit der Klemme 46 und der obere mit der Klemme 45 verbunden
ist.
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Wie dargestellt, besitzt die Vorrichtung zur Erzeugung der Komponente
negativer Phasenfolge 44 Stromtransformatoren mit Sekundärwicklungen 47 und 48,
welche den Leitern 3a und 2a des Verbrauchskreises zugeordnet sind. Es ist ein gemeinsamer
mittlerer Leiter 49 für die Transformatorwicklungen 47 und 48 vorgesehen, während
die Leiter 61 und 62 mit den äußeren Klemmen dieser Wicklungen 47 und 48 verbunden
sind.
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Zwischen den Leitern 61 und 49 liegt ein Widerstand 63, also in Parallelschaltung
zur Transformatorwicklung 47, während eine kombinierte Widerstands- und Reaktanzspule
64 zwischen den Leitern 49 und 62, also parallel zur Transformatorwicklung 48 liegt.
Infolge dieser Schaltung liefert die Vorrichtung 44 an ihren Klemmen eine elektromotorische
Kraft, die proportional ist der Komponente negativer Phasenfolge des den Verbrauchskreis
durchfließenden Stromes.
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Die Vorrichtungen 44 und io geben zwei wahlweise zu benutzende Beispiele
von Vorrichtungen, die geeignet sind, die Komponente der negativen Phasenfolge des
den Verbrauchskreis durchfließenden Stromes zu messen; doch können auch andere Einrichtungen
für den gleichen Zweck benutzt werden.
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In gleicher Weise ist eine wahlweise zu benutzende Ausgestaltung für
die Vorrichtungen i2 und 13 in Abb. 3 veranschaulicht. In diesem Falle besitzt
die Einrichtung zur Erzeugung der Komponente negativer Phasenfolge 12, zwei primäre
Transformatorspulen 65 und 66, die an die Leiter i, 2 und 3 angeschlossen sind.
Weiter sind Sekundärwicklungen 67 und 68 des Transformators vorgesehen, die eine
gemeinsame Klemme 69 haben. Mit der äußeren Klemme der Wicklung 68 ist ein Widerstand
7o verbunden und mit der inneren Klemme der Transformatorwicklung 67 eine Kombination
71, bestehend aus einem Widerstand und einer Reaktanz. Die Stromkreise, zu denen
die Widerstands- und Reaktanzvorrichtungen 70 und 71 gehören, besitzen
eine gemeinsame Klemme 72, welche zusammen mit der Klemme 69 unmittelbar an die
Klemme des Kontaktvoltmeters 15 angeschlossen ist.
Die Vorrichtung
13 weist die gleiche Bauart auf wie die Vorrichtung 1a und ist an die Klemmen des
Kontaktvoltmeters 1q. angeschlossen.
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Bei dem Wattmeter i i ist die Stromspule 38 mit den Klemmen der Vorrichtung
44 zur Erzeugung der Komponente negativer Phasenfolge verbunden. Die Spannungsspule
39 ist durch geeignete biegsame Leitungen mit den beweglichen Kontakten 17 und 18
der Einrichtung 8 verbunden.
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Der drehbare Teil der Vorrichtung i i kann sich von einer mittleren
normalen Stellung sowohl in einem wie im anderen Sinne drehen.
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Die Stromspule 38 wird entsprechend der Größe der Komponente negativer
Phasenfolge des den Verbrauchskreis durchfließenden Stromes erregt, während die
Spannungsspule 39 entsprechend der Größe der Komponente positiver Phasenfolge der
Spannung des Verbrauchsnetzes in der einen oder anderen Richtung erregt wird, j
e nach der Stellung, in welcher sich der Kontaktarm 16 befindet; hieraus folgt,
daß das drehbare Glied der Vorrichtung i i sich j e nach der Stellung des Kontaktarmes
16 in der einen oder anderen Richtung drehen wird, d. h. entsprechend der Richtung
der unausgeglichenen Energie im Verbrauchsnetz, während der Grad der Drehung die
Größe der Unausgeglichenheit anzeigt. Es folgt daraus, daß die durch den Zeiger
51 des Wattmeters i i bewirkte Anzeige als Ergebnis der gegenseitigen Wirkung von
Spannungsspule 39 und der dauernd erregten Stromspule 38 ein Maß für den Grad der
Unausgeglichenheit der Belastung abgeben wird, während die Richtung, die der Zeiger
51 von einer mittleren oder neutralen Stellung aus einnimmt, gleichzeitig in Erscheinung
treten läßt, ob diese unausgeglichene Belastung der Unausgeglichenheit im System
als Ganzes zu helfen oder ihr entgegenzuwirken strebt.