DE491340C

DE491340C - Verfahren zum Messen der elektrischen Energie von Drehstrom

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Publication number: DE491340C
Application number: DEL71629D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-04-12
Filing date: 1928-04-13
Publication date: 1930-03-06

Description

Verfahren zum messen der elektrischen Energie von Drehstrom Meßverfahren, mit deren Hilfe man die Wirkleistung von Drehstrom mit Hilfe von zwei Einphasenwattmetern feststellen kann, von denen jeder von einem Strom anderer Phase durchflossen wird und gleichzeitig der Spannung unterworfen ist, die zwischen dieser und der dritten Phase besteht, sind bekannt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das mit Hilfe von zwei einphasigen Wattmetern, die in zweckmäßiger Weise in den Stromkreis eingeschaltet sind, es ermöglicht, gleichzeitig auch zu bestimmen die Blindleistung, genügend angenäherte Werte der scheinbaren Leistung sowie eine Verfahrenskonstante, die geeignet ist, bei den Apparaten und ihrer Einschaltung als Kontrolle zu dienen.
Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß bei seiner Anwendung der Meßstromkreis verändert wird und die benutzten Instrumente unverändert bleiben, während man im allgemeinen die Apparate verändert und den Stromkreis unverändert läßt. (Beispiel: die in einen Aronstromkreis eingeschalteten Zähler für die Blindleistung.) Das Verfahren, das den Gegenstand der Erfindung bildet, kann auf die verschiedenste Weise angewandt werden, d. h. man kann dem Meßstromkreis verschieden ausgestalten.
Die Zeichnung stellt zwei Grundschemas dar, die den beiden vorerwähnten Lösungen entsprechen. Das Schema r, welches nichts anderes ist als das erweiterte Aronschema, ist nur da anzuwenden, wo die Belastung stark schwankt.
Das Schema :2 eignet sich für allgemeine Zwecke, und zwar sowohl für praktisch konstante als auch für schwankende Belastung, da der Meßfehler selbst im letzten Falle sehr klein und dagegen der Vorteil einer besseren Verwendbarkeit gewöhnlicher Zähler sehr groß ist.
Wenn man das Verfahren, das in der Hauptsache für Messungen von starken elektrischen Energieleistungen in Frage kommt, anwendet (d. h. in den Fällen, wo man Strom-und Spannungstransformatoren gebrauchen muß), benutzt man vier gleiche einphasige Wattmeter A, B, C und D eines gewöhnlichen Typs, die derart angeordnet. sind, daß sie ein Viereck bilden

(A) (B)

(C) (D)

und so miteinander verbunden sind, daß man erhält: a) durch Addition der Ablesung der beiden oberen Apparate die Wirkleistung A+B=E.I cosy-WQ, b) dumoh Addntion der Ablesung der beiden unteren Apparate die Blindleistung C + D = E # I sin y = W" c) durch Addition der Ablesung auf . der einen Diagonalen und die Addition der Ablesung auf der anderen Diagonalen Werte, die ziemlich genau der scheinbaren Leistung in den gewöhnlichen Variationsgrenzen des Leistungsfaktors (o,866: o,5) angenähert sind: K #(A+D)-E#I-Wap, K'# (B+C)-E_#I-Wap, d) mit Hilfe des Verhältnisses zwischen der Summe der Ablesungen der ersten Diagonalen und der Summe der Ablesungen der zweiten Diagonalen eine Verfahrenskonstante, die von den Veränderungen der Belastung und des Leistungsfaktors vollkommen unabhängig ist, und zwar sowohl für konstante als auch unausgeglichene Belastung. Sie hängt nicht von dem mangelnden Gleichgewicht der Belastung und den Schwankungen bei nicht ausgeglichener Belastung, sondern augenscheinlich immer von Fehlern und Fehleränderungen ab, die im Verhältnis zu den verschiedenen Belastungen und den verschiedenen Lcistungsfaktoren von der Bauart der gewöhnlichen Integralapparate abhängen. Die Formveränderungen des Meßstromkreises, die bei Anwendung des genannten Verfahrens erforderlich sind, erfolgen dadurch, daß zwei besondere Schaltpunkte in den sekundären Stromkreis der Spannungstransformatoren zugänglich werden. Diese Schaltpunkte können durch geeignete Ausbildung der Spannungstransformatoren während ihrer Konstruktion erhalten werden oder auch mittels eigens hergestellter Impedanzen, die eine Minimalenergiemenge nutzlos absorbieren und deren Kapazität nicht niedriger als die gewöhnliche der Spannungstransformatoren sein darf. Diese Punkte sind geeignet, die sekundäre E-Spannung (oder auch die direkte E-Spannung eines Niederspannunosstromkreises) in drei Teile zu teilen, z. B. von dem Ausgangspunkt (+) der genannten E-Spannung ab.
In den Schemas sind mit i' und i" die Zwischenpunkte der Spannung 2-3 und mit 2' und 2" die Zwischenpunkte der Spannung i - 3 -bezeichnet.

Die für die Messungen notwendigen Verbindungen werden, wenn man die Drehrichtung der Phasen annimmt, wie sie in den Zeichnungen angegeben ist, wie folgt hergestellt:

(A) Strom x Spannung i -3

im Schema i (B) - I - 2 - 2,

(D) - 2 - i'-1

l (A) Strom i Spannung i - i"

I (B) - 2 - 2 - 2r@

im Schema 2 (C) - i - 2 - 2"

«D) - 2 - i"- r.

Die Werte der so angewandten Spannungen sind: Die entwickelten Meßverhältnisse sind:

für das Schema i : A + B - E # I # cos (cb - 30) + cos (cb + 3o) - E # 1/3-. I # cos ED (-2: y3)

C +D-E.I# cos(05-30-9o)-cos(cb+3o+90)

das heißt : C' + D' - E # I . sin «D-30) + sin (4, +30) = E # y3 . I . sin T@

wobei: C= 1,i55 C, D'=1,155 D

für das Schema 2: A + B - E # y2 -13 # I # cos (D -15) + cos (cb + 15) - E . y3 . I cos CI)

1/3-+1 _i

3 C +D E . y3 + . i I cos (# -15 - 90) - cos-(cb + 15 + 90)

=E. 1/2"v3. I . sin (cb -15) + sin (cD + 15)

_ y3+1

- =E#1F3 .I#sine.

Für die Verfahrenskonstante hat man:

gemäß Schema i : A + D' _ cos (cD- 30) + sin (b + 30) - cos 30 + sin 30

B +. C cos (D + 3ö) + sin (cD- 3o) -,cos 3o - sin 30-

. . -@-I-2+v3=3,732

y3 _I

gemäß Schema 2 : A -/- D _ cos (cb- 25) + sin (cD -i- 25) _ cos 25 + sin x5 = .V3'-1732

B + C cos (cD + 15) + sin (cD-15) cos 15.- sin 15

Alles das im Falle ausgeglichener Belastung; für nicht ausgeglichene Belastungen hat man:

-

Schema 1: A -f- B - Wa, C'+ D'= W" A D - ' j 3,732

B+C,-K f

Wa, C -r- D ` W,., B + D

> @ j -K''-1732

Schema 2 : A+B <

Man sieht also, daß man mit dem Schema 2, wenn die Belastung nicht ausgeglichen ist, für die Messungen der Wirk- und Blindleistung nicht mehr die theoretische Genauigkeit hat. Aber der Fehler ist stets sehr klein, !1. h. er ist geringer, als man ihn in den Zählern hat, und dies sogar-- bei starken Belastungsunterschieden in den drei Leitungsphasen (+-io°/o des mittleren Wertes).

Jedoch kann mit der Zeit jeder Fehler ausgeschaltet werden, wenn man im Zyklus und periodisch (einanal alle vier Mornahe mag genügen) die Schaltung der Meßinstrumente auf den drei Phasen wechselt. Dies läßt sich leicht und schnell durchführen, indem man hinter den Meßinstrumenten sechs Verbindungsklemmen und zwei Brücken anbringt, eine für die direkte Verbindung, die andere für die Verbindung über Kreuz, wie im Schema 2 angegeben. Nach Ablauf von drei gleichen Zyklen sind die Meßfehler praktisch ausgeschaltet, denn sie haben sich kompensiert.
Wenn man also das Messen während eines längeren Zeitraums betrachtet, kann man sagen, daß kein beachtlicher Unterschied besteht zwischen dein Genau%keitsgrad, der mit Schema i, und dem Genauigkeitsgrad, der mit Schema 2 erreichbar wird. Vielmehr bietet das Schema 2 im Verhältnis zu Schema i den Vorteil, daß die Eigenschaften - der gewöhnlichen Zähler besser ausgenutzt werden. Diese ergehen einen konstanten Fehler nur dann, wenn sie in positiver Richtung und mit geeigneter und nicht zu niedriger Belastung und ebensolchem Leistungsfaktor laufen.
In Schema i arbeiten die Zähler B und C fast stets unter sehr ungünstigen Verhältnissen, und tatsächlich ist bei cos d? - o,866 der Zähler C fest, bei cos cb- o,5 ist der Zähler B fest, und über diese Grenzen hinaus .laufen B und C in negativem Richtung. Dagegen betragen diese Grenzen beim Schema 2 : o,966 für den Zähler C, o,259 für den Zähler B.
Daraus geht hervor, daß im allgemeinen bei Anwendung des Schemas 2 alle vier Zähler positiv laufen, so daß auch jede Unsicherheit hinsichtlich der Anfangsverbindung leicht ausgeschaltet werden kann.
Außerdem ist beim Schema 2 die Bestimmung der Verfahrenskonstante viel sicherer als beim Schema i, da die vier Ablesungen näher beieinanderliegen und keine der Nullstellung zu nahe ist, wie es bei Schema i vorkommen kann. Als Maße, die der scheinbaren Leistung angenähert sind, innerhalb der gewöhnlichen Grenzen, in denen der Leistungsfaktor (o,866: o,5o) wechselt, hat man

bei Schema 1: A + D'= E . I . cos # (cD-3o) + sin (e + 30)

- E . I . (cos 3o + sin 30) (cos cD -f- sin cb).

Aber cos 3o+sin3o ist eineKonstante, und auch cos cD+ sincbfür cose, liegend zwischen o,866 und o,5, ist fast konstant und kann dem Worte nach. 1,39 gleichgesetzt werden.

Folglich: A + D'= E # I # I,366 . 2,390 --_ E . I .I,898

so daß : o,922 (A + D') - E # I # y3 - Wap

Beim Schema 2

yi. 1F3.

A + D E - v 3+1 I - (cos 25 + sin 25) (cos f+ sin cD) - E . I .o,897 #I,225 # 1,390 = E # I # 1,527

so daß : I, I35 (A + D) = E ' I ' r3 = W ap

Ähnlich könnte man die Koeffizienten der anderen Diagonalen berechnen, aber das ist unnötig, denn man kann die scheinbare Leistung mit Hilfe der Beziehung zwischen der Wirkleistung A + B und dem als Funktion von tang cD = (C T D) : (A -j-- B) errechneten Leistungsfaktor berechnen.
Die Meßanordnung in der Diagonalen, die eine gute Integration der scheinbaren Leistung nicht gestattet, ist sehr angezeigt, um eine gute Registrierung und Angabe der Maxima zu gewährleisten. Man kann nämlich sicher sein, daß man die Maximalleistung pro Viertelstunde oder halbe Stunde fast immer bei einem mittleren Leistungsfaktor hat, der zwischen 0,85 und o,5o liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:-i. Verfahren zum Messen der elektrischen Energie von Dreiphasenstromkreisen, gekennzeichnet durch die "Verwendung von vier einphasigen Wattmetern der gewöhnlichen Typen, deren Hauptstromkreise zu je zwei in Serie in die Sekundärkreise der Stromtransformatoren geschaltet und deren Spannungskreise zwischen den Endklemmen und den Zwischenpunkten (die von außen zugänglich sind) von den Sekundärkreisen der Spannungstransformatoren abgeleitet werden, und zwar so, daß die Gesamtsekundärspannung so geteilt wird, daß zwei Spannungspaare entstehen, deren Winkelverschiebung so bemessen ist, daß die Summe der Winkelverschiebungen beider Spannungspaare i8o° ergibt, so daß jede Spannung eines Paares senkrecht zu der entsprechenden Spannung des anderen Paares steht.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskreise der. vier Einphaseninstrumente zwischen geeigneten Punkten von zwei Impedanzen abgeleitet werden, die den beiden Sekundärkreisen nebengeschlossen sind, und die genannten Punkte so gewählt sind, daß die Gesamtspannung zwischen den Klemmen der genannten Impedanz so geteilt wird, daß zwei Spannungspaare entstehen, deren Winkelverschiebung so bemessen ist, daß die Summe der Winkelverschiebungen beider Spannungspaare i8o° ergibt, so daß jede Spannung eines Paares senkrecht zu der entsprechenden Spannung des anderen Paares steht.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenpunkte, die mit den Spannungskreisen der vier Meßinstrumente verbunden werden, derart gewählt sind, daß sie die Gesamtspannung in Teile zerlegen, die den Werten 1/= und ()/3 - i) entsprechen. q.. Verfahren nach Anspruch i, 2 und 3, gekennzeichnet durch eine zyklische und periodische Vertauschung der Verbindungen des Meßstromkreises mit den drei Phasen des zu messenden Kreises.