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Vorrichtung zum messen von elektrischen Wechselstromgrößen mittels
Durchführungsstromwandler Es ist bekannt, eine isolierte Durchführung zum Mesisen
des sie durchfließenden Stromes zu benutzen. Hierfür wird ein M.eßwandler verwendet,
der aus einem auf der Durchführung angeordneten Ring aus magnetischem Material und
einer auf den Kern aufgewickelten und mit einem geeigneten Strommesser in Reihe
geschalteten Spule besteht. Wenn den Leiter der Durchführung Strom durchfließt,
so wird in der Wicklung, die die Sekundärwicklung des Wandlers darstellt, während
der Leiter selbst den Primärkreis bildet, ein dem Hauptstrom proportionaler Strom
induziert, der folglich zum Messen dieses Hauptstromes dienen kann.
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Der Anwendungsbereich der bis heute bekannten Vorrichtungen ist im
wesentlichen auf diese Strommessungen beschränkt. Wenn andere elektrische Wechselstromgrößen
gemessen werden sollen, müssen gesonderte Hilfsstromkreise herangezogen werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, Vorrichtungen zum Messen irgendwelcher elektrischer
Wechselstromgröß-en zu schaffen und dadurch die Schaltungen der Meßapparate bedeutend
zu vereinfachen.
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Auf dem Durchführungsisolator wird nach der Erfindung ein Kondensatorbelag
angeordnet, der in bezug auf den durch den Durchführungsisolator gehenden Leiter
eine bestimmte Kapazität besitzt und durch eine auf den ringförmigen Kern des Meßwandlers
gewickelte Spule geerdet ist. Vermöge dieser Anordnung wird, wenn durch den Leiter
des Durchführungsisolators kein Strom fließt, in .der genannten Hilfswicklung ein
der Spannung des Leiters proportionaler K.apazitäts-,strom hervorgerufen, der zum
Messen dieser Spannungdienen kann, entweder durch einen in den Hilfswicklungsstromkreis
eingeschalteten Meßapparat oder durch Messen des in der Sekundärwicklung des Meßwandlers
induzierten Stromes.
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Wenn dagegen durch den Leiter des Durchführungsisolators Strom hindurchfließt,
summieren sich in dem Sekundärkreis des Meßwandlersdie Wirkungen ,des Stromes und
der Spannung des Leiters, und durch entsprechende Schaltung der Meßwandler zweier
oder mehrerer Durchführungsisolatoren lassen sich gleichzeitig Messungen der Spannung
einer Phase gegen Erde oder zwischen Phase und Phase des Stromes mehrerer Phasen,
des Synchronismus usw. ausführen.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel und eine
Anwendung der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. r zeigt einen üblichen Durchführungsstromwandler ; Abb. 2 stellt
das Schaltschema dar; Abb. 3 zeigt schematisch den Meßwandler nach der Erfindung;
Abb. q. veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei einem gebräuchlichen Schalter.
In den Abb. r .und 2 bezeichnet B den Durchführungsisolator, der mit dem Mittelleiter
P,
:dem Befestigungsflansch F und einem Ringwandler versehen ist, dessen magnetischer
Kern mit TI und dessen Wicklung mit S bezeichnet ist: Der Leiter P bildet den Primär-
und die Wicklung S den Sekundärstromkreis des Wandlers. Ein Apparat A, z. B. ein
Strommesser, der in den Stromkreis der Wicklung S eingeschaltet ist, zeigt der Stromstärke
des Leiters P proportionale Werte an und kann folglich nur zur Messung dieses Stromes
dienen.
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In Abb. 3 :ist schematisch eine Anordnung des Meßwandlers nach der
Erfindung dargestellt, der gleichzeitig von dem durch den Leiter P fließenden Strom
und seiner Spannung beeinflußt wird. Der Meßwandler besteht aus dem magnetischen
Kreis 111, der Sekundärwicklung S, in deren Stromkreis wie in dem vorigen Falle
der Meßapparat A eingeschaltet ist, ferner aus einer Hilfswicklung T, id.ie an dem
einen Ende bei E geerdet und am anderen Ende mit einem Kondensatorbelag C verbunden
ist, der den Durchführungsisolator umschließt und in bezog auf den Leiter P eine
bestimmte Kapazität besitzt. In diesem Falle besteht, wenn den LeiterP kein Strom
durchfließt, er aber unter Spannung ist, in der Hilfswicklung T ein der Spannung
des Leiters P proportionaler Kapazitätsstrom und folglich in der Wieklun:g S ein
induzierter Strom, .der vom Meßapparat A gemessen werden kann und zur Spannung des
Leiters P in unmittelbarem Verhältnis steht.
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Wenn durch den Leiter P Strom fließt, so summieren -sich in :der Sekundärwicklung
S die Wirkungen des Stromes und der Spannung des Leiters P. Diese Wirkungen können
durch geeignete Schaltung nveier oder mehrerer Meßwandler nach der Erfindung zur
Messung verschiedener elektrischer Wechselstromgrößen benutzt werden.
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In Abb. d. ist eine bei einem normalen Schalter I zur Parallelschaltung
zweier Leitungen angewandte Meßvorrichtung beispielsweise dargestellt. P1 und P2
bezeichnen dabei die Mittelleiter der Durchführungsisolatoren derselben Phase des
Schalters, Cl, C2 die zusätzlichen Kondensatorbeläge der Durchführungsisolatoren,
11h, 1I2 die ringförmigen Kerne, die mit den Sekundärwicklungen S1, S2 und Hilfswicklungen
T1, T2 versehen sind.
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Die Hilfswicklungen TI- und T' sind einerseits durch die Leiter i
bzw. 2 mit den Kondens,atorbelägen Cl bzw. C2 und andererseits durch den gemeinsamen
Leiter 3 mit der Erde E verbunden.
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Die Sekundärwicklungen S1 und S2 sind mit ihren entgegengesetzten
Polen miteinander verbunden, und zwar durch den Leiter bzw. durch den Leiter 5,
den Zfeßapparat .-i und den Leiter 6. Parallel mit dem Strominesser A können die
induktiven Widerstände R1 und R2 geschaltet werden, die :durch den einen Umschalter
.k aufweisenden Leiter 7 verbunden sind. Im NTebenschluß zwischen den Leitern 7
und .4 ist mittels des Leiters 8 ein anderer Meßapparat y' eingeschaltet, finit
dessen Klemmen die festen Kontakte 9 und io des Umschalters k verbunden sind.
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In die Leiter 5 und 6 zwischen der Wicklung S1 und dem Widerstand
R1 bzw. der Wicklung S= und dem Widerstand R2 sind die Schalter ii bzw. i2, in den
Leiter 8 der Schalter 13 und in den Strommesserkreis der Schalter 1q. eingeschaltet.
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Die Wicklungen T1 und T2 werden von ,dem ganzen. oder teilweisen Kapazitätsstrom
.der Durchführung durchflossen. Bei offenem Schalter I fließt durch P1 und P2 kein
Strom. Durch Sl und S' geht ein Strom, der demjenigen, der durch T1 und T= fließt,
proportional und folglich auch den Spanmmgen von P1 und P= proportional ist. Wenn
der Schalter K bei io geschlossen und die Schalter i i und 14 offen sind, während
alle anderen Schalter geschlossen sind, ist ein Stromkreis hergestellt, der von
einem Pol :der Wicklung S2 durch den Leiter 4., Schalter 13, Leiter 8, Meßapparat
V, Kontakt io, induktiven Widerstand R2, Leiter 6 und Schalter i2 zum anderen Pol
der Wicklung S2 geht. Das Meßinstrument V wird .dementsprechend die Spannung von
P2 anzeigen.
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Wenn dagegen der Schalter 12 offen und ,der Schalter ii geschlossen
ist, ist ein Stromkreis hergestellt, .der von einem Pol der Wicklung S1 durch :den
Schalter i i, Leiter 5, induktiven Widerstand R1, Leiter 7, Meßapparat V, Leiter
8 und Schalter 13 zum anderen Pol der Wicklung S1 geht. Das hIeßinstrument V wird
nun die Spannung von P1 angeben. Sind die Schalter 13 und 1d. offen und der
bewegliche Kontakt des Schalters K auf den Kontakt 9 gebracht, so ist ein Stromkreis
geschlossen, der von einem Pol der Wicklung S1 durch den Schalter i i, Leiter 5,
induktiven Widerstand R1, Leiter 7, Meßapparat V, Leiter 8, Schalter h:, induktiven
Widerstand R', Leiter 6, Schalter 12" Wicklung S' und Leiter q. zum anderen Pol
der Wicklung Sl geht. Das Meßinstrument V wird nun die vektorielle Differenz der
beiden den Spannungen des Leiters P1 bzw. P' proportionalen Ströme angeben. Die
Vorrichtung kann also auch als Synchronisierungsapparat benutzt werden.
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Bei geschlossenem Schalter I fließt durch die Leiter P1 und P2 ein
Strom, der in den
Wicklungen .Sl und S= einen Strom induziert, der
sich mit dem durch T1 und TZ induzierten vereinigt. Wenn .alle Schalter geschlossen
sind und der Schalter K an den Kontakt io gelegt ist, summieren die durch T1 und
T= induzierten Ströme ihre Wirkungen im Meßinstrument I', während sie sich im Stromkreis
des Meßapparates A gegenseitig aufheben, der deshalb von Iden durch T1 und T2 induzierten
Strömen praktisch nicht beeinflußt wird.
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Da die durch P1 und P2 in S1 und S2 induzierten Ströme entgegengesetzt
sind, summieren sich ihre Wirkungen im Stromkreise des Meßinstrumentes A, während
sie sich im '-\Ießinstrument V gegenseitig aufheben, das also durch die von den
Strömen in den Leitern P1 und P2 in S1 und .S2 induzierten Ströme praktisch nicht
beeinflußt wird.
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Die Strom- und Spannungsmessung erfordert hier nur einen NIeßwarndler
je Durchführung.
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In die Stromkreise der Wicklungen S1 und S2 können alle zum Messen
der anderen elektrischen Größen dienernden Apparate sowie Relais für Fernmessungen
und selbsttätige Regulierung von elektrischen Maschinen und Anlagen eingeschaltet
werden. Wenn die Wandler gemäß der Erfindung bei Durchführungen von verschiedenen
Phasen angewandt werden, können die Spannungen zwischen Phase und Phase gemessen
und überhaupt alle für die Kontrolle der elektrischen Anlagen notwendigen Messungen
durchgeführt werden.