-
Verfahren zur Messung- kleiner Verlustwinkel mittels eines Kompensationsverfahrens
Es ist bereits bekannt, kleine Verlustwinkel durch die Schering-Brücke zu messen.
Ganz abgesehen davon, daß die Ausführung einer solchen Messung besondere Übung erfordert,
werden auch Einrichtungen, wie Luftkondensator, erforderlich, die verhältnismäßig
teuer sind und vor allem wegen des von ihnen beanspruchten Raumes Messungen im Betrieb
erschweren.
-
Unter Verlustwinkel ist dabei die Abweichung des Phasenwinkels einer
Impedanz von der go°-Phasenverschiebung verstanden, die eine reine Kapazität bzw.
eine reine Induktivität verursachen würde: Wenn Strom und Spannungen genau go° gegeneinander
verschoben sind, ist der Verlustwinkel Null, und es treten dabei keine. Wattverluste
auf.
-
Es sind fernerhin auch Kompensationsverfahren zur Messung kleiner
Verlustwinkel bekannt. Diese bekannten Kompensationsverfahren benötigen verschiedene
Widerstände und einen Präzisionsshunt bzw. einen Spezialapparat, der aus einem wassergekühlten
U-Rohr besteht, auf dessen Außenseite schraubenförmig Kupferdrähte aufgewickelt
sind. Auch hierbei ist eine umständliche Spezialapparatur erforderlich, so daß die
Einrichtung. verhältnismäßig teuer wird, abgesehen davon, daß auch die bekannten
Einrichtungen noch Fehlermöglichkeiten einschließen, die nur durch eine besondere
Abgleichung berücksichtigt werden können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise mit normalen
Instrumenten eine mittels eines Kompensationsverfahrens durchgeführte Verlustmessung
von großer Genauigkeit vorzunehmen; erfindungsgemäß wird die Kompensation in einem
Zeigerwattmeter normaler Bauart vorgenommen. Hierbei ist vorzugsweise der zur Kompensation
erforderliche Wattstrom dem durch das Wattmeter im Hauptstromkreis fließenden ,Strom
unmittelbar überlagert und ihm entgegengesetzt gerichtet, derart, daß der zum Prüfobjekt
fließende Erregerstrom in zwei Komponenten zerlegt wird, eine wattlose und eine
den gesamten Wattstrom enthaltende Komponente. Aus dem Wattstrom läßt sich in bekannter
Weise der Verlustwinkel ohne weiteres bestimmen. Für die Ausführung der Messung
sind somit lediglich normale Apparate erforderlich.
-
Die Abb. r zeigt beispielsweise ein von dem Generator g gespeistes
und zu untersuchendes Objekt t. Dies kann z. B. eine Eisendrossel bzw. -ein leer
laufender Transformator, eine Petersenspule, eine Betondrossel sein. n ist ein Wattmeter,
dessen Stromspule im Hauptstromkreis liegt und dessen Spannungsspule an die erregende
Spannung
E von t angeschlossen ist. s ist ein Isoliertransformator,
der unmittelbar hinter dem Generator eingeschaltet ist. Im Sekundärkreis von s liegt
ein regelbarer Ohmscher Widerstand r und die Stromspule eines Wattmeters m. Der
Sekundärkreis von s schließt sich über die Stromspule des Wattmeters w dergestalt,
daß der durch in gehende Sekundärstrom jdem Hauptstrom l in n entgegenfließt. Die
Spannungsspule des Wattmeters m ist ebenfalls an die Spannung E angeschlossen. Die
Wirkungsweise der Einrichtung läßt sich am besten übersehen, wenn man sich an Stelle
des Wattmeters n mit einer Stromspule ein solches mit zwei Stromspulen vorstellt.
Der Hauptstrom l fließt durch die eine Spule, der Strom j durch die entgegengeschaltete
zweite Spule. Dabei wird der Widerstand r so verändert, daß der Ausschlag des Wattmeters
ya zu Null wird. Das Wattmeterm gibt dann die Wattleistung von t an. Bei
der dargestellten Anordnung-ist j bei genügend großem r nahezu in Phase mit E, während
J eine große Phasenverschiebung gegenüber E besitzen soll. Reguliert man nun den
Widerstand r dergestalt, daß das Wattmeter n den Ausschlag Null zeigt, so kann kein
Wattstrom durch das Instrument n fließen. Der Hauptstrom J verzweigt sich also so,
daß der gesamte Wattstrom durch m, der Blindstrom hauptsächlich durch n fließt,
d. h. es enthält j den gesamten Wattstrom, und der durch n gehende Strom J-j ist
ein reiner Blindstrom. Da - die Spannungsspule des Wattmeters m an der Spannung
E liegt, so kann die Wattleistung von t an diesem direkt abgelesen werden. Aus der
von dem Instrument m angezeigten Wattleistung läßt sich der Fehlwinkel dann leicht
ermitteln. Das Wattmeter m ist, wie bereits betont, fast nur mit Wirkstrom belastet.
Deshalb kann die Wattleistung dopt mit einer - größenordnungsmäßig - i : sin qg-fachen
- Genauigkeit, wie etwa bei einer direkten Wattmessung, mittels 7a abgelesen werden,
wobei ( der zu messende Verlustwinkel ist. Diese Genauigkeit ist im übrigen nur
von der Genauigkeit der Nulleinstellung von n abhängig, Welche (infolge Einstellung
auf einen Teilstrich) erfahrungsgemäß -I- o,o2 Teilstriche gegenüber einer direkten
Äblesung (zwischen zwei Teilstrichen) von -F- o,i Teilstrich beträgt. Ihren Funktionen
gemäß sollen n bei der weiteren Beschreibung als Nullwattmeter, m als Meß-Wattmeter
bezeichnet werden. Als Nullwattmeter kann bei galvanischer Verbindung des Kompensationskreises
mit dem Hauptstromkreis ein normales Einphasenwattmeter vertvendet werden. Wird
eine galvanische Verbindung der beiden Kreise nicht gewünscht, so kann entweder
ein Wattmeter mit zwei Stromspulen und einer gemeinsamen Spannungsspule oder ein
Doppelwattmeter mit zwei Systemen Verwendung finden.
-
Die vorstehend beschriebene Kompensationsnullmethode hat neben einer
genaueren Ablesung die weiteren Vorteile, daß für 7i ein ungeeichtes Wattmeter verwendet
werden kann, daß also hier keinerlei Eichfehler in die Messung eingehen und daß
durch Umpolen der Spannungsspule von n u. a. Fehler in der Nulleinstellung des Instrumentes
eliminierbar sind. Demgegenüber sind die Eich-und Winkelfehler von m im Meßresultat
prozentual gering zu werten. Da die an das Nullwattmeter gestellten Ansprüche geringer
sind als; an ein zur direkten Wattmessung benutztes Wattmeter, so kann es z. B.
durch Bemessung seiner Spannungsspule für einen Vollausschlag bei verhältnismäßig
kleinem cos (p, also für eine größere Empfindlichkeit, ausgelegt werden. Andererseits
könnte man auch ein normales Wattmeter sehr stark überlasten, ohne die Meßgenauigkeit
zu beeinträchtigen. ..
-
Für eine Dreiphasenverlustmessung gestaltet sich die Anwendung der
vorstehenden Kompensationsmethode recht einfach, indem die Verluste durch drei einphasige
Verlustmessungen in den drei -Phasen bei Dreieck - wie bei Sternschaltung - gemessen
werden. Auch kann bei einer dreiphasigen Nullmethode ein Doppelwattmeter in Aronschaltung
Verwendung finden. In Abb. 2 ist ein Stromkreis dieses Doppelwattmeters nd kompensiert,
so daß bei Nullstellung des Doppelwattmeters das Meßwattmeter m im Kompensationskreis
die gesamten dreiphasigen Verluste zeigt. Durch Umpolen der Spannungsspulen und
-außerdem durch Vertauschung der Stromspulen von nd kann sowohl sein Winkel- als
auch sein Eichfehler eliminiert werden.
-
Die Abb. 3 veranschaulicht noch die Anwendung der Kompensationsnullmethode
auf die Messung von dielektrischen Verlusten, und zwar, beispielsweise von .solchen
-der Hochvolewicklung HV gegenüber die Niedervoltwicklung NV und dem Kasten
h eines Transformators t. An den Generator g ist der Prüftransformator pt angeschlossen.
Da die dielektrischen Verlustströme sehr klein sind, so wird zweckmäßigerweise zu
ihrer Messung die Wattmeterspannungsspule von .m verwendet. Durch seine Stromspule,
welche parallel zur Spannungsspule an' den gleichen Isoliertransformator s über
einem Widerstand r2 liegt, wird der Hilfsstrom il, geschickt, während
j durch r1 reguliert wird. j und il, sind nahezu in Phase mit E. Ist
die durch m gemessene Leistung mit wl, bezeichnet, so
wird
j - wh jih # r"" wobei r", den Ohmschen Widerstand der Spannungsspule von
m bezeichnet. Die Verlustleistung w von t ist dann w = j #
E. Wird zur Entnahme von E ein Spannungswandler s" verwendet; so ist zunächst
dessen Verlustwinkel d zu eichen und zu dem Verlustwinkel 99 von t mit entsprechenden
Vorzeichen hinzuzufügen. Hierbei errechnet sich q? bekanntlich aus: cos tp
- w : E # T. Die wirkliche Verlustleistung w' von
t wird dann w'=: E -.T # cos (q9 -j- 8). Das gleiche Verfahren ist
natürlich auch zur Bestimmung von Verlustwinkeln von Kabeln und ähnlichen Objekten
anwendbar.