DE684052C

DE684052C - Einrichtung zur Bestimmung des UEbersetzungsverhaeltnisses von Leistungstransformatoren

Info

Publication number: DE684052C
Application number: DEH145845D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Aldexander Keller
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1935-12-04
Filing date: 1935-12-04
Publication date: 1939-11-21

Description

Zur Parallelschaltung von Transformatoren ist es erforderlich, daß dieselben das gleiche Übersetzungsverhältnis haben.

Die Feststellung des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren erfolgte bisher zumeist durch Messung der Primär- und Sekundärspannung. Die maximal erreichbare Genauigkeit von Wechselspannungsmessern beträgt jedoch nur etwa 0,3 °/₀, wozu noch der Fehler des außerdem benötigten Spannungswandlers bzw. von Vorschaltwiderständen hinzukommt, so daß sich der Fehler auf etwa 0,5 °/₀ erhöht. Da die Spannungsmessung auf beiden Seiten des Transformators vorgenommen werden muß, kann sich im ungünstigen Fall der Gesamtfehler auf i°/₀ erhöhen. Bei dieser Betrachtung wurde vorausgesetzt, daß die Messung des Übersetzungsverhältnisses mit der Nennspannung vorgenommen wird.

In der Praxis wird jedoch meist das Übersetzungsverhältnis bei wesentlich niedrigerer Spannung kontrolliert. Dies ist bei der ersten Prüfung meist schon deshalb erforderlich, weil dabei der Prüfling noch nicht im gefüllten ölkasten sitzt, also noch gar nicht mit der vollen Spannung geprüft werden kann. Messungen des Übersetzungsverhältnisses mit einer wesentlich kleineren Spannung als der Nennspannung werden noch dadurch ungenauer, daß Spannungsmesser für Wechselstrom und niedrige Spannungen an sich größere Fehler aufweisen und außerdem infolge ihres größeren Stromverbrauchs für den Prüfling eine solche Belastung darstellen, daß praktisch nicht mehr genau das Übersetzungsverhältnis bei Leerlauf gemessen wird.

Es ist aber auch aus anderen Gründen erwünscht, das Übersetzungsverhältnis von Leistungstransformatoren mit Niederspannung zu messen. In der Montage- oder Reparaturwerkstätte von Transformatoren ist normalerweise keine Hochspannungsanlage vorhanden, die Hochspannungsprüfungen ermöglicht. Es müßte also ein Transport der Prüflinge nach dem Prüffeld und zurück erfolgen, der besonders bei Großtransformatoren kostspielig und zeitraubend ist. Auch sind die Leute einer Montagewerkstätte in der Regel nicht mit Hochspannungsarbeiten vertraut, so daß dort selbst nur Messungen mit Niederspannung, wie z. B. mit dem 220-Volt-Netz, vorgenommen werden können. Da aber die Feststellung des richtigen Übersetzungsverhältnisses die erste elektrische Kontrolle eines Transformators nach seiner mechanischen Fertigstellung darstellt, ist es also in jeder

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Alexander Keller in Frankfurt, Main.

Hinsicht erwünscht, daß diese an dem Ort der Fertigung unter Vermeidung von Hochspannung und mit möglichst einfachen, bequem zu handhabenden Mitteln mit größtmöglicher Genauigkeit vorgenommen werderf kann.

Da nach den Regeln des I. E. C. die Genauigkeit des Übersetzungsverhältnisses 0,5 °/₀ des gewährleisteten Wertes oder ¹Z₁₀ der Kurzschlußspannung sein muß, wobei der jeweils niedrigere der beiden Werte gilt, sind die Prüfungen mit Spannungsmessern, wie eingangs beschrieben, an sich schon zu ungenau. Außerdem würde diese Art der Prüfung mit Spannungsmessern, Spannungswandlern bzw. Vorschaltwiderständen bei einem Meßbereich von beispielsweise 0,2 bis 220 kV eine sehr umfangreiche Apparatur erfordern. Es ist also aus diesem Grunde wünschenswert und dementsprechend wird von Transformator- und Elektrizitätswerken gefordert, eine Einrichtung zu schaffen, welche die verschiedensten Übersetzungsverhältnisse von Leistungstransformatoren mit einem einzigen und einfach zu handhabenden Gerät mit genügender Genauigkeit und unter Vermeidung des Auftretens von Hochspannung zu messen gestattet.

Die vorliegende Erfindung genügt diesen Anforderungen. Als Ausgangspunkt für die neue Prüfeinrichtung kann man die in Abb.i in etwas abgeänderter Form wiedergegebene Spannungs wandlerprüf einrichtung nach Robinson bezeichnen. (Vgl. Keinath, Technik elektrischer Meßgeräte, 1928, Bd. 1, S. 601, Abb. 559·) Diese für die Prüfung von Spannungswandlern angegebene Prüfmethode besteht darin, daß die Sekundärspannung der Größe und Phase nach gegen einen Teil der Primärspannung über ein Vibrationsgalvanometer kompensiert wird. Die Prüfung von Spannungswandlern muß aber mit der Nennspannung vorgenommen werden, da sie nichts anderes als schwach dimensionierte Leistungstransformatoren darstellen, ihre Fehler also in starkem Maße von der Größe der-Meßspannung abhängen. Infolgedessen mußte der Spannungsteiler R₁ für Hochspannung dimensioniert sein, was die praktische Anwendung der Einrichtung verhinderte.

In der Abb. 1 ist das von Robinson angegebene Selbstinduktionsvariometer weggelassen, da dieses nur zur Kompensation des Fehlwinkels dient, welcher bei Leistungstransformatoren nicht interessiert, außerdem sehr klein ist und höchstens zur Folge hat, daß sich der Ausschlag des Nullinstrumentes nur auf ein Minimum bringen läßt.

Es bedeuten E₁ und E₂ die Primär- bzw. Sekundärspannung des Transformators, R₁ den Spannungsteiler parallel zur HochspannungsWicklung des Transformators, G ein Nullinstrument. Legt man nun an die Primärwicklung des Transformators die Span- ^IBjlngZj₁, z.B. 220Volt, so wird in der Se- ^atidärwicklung eine dem Übersetzungsver- ^;.;,|äß:fiis des Transformators entsprechende !^Spannung .E₂ induziert. Läßt sich durch Verschieben des Schleifkontaktes auf dem Schleifdraht 5¹ der Ausschlag des Galvanometers auf Null bringen, dann gilt die Beziehung

R₀

oder

E-E
^₂ - *ί

Ein geeichter Schleif draht ermöglicht also direkt die Ablesung des Übersetzungsfehlers in Prozenten.

Verwendet man diese Einrichtung zum Messen des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren, was mit niedriger Spannung möglich ist, da bei diesen das Über- 8g Setzungsverhältnis praktisch unabhängig von der Meßspannung ist, so ist der Spannungsteiler leicht ausführbar, allerdings mit der Einschränkung, daß nur Transformatoren mit ein und demselben Übersetzungsverhältnis geprüft werden. Wenn mit dieser Schaltung jedoch Transformatoren mit verschiedenen Übersetzungen geprüft werden, so müßte jedesmal ein anderer Spannungsteiler verwendet werden, wenn dieselben Genauigkeits- und Empfindlichkeitsverhältnisse beibehalten werden sollen. Diese verschiedenen Spannungsteiler würden außerdem infolge ihres jeweils anderen Gesamtwiderstands einen ganz unterschiedlichen Wattverbrauch von einigen Watt bis zu einigen Kilowatt aufweisen. Eine Ausführung des ganzen Spannungsteilers als Schleifdraht ist praktisch unmöglich, einmal wegen dieser verschiedenen Belastung und dann wegen des hohen Gesamtwiderstandes. Infolgedessen kann nur ein Teil des Spannungsteilers als Schleifdrahtwiderstand ausgebildet werden. Dieser müßte jedoch, wenn er immer denselben Meßbereich haben sollte, ebenfalls in seinem Widerstandswerte variieren und außerdem jeweils an eine andere Stelle des Gesamtwiderstandes eingeführt werden können, was jedoch große technische Schwierigkeiten bereitet. ■ i'5

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß nun dadurch vermieden, daß die Kompensation durch Vergleich der Spannungen zwischen dem Abgüsse des parallel zu der Hochspannungsseite des zu untersuchenden Transformators gelegten Spannungsteilers und der Sekundärwicklung eines an die Niederspan-

nungswicklung angeschlossenen Hilfswandlers mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis erfolgt. Das Prinzip der Erfindung ist in Abb. 2 wiedergegeben, dabei bedeuten:; S W₁ Hochspannungswicklung des Prüflings, W₂ Niederspannungswicklung des Prüflings, R₁ Gesamtwiderstand des Spannungsteilers, T₁ und r₂ feste Teilwiderstände, 6" Widerstandsschleifdraht, HW Hilfswandler, E₁ Spannung an der Primärwicklung des Prüflings, JS₂ Spannung an der Sekundärwicklung des Prüflings.

Die Zwischenschaltung eines Hilfswandlers mit Anzapfungen ermöglicht die Verwendung des Spannungsteilers R₁ bei allen Übersetzungsverhältnissen. Die Eichung des Schleifdrahtes bleibt für alle Fälle gültig. Man arbeitet immer mit derselben Empfindlichkeit, kann also ein verhältnismäßig billiges Nullinstrument verwenden. Dabei kann der Hilfswandler klein bemessen sein, da er bei erfolgter Kompensation praktisch unbelastet ist und, abgesehen von den üblichen Netzspannungsschwankungen, nur bei seiner Nennspannung einen möglichst kleinen Übersetzungsfehler haben muß.

Eine bereits vorgeschlagene Spannungswandlerprüfeinrichtung verwendet zwar Zwischenwandler mit Anzapfungen, um einen Normalwandler sekundärseitig verschiedenen Primärnennspannungen angleichen zu können, doch müssen diese Zwischenwandler dem Normalwandler angepaßt sein, außerdem ist die Prüfung mit Normalwandlern immer an das Vorhandensein der Primärnennspannung gebunden. Für eine Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses bei Leistungstran sfor-' matoren mit Niederspannung ist daher diese Schaltung nicht geeignet.

Die Wirkungsweise der Prüfeinrichtung nach der Erfindung soll auf Grund eines Beispieles näher erläutert werden:

Es sei das Übersetzungsverhältnis eines Transformators 5000 :1000 Volt zu prüfen:

Die Primärwicklung des Transformators wird mit E₁ = 220 Volt gespeist. Parallel dazu liegt der Spannungsteiler R₁ mit 2000 Ohm Widerstand, der also einen Strom J₁

__ _22o_ __o j^ führt. Gewählt wird ein

2000

Schleifdraht v9 mit einem Widerstand von 160 Ohm, an .welchem Übersetzungsfehler bis + 20 °/₀ abgelesen werden sollen. Damit ergibt sich T₁ — 320 Ohm und r₂ = 15200hm.

Bei einem Übersetzungsfehler = O steht der Schleifkontakt auf der Mitte von 5, so daß die zu kompensierende Spannung

= h ■ (r, + -§■) -o,ir - (320

beträgt. Die sekundäre Nennspannung des Hilfswandlers muß also 44 Volt und seine primäre

Nennspannung E₂ —

1000
5000

= 44 Volt beitragen, d. h. es ist das Übersetzungsverhältnis des Hilfswandlers 44 :44 Volt zu verwenden.

Will man nun einen Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis 50000 :1000 Volt prüfen, so haben wir bei E₁ = 220 Volt ein E₂ = 4,4 Volt. In diesem Falle ist das Übersetzungsverhältnis des Hilfswandlers 4,4 : 44 Volt zu verwenden. Die Kompensationsspannung bleibt dabei stets die gleiche, ebenso die Teilung des Schleifdrahtes und die Empfindlichkeit der Anordnung.

Die Belastung des Prüflings durch den Hilfswandler ist natürlich so klein zu halten, daß durch ihn praktisch kein zusätzlicher Fehler in die Messung kommt.

Selbstverständlich wäre es auch möglich, die Anzapfungen des Hilfswandlers auf seiner Sekundärseite anzubringen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß er je nach dem Übersetzungsverhältnis des Prüflings bei ver- 8s schiedener Sättigung arbeiten und demzufolge größer ausgelegt werden müßte.

Als Nullinstrument kann beispielsweise ein Drehspulinstrument mit Trockengleichrichter verwendet werden. Da dieses den Nachteil hat, bei sehr kleinen Strömen unempfindlich zu sein, könnte man dem Gleichrichter eine Vorspannung geben. Es ist auch möglich, dem Gleichrichter dadurch eine Grundbelastung zu geben, daß der Hilfswandler HW einen Winkelfehler gewisser Größe erhält, damit das Instrument in seinem empfindlicheren Bereich arbeitet. Das Instrument ist dann nur auf das Ausschlagsminimum abzugleichen. 100 ■

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses von Leistungstransformatoren bis zu den höchsten üb- liehen Nennspannungen mit Niederspannung in einer Kompensationsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation durch Vergleich der Spannungen zwischen dem Abgriff des parallel zu der Hochspannungsseite des zu untersuchenden Transformators, gelegten Spannungsteilers und der Sekundärwicklung eines an die Niederspannungswicklung angeschlossenen Hilfswandlers mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfswandler primär so viele Anzapfungen besitzt, daß durch Ausnützung des Regelbereichs des Spannungsteilers alle Übersetzungsverhältnisse kontinuierlich erfaßt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfswandler einen so geringen Eigenverbrauch hat, daß er für den Prüfling eine vernachlässigbare kleine Belastung bedeutet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch derartige Bemessung der Kompensationsspannung, daß als Kompensationsinstrument ein Drehspulmesser mit Trockengleichrichter verwendet werden kann.

5. Einrichtung nach Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß dem Hilfswandler (HW) ein solcher Winkelfehler zuerteilt wird, daß der Gleichrichter eine Grundbelastung hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen