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Zähler für die Summe der Wirk- oder Blindleistung mehrerer Drehstromsysteme
Zur Messung der Summe der in mehreren Mehrphasensystemen vorhandenen Leistung oder
der bezogenen oder gelieferten elektrischen Arbeit kennt man elektrische oder mechanische
Mittel. Bei gleichseitiger, d. h. symmetrischer Belastung jedes der Mehrphasensysteme
ist die Summenbildung verhältnismäßig einfach. Dann genügt für die Leistungs- oder
Verbrauchsmessung z. B. je eines Drehstromsystems ein entsprechend geschaltetes
Einphasenmeßwerk, dessen Zählwerksübersetzung den Faktor #3 oder 3 enthält und dessen
Zählwerk dann jeweils die Drebstromarbeit angibt. Man hat d;ann nur die Einzelangaben
von n Einphasenmeßwerken elektrisch oder mechanisch zu summieren, um die Summenleistung
oder den Summenverbrauch von n Mehrphasen systemen zu ermitteln. So wäre z. B. eine
Ausführung möglich, bei der n Einphasenmeßwerke mit je einer Triebscheibe auf eine
gemeinsame Achse einwirken. Die Drehzahl in der Zeiteinheit ist dann ein Maß für
die Summenleistung von n Mehrphasensystemen, die Gtesamtdrehzahl ein Maß für die
bezogene oder gelieferte Arbeit.
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Wenn auch ungleichseitige, d. Ii. unsymmetrische Belastung vorliegt,
so genügt eine solche Meßanordnung nicht mehr. Es ist daher bekannt, Drehstromzähler
zu vei.-wenden, im Falle von Dreileitersystemen Zähler in der bekannten Zweiwattmeterschaltung.
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Jedem der lt Drehstromsysteme ist ein solcher Zähler zuzuordnen. Zur
Smnmenhildung ist entweder ein mechanisches Summirergetriebe notwendig oder die
ll- Drehstroimzähler mit je zwei Meßwerken werden übereinandergesetzt, ihre Triebscheiben
wirken auf eine gemeinsame Achse. Die erstere Ausfühnmg ergibt ein umfangreiches
Meßaggregat,
dessen mechanisches Summiergetriebe eine erhebliche
Belastung für die Zählermeßwerke bildet. Die andere Ausführung benötigt einen zu
großen und schweren Anker, so da die Ankerlagerung zu Schwierigkeiten, in meßtechnischer
Beziehung, Anlaß giß@ außerdem ist die Abgleichung und Eichung eines solchen Zählers
nicht einfach.
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Die Erfindung beseitigt diese Mängel, indem erfindungsgemäß jedem
der Drehstromsysteme ein Einphasenmeßwerk zugeordnet ist, welches über Drehfeldscheider
in der Weise gespeist wird, daß in dem Meßwerk nur der herrschenden Mitspannung
und dem Mitstrom proportionale Größen zur Wirkung kommen.
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Die Erfindung ist vorzugsweise für Fernmeß- oder Fernsteuerzwecke
vorteilhaft verwendbar. Es können verhältnismäßig einfache Meßwerke mit großem Drehmoment
verwendet werden, die auch nach längerem Betrieb ihre Meßgenauigkeit nicht ändern.
Die Meßanordnung wird wesentlich vereinfacht, dermaßen, daß auch im Falle unsymmetrischer
Belastung die elektrische Arbeit oder Leistung durch eine Einphasenmessung festgestellt
werden kann. Die Drehzahlen der für n Mehrphasensysteme benötigten e Einphasenmeßwerke
werden dann mechanisch oder elektrisch in an sich bekannter Weise summiert. Gegenüber
der Messung mit Drehstromzählern kommt man dabei mit der Hälfte oder einem Drittel
der Meßwerke aus. Wenn man Zähler verwendet, die ihrem Aufbau nach den Drehstromzählern
entsprechen, so kann man z. B. mit einem Zweiwattmeterzähler die Summenleistung
und den Summenverbrauch von zwei Drehstromsystem.en ermitteln.
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Die Erfindung geht davon aus, daß man ein unsymmetrisches Drehstromsystem
in drei symmetrische Komponenten zerlegt darstellen kann. Dann entspricht die Leistung
eines solchen Systems der algebraischen Summe aus Mullwirkleistung, Mitwirkleistung
und Gegenwirkleistung. Hierin entspricht die Nuliwirkleistung dem dreifachen skalaren
Produkt aus Nullspannung und Null strom, die Mitwirkleistung entspricht dem dreifachen
skalaren Produkt aus Mitsystemsternspannung und Mitsystemleiterstrom, die Gegenwirkleistung
entspricht dem dreifachen skalaren Produkt aus Gegensystemsternspannung und Gegensystemleiterstrom,
die Gesamtleistung entspricht mithin der Gleichung N@@ = 3 @RO . #RO + #RM. #RM
+ @RG.#RG. (I) Die einzelnen Produkte bedeuten, daß der Definition des skalaren
Produktes gemäß der Phasenverschiebungswinkel zwischen den Spannungen und Strömen,
d. h. der cos ç zu berücksichtigen ist. Eine analoge Gleichung ergibt sich für die
Blindleistung, nur sind an Stelle der skala rein Produkte die vektorielin Produkte
einzuführen. Aus Gleichung (1) er-@@ sich, daß in einem reinen Dreileiter-@ stem,
das in der Regel vorliegt, die Nullleistung verschwindet. Auch kompensierte Drehstromnetze
können mit meist vernachlässigbar kleinem Fehler hierzu gerechnet werden. Eine Nulleistung
tritt in einem solchen Drehstromnetz nur während der Dauer eines Erdschlusses auf,
wenn von der meist geringfügigen kapazitiven Unsymmetrie der Leitungen gegen Erde
abgesehen wird. Es kann im allgemeinen angenommen werden, daß das Gegensystem der
Spannungen vernachlässigt werden kann, weil gemäß den VDE-Bestimmungen die Netzspannungen
nur so lange als symmetrisch zu betrachten sind. als das Gegensystem der Spannungen
unter 5% bleibt, eine Voraussetzung, die in der Regel erfüllt ist. Da ferner das
Gegensystem des Stromes in der Regel auch nur einen Bruchteil des Mitsystems des
Stromes beträgt, ergibt das Produkt aus Gegensystemspannung und Gegensystemstrom
vernachlässigbar kleine Werte, vie folgendes Beispiel zeigt. Unter der Annahme einer
Gegensystemspannung von 5% und eines Gegensysgtemstromes von 10% der jeweilligen
Mitsysteme, ergibt die Gegensystemleistung unter Außerachtlassung der Phasen verschiebung
0,5 % der Mitsystemleistung. ein Wert der innerhalb der Meßgenauigkeit der Zähler
liegt.
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Aus obigen Betrachtungen ergibt sich, daß es für die Bedürfnisse
der Praxis genügt. die Mitsystemleistung, sei es die ÄVirk- oder die Blindleistung,
für die Messung heranzuziehen.
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Demgemäß werden durch Drehfeldscheider Größen entsprechend der Mitsystemspannung
und dem Mitsystemstrom erzeugt und den Strom- und Spannungswicklungen voll Einphasenferrariszählern
zugeführt. Diese Zähler sind je nachdem, ob Wirk- oder Blindleitstungsmessung vorzunehmen
ist, entsprechend geschaltet und geeicht.
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In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind mit a und b zwei Drehstromdreileiternetze bezeichnet, deren Summenleistung
bzw. -verbrauch festgestellt werden soll. 1, 2, 3, 4 sind Drehfeldscheider und erzezgen
Größen entsprechend dem Strommitsystem 31M und dem Spannungsmitsystem #RM der Leitungssysteme
a und b. Diese Größen werden den Strom-und Spannungsspulen des als Zweiwattmeterzahk'
(Drehstromzähler) aufgebauten Ferrariszählers 5 zugeführt. Der Zähler ist, je nachdem,
ob die Wirk- oder Blindleistung gemessen werden soll, als sin- oder cos-Zähler geschaltet.
Das an der für beide Triebscheiben
gemeinsamen Achse auftretende
Drehmoment Md und damit die Drehzahl n ist proportional der Summe aller #RMa#RMa
cos # t + @RMb #RMb cos #t + Auf dem Zählwerk 6 läßt sich also der Summenverbrauch
der Leitungssysteme a + b direkt ablesen. Mit der Drehzahl der Ankerachse, die z.B.
vom Zählwerks abgenommen wird, kann auf einen Impulskontakt 7 eingewirkt werden,
der über eine Leitung 8 ein Fernmeßgerät 9, vorzugsweise einen Impulskompensator
steuert. Der Stand des Zählt werkes 10 entspricht dann dem auf dem Zählwerk 6 des
Summier- und Geberzählers 5 angezeigten kWh- oder bkWh-Verbrauch, der Zeiter 11
gibt die Leistung an. Mit dem Geberzähler 5 bzw. dem Fernmßgerät 10 können auch
unmittelbar Steuervorgänge etwa im Sinne von Lastausgleichschaltungen, eingeleitet
bzw. vorgenommen werden.