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Einrichtung zum Prüfen von einseitig geerdeten Hochspannungswandlern
Die Prüfung von Spannungswandlern auf Übersetzungs- und Winkelfehler wird in der
Regel nach dem Vorschlage von Hohle durch Vergleich mit einem möglichst verlustfreien
Normaiwandler vorgenommen, wobei der zu prüfende und der Normatwandler primärseitig
parallel liegen und sekundärseitig gegeneinandergeschaltet sind. Die so entstehende
Differenzspannung wird dann nach Größe und Phase mittels eines komplexen I(ompensators
ausgemessen. Tragbare Einrichtungen, die nach diesem Verfahren arbeiten und in der
Regel zum Prüfen von Strom- und Spannungswandlern eingerichtet sind, sind handelsüblich.
Sie enthalten einen Hilfsspannungskreis, der von dem Normalwandler gespeist wird
und zum Erzeugen der zur I(ompensation der Differenzspannung erforderlichen heiden
Spannungskomponenten dient.
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Wenn es sich nun um die Prüfung eines hIochspannungswandlers handelt,
so ist als Normalwandler ebenfalls ein Hochspannungswandler erforderlich. Ein solcher
ist aber sehr teuer in der Herstellung und hat ein sehr '.lohes Gewicht, was die
Benutzung erheblich erschwert. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, in solchem Falle
die primäre Hochspannung durch eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren und die
Sekundärspannung des zu prüfenden Wandlers durch eine Widerstandsschaltung zu unterteilen.
Die von den beiden Spannungsteilern gelieferten Spannungen können dann miteinander
verglichen werden. Handelt es sich um die Prüfung eines einseitig geerdeten Hochspannungswandlers,
so besteht der kapazitive Spannungsteiler aus einem Hochspannungskondensator und
einem mit ihm in Reihe geschalteten, einseitig geerdeten Nieclerspannungskondensator.
Um nun an den Klemmen des Niederspannungskondensators eine kleine Meßspannung, z.
B. I Volt, zu erhalten, muß die Kapazität dieses Kondensators verhältnismäßig
sehr
hoch sein. Da nun der Niederspannungskondensator möglichst verlustfrei sein und
daher in der Regel als Glimmerkondensator gebaut werden muß, so ergibt sich daraus
ein recht kostspieliger und unhandlicher Aufbau, wodurch die Verwendung dieses Verfahrens
sehr beschränkt ist.
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Da nun das handelsübliche, verhältnismäßig leicht tragbare Gerät
zum Prüfen von Spannungswandlern nach H o h l e sehr verbreitet ist, ist es im Interesse
der Ersparung von neu zu beschaffenden Meßgeräten erwünscht, ein bereits vorhandenes
solches Gerät zum Prüfen von einseitig geerdeten Hochspannungstransformatoren ohne
Zuhilfenahme eines Normalwandlers oder eines kapazitiven Spannungsteilers benutzen
zu können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler
für die Sekundärspannung einen einseitig geerdeten Widerstand und einen möglichst
verlustfreien Niederspannungskondensator und der Spannungsteiler für die primäre
Hochspannung einen einseitig geerdeten Widerstand und einen möglichst verlustfreien
Hochspannungskondensator enthält und der komplexe Kompensator unter Zuhilfenahme
einer Vorrichtung zum Verschieben der Phase um 90° an die Sekundärwicklung des zu
prüfenden Transformators angeschlossen ist, um die an dem handelsiiblichen Prüfgerät
vorgesehenen Ableseskalen mit der gleichen Teilung benutzen zu können.
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Da der auf der Sekundärseite vorgesehene Kondensator in diesem Falle
n.ur eine sehr geringe Kapazität aufzuweisen braucht, so ergibt sich auf diese Weise
eine handliche und verhältnismäßig billig herzustellende Einrichtung.
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Fig. I zeigt ein grundsätzliches Schaltbild der neuen Einrichtung.
Dabei ist 1 die einseitig an eine Hochspannungsleitung angeschlossene, anderseits
geerdete Hochspannungswicklung und 3 die ebenfalls einseitig geerdete Sekundärwicklung
eines zu prüfenden Hochspannungstransformators. Die Sekundärspannung U2 ist durch
einen Niederspannungskondensator 4 sowie einen Widerstand 5 und die primäre Hochspannung
U1 durch einen Hochspannungskondensator 6, dem aus noch zu erörternden Gründen zweckmäßig
ein Vorwiderstand 6' hinzugefügt wird, und einen W Widerstand 7 unterteilt. Dadurch
entstehen die entsprechenden Teilspannungen U4, U5, -G, U7. An die nicht geerdeten
Enden der Widerstände 5 und 7 wird ein an sich bekannter komplexer I(ompensator
8 angeschlossen.
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Fig. 7 zeigt eine vektorielle Darstellung der Spannungsverhältnisse
bei der in Fig. I dargestellten Schaltung. Dabei sind die Maßstäbe der Deutlichkeit
halber so gewählt, daß die Sekundärspannung U2 halb so groß erscheint wie die Primärspannung
U1. Nimmt man nun zunächst an, daß der Vorwiderstand 6' gleich Null sei und die
Spannungsteiler im ührigen so bemessen sind, daß die Spannungen U5 und U7 gleich
groß sind, so würde sich entsprechend der gestrichelt eingezeichneten Spannungsverteilung
eine Phasenabweichung zwischen den Spannzungen t und U7 ergeben. Wie man aus der
in Fig. 2 ausgezogen angedeuteten Lage der Vektoren ersieht, ist es aher möglich.
durch eine geeignete Bemessung des Vorwiderstandes G zu erreichen, daß die beiden
durch den komplexen Kompensator 8 zu vergleichenden Spannungen U5 und U7 nicht nur
gleich groß, sondern auch unter dem gleichen Winkel 90°-ß gegen die zunächst in
der Phase gleichliegend angenommenen Spannungen U1 und U2 verschoben sind.
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Die Bedingung dafür ergibt sich aus der Gleichung: tg ß = U5/U4 =
(U7 + U6') / U6 oder = # C6 (R7 + R6') = # C4 R5, wo # die Kreisfrequenz des Wechselstromnetzes,
C4C6 die Kapazitäten der Kondensatoren 4 bzw. 6 und X;, R6,, R7 die Ohmschen Widerstandsbeträge
der entsprechend bezeichneten Widerstande sind.
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Ist z. B. C6=40pF, U1=50kV, U2=100 Volt und soll U5 = 1 Volt sein,
so ergibt sicl R5 zu 318,5 Ohm und tg ß für # = 314 zu 314#0,1#10-6#318,5 # 0,01
bzw. ß = 35'.
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Aus der obigen Bedingung folgt dann: R7 = 1592,5 Ohm und R7 + R6'
0,01#1012 = # 796 000 Ohm 314#40 und somit R6' # 794 400 Ohm. Die Kondensatoren
C4 und C6 sollen möglichst fehlerfrei sein.
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Wenn nun der zu prüfende Wandler Übersetzungs- und Winkelfehler aufweist,
so ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte Vektordiagramm, wobei die beiden Spannungen
U5 und U7 um einen entsprechenden Fehlwinkel # in der Phase gegeneinander verschoben
sinl und entsprechend dem Übersetzungsfehler des zu prüfenden Wandlers auch in der
Größe nicht übereinstimmen. Die in dem komplexen Kompensator 8 auszumessende Ausgleichspannung
UX läßt sich nun in die Komponenten Uü (in Phase mit U5) und U (senkrecht dazu)
zerlegen, wobei tü praktisch dem Übersetzungsfehler und U dem Winkelfehler des zu
prüfenden Wandlers entspricht, weil die Phasenabweichung der Spannungen U5 und U7
von der 90°-Richtung zu U2 bzw. U1, wie an dem Zahlenbeispiel erläutert, praktisch
zu vernachlässigen ist.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei der Verwendung von Spannungsteilern,
die aus je einem einseitig geerdeten Widerstand und einem sich daran anschließenden
Kondensator bestehen, die dem Übersetzungsfehler entsprechende Komponente Uü in
der Phase praktisch um 90° und die dem Phasenfehler entsprechende Komponente U praktisch
um 0° gegen die Sekundärspannung U2 verschoben ist, während dies bei Benutzung der
Wandlerprüfeinrichtung nadl Hohle umgekehrt ist. Man müßte also bei Benutzung des
komplesen Kompensators der handelsüblichen Einrichtung bei Verwendung von Spannungsteilern
gemäß der Erfindung zum Bestimmen des Übersetzungsfehlers den die Winkelteilung
und zum Bestimmen des Phasenfehlers den die Prozentteilung tragenden Äießdraht benutzen.
Dies wäre aber deshalb nachteilig, weil die Teilung der beiden Schleifdrähte ungleich
ist und daher eine besondere Eichung und eine doppelte Einteilung vorgenommen werden
müßte, wobei auch Irrtümer nicht ausgeschlossen waren.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung der komplexe
Kompensator unter Zuhilfenahme einer Vorrichtung zum Verschieben der Phase um 90°
an die Sekundärwicklung des zu prüfenden Transformators angeschlossen. Zu diesem
Zweck kann z. B. die Ausgleichspannung dem komplexen Kompensator iiber eine eisenlose
Gegeninduktivität zugeführt werden. Dabei ist es mit an sich bekannten Mitteln zu
erreichen, daß der Strom in der Primärwicklung der Gegeninduktivität in Phase mit
der ,Xusgleichspannung liegt. Die sekundär induzierte Spannung, die in diesem Falle
als I eerlaufspannung zu bezeichnen ist, da es sich ja am eine I(ompensationsmessung
handelt, ist dann gegen diesen Strom in der Phase um 900 verschoben.
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In noch einfacherer Weise läßt sich dasselbe dadurch erreichen, daß
der Hilfskreis über eine Vorrichtung zum Verdrehen der Phase um 900 an die Sekundärspannung
des zu prüfenden Wandlers angeschlossen wird.
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Diese Lösung liegt dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
zugrunde, wobei angenommen ist, daß das handelsübliche Meßwandlerprüfgerät nach
Hohle durch eine Zusatzeinrichtung ergänzt werden soll, die die erforderlichen Zusatzteile
enthält.
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In Fig. 4 ist das handelsübliche Gerät mit 9 und das Zusatzgerät
mit IO bezeichnet. Dieses enthält die die beiden Spannungsteiler bildenden Schaltelemente,
nämlich einen an die Sekundärwicklung 3 angeschlossenen Glimmerkondensator 4, den
zugehörigen Widerstand 5 sowie die mit einem außerhalb des Zusatzgerätes aufzustellenden
Hochspannungskondensator 6 verbundenen Widerstände 6' und 7 in einer Schaltung nach
Fig. r. Außerdem ist in das Zusatzgerät 10 eine Vorrichtung zum Drehen der Phase
der Sekundärspannung des zu prüfenden Wandlers um 90° enthalten. bestehend aus einem
Kondensator 11, einer Drosselspule 12 und Widerständen I3 bis I6 in einer an sich
bekannten Brückenschaltung. Die Diagonale der Brückenschaltung ist an zwei mit U,
V (Z) bezeichnete Klemmen angeschlossen. Außerdem enthält das Zusatzgerät zwei mit
A, B bezeichnete Klemmen für die an den komplexen Kompensator des Gerätes 9 anzuschließende
Ausgleichspannung UX sowie eine Erdklemme E.
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Das Wandlerprüfgerät 9 trägt je zwei Klemmen £. T (N) und U, T' (X),
die bei der üblichen Benutzung des Gerätes an einen Normalwandler bzw. den zu prüfenden
Wandler anzuschließen sind. Beim Benutzen des Gerätes gemäß der Erfindung in Verbindung
mit dem Zusatzgerät 10 sind die Klemmen U, V (N) jedoch mit den Klemmen U,V (Z)
des Zusatzgerätes zu verbinden, während die I(lemmen U, V (X) ebenso wie die zum
Anschluß einer Bürde bestimmten Klemmen I7 frei bleiben.
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Das Gerät g schließt im übrigen in der üblichen Weise einen Hilfskreis
zum Erzeugen der zur Kompensation dienenden Spannungskomponenten ein, der Schleifdrähte
18 und 19 enthält und mittels eines Transformators 20 über eine zur Phasendrehung
dienende, aus einem Kondensator 21 und zwei Widerständen 22 und 23 bestehenden Schaltung
an die mit U, V (X) bezeichneten Klemmen angeschlossen ist. Bei der üblichen Prüfung
mittels eines Normalwandlers dient der Schleifdraht 18 zum Ermitteln des Übersetzungsfehlers
und der Schleifdraht 19 zum Ermitteln des Winkelfeblers des zu prüfenden Wandlers.
Hierbei ist ein Schalter 24 zu schließen, der die Klemme V (N) mit der Klemme 1
rerbindet und ebenso eine die Klemmen A und B verbindende Lasche 25.
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-Zum Benutzen des Gerätes 9 gemäß der Erfindung sind die Klemmen
A, B mitden gleichbezeichneten Klemmen des Zusatzgerätes 10 zu verbinden. Der Schalter24
wird geöffnet und die Lasche 25 gelöst. Dadurch wird die an den Klemmen 4. B entstehende
Ausgleichspannung UX über einen Widerstand 26, die jeweils eingeschalteten Teile
der Schleifdrähte I8, 19 und ein Galvanometer 27 geschlossen, so daß die Spannung
UX durch die an den Schleifdrähten eingestellten Spannungskomponenten Uü bzw. T
kompensiert werden kann. Zeigt das Galvanometer keinen Ausschlag, so kann man ebenso
wie bei dem üblichen Prüfverfahren an der Teilung des Schleifdrahtes I8 den Übersetzungsfehler
und
an der Teilung des Schleifdrahtes 19 den Winkelfehler unmittelbar
ablesen.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat noch den weiteren Vorteil,
daß man sie gegebenenfalls auch zum Prüfen der Verluste eines Hochspannungskondensators
benutzen kann. wenn ein möglichst verlustfreier bzw. ein in seinen Fehlern bekannter
Normalwandler zur Verfügung steht. In diesem Falle kann die gleiche Schaltung benutzt
werden, wobei 6 der zu prüfende Hochspannungskondensator und 1, 3 der Normalwandler
ist.