DE933350C - Einrichtung zur fortlaufenden Messung der Wicklungstemperaturen von Umspannern, Drosselspulen und elektrischen Maschinen waehrend des Betriebes - Google Patents

Einrichtung zur fortlaufenden Messung der Wicklungstemperaturen von Umspannern, Drosselspulen und elektrischen Maschinen waehrend des Betriebes

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DE933350C
DE933350C DED10418A DED0010418A DE933350C DE 933350 C DE933350 C DE 933350C DE D10418 A DED10418 A DE D10418A DE D0010418 A DED0010418 A DE D0010418A DE 933350 C DE933350 C DE 933350C
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Albert Dipl-Ing Kammerer
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H6/00Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images

Description

  • Einrichtung zur fortlaufenden Messung der Wicklungstemperaturen von Umspannern, Drosselspulen und elektrischen Maschinen während des Betriebes Die im folgenden beschriebenen neuartigen Meßeinrichtungen dienen zur fortlaufenden Messung der Wicklungstemperaturen von Umspannern, Drosselspulen und elektrischen Maschinen während des Betriebes. Die besondere Bedeutung der fortlaufenden Temperaturmessung während des Betriebes und die praktische Anwendung des Erfindungsgedankens werde zunächst für Umspanner oder Drosselspulen größerer Leistung beschrieben.
  • Für die zulässige Belastung von Transformatoren ist die Kenntnis der Wicklungstemperatur und der Temperatur des Öles entscheidend. Beim Überschreiten bestimmter Temperaturgrenzen tritt nämlich eine schnell fortschreitende Zerstörung der Wicklung und des Öles ein, die zum frühzeitigen Altern bzw. zur Zerstörung des Transformators führt und kostspielige Reparaturen erforderlich macht. Die Erwärmung des Transformators wird durch die Eisen-und Kupferverluste während des Betriebes verursacht, wobei als eigentliche Wärmequellen das aktive Eisen (Transformatorkern und Joche) sowie das Wicklungskupfer bzw. -aluminium anzusehen sind. Von diesen Quellen aus strömt die Wärme über die Isolation in das Öl und wird dann entweder über die Kesselwandung an die umgebende Luft abgegeben oder vom Öl über besondere Kühlmittel abgeführt, wobei die Temperatur von innen nach außen bis zur Temperatur der umgebenden Luft bzw. des Kühlmittels fällt. Da -das aktive Eisen erheblich höhere Temperaturen verträgt als die Wicklungsisolation und das Öl, muß man den Temperaturen dieser Stoffe besondere Aufmerksamkeit schenken. Die zulässigen Höchsttemperaturen sind nach den VDE-Bestimmungen bei Papierisolation 115'C, bei Baumwollisolation zoo° C und beim Öl sogar nur 9o° C. Das Öl erwärmt sich jedoch infolge seiner großen Wärmeträgheit viel langsamer als das Wicklungsmetall; -es wäre deshalb falsch, aus der augenblicklichen Öltemperatur einen Schluß auf die zur gleichen Zeit bestehende Wicklungstemperatur zu ziehen, und man kommt so zu dem Ergebnis, daß für die Beurteilung der Belastungsfähigkeit eines Transformators vor allen Dingen die Temperatur des Wicklungsmetalls maßgebend ist. Über den gegenwärtigen Stand der einschlägigen Meßverfahren ist folgendes zu sagen: a) Zur Bestimmung der mittleren Wicklungstemperatur steht im Prüffeld seit langem ein Verfahren zur Verfügung, bei dem der Widerstand der betreffenden Wicklung im kalten, d. h. im betriebslosen Zustand, durch Spannungs- und Strommessung ermittelt wird, indem man die Wicklung an eine passende Gleichspannung legt; der Transformator wird sodann angemessene Zeit mit der gewünschten Leistung belastet und abgeschaltet, und unmittelbar daran anschließend wird abermals eine Gleichstrommessung in der beschriebenen Art vorgenommen. Die mittlere Wicklungstemperatur läßt sich dann aus der Widerstandszunahme vom kalten zum warmen Zustand errechnen. Das beschriebene Verfahren hat den Nachteil, daß es für den Betrieb nicht anwendbar ist, weil der Transformator für die eigentliche Messung aus dem Betrieb genommen werden müßte.
  • b) Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß ein sogenanntes thermisches Abbild der Arbeitswicklung unterhalb des Transformatordeckels, also an einer verhältnismäßig heißen Stelle des Transformators, eingebaut wird. Das thermische Abbild besteht aus einer kleinen, entsprechend bemessenen Wicklung, die die gleiche thermische Zeitkonstante wie die Arbeitswicklung hat; die Meßwicklung erwärmt sich also mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Arbeitswicklung. Ihre Wicklungstemperatur kann somit in ähnlicher Weise ermittelt werden wie unter a), wobei aber während des Betriebes gemessen werden kann. Dagegen wird, wie man sieht, ein Eingriff im Transformator selbst gemacht. Es wird ferner nicht die mittlere Wicklungstemperatur, sondern eine Temperatur gemessen, von der man annimmt, daß sie die höchste der Wicklung ist.
  • c) Es ist auch möglich, die Temperaturen an verschiedenen ausgezeichneten Punkten der Wicklung zu messen, z. B. an Stellen, von denen man annimmt, daß sie verhältnismäßig hohe Temperaturen haben. Zu diesem Zweck werden Thermoelemente verwendet, die in geeigneter Weise mit der Wicklung verbunden werden. Abgesehen davon, daß die Thermoelemente wieder - entweder bei der Herstellung des Transformators oder nachträglich - eingebaut werden müssen, ergeben sich hier Schwierigkeiten wegen der Isolation der Elemente sowie wegen der isolierten Durchführung der Meßleitungen und wegen der isolierten Aufstellung der Meßgeräte ; auch hier sind also wesentliche Eingriffe beim Transformator notwendig.
  • d) Endlich ist auch eine Meßvorrichtung bekanntgeworden, bei der die augenblickliche Wicklungstemperatur aus der stationären Temperatur des Öles und der Strömungsgeschwindigkeit desselben bestimmt werden kann, wobei sich die Ölströmungsgeschwindigkeit aus - der Höhe in einem Staurohr ergibt. Die Geräte müssen am Transformator angebaut werden.
  • Alle bisher beschriebenen Meßverfahren haben den Nachteil, daß sie, bis auf das erste, das aber während des Betriebes nicht durchgeführt werden kann, besondere Einbauten beim Transformator notwendig machen und die Wicklungstemperatur nicht unmittelbar, sondern nur mittelbar zu messen gestatten.
  • Mit der Erfindung werden neue Wege gezeigt, durch die die Messung der mittleren Wicklungstemperatur unmittelbar aus der Widerstandszunahme der Wicklung bei Erwärmung, und zwar während des Betriebes, ausgeführt werden kann und wobei als Endziel angestrebt wird, besondere Einbauten im Transformator zu vermeiden. Die Anzeige der Temperatur folgt in diesem Falle unmittelbar den Lastschwankungen des Transformators entsprechend der thermischen Zeitkonstanten, d. h. der thermischen Trägheit der Wicklung, die erfahrungsgemäß wesentlich kleiner als die Zeitkonstante des Öles ist.
  • Der Grundgedanke der Erfindung stützt sich auf die bekannte Tatsache, daß sich die im Leiter einer einzelnen eisenfreien Wicklung entstehenden Stromwärmeverluste, d. h. die Wicklungsverluste, mittels eines Leistungsmessers und eines Strommessers ermitteln lassen, wenn man das Verhältnis der an den Klemmen der Wicklung gemessenen Wirkleistung zum Quadrat des Stromes bildet. Außer der Eisenfreiheit ist dabei noch vorausgesetzt, daß die Wicklung keine magnetische Kopplung mit anderen stromführenden Wicklungen hat. Diese Voraussetzungen treffen aber für eisenhaltige Drosselspulen von Umspannern und elektrischen Maschinen nicht zu.
  • Die Erfindung besteht nun in der Erkenntnis, daß sich auch in eisenhaltigen Spulen insbesondere von Umspannern und elektrischen Maschinen die Wicklungsverluste genau oder mit ausreichender Näherung durch Leistungsmeßwerke ermitteln lassen, wenn deren Stromspulen in geeigneter Weise mit den Ein-oder Ausgangsströmen der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen oder mit einem aus diesen Strömen gebildeten Summen- oder Differenzwert und wenn deren Spannungsspulen von den Ein oder Ausgangs-Spannungen (Klemmenspannungen) der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen und von der E-MK in einer auf dem Eisenkern der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen angebrachten Hilfswicklung ; oder von einer aus diesen Spannungen gebildeten Differenzspannung, nötigenfalls unter Zwischenschaltung von elektrischen Nachbildungen, gespeist werden, und daß dieses Meßwerk als Temperaturanzeiger arbeitet, wenn es an Stelle der Meßsystemfedern mit einem oder mehreren gegendrehenden Stromquadrat-oder Stromproduktmeßwerken gekuppelt ist, die mit den Ein- oder Ausgangsströmen der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen oder mit aus diesen Strömen gebildeten Mittelwerten (bzw. ihnen verhältnisgleichen Stromwerten) gespeist werden. Unter Mittelwert ist dabei ganz allgemein ein zwischen den beiden genannten Strömen liegender Wert und nicht nur der besondere Fall des geometrischen oder des algebraischen oder des quadratischen oder eines sonstwie besonders definierten Mittelwertes gemeint. Insbesondere ist auch ein aus zwei Strömen J, und 1, und den Zahlenfaktoren ca und b gebildeter Summenwert a 11 + b 1, als verhältnisgleich mit dem Mittelwert anzusehen, denn für 11 = J2 wird Jm = J1, und für J1 --- J2 liegt J", stets zwischen J1 und j2; (a = b) liefert den arithmetischen Mittelwert.
  • Die Anwendung des Erfindungsgedankens soll zunächst für den einfachsten Fall, nämlich für eine Eisendrosselspule (z. B. der Sternpunktdrosselspule in einem Hochspannungsnetz), beschrieben werden, bei der also außer den Wicklungsverlusten noch Eisenverluste auftreten, die durch die dauernden Ummagnetisierungen des Eisenkerns im Takte der Betriebsfrequenz entstehen. Zieht man von den unmittelbar meßbaren Gesamtverlusten die Eisenverluste ab, so erhält man die Wicklungsverluste und mit diesen, wie bereits erwähnt, den Widerstand und schließlich aus der Widerstandszunahme vom kalten zum warmen Zustand die Temperatur der Wicklung während des Betriebes. Die Eisenverluste sind, wie sich aus der allgemeinen Theorie des Transformators ergibt, verhältnisgleich dem Produkt der induzierten EMK und der Wirkkomponente des Magnetisierungsstromes. Versieht man deshalb das aktive Eisen mit einer Hilfswicklung, die nur wenige Windungen zu haben braucht und in der eine dem Magnetfluß proportionale EMK induziert wird, so ist die in der Hilfswicklung hervorgerufene EMK der in der Arbeitswicklung induzierten EMK verhältnisgleich. Man erhält somit durch Multiplikation der Hilfs-EMK mit der Wirkkomponente des Magnetisierungsstromes eine Leistung, die den Eisenverlusten der Drosselspule verhältnisgleich ist. Demnach besteht die praktische Ausführung aus einem Leistungsmeßwerk, das vom Strom und der Klemmenspannung der Drosselspule gespeist wird und das mit einem zweiten Leistungsmeßwerk mit entgegengesetztem Drehmoment gekuppelt ist, das seinerseits von der EMK der Hilfswicklung und dem Drosselspulenstrom, der in diesem Fall mit dem Magnetisierungsstrom identisch ist, gespeist wird. Mit dem Ganzen ist schließlich noch ein gegendrehendes Stromquadratmeßwerk für den Drosselspulenstrom gekuppelt.
  • Die Anordnung läßt sich noch vereinfachen. Da das obengenannte erste Leistungsmeßwerk und das zweite Leistungsmeßwerk vom gleichen Strom gespeist werden, erhält man die Wicklungsverluste an sich schon mit einem einzigen Leistungsmeßwerk, das mit dem Drosselspulenstrom J und der Differenz zwischen der Klemmenspannung U und der EMK E der Hilfswicklung gespeist wird. Die im allgemeinen verschiedenen Windungszahlen von Haupt- und Hilfsspule sind bei Bildung der Differenz mittels Spannungsteiler oder Spannungswandler auszugleichen. Wie sich leicht nachweisen läßt und wie aus dem Zeigerbild der Abb. z der Zeichnung ohne weiteres abgelesen werden kann, ist nämlich die Wirkleistung eines Stromes J mit der geometrischen Differenz (Ü-E) der Spannung U und der EMK E gleich der Differenz der Wirkleistungen des Stromes J mit der ersten Spannung U und des gleichen Stromes J mit der EMK E. Die Anordnung mit einem Leistungsmeßwerk ist in Abb. 2 dargestellt, wobei der Einfachheit halber die Hilfswicklung so bemessen angenommen werden soll, daß sie ohne Spannungsteilung mit der Klemmenspannung U verglichen werden kann. Durch die Drosselspule D, deren Widerstand bestimmt werden soll, und die festen Spulen F, und FII der beiden Meßwerke I und II sowie durch die bewegliche Spule BI des Meßwerkes I fließt der Strom J. (Die Meßwerke I und II sind hier als dynamometrische Systeme gezeichnet, wenngleich auch andere, z. B. Induktionsmeßwerke, verwendet werden könnten, bei denen dann die Vorschaltwiderstände in den Spannungskreisen in der Regel wegfallen würden.) In Abb. 2 besteht das bewegliche Rähmchen BI, des Meßwerkes II aus zwei Spulenhälften, deren Windungsebenen zueinander parallel sind. Die eine dieser Hälften liegt an der Klemmenspannung U, die andere an der obenerwähnten Hilfswicklung mit der EMK E.
  • Ebensogut könnte nur ein bewegliches Rähmchen angewendet werden, das unmittelbar von der Differenz (ü-E) oder das sowohl von der Spannung U als auch von der entgegengesetzt gerichteten EMK E über getrennte Vorwiderstände gespeist wird. Das auf das bewegliche Rähmchen BI, ausgeübte Drehmoment ist verhältnisgleich dem Produkt (tI-E)Jcosß=vJ2. (r) Hierbei ist ß die Phasenverschiebung zwischen den Wechselstromgrößen (v-E) und J, y ist der Wicklungswiderstand. Das auf das bewegliche Rähmchen BI des Meßwerkes I ausgeübte Drehmoment ist andererseits verhältnisgleich dem Stromquadrat J2.
  • Die Schaltung der Anordnung ist so ausgeführt, daß die Drehmomente der beiden Meßwerke, die im übrigen auf einer gemeinsamen Achse sitzen, entgegengesetzten Drehsinn haben. Wenn die Beziehungen zwischen den Verdrehungswinkeln der Rähmchen und den auf sie ausgeübten Drehmomenten entsprechenden Verlauf haben, kommt bei Gleichheit der Drehmomente, also für jede Größe des Widerstandes bzw. der Temperatur, eine ganz bestimmte stabile Lage des Meßwerkes zustande. Dies trifft zu, wenn z. B. das erste Drehmoment mit steigendem Drehwinkel abnimmt, während das zweite zunimmt. Das Meßwerk hat also die Eigenschaft eines Verhältnismeßwerkes, das das Verhältnis anzeigt, wobei die rückführende Kraft nicht durch Torsionsfedern erzeugt wird. Das Gerät hat in seiner Wirkungsweise Ähnlichkeit- mit dem bekannten Kreuzspulmeßgerät mit dem Unterschied, daß beim Kreuzspulmeßgerät nicht ein Leistungsmesser und ein Stromquadratmeßwerk, sondern zwei Strommeßwerke mit entgegengesetztem Drehsinn miteinander gekuppelt sind, da mit dem Kreuzspulmeßgerät das Verhältnis zweier Ströme gemessen wird. Wie beim Kreuzspulmeßgerät kann die gewünschte Abhängigkeit des Drehmomentes der einzelnen Meßwerke vom Ausschlag z. B. durch veränderlichen Luftspalt erzeugt werden. Im übrigen ist die in Abb. 2 beispielsweise gezeichnete unterschiedliche Winkellage der beweglichen Spulen nicht kennzeichnend für den Verhältniszeiger, denn auch im Kreuzspulmeßgerät ist sie nur eine Folge der besonderen Art des Zusammenbaues der beiden Stromzeiger.
  • Bezüglich der Anordnung der Hilfswicklung auf dem Eisenkern besteht bei der Erdungsdrosselspule ziemliche Freiheit. Sie kann so durchgebildet werden, daß sie vom Streufluß der Hauptwicklung nicht durchsetzt wird; doch ist dies nicht notwendig, da eine vomStreufluß in der Hilfswicklung induzierte EMK vektoriell auf dem Strom der Hauptwicklung senkrecht steht und daher keine Wirkleistung mit ihm bildet. Wenn der Streufluß nicht umfaßt wird, ist (ü - E) der Spannungsabfall des Drosselspulenstromes in der Streureaktanz und im Wirkwiderstand der Spule.
  • Beim Umspanner erhält man die Gesamtverluste, wenn man die Differenz der primären und sekundären Leistung bestimmt. Die Eisenverluste entsprechen hier dem Produkt aus der in der Hilfswicklung induzierten EMK und der Wirkkomponente des Magnetisierungsstromes, der den gemeinsamen Fluß hervorruft. Dieser ist proportional der geometrischen Differenz des primären und sekundären Stromes. Die Hilfsspule muß in diesem Fall so auf dem Kern angebracht sein, daß sie nur den gemeinsamen Fluß, nicht aber auch die Streuflüsse umschlingt.
  • Die zugehörige Schaltung zeigt Abb. 3. Von den wattmetrischen Meßwerken ist j e eines für die primäre und die sekundäre Leistung (I) und (II) und eines für die Eisenverluste (III) bestimmt. Die drei Meßwerke müssen so geschaltet bzw. mechanisch so miteinander gekuppelt sein, da.ß die Differenz aus der primären Leistung und der Summe von sekundärer Leistung und den Eisenverlusten die Wicklungsverluste ergibt. Mit den drei wattmetrischen Systemen ist schließlich noch das Stromquadratsystem IV gekuppelt, das dem Drehmoment der drei vorgenannten Meßwerke das Gleichgewicht hält. Wenn nur die Temperatur des belasteten Umspanners festgestellt werden soll und keine große Genauigkeit verlangt wird, genügt es, das Stromquadratmeßwerk nur mit dem primären (oder sekundären) Strom zu beschicken, weil sich bei starker Belastung das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärstrom nur geringfügig ändert, so daß ein Strom den anderen vertreten kann. Wenn jedoch die Temperatur auch bei schwacher Belastung zu messen ist, muß das Stromquadratmeßwerk mit einem Mittelwert aus Primär- (1l) und Sekundärstrom (J2), z. B. dem arithmetischen Mittelwert 1/2 . (J1 -}- J2), gespeist werden.
  • Der Instrumentenausschlag zeigt dann das Verhältnis an. In Gleichung (3) und in allen folgenden sind wegen der einfacheren Schreibweise alle sekundären Größen auf das Übersetzungsverhältnis z : z umgerechnet zu denken. Da bei starker Belastung 1l,-. J2 ist, ergibt sich für diesen Fall aus Gleichung (3) v =,r, + y2, d. h., das Gerät zeigt dann die Summe von Primär- und Sekundärwiderstand oder, was gleichbedeutend ist, den arithmetischen Mittelwert an, der sich von der Summe nur durch den in die Gleichung eingehenden konstanten Faktor 1/2 unterscheidet. Wenn bei abnehmender Belastung sich die Ungleichheit zwischen 1, und 1, bemerkbar macht, ergibt sich für v ein Mittelwert, in dem r1 und v2 von verschieden großem hinfluß sind. Für 12 = 2/s J1 erhält man z. B. v = 36/26 ' 71 + 16/2s @ 71 = 52/25 " y1 für yl = y2. Dieser Wert ist etwas zu groß, wenn das Gerät für J2 = J1 geeicht ist, denn für J2 = 11 und 71 = y2 ist v = 2 y1. Bei sehr schwacher Belastung und bei Leerlauf (J2 = 0; v = q. y.) zeigt dieses Gerät somit auch dann zu ungenau an, wenn keine großen Anforderungen -an seine Meßgenauigkeit -gestellt werden.
  • Genauere- Werte ergeben sich bei Anwendung von zwei miteinander gekuppelten, aber im übrigen getrennten Stromquadratmeßwerken für den Primar-und den Sekundärstrom mit unter Umständen verschiedenen Einflußfaktoren e1 und e2, die sich zueinander wie die Wicklungswiderstände y, und y2 verhalten sollen. In Abb.3 ist angenommen, daß zu diesem Zweck zwei Weicheisenmeßwerke benutzt werden.
  • Das Gesamtgerät mißt .dann den Ausdruck d. h., es mißt unter der Annahme, daß. das Verhältnis von Primär- zu Sekundärwicklungswiderstand praktisch unverändert bleibt, den arithmetischen Mittelwert aus den Wicklungswiderständen y, und y2, unabhängig von der augenblicklichen Belastung, denn der rechts stehende Bruch ist bei jedem beliebigen Wert von J1 und J2 gleich i. Da die Bedingung konstant unter Umständen nicht bei allen Belastungsverhältnissen genau erfüllt ist, wird man für den vollbelasteten Umspanner wählen, während für kleine Belastungen geringe Fehler in Kauf genommen werden. Im Leerlauf (J2 = 0 bzw. J1 = 0) zeigt das Gerät die Werte bzw. d. h. die Temperatur der Primär- bzw. der Sekundärwicklung, an. Mit zunehmender Belastung ist dann der Ausschlag ein Maß für den Temperaturmittelwert beider Wicklungen. Alle Meßwerke in Abb. 3 können z. B. auf einer gemeinsamen Achse sitzen, sie können aber auch in einer anderen geeigneten Weise miteinander mechanisch gekuppelt sein. Die mit der Hilfswicklung gewonnene EMK wird der beweglichen Spule des Meßwerkes III zugeführt, während man die feste Spule dieses Systems mit der geometrischen Differenz des primären und des sekundären Stromes speist, die durch Gegeneinanderschaltung der Stromwandler für die Ströme J, und j2 oder durch zwei gegeneinandergeschaltete Stromwicklungen hergestellt werden kann.
  • Ein Teilmeßwerk kann eingespart werden, wenn man nur die Temperatur der primären (bzw. sekundären) Wicklung zu messen wünscht. Der Primär-(bzw. Sekundär-) Strom bildet nämlich mit der inneren EMK E die Durchgangsleistung des Umspanners, zuzüglich der Eisenverluste und der sekundären (bzw. primären) Wicklungsverluste, wie man auch aus dem Ersatzschaltbild des Umspanners in Abb. q. ablesen kann, in dem die Eisenverluste als in dem parallel zum Eisenkern gezeichneten, nicht näher bezeichneten Widerstand auftretend zu denken sind. Man mißt deshalb die primären (sekundären) Wicklungsverluste als Differenz der primären (sekundären) Wirkleistung und der Leistung aus dem Primär-(Sekundär-) Strom und der EMK einer Hilfswicklung, die den sekundären (primären) Streufluß nicht umschließt. Auf diese Weise erhält man zwei miteinander gekuppelte Leistungsmeßwerke, die ihrerseits mit einem Stromquadratsystem für den primären (sekundären) Strom gekuppelt sind.
  • Da beide Leistungsmeßwerke vom gleichen Strom gespeist werden, besteht aus dem bereits bei der Meßeinrichtung für die Drosselspule (Abb. a) besprochenen Grunde die Möglichkeit, die beiden Leistungsmeßwerke durch ein einziges zu ersetzen. Dieses Leistungsmeßwerk bestimmt die primären (sekundären) Wicklungsverluste aus der Leistung des primären (sekundären) Stromes mit dem Spannungsunterschied zwischen der primären (sekundären) Klemmenspannung und der entsprechend übersetzten EMK einer Hilfswicklung. Aus dem Ersatzschaltbild des Umspanners (Abb. q.) kann das gleiche Ergebnis unmittelbar entnommen werden. Abb. 5 zeigt eine derartige Anordnung für die Bestimmung der primären Wicklungstemperatur.
  • Es ist wünschenswert, das Meßverfahren so abzuändern, daß die Hilfswicklung entbehrt werden kann, daß also mit anderen Worten keine Einbauten notwendig sind. Zu diesem Zweck kann man die obenerwähnte Hilfs-EMK auch auf elektrischem Wege herstellen; die EMK des gemeinsamen Feldes ist nämlich gleich der geometrischen Differenz aus der primären Klemmenspannung und dem inneren Spannungsabfall der primären Seite bzw. gleich der geometrischen Summe aus der sekundären Spannung und dem inneren Spannungsabfall der sekundären Seite. Da man ohne Hilfswicklung die inneren Spannungsabfälle selbst nicht erfassen kann, so muß man außenliegende Nachbildungen der inneren Widerstände des Transformators (ohmsche Widerstände und Streureaktanzen) herstellen, an denen man die erwähnten inneren Spannungsabfälle mittels des primären und sekundären Stromes erzeugt. Die Bildung der EMK aus der primären bzw. sekundären Klemmenspannung ergibt sich aus dem Ersatzschaltbild des Transformators gemäß Abb. q., die zugehörige Schaltung für den Fall, daß, wie in der Meßschaltung gemäß Abb. 5, die primäre Wicklungstemperatur bestimmt werden soll, aus Abb. 6. Der sekundäre Strom 1, fließt hier über die Nachbildung yz + f kßa der sekundären Streuimpedanz. Der an ihr erzeugte Spannungsabfall gibt zusammen mit der Sekundärspannung U2 die innere EMK E = Zl2 -f- (yä -f- 3 k, , #2) L- (5) Die Nachbildung des inneren Widerstandes kann nur bei einer ganz bestimmten Betriebstemperatur der Umspannerwicklung dem tatsächlichen Wicklungswiderstand entsprechen. Der Nachbildungswiderstand wird deshalb zweckmäßigerweise so bemessen; daß er dem höchstzulässigen Wicklungswiderstand entspricht. Das Meßgerät zeigt dann richtig bei erwärmtem Umspanner, während sich bei kühleren Wicklungen gewisse Meßfehler ergeben, die häufig in Kauf genommen werden können.
  • Genauere Werte der inneren EMK erhält man, wenn man sie durch Nachbildung der primären und der sekundären inneren Widerstände von der primären und der sekundären Seite aus herstellt und das Meßwerk mit dem Mittelwert aus den beiden Werten speist bzw. seine Spannungsspule zur getrennten Speisung durch beide Werte doppelt ausführt. Wie man nämlich aus dem Zeigerbild des Umspanners leicht entnehmen kann, liegen die Fehler der beiden nachgebildeten EMK infolge von Widerstandsfehlern einander entgegengesetzt und heben sich im Mittel ziemlich genau auf, wenn die beiden Nachbildungswiderstände sich zueinander verhalten wie die Wicklungswiderstände y1 und y2 und wenn auch die Mittelwertbildung vektoriell im gleichen Verhältnis erfolgt. Beispielsweise ergibt sich eine derartige Ausführung für die Messung der primären Wicklungstemperatur unter Benutzung von Nachbildungswiderständen y' + j k j, und yz -f- 9 k'? für die Streuimpedanzen und mit den Anteilfaktoren für die Bildung des Mittelwertes der EMK dadurch, daß die Spannungsspule des Leistungsmeßwerkes mit der Spannung \Ul - Ua) Q2 + (yi + kfr,) h @1 - (YZ -f- ka2) I2 2 2 (6) die Stromspule und das Siromquadratmeßwerk mit dem Strom J, gespeist werden. Obiger Spannungsausdruck (6) ist bereits aus der Differenz zwischen der Spannung Ui und dem 1Vlittelwert der EMK gebildet.
  • Da sich im genannten Spannungsausdruck (6) zeigt, daß die an den primären und sekundären Nachbildungen entstehenden Spannungen sich entgegenwirken, liegt es nahe, zu untersuchen, ob zur Speisung der Spannungsspule der Spannungsabfall des Umspanners U1 - U2 = (y1 'i- 7 koi) T1 + (Y2 -`'" kcal J2 (%) näherungsweise genügt. Ein Leistungsmeßwerk, das mit der Spannung (ü1 - z,) und einem Strommittelwert a, j, +. 62 ja, wobei a1 und a2 Anteilfaktoren mit der zusätzlichen Bedingungsgleichung a, -E- o, = I sind, gespeist wird, mißt den. durch Rechnung ableitbaren Ausdruck N = y1 a1 Ji -I- y2 a2 I2 -h (y2 al -I- y,. a2) J, J2 cos 8 -f - (k" Q1 - k., d2) J, J2 sin ö (8) Darin ist 8 der Phasenwinkel zwischen Primärstrom J, und Sekundärstrom J2. In diesem Ausdruck stört vor allem das Sinusglied, weil es vom Wicklungswiderstand unabhängig ist. Dieses Glied verschwindet, wenn gemacht wird, und es bleibt als Leistungswert N = y1 a, J1 +. y2 a" A + (y2 a, + y, a,) J, Ja cos . (I0) Bei hoher Belastung J1 r--- j2, cos ö I geht dieser Ausdruck in N = y, Ji + ys jä (II) über, gibt also unter der genannten Voraussetzung die gesamten Wicklungsverluste wieder, so daß wie bei der Meßschaltung nach Abb.3 im Zusammenhang mit einem Stromquadratmeßwerk für Ji, J 2 oder besser für e1 Ji -I- ea p die Wicklungstemperatur meßbar ist. Soll mit dem gleichen, das Sinusglied nicht erfassenden Leistungsmeßwerk die Wicklungstemperatur auch bei kleinen Belastungen gemessen werden, so muß die Abweichung des Leistungswertes von den wirklichen Wicklungsverlusten durch entsprechende Ausbildung des gegenwirkenden Strommeßwerkes ausgeglichen werden. Dies gelingt durch Verwendung eines wattmetrischen Stromproduktenmeßwerkes, in dessen einer Spule derselbe Strom cl j1 -h aa ja wie im Leistungsmeßwerk und in dessen anderer Wicklung der Strome, j, + 2a ja fließt, wobei die Anteilfaktoren e1 und @2 so zu wählen sind, daß a, + e2 = I und ist. Das Gesamtmeßwerk zeigt dann, wie sich aus der Rechnung ergibt, das Verhältnis an. Unter der Voraussetzung, daß konstant bleibt, ist der rechts stehende Bruch bei jedem Wert der Ströme J1 und J2 gleich i, d. h., das Gerät zeigt den arithmetischen Mittelwert von y1 und y2 an. Bei Leerlauf (1l = 0 bzw. J2 = 0) gilt das gleiche wie das zu Gleichung (q:) Gesagte. Die Stromsummenbildung im Stromproduktmeßwerk ist vermeidbar, wenn die eine Spule beispielsweise mit dem Strom (O2 a, +2, a2) j, und die andere mit dem Strom J2 beschickt und zwei zusätzliche Stromquadratmeßwerke für die Ausdrücke @, a, Ji und 22 a2 Jz angekuppelt werden.
  • Die dem Leistungssystem zuzuführende Differenzspannung Ü,-Üz kann auf elektrischem Wege durch Gegeneinanderschaltung von Spannungswandlern hergestellt werden, wobei zu bemerken ist, daß die Genauigkeit der heutigen Wandler auf jeden Fall ausreicht, um eine hinreichend richtige Anzeige dieser Differenz zu gewährleisten. Die Stromsummen j, a., -i- ja a. bz'. j, e1 -I- ja 2a können durch geeignete Zwischenwandler mit den gegenseitigen Übersetzungsverhältnissen bzw. hergestellt werden. Sie werden zweckmäßigerweise mit Anzapfungen zur Justierung eingerichtet.
  • In Abb. 7 ist eine derartige Schaltung dargestellt. Die durch die Spannungswandler hergestellte Differenzspannung ITl-ü, wird hier der beweglichen Spule des Meßwerkes I zugeführt, die feste Spule des Meßwerkes 1 erhält dagegen die Stromsumme a., j, -i- Q, j2 von der Wicklung w", eines Zwischenwandlers. Die anderen beiden Wicklungen w6, und wa dieses Zwischenwandlers haben das gegenseitige Übersetzungsverhältnis Sie liegen ihrerseits an den Stromwandlern des primären und sekundären Stromkreises des Transformators. Die feste Spule vom Meßwerk II liegt mit der festen Spule des Meßwerkes I in Reihe an der Wicklung w"3 und erhält demnach ebenfalls die Stromsumme a1 j1 + 12 J, Die bewegliche Spule des Meßwerkes II wird andererseits von der Wicklung w"3 eines weiteren Zwischenwandlers gespeist. Die beiden anderen Wicklungen w.", und w" dieses Zwischenwandlers liegen ihrerseits wieder an den Stromwandlern des primären und sekundären Stromkreises des Transformators und in Reihe mit den Wicklungen w"; bzw. w"2. An Stelle von Zwischenwandlern können getrennte Wicklungen auf den wattmetrischen Meßwerken für die Ströme l1 und 1, zur Stromsummenbildung verwendet werden.
  • Wenn man die Stromspule des Leistungsmeßwerkes und das Stromproduktmeßwerk mit derselben Stromsumme e1 j1 + 2, J, wobei Q1 + Q2 = z ist, speist, ergibt die Rechnung nach Weglassung des Sinusgliedes im Zähler folgenden Ausdruck für die Anzeige des gesamten Meßwerkes: Auch in diesem Falle ist mit der Bemessung der rechts stehende Bruch bei jeder Belastung gleich z, d. h., das Gerät zeigt den Temperaturmittelwert. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß man einmal nur einen Zwischenwandler mit dem Übersetzungsverhältnis und andererseits an Stelle des zweiten wattmetrischen Meßwerkes nur ein Stromquadratmeßwerk für das Stromsummenquadrat (e@ A -f- 22 j2)2 notwendig hat. Das Anzeigegerät könnte also z. B. aus einem dynamometrischen Meßwerk mit einer festen Stromspule und einer beweglichen Spannungsspule und einem damit gekuppelten Weicheisenmeßwerk aufgebaut werden, was eine besonders einfache Bauart ergibt. An Stelle des Weicheisenmeßwerkes kann aber ebensogut auch ein dynamometrisches oder ein Induktionsmeßwerk verwendet werden.
  • Für die Gültigkeit der Gleichung (=4) ist es notwendig, das Sinusglied im Zähler, das in Gleichung (z4) im voraus weggelassen wurde und das im Bau dem Sinusglied der Gleichung (8) entspricht, zu Null zu machen, d. h., es muß sein (k"a 01- köl A J1 .%2 sin S = 0 . (=5) Da die Wahl von ei und e2 nicht mehr frei ist, bleibt nur noch die Möglichkeit, die Speisespannung des Leistungsmeßwerkes so zu ändern, daß das Sinusglied verschwindet. Zieht man z. B. vom Spannungsabfall ül-ü, die in ihm enthaltenen Spannungsabfälle an den Streureaktanzen k", und k". durch äußere Nachbildungen k', und k'2, über die die Ströme J1 und J2 fließen, wieder ab, so bleibt die Speisespannung U1 - U2 - kau J1 - koa f2= (yl + k@) J@ + (Y,+ % k"2) J2 - 9 k@ Jl - 9 kaa J2 = y1.%1 + y2 J" die nur noch die ohmschen Spannungsabfälle enthält. In diesem Falle fehlt das Sinusglied von vornherein, weil die Streureaktanzen in der Speisespannung überhaupt nicht erscheinen.
  • Bei dieser Gelegenheit sei bemerkt, daß es keine Schwierigkeiten macht, einen Spannungsabfall des Hauptstromkreises im Meßkreis durch einen entgegengesetzten auszugleichen, weil die Stromrichtung im Meßkreis durch Umklemmen der Meßwandler wählbar ist.
  • Es ist nicht nötig, Reaktanznachbildungen für die Primär- und Sekundärseite zugleich zu verwenden. Es genügt vielmehr eine einzige Reaktanz in einem der Kreise, die dann allerdings nur eine teilweise Kompensation bewirken kann. Wird beispielsweise nur im primären Meßkreis eine zusätzliche Reaktanz ki eingeführt, die der Reaktanz k", entgegenwirkt, so erhält das im Zähler von Gleichung (r4) nicht angeschriebene Sinusglied die Form: [k"2 Cl - (k"1- k') e21 JI J2 sin 8 . (I7) Damit es zu Null wird, muß sein Eine Reaktanz k2 nur im Sekundärkreis müßte der entsprechenden Bedingung genügen. Durch die Reaktanz ki bzw. k2 wird der Umspanner künstlich symmetriert, denn bei einem von Natur aus symmetrischen Umspanner, für welchen die Bedingungsgleichung gilt, fällt das Sinusglied gemäß Gleichung (z5) von selbst weg.
  • In Abb. 8 ist eine Schaltung dargestellt, die. eine Kompensationsreaktanz ki im Primärstromkreis enthält. Der Spannungsspule des Leistungsmeßwerkes V wird somit die Speisespannung zugeführt. Die Kompensationsreaktänz k' ist mit einer zweiten Wicklung versehen, um die Spannungs- und Strommeßkreise galvanisch trennen zu können. Sie wirkt also als Strom-Spannungs-Wandler. Zweckmäßigerweise wird sie mit Luftspalt ausgeführt, um Proportionalität des Spannungsabfalles mit dem Strom TI zu wahren.
  • An Stelle des gezeichneten Gesamtmeßwerkes können aber auch andere Quotientenmeßwerke verwendet werden, wobei man sich von dem Gedanken leiten lassen wird, das Anzeigegerät möglichst einfach und billig zu machen. So besteht z. B. auch hier die Möglichkeit, an Stelle der oben beschriebenen wattmetrischen Meßwerke solche von Induktionszählern für Wechselströme mit exzentrisch gelagerter Wirbelstromscheibe zu verwenden, da durch diese Maßnahme bekanntlich ein mit dem Drehwinkel der Wirbelstromscheibe zunehmendes oder abnehmendes Drehmoment erzeugt werden kann. Durch geeignete Maßnahmen ist dafür zu sorgen, daß bei Frequenzänderungen keine Fälschung der Temperaturanzeige eintritt.
  • Für Asynchronmaschinen sind alle oben beschriebenen Meßeinrichtungen wie beim Umspanner brauchbar, die mit einer Hilfswicklung arbeiten. Wenn die Maschine z. B. von der Ständerseite her betrachtet wird, verhält sie sich genau so wie ein Umspanner, gleichgültig, ob die aufgenommene Leistung vom Läufer mechanisch oder elektrisch (über Schleifringe) weitergegeben wird, und gleichgültig, wie groß der Schlupf der Maschine ist. Die Hilfswicklung soll vom sekundären Streufluß nicht durchsetzt werden. Sie wird deshalb auf dem Ständer untergebracht. Sie kann in Nuten liegen wie die Hauptwicklung; es genügt aber auch, wenn sie das Eisenjoch ringförmig an einer Stelle umschlingt, die mindestens vom gemeinsamen Fluß oder einem ihm proportionalen Anteil durchsetzt ist. Während beim Umspanner die Leistung der EMK in der Hilfswicklung mit dem Eingangsstrom sich aus den Eisenverlusten, den Kupferverlusten des Ausgangsstromes und der an der Ausgangsseite abgegebenen oder aufgenommenen elektrischen Leistung zusammensetzt, kommt bei der Asynchronmaschine die mechanisch abgegebene oder aufgenommene Leistung hinzu, was aber für die Ausbildung des Meßwerkes gleichgültig ist.
  • Bei Asynchronmaschinen mit Schleifringläufern, an deren Schleifringen elektrische Leistung abgegeben oder aufgenommen wird, kann die Wicklungstemperatur der Läuferwicklung in gleicher Weise gemessen werden, wobei das Meßgerät, das in diesem Falle ein möglichst großes Trägheitsmoment besitzen muß, mit Schlupffrequenz gespeist wird. Wenn betriebsmäßig starke Schwankungen des Schlupfes vorkommen, werden zweckmäßigerweise frequenzunäbhängige dynamometrische Leistungsmeßwerke verwendet. Die Hilfswicklung sitzt natürlich auf dem Läufer; ihre EMK wird an Schleifringen abgenommen.
  • Grundsätzlich können auch alle anderen für Umspanner beschriebenen Meßverfahren ohne Hilfswicklung benutzt werden, wenn alle zur Speisung des Meßgerätes benutzten elektrischen Größen phasenrichtig auf die gleiche Frequenz, z. B. auf Netzfrequenz oder auf Schlupffrequenz, gebracht werden, was durch kleine, mit der Maschinenwelle gekuppelte Frequenzwandler an sich bekannter Bauart geschehen kann.
  • Die Hilfswicklung führt auch bei allen anderen Bauarten elektrischer Maschinen, Synchronmaschinen, Wechsel- und Gleichstromkommutatormaschinen zum Ziel. Bei Synchronmaschinen darf die Hilfswicklung vom Läuferstreufluß nicht durchsetzt werden, muß aber mindestens den vom Hauptfeld und vom Querfeld erzeugten Fluß umfassen, der dem gemeinsamen Fluß der Asynchronmaschine und des Umspanners entspricht. Die Hilfswicklung kann wie bei einer Asynchronmaschine untergebracht werden, um dieser Bedingung zu genügen. Vom Ständer her betrachtet besteht für die Meßeinrichtung zur Feststellung der Temperatur der Ständerwicklung kein Unterschied, ob es sich um Asynchron-, Synchron- oder schließlich auch Wechsel- (bzw. - Drehstrom-) Kommutatormaschinen handelt, deren Ständer ja alle von grundsätzlich gleicher Bauart sind. Die Wicklung kann beispielsweise das Joch in den Pollücken als Ringwicklung umschlingen oder wie die Hauptwicklung beiderseits der Polmitten in Nuten liegen. In beiden Fällen wird ein mehr oder minder großer Teil des Ständerstreuflusses mit umfaßt, was ohne Nachteil ist, weil die vom Streufuß induzierte EMK nichts zur Leistungsbildung beiträgt. Besonders, wenn das Leistungsmeßwerk mit der Differenz der Klemmenspannung und der EMK der Hilfswicklung gespeist wird, kann weitgehendes Miterfassen der Streuspannung von Vorteil sein; denn um so kleiner ist dann die Blindkomponente in der Speisespannung des Meßwerkes, die nur Ballast darstellt.
  • Wenn die Hilfswicklung in den Nuten und längs der Wickelköpfe so geführt wird wie die Hauptwicklung oder wenn sie in sie eingebettet ist, werden in beiden Wicklungen von allen vorkommenden magnetischen Flüssen nach Übersetzung auf gleiche Windungszahlen die gleichen EMKK induziert, so daß in der Differenzspannung nur der innere Spannungsabfall der Hauptwicklung übrigbleibt, der praktisch durch den Wirkwiderstand der Wicklung gegeben ist, wenn der innere induktive Widerstand vernachlässigt ist. Mit dieser Art der Hilfswicklung sind deshalb die genauesten Ergebnisse zu erwarten, besonders, wenn die Feldverteilung durch Wendepolwicklungen und ähnliches verwickelt wird.
  • In gleicher Weise dienen Hilfswicklungen in den Läufern von Wechselstrom- oder Gleichstromkommutatormaschinen zur Messung der Wicklungstemperatur der Läufer. Die Hilfswicklunz erhält einen Kornmutator zur Abnahme der induzierten Spannung, um Frequenzgleichheit von Läuferspannung und Hilfswicklungs-EMK zu erreichen. Oder man nimmt die HiliS-EMK über Schleifringe ab und formt erst nachträglich phasenrichtig auf die Frequenz des Klemmer_-stromes um, bei Wechselstrommaschinen über Frequenzwandler, bei Gleichstrommaschinen über Gleichrichter. Um den hauptsächlich bei Maschinen mit kleiner Läuferspannung störenden Einfluß des Spannungsabfalles an den Bürsten und am Übergangswiderstand zum Kollektor der Hauptwicklung auszuschalten, wird die Meßspannung über besondere, vom Läuferstrom nicht belastete Bürsten entnommen. Es kann aber auch die Spannung der Hauptwicklung von zweien ihrer Punkte als Wechselspannung an Schleifringe geführt und dort abgenommen werden. Nach Differenzbildung mit der Hilfswicklungs-EMK wird die- Differenz auf Gleichstrom bzw. auf die Frequenz des Klemmenstromes oder es wird umgekehrt der Klemmenstrom auf die Frequenz an den Schleifringen phasenrichtig umgeformt, um die Strom-und die Spannungsspule des Leistungsmeßwerkes mit Gleichstrom bzw. mit gleicher Frequenz speisen zu können. Gewöhnlich kann darauf verzichtet werden, die Hilfswicklung ebenso weitgehend auf dem Läufer zu verteilen wie die Hauptwicklung, da der Läufer in der Regel symmetrisch gebaut ist. Es genügt daher, die Hilfswicklung in wenigen Nuten unterzubringen oder, wenn das Anzeigegerät genügend träge ist, nur eine Schleife zu verwenden, da diese während einer Umdrehung alle Zonen des magnetischen Flusses durchläuft und so einen Mittelwert bildet, der nach entsprechender Spannungsübersetzung für die Messung benutzt werden kann.
  • Ein Beispiel für die Messung an dem Ständer einer Drehstrommaschine zeigt Abb. g. Eine besondere Beschreibung erübrigt sich, weil, wie schon gesagt, die Meßeinrichtung und ihre Schaltung mit der Einrichtung für Umspanner mit Hilfswicklung (Abb. 5). gleichartig ist. Die Meßeinrichtung ist nur in einer Phase angebracht. Kommen stark unsymmetrische Belastungen der Maschine in Betracht, so ist in allen Phasen je eine Meßeinrichtung zu verwenden.
  • An Hand der Abb. io soll ein Beispiel für die Temperaturmessung des Ankers einer Gleichstromkommutatormaschine näher erläutert werden. Die Hauptwicklung i des Ankers ist an einem Punkt mit dem Anfang der Hilfswicklung 2 verbunden und an einen Schleifring 3 geführt. Der gegenüberliegende Punkt der Hauptwicklung i ist mit dem Schleifring q. und das Ende der Hilfswicklung mit dem Schleifring 5 verbunden. Am Spannungsteiler (oder Spannungswandler) 6 wird eine zweckmäßig bemessene Teilspannung der Hauptwicklung abgenommen. Diese Teilspannung und die Spannung der Hilfswicklung haben Bürsten 3 als gemeinsamen Punkt; ihre Differenz liegt zwischen Bürste 5 und dem Abgriffpunkt am Spannungsteiler. Die Differenzspannung speist über die Gleichrichteranordnung 7 die nicht näher bezeichnete Spannungsspule des Leistungsmeßwerkes I. Die Stromspule desselben und das Stromquadratmeßwerk II liegen im Nebenschluß zu dem Hauptstromwiderstand B. Ein Schleifring kann eingespart werden, wenn die Hilfswicklung durch Wahl ihrer Windungszahl so bemessen wird, daß sie dieselbe EMK wie die unbelastete Hauptwicklung liefert. Die Spannungsdifferenz kann dann schon im Läufer gebildet und über zwei Schleifringe abgeführt werden.
  • Die Schaltung nach Abb. 9 gilt auch für Wechselstromkommutatormaschinen, wenn die der Gleichrichteranordnung 7 durch einen kleinen Frequenzwandler ersetzt wird, der mit der Hauptmaschine starr gekuppelt ist, dessen Schleifringe mit der Differenzspannung gespeist werden und dessen Kollektor mit der Spannungsspule des Leistungsmeßwerkes verbunden wird. Die Phasenjustierung geschieht durch Bürstenverschiebung am Frequenzwandler. An die Stelle des Widerstandes 8 kann ein Stromwandler treten.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur fortlaufenden Messung der Wicklungstemperaturen von Umspannern, Drosselspulen und elektrischen Maschinen während des Betriebes, gekennzeichnet durch elektrische Leistungsmeßwerke zur genauen oder angenäherten Ermittlung der Wicklungsverluste, deren Stromspulen mit den Ein- oder Ausgangsströmen der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen oder mit einem aus diesen Strömen gebildeten Summen-oder Differenzwert, deren Spannungsspulen von den Ein- oder Ausgangsspannungen (Klemmenspannungen) der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen und von der EMK in einer auf dem Eisenkern der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen angebrachten Hilfswicklung oder von einer aus diesen Spannungen gebildeten Differenzspannung, nötigenfalls unter Zwischenschaltung von elektrischen Nachbildungen, gespeist werden und die an Stelle der Meßsystemfedern mit gegendrehenden Stromquadrat- oder Stromprodukt-Meßwerken gekuppelt sind, die mit den Ein- oder Ausgangsströmen der Umspanner, Drosselspulen oder Maschinen oder mit aus diesen Strömen gebildeten Mittelwerten (bzw. ihnen verhältnisgleichen Stromwerten) gespeist werden.
  2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Drosselspulen, gekennzeichnet durch miteinander gekuppelte Leistungsmeßwerke, die die Wicklungsverluste aus der Differenz zwischen der Wirkleistung an den Klemmen der Drosselspule und den Eisenverlusten bestimmen, die sich aus dem Drosselspulenstrom und der in einer Hilfswicklung induzierten EMK ergeben.
  3. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Drosselspulen, gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, das die Wicklungsverluste bestimmt aus der Leistung des Drosselspulenstromes mit dem Spannungsunterschied zwischen der Klemmenspannung an der Drosselspule und der in einer Hilfswicklung induzierten EMK. q.. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Umspanner, gekennzeichnet durch miteinander gekuppelte Leistungsmeßwerke, die die Gesamtverluste aus der Differenz der primären und sekundären Wirkleistung bestimmen und davon die Eisenverluste abziehen, die sich als Wirkleistung der in einer Hilfswicklung, die den gemeinsamen Fluß umschlingt, induzierten inneren EMK mit der Differenz des primären und sekundären Stromes bestimmen. 5. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Umspanner und Asynchronmaschinen, gekennzeichnet durch miteinander gekuppelte Leistungsmeßwerke, die die primären (sekundären) Wicklungsverluste als Differenz der primären. (sekundären) Wirkleistung und der Leistung des Primär= (Sekundär-) Stromes mit der EMK einer Hilfswicklung, die den sekundären (primären) Streufluß nicht umschließt, . erfassen. 6. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Umspanner und Asynchronmaschinen, gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, das die primären (sekundären) Wicklungsverluste bestimmt aus der Leistung des primären (sekundären) .Stromes mit dem Spannungsunterschied zwischen der primären (sekundären) Klemmenspannung und der EMK einer Hilfswicklung, die den sekundären (primären) Streufluß nicht umfaßt. 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 5 und 6 für Umspanner, gekennzeichnet durch mittelbare Erfassung der "inneren EMK des gemeinsamen Feldes- aus der sekundären ,(primären) Klemmenspannung und dem Spannungsabfall des sekundären (primären) Stromes an einer äußeren Nachbildung der sekundären -(primären)" Streuimpedanz oder dem mittleren Spannungsabfall an diesen. B. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Bemessung des Wirkanteils der Streuimpedanz entsprechend dem Wicklungswiderstand bei erwärmtem Umspanner. 9. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Um-Spanner, -gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, das die Gesamtwicklungsverluste (primär und sekundär) näherungsweise aus der Leistung des inneren Gesamtspannungsabfalles (Differenz zwischen Primär- und Sekundärspannung) mit einem Mittelwert von Primär- und Sekundärstrom bestimmt. . =o. Meßeinrichtung nach, Anspruch 9 für Umspanner, gekennzeichnet durch Speisung der Stromspulen des Leistungsmeßwerkes mit einem Summenwert aus Primär- und Sekundärstrom, deren Anteilfaktoren sich verhalten wie die Primär- zur Sekundärstreureaktanz des Umspanners. =i. Meßeinrichtung nach Anspruch q., 7 und =o für Umspanner, gekennzeichnet durch zwei miteinander gekuppelte, einander entgegendrehende Stromquadratmeßwerke für die primären und sekundären Ströme; deren Anteilfaktoren sich verhalten wie der primäre zum - sekundären Wicklungswiderstand. 12. Meßeinrichtung nach Anspruch =o für Umspanner, gekennzeichnet durch Kupplung des Leistungsmeßwerkes mit -einem Stromproduktmeßwerk; dessen eine Spule von einem Summenwert aus Primär- und Sekundärstrom, deren Anteilfaktoren sich verhalten wie die Primär-. zur Sekundärstreureaktanz, und dessen andere Spule von einem Summenwert aus Primär- und Sekundärstrom, deren Anteilfaktoren sich verhalten wie der Primär- zum Sekundärwicklungswiderstand des Umspanners, durchflossen wird. 13. Meßeinrichtung nach Anspruch i für Umspanner, gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, das die Gesamtwicklungsverluste (primär und sekundär) aus der Leistung des inneren Wirkspannungsabfalles des Umspanners, der aus der Differenz zwischen Primär- und Sekundärspannung unter Abzug des Spannungsabfalles des Primär- - und Sekundärstromes an äußeren Nachbildungen der Primär- und Sekundärstreureaktanzen gewonnen wird, mit einem Mittelwert aus Primär- und Sekundärstrom bestimmt. =q.. Meßeinrichtung nach Anspruch 13 für Umspanner, gekennzeichnet durch Speisung der Stromspulen des Leistungsmeßwerkes mit einem Summenwert aus Primär- und Sekundärstrom, deren Anteilfaktoren sich verhalten wie der Primär- zum Sekundärwicklungswiderstand des Umspanners und durch ein mit dem Leistungsmeßwerk gekuppeltes Stromquadratmeßwerk, das mit dem gleichen Stromsummenwert gespeist wird. 15- Meßeinrichtung nach Anspruch = für Umspanner, gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, dessen Spannungsspule mit der Differenz zwischen Primär- und Sekundärspannung unter Abzug des Spannungsabfalles des Primär- (Sekundär-) Stromes an einer im Primär- (Sekundär-) Kreis liegenden Symmetrierungsreäktanz und dessen Stromspule mit einem Summenwert aus Primär- und Sekundärstrom gespeist wird, deren Anteilfaktoren sich verhalten wie der Primär- zum Sekundärwicklungswiderstand,unddurch ein Stromquadratmeßwerk, das vom gleichen Summenstrom durchflossen wird. 16. Meßeinrichtung nach Anspruch 7 bis 15, gekennzeichnet durch galvanische.Trennung der primären und sekundären Meßkreise durch Verwendung von Zwischenstromwandlern oder von getrennten Stromspulen in den Meßwerken für die Bildung der Stromsummenwerte und vonZwischenspannungswandlern oder von Strom-Spannungs-Wandlern für die Nachbildung der Streuimpedanzen oder -reaktanzen. 17. Meßeinrichtung nach Anspruch i und 7 bis 16 für Asynchronmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Speisespannungen und -ströme durch phasenrichtig eingestellte Frequenzwandler, die mit der Maschinenwelle gekuppelt sind, alle auf gleiche Frequenz, insbesondere auf Netz- oder Schlupffrequenz, gebracht sind. 18. Meßeinrichtung nach Anspruch i für die Ständer von Synchronmaschinen und Wechsel-oder Gleichstromkommutatormaschinen, gekennzeichnet durch miteinander gekuppelte Leistungsmeßwerke, die die Wicklungsverluste erfassen als Differenz der Klemmenleistung des Ständers und der Leistung des Ständerstromes mit der EMK einer Hilfswicklung, die den Läuferstreufluß nicht umschließt. i9. Meßeinrichtung nach Anspruch i für die Ständer von Synchronmaschinen und Wechsel-oder Gleichstromkommutatormaschinen, gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, das die Wicklungsverluste bestimmt aus der Leistung zwischen dem Ständerstrom und dem Spannungsunterschied zwischen der Klemmenspannung des Ständers und der EMK einer Hilfswicklung, die den Läuferstreufluß nicht umfaßt. 2o. Meßeinrichtung nach Anspruch i für die Ständer bzw. Läufer elektrischer Maschinen aller Art, gekennzeichnet durch miteinander gekuppelte Leistungsmeßwerke, die die Wicklungsverluste erfassen als Differenz zwischen der Klemmenleistung des Ständers bzw. des Läufers und der Leistung des Ständer- bzw. Läuferstromes mit der EMK einer Hilfswicklung; die in gleicher Weise wie die Ständer- bzw. Läuferhauptwicklung verteilt oder in diese eingebettet ist. 21. Meßeinrichtung nach Anspruch i für die Ständer bzw. Läufer elektrischer Maschinen aller Art, gekennzeichnet durch ein Leistungsmeßwerk, das die Wicklungsverluste bestimmt aus der Leistung des Ständer- bzw. Läuferstromes mit dem Spannungsunterschied zwischen der Klemmenspannung des Ständers bzw. Läufers und der EMK einer Hilfswicklung, die in gleicher Weise wie die Ständer- bzw. Läuferhauptwicklung verteilt oder in diese eingebettet ist. 22. Meßeinrichtung nach Anspruch 2o und 21 für die Läufer von Gleich- oder Wechselstromkommutatormaschinen, gekennzeichnet durch eine Hilfswicklung, die nur einen Teil der Hauptwicklung parallel läuft. 23. Meßeinrichtung nach Anspruch 2o bis 22 für die Läufer von Kommutatormaschinen, gekennzeichnet durch Abnahme der Läufer-Hüfs-EMK über besondere, vom Läuferstrom entlastete Bürsten. 2q.. Meßeinrichtung nach Anspruch 2o bis 23 für die Läufer von Kommutatormaschinen, gekennzeichnet durch Abnahme der Läufer-Hilfs-EMK als Wechselspannung über Schleifringe. 25. Meßeinrichtung nach Anspruch 2o bis 24 für die Läufer von Kommutatormaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Speisespannungen und -ströme durch Verwendung von Meßgleichrichtern alle auf Gleichstrom bzw. durch Verwendung von phasenrichtig eingestellten Frequenzwandlern alle auf gleiche Frequenz, insbesondere Schleifring- oder Netzfrequenz, umgeformt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011086153A3 (de) * 2010-01-15 2012-01-26 Tridonic Ag Leuchtmittel-betriebsgerät mit temperaturabhängiger schutzschaltung

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