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Prüfanordnung für Spannungsspulen in Dreiphasenwechselstromzählern
mit Nulleiter bei ungleich belasteten Phasen unter Last
Es istibereits bekannt, daß
elektrische Wechselstromzähler für drei ungleich belastete Phasen mit Nulleiter
- im folgenden nur Zähler genannt -ein Schaltungsschema gemäß Fig. I oder 2 der
Zeichnungen haben.
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Zähler gemäß Fig. 1 haben drei Stromspulen, und zwar eine für jede
Phase sowie drei Spannungsspulen, und zwar auch eine für jede Phase, die aber zwischen
Phase und Nulleiter geschaltet sind,. Diese Spannungsspulen liegen folglich unter
Phasenspannung, und deren Leitungen zu dem Nulleiter treffen sich in dem Zähler
in einem sogenannten Sternpunkt. Zähler gemäß Fig. I sollen -- um gute Meßgenauigkeit
zu erhalten - in der sogenannten richtigen Phasenfolge RST geschaltet sein.
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Es ist aber auch üblidi, mit einer bekannten Schaltung gemäß Fig.
2 ZU arbeiten, bei. der die Phasenfolgeabhängigkeit der Zähler von einer kleinen
Hilfsspule, z. B. auf demselben Kern wie
die Spannungssipule des
Systems II, kompensiert wird; dlies!e Hilfsspule wird Kompensationsspule genannt.
Der Nulleiter wird dabei mit den Spannungsspulen in einem Punkt zwischen oder Spannungespule
des Systems II und der erwähnten Kompensationsspule verbunden, welcher Punkt dann
der Sternpunkt des Zählers wird.
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Bei Unterbrechung in deii Stromspulen des Zählers wird die Stromlieferung
zum Verbraucher in der jeweiligen Phase unmittelbar unterbrochen, wobei dieser Fehler
uninittelbar entdeclt werden kann uiid leinen Umtausch des Zählers notwendig macht.
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Bei Unterbrechung in den Spannungs spulen des Zählers oder in der
Kompensationsspule, falls eine Kompensationsspu,le vorhanden ist, wird dagegen die
Energielieferung zu dem Konsumenten nicht unterbrochen, aber diie Fähigkeit des
Zählers, richtig zu registrieren, nimmt ab, um ganz aufzuhören, wenn sämtliche Spulen
unterhrochen sind.
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Unterbrechungen in Spannungsspulen (und/oder Kompensationsspule) treten
häuiig auf - besonders auf Verteilungsnetzen mit Luftleitungen als Folge von Überspannungen
bei Gewitter - und verursachen kleinere Registrierungen in den Zählern als der wirklich
entnommenen Energie entspricht und haben dabei einen finanziellen Verlust für den
Energielieferanten zur Folge. Dieser Verlust kann erheblich werden, und zwar wegen
der Schwierigkeit, festzustellen, daß ein Fehler vorliegt. Es können dabei Unstimmigkeiten
zwischen Lieferanten und Konsumenten entstehen, wenn der Lieferant eventuell versucht,
einen Verlust mittels einer auf Schätzung gegründeten Nachforderung auszugleichen,
dies selbstverständlich nur in den verhältnismäßig wenigen Fällen, wo man den Fehler
überhaupt enddecken oder vermuten konnte.
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Es ist auch bekannt, daß die Summe dreier gleich großer, sinusförmiger
Spannungen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von I200 gleich Null ist.
Wenn man diese Tatsache auf die Verbältnisse bei dem erwähnten Zähler überträgt,
ergilbt sich d'ie Spannung zwischen dem Sternpunkt des Zählers und dem Nulleiter
mit Null, oder sie ist jedenfalls klein. Eine derartige kleine Spannung gibt es
in der Tat am häufigsten infolge Unsymmetrie in den Spannungs spulen oder infolge
eines ungleichen Spannungsabfalles des Netzes oder infolge der Kompensationsspule,
sofern eine solche vorhanden ist. Bei Unterbrechung ia einer Spannungsspule erhält
man jedoch ungefähr die halbe Phasenspannung, wenn man zwischen dem Sternpunkt des
Zählers und dem Nulleiter mißt, bei Unterbrechung in zwei Spannungsspulea erhält
man beinahe Phasenspannung und bei Unterbrechung in allen drei Spannnngsspulen selbstverständlich
gar keine Spannung. Eine Spannungsmessung zwischen dem Sternpunkt des Zählers und
dem Nulleiter kann daher in bekannter Weise einen Hinweis darauf geben, ob Edlie
Spannungsspulen fehlerfrei sind oder nicht, und dasselbe Ergebnis wird dadurch erhalten,
daß anstatt eines Voltmeters beispielsweise eine Glimmlampe oder ein Relais eingeschaltet
wird, die für Spannungen oben angegebener Größe empfindllich sind, aber natürlich
nicht für kleinere Spannungen, die nach dem Vorstehenden auf Grund der genannten
Unsymmetrien vorhanden sein können.
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Wie leicht zu erkennen ist, wird eine Anzeige jedoch nicht erhalten,
wenn alle drei Spannungsspulen gestört sind. Bei Zählern gemäß Fig. 2 wird auch
keine Anzeige erhalten, wenn die Spannungsspule des Systems II und die Kompensationsspule
gestört sind.
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Weiter sind Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen zwischen
Sternpunkt und Nulleiter ein die Glimmlampe speisender Transformator eingeschaltet
ist. Auch bei dieser Anordnung findet keine Meldung statt, wenn alle drei Spulen
defekt sind, und außerdem wird die Anordnung durch den Transformator verteuert.
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Es slind aber auch Störungsmelder für Drehstromzähler bekannt, die
eine Signalgabe ermöglichen, auch wenn alle drei Spannungsspulen defekt sind. Bei
diesem Melder ist jeder Spannungsspule ein Relais vorgeschaltet. Jedes Relais beeinflußt
einen Schalter, und die drei Schalter liegen parallel zueinander zwischen Klemmen,
an die ein Signalstromkreis angeschlossen ist. Da bei diesem Melder drei Relais
mit den zugehörigen Schaltern vorgesehen sind, stellt er eine ziemlich kompliierte
und teure Einrichtung dar. Gegenüber dieser bekannten Anordnung weist der Erfindungsgegenstand
einen besonders einfachen und zuverlässig arbeitenden Aufbau auf.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, an einer Prüfstelle zwischen dem Sternpunkt
des Zählers und dem Nulleiter des Netzes Spannungen solcher Größe abzuleiten, daß
auch bei Unterbrechungen in sämtlichen drei Spannungsspulen oder, falls eine Kompensationsspule
vorhanden ist, bei Unterbrechung in der Spannungsspule des Systems II und in der
Kompensationsspule eine Anzeige erfolgt.
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Genügend große Spannungen sollen ständig auch bei sämtlichen übrigen
Fehlerkombinationen erhalten werden, während keine nennenswerte Spannung entstehen
darf, wenn sämtliche Spulen fehlerfrei sind. Aufgabe der Erfindung ist es auch,
daß die Anordnung so ausgeführt werden soll, daß keine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit
des Zählers geschieht. Die Anordnung soll auch derart ausgeführt sein, daß keine
Anzeige erfolgt bei einer Nullpunktspannung, die durch unsymmetrische Phasenbelastungen
hervorgerufen ist.
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Die vorliegende Erfindung, die sich auf Prüfanordnungen für Spannungsspulen
in Dreiphasen-Wechselstromzählern mit Null eitern bei ungleich helasteten Phasen
unter Last bezieht, bei der ein zwischen Sternpunkt des Zählers und Nulleiter des
Netzes eingeschaltetes Anzeigegerät (z. B. Glimmlampe) eine Spannungsspulenunterbreahung
kenntlich macht, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Punkt auf der Leitung,
der zwischen dem Sternpunkt des Zählers und dem Anzeigegerät liegt, und einem der
Phasenleiter des Netzes eine
Impedanz solcher Bemessung einschaltbar
ist, daß bei Parallelschaltung der Impedanz mit der Spannungsspule die Einwirkung
dieser Impedanz auf die Spannung (hinsichtlich Größe und Phase) zwischen dem Sternpunkt
und dem Phasenleiter, an den die Impedanz geschaltet ist, so klein ist, daß diese
Spannung - wenn alle Spulen fehlerlos sind - bei Addition zu den beiden anderen
Phasenspannungen eine resultierende Spannung zwischen dem Sternpunkt und dem Nulleiter
des Netzes ergibt, die annähernd Null oder so klein ist, daß kein Risiko für eine
Anzeige vorliegt und daß die Anschaltung der Prüfmittel (Anzeigegerät und Impedanz)
nur kurzzeitig während des Prüfvorganges erfolgt.
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Versuche mit einem Widerstand von I50 kOhm haben bei sämtlichen Fehlerkombinationen
Spannungen an der Prüfstelle von etwa der halben bis angenähert der vollen Phasenspannung
ergeben.
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Mit einer Kapazität von ungefähr Ig ooo pF wurden auch gute, aber
etwas höhere Werte erhalten.
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Als Anzeigeorgan hat sich eine Glimmlampe mit Vorschaltwiderstand
als ausgezeichnet erwiesen.
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Bei sämtlichen Prüfungen betrug die Netzspannung 380/220 und 220/I27
Volt.
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Die prinzipielle Schaltung der Anordnung nach d'er Erfindung wird
in Verbindung mit der Fig. 3 veranschaulicht; die einen gemäß Fig. 2 geschalteten
Zähler darstellt.
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In Fig. 3 sind jedoch nur die Spannungslkreise des Zälhlers eingezeichnet
worden, wodurch größere Deutlichkeit gewonnen worden ist.
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In Fig. 3 bezeichnen I, 2 und 3 die Spannungsklemmen des Zählers
für die drei Phasen und 4 die entsprechende Klemme für den Anschluß des Nullleiters.
5, 6 und 7 sind die drei Spannungsspulen, und 8 ist die Kompensationsspule auf demselben
Kern wie die Spannungsspule 6. Der durch die Erfindung angegebene elektrische Widerstand
g liegt zwischen der Spannungsklemme 2 oder der Stromklemme 10 und der Leitung II
ZU dem Nulleiter.
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Unmittelbar unter dem Anschlußpunkt I2 des Widerstandes ist die Prüfstelle
13 angeordnet, wo die Anzeige durch verschiedene Organe erhalten werden kann.
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Wenn der Zähler keine Kompensationsspule hat, wird der elektrische
Widerstand am besten in gleicher Welise angeschlossen.
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In Ausführung der Erfindung erfolgt die Anschaltung der Impedanz
und des Anzeigegerätes nur kurzzeitig während des Prüfvorganges, damit eine etwaige
Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit, welche von der zu der Spannungsspule parallel
geschalteten Impedanz hervorgerufen werden könnte, nicht stattfinden soll. Es ist
eine Mehrzahl von Modifikationen innerhalb des Rahmens des Erfindungsgedankens möglich,
und es wurden nur drei Ausführungsformen schematisch angedeutet, auf welche die
Erfindung selbstverständlich in keiner Weise beschränkt ist.
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Fig. 4 zeigt eine Druckknopfvorrichtung, die vorzugsweise auf der
Zählertafel montilert wird, bei der die wesentlichsten Einzelheiten der Fig. 3 mit
denselben Bezugszeichen wiederzufinden sind.
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Ein Druckknopf 14 liegt normalerweise in der Lage gemäß Fig. 4a, wodurch
derSternpunkt des Zählers mit dem Nulleiter des Netzes direkt verbunden ist.
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Weder der Widerstand g noch das Anzeigegerät I3 ist dabei eingeschaltet,
womit diese beiden bei einer eventuellen Überspannung geschützt sind. Bei Prüfung,
welche bei je der Zählerablesnng geschellen kann, drückt der AblesWJ den Druckknopf
in die Lage gemäß Fig. 4b. Die normale Verbindung zwischen dem Sternpunkt des Zählers
und dem Nulleiter ist dann unterbrochen, aber diese Verbindung wird statt dessen
über das Anzeige gerät 13 aufrechterhalten. Gleichzeitig wird der Widerstand g an
eine Spannungsspule angeschlossen. Bei Unterbrechung in einer, einigen oder allen
Spulen wird dann die Anzeige erhalten; wenn dagegen sämtliche Spulen fehlerfrei
sind, wird nicht angezeigt. Der Ableser läßt danach den Druckknopf los, der von
selbst zu der Ausgangslage zurückkehrt (Fig. 4 a). Wenn eine Anzeige erfolgt ist,
wird unmittelbar Zählerumtausch angeordnet, und der Fehler hat daher nicht länger
als höchstens seit unmittelbar nach der vorigen Zählerablesung vorliegen können.
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Eine Druckknopfanordnunig könnte zwar vom Zählerfabrikanten in den
Zähler eingebaut und als Standard mitgeliefert werden, aber es besteht dann, wie
bereits erwähnt, eine gewisse Gefahr, daß Widerstand und Anzeigegerät durch Erhitzung
des Zählers bei Überlastung oder durch diejenigen Überspannungen, die eventuell
die empfindlichen Spannungsspulen beschädigen, ebenfalls beschädigt werden können.
Eine getrennte Drucqçknopfvorrichtung ist daher als zweclçmäßiger anzusehen.
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In Fig. 5 a ist links das Schaltungsschema einer Prüfungsplinthe
dargestellt, welche gern direkt an der Anschlußplinthe des Zählers an der Klemme
von dessen Sternpunkt4 (Fig. 3) befestigt werden kann. Der angegebene Leiter II
verbindet wie vorher den Sternpunikt mit dem Nulleiter, während I5 drei federnde
Kontakte in Ruhelage sind. Wie ersichtlich ist, ist der Sternpunkt des Zählers direkt
mit dem Nulleiter über zwei von den Kontakten 15 verbunden. Rechts in derselben
Figur ist ein von dem Ablese mitgebrachtes Prüfungsgerät dargestellt, das aus drei
Kontaktstiften I6 besteht, die gemäß der Figur mit den bereits genannten Teilen
g und I3 zusammengeschaltet sind. In Fig. 5b sehen wir, wie die Prüfung init Hilfe
des Prüfungsgerätes erfolgt. Die Kontaktstifte I6 sind in dafür vorgesehene Klinken
der Prüfungsplinthe gegen die federnden Kontakte 15 gesteckt worden, wodurch der
elektrische Widerstand 9 und das Anzeigegerät 13 in grundsätzlich derselben Weise
wie früher angeschlossen worden sind. Die Anzeige geschieht unter denselben Voraussetzungen
wie bei dem Druckknopf.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der in Fig. 5 gezeigten
Schaltung, in welcher der Widerstand 9 in dem Zähler M eingebaut ist und nur d'as
Anzeigegerät I3 als eine getrennte Einheit 62 angeordnet ist. Die mit zwei Kontaktorganen
63,
64 ausgebildete letztgenannte Einheit führt der Zählerableser mit sich und wird
bei der Prüfung in eine in dem Zähler ansgebildete Öffnung emgeführt. Dabei beeinflußt
das eine Kontaktorgan eine Kontaktfieder 6I, welche normalerweise dem Kontakt 6
(s. Fig. 6b) anliegt, so daß diese statt dessen mit dem Kontakt 66 Kontakt macht,
wodurch der Widerstand 9 zwischen dem Sternpunkt 7 und dem Phasenleiter T eingeschaltet
wird, und das andere Kontaktorgan schaltet das Anzeigegerät I3 ein.
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Wie erwähnt, soll die Glimmlampe nur bei Spulenausfall, nicht aber
bei unsymmetrischer Phasenbelastung ansprechen. Es läßt sich feststellen, daß die
größte und über eine längere Zeitdauer mögliche, durch unsymmetrische Phasenberastungen
hervorgerufene Nullpunktspannung ungefähr 10 0/o der Phasenspannung beträgt. Die
beim Spulenausfall auftretende Spannung an der Glimmlampe beträgt dagegen 240/0
der Phasenspannung.
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Es ist also ein großer Bereich zwischen I0°/o und 240/0 vorhanden,
und wenn man die Zündspannung der Lampe in der Nähe von 24 0/o der Phasenspannung
legt, so ist man sicher, daß die Glimmlampe bei einer Nullpunktspannung, die von
einer unsymmetrischen Phasenbelastung verursacht ist, nicht zündet. Dagegen erhält
man sichere Anzeige bei Spulenausfall.