DE3228815C1 - Schaltungsanordnung mit einer Meßgleichspannungsquelle für eine von netzfrequenten Betriebsströmen gespeiste Wicklung - Google Patents

Description

• Die MéBgleichspannungsquelle in mindestens einem Verbindungsleiter kann vorteilhafterweise aus einem niederohmigen einstellbaren Widerstand mit paralleler Diode und einem Uberbrückungsschalter für die Parallelanordnung aus Widerstand und Diode bestehen.
• Eine solche nichtlineare Widerstandsschallung hat, von der Polarität des sie speisenden Betriebsstromes abhängig, in der einen Stromrichtung einen relativ hohen und in der anderen Stromrichtung einen verhältnismäßig geringen Wlderstandswert, so daß eine überlagerte Gleichspannuryskomponente auftritt, die die Meßgleichspannung bildet.
• Bei mehrphasigen Wicklungen können die einzelnen Wicklungsstränge in Stern oder in Mehreck geschaltet sein, was für die Schaltungsanordnung und deren Wirkungsweise unerheblich ist.
• Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann sowohl mit der Strom-Spannungs-Methode als auch mit der genaueren Brückenmethode für symmetrisch oder unsymmetrisch aufgebaute Wicklungen mit Vorteil angewendet werden.
• Bei Mehrphasen-Wicklungen mit ungleichen Strangwiderständen und/oder ungleichen Verbindungsleiterwiderständen sind in mindestens einem Verbindungsleiter des kleineren Widerstandspfades Ausgleichswiderstände vorzusehen. Diese, wie auch die Meßgleichspannungsquelle selbst, können außerhalb der Meßdauer durch Überbrückungsschalter kurzgeschlossen werden.
• Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigt dabei Fig. 1 eine messende Schaltungsanordnung während des Netzbetriebes einer in Dreieck geschalteten Drehstromwicklung nach der Strom-Spannungsmethode.
• Fig. 2 eine Meßgleichspannungsquelle.
• Fig. 3 eine Strom-Spannungskennlinie der Meßgleichspannungsquelle in Fig. 2, Fig. 4 das auf die Meßgleichspannung abgestellte Ersatzschaltbild des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 5 eine Abwandlung des Gegenstandes nach Fig. 4, Fig. 6 ein auf die Meßgleichspannung abgestelltes Ersatzschaltbild für eine Brückenschaltung mit gleichgroßen Phasenwiderständen und Leiterwiderständen, Fig. 7 ein entsprechendes Ersatzschaltbild für eine Brückenschaltung bei ungleichen Strangwiderständen.
• Eine in Dreieck geschaltete Maschinenwicklung WI ist mit ihren Wicklungssträngen, deren ohmsche Widerstände mit RUV, RUW und RVW bezeichnet sind, an die Anschlußklemmen U, r, W angeschlossen. Diese Anschlußklemmen sind über Verbindungsleiter Lu, L V, Lw an ein speisendes Netz N angeschlossen. In dem Verbindungsleiter L ist eine Meßgleichspannungsquelle Q sowie ein Shunt SH eingefügt, von denen die Quelle Q durch einen Schalter nach Beendigung des Meßvorganges kurzschließbar ist. Die Meßgleichspannungsquelle Q wird vom netzfrequenten Betriebsstrom i gespeist, der auch den Shunt SH durchfließt.
• Diesem Betriebsstrom ist ein von der Meßgleichspannungsquelle Q gelieferter Meßgleichstrom überlagert.
• In den beiden anderen Verbindungsleitern Ly und Lw sind überbrückbare Ausgleichswiderstände R1 und Rí angeordnet, von denen der eine auch entfallen kann.
• Der die Wicklung durchfließende Meßgleichstrom zur Ermittlung der Strangwiderstände fließt auch über den Shunt SH und verursacht dort einen im Gleichspan nungsmeßglied J erfaßbaren Meßspannungsabfall.
• In Fig. 2 ist als Meßgieichspannungsquelie die Parallelschaltung eines relativ niederohmigen Widerstandes mit rnit einer Diode D und einem Überbrückungsschalter S ge2etgt. Der Schalter S dient dazu, den Widerstand 14 und die Diode D nach erfolgt Messung kurzzuschließen. Entsprechendes gilt auch für die Ausgleichswiderstände R1 und RRl.
• An dem nichtlinearen Schaltungselement mit polaritätsabhängigen stark unterschiedlichen ohmschen Wlderstandswerten tritt durch den Betriebsstrom i ein Spannungsabfall mit einer Gleichspannungslcompo nente u= auf. Dieses Verhalten erklärt sich aus der Fig. 3, wo die gestrichelte Kennlinie 1 für den ohmschen Widerstand R, in der durchgezogenen Kennlinie 2 der Diode D eine strichpunktierte Kennlinie 3 für die Parallelschaltung ergibt.
• Die Diode D übernimmt in der einen Stromrichtung den vollen Betriebsstrom, sobald die Spannung am Widerstand Rq die geringe Schwellenspannung der Diode D (etwa 0,7 V) überschreitet. Bei sinusf?>rmigem Betriebsstrom ist bei positiver Polarität der Spannungsabfall u auf einen Wert wenig oberhalb der Diodenschwellenspannung begrenzt. Bei negativer Polarität erreicht der Spannungsabfall u den Wert Rq 1.
• Durch die unterschiedlich großen Spannungsabfälle in den beiden Spannungshälften entsteht die Gleichspannungskomponente u=, die zur Messung dient. Die Steigung der Widerstandskennlinie 1 kann beliebig groß gewählt werden durch Verstellen des Widerstandes Ra so daß eine Gleichspannungskomponente zwischen Null und etwa 10 V erreicht werden kann.
• Durch die nur während der Meßdauer wirksame Meßgleichspannungsquelle und Ausgleichswiderstände können diese leistungsmäßig kleiner dimensioniert werden.
• Ein nur auf den Meßvorgang bezogenes Ersatzschaltbild gemäß Fig. 4 enthält die nicht gezeigte Netzspannung und die ohmschen Netzimpedanzen RN.
• Bei gleichen Strangwiderständen Rs = RUW = RUV = RVW, gleichen Netzwiderständen RN und gleichen Leiterwiderständen können die Ausgleichswiderstände R1 und Rí entfallen, wobei sich ergibt, daß 1 i=v = i=w = 2 1.
• 2 ist. Bei dieser symmetrischen Widerstandsverteilung ergibt sich ein Strangwiderstand Rs = u = UV 2/i = Bei Ungleichheit wenigstens einer der besagten Widerstände muß zumindest im niederohmigen Pfad ein einstellbarer Ausgleichswidersand R1 und/oder R; vorgesehen sein, der oder die so einzustellen sind, daß u = UV = U = uw, damit am Widerstand Rvw der Spannungsabfall u = vw = 0 wird. Durch Messung der entsprechenden Meßgleichströme i = v und i =w ergeben sich die Strangwiderstände Bei Überbrückung des oder der vorhandenen Ausgleichswiderstände R1, k1 stellt sich eine andere Strom-und Spannungsverteilung mit den Strömen i' = v und i' = F und den Spannungen u' = uv und u' = uw ein.
• Der noch unbekannte Strangwiderstand Rvw ergibt sich aus dem bereits ermittelten Strangwiderstand RUV gemäß Zur Vermeidung von Umklemmarbeiten kann nach Fig. 5 durch Schalter Sl1, S12; S21, S22 ein Ausgleichswiderstand R'f den in den Verbindungsleitem LV und Lw angeordneten Schaltern Sv, 5w parallelgeschaltet werden.
• Das Schalten der Quelle Q und des Ausgleichswiderstandes in die Verbindungsleiter kann auch zyklisch vertauscht erfolgen.
• Zum Uberiastungsschutz des empfindlichen genauen Gleichspannungs-Meßgliedes J ist diesem vorteilhafterweise ein stark dämpfender Tiefpaß 7P für den Betriebsstrom i vorgeschaltet.
• Das in Fig. 2 gezeigte Ersatzschaltbild einer eingeschalteten Brückenmeßschaltung für eine in Dreieck geschaltete Wicklung mit gleichen ohmschen Strangwiderständen Rs enthält die Netzstrangwiderstände RN und die gleichgroßen Ausgleichswiderstände R3 in zwei Verbindungsleitern Lw, LV sowie die Meßgleichspannungsquelle Q im dritten Verbindungsleiter Lu. Zusätzlich zu den vorgenannten Elementen sind noch ergänzende Brückenwiderstände R4 und R2 zur Bildung einer Meßbrücke vorgesehen. Sie besteht aus den WIderständen R2, R4 und dem im Verbindungsleiter LV liegenden Widerstand R3 sowie dem zu messenden Strangwiderstand Rs zwischen den Klemmen U und r, da zwischen den Klemmen Vund Wkeine Spannung auftreten kann, weil beiderseits das gleiche Potential herrscht, das von der Meßgleichspannungsquelle Q herrührt. Die Meßbrücke wird durch den verstellbaren Brückenwiderstand R2 abgeblichen, wobei das Nullinstrument J stromlos wird, so daß gilt .
• Der einstellbare Widerstand R2 in der gleichen Brückenhälfte wie der Widerstand Rs kann, insbesondere bei Hochspannungswicklungen, in Reihe mit einem ihn entlastenden Tiefpaß lPl für die überlagerte Netzfrequenz liegen. Ein zweiter Tiefpaß TP2 wird zur Entlastung des Nullinstrumentes J von netzfrequenten Strömen vorteilhafterweise diesem vorgeschaltet.
• Bei vorhandenem Tiefpaß 7BP2 und lPl liegen alle Brückenwiderstände R2, R3, R4 und das Nullinstrument J, bezogen auf die netzfrequente Stromkomponente etwa auf dem Potential des Anschlußpunktes V, was die Bedienung und Anwendung der Meßschaltung für Hochspannungswicklungen erleichert.
• Im Ersatzschaltbild nach Fig. 7 ist eine erweiterte Brückenmeßschaltung mit in zwei Verbindungsleitern LU und Ly angeordneten Meßgleichspannungsquellen Ql, Q2, einem Umschalter Us und zwei mechanisch gekuppelten Wahlschaltem WS1 und WS2 mit je vier Schaltstellungen I, II, III und W angedeutet. Die Ausgleichswiderstände R3 und R3,in den Verbindungsleitern L, und Lw sind ungleich groß, da die einzelnen Strangwiderstände Ruw, RUV und RVW bei einer voraussetzungsgemäß unsymmetrischen Wicklung voneinander abweichen. Der Umschalter US verbindet in Schaltstellung a den Widerstand R4 mit dem Ausgleichswiderstand R3 und in Schaltstellung b mit dem einstellbaren Ausgleichswiderstand R3, sowie mit der Schaltstellung IV des Wahlschalters WSl, dessen Schaltstellung I mit dem Anschlußpunkt W und den Schaltstellungen III und IV des Wahlschalters WS2 verbunden sind. Die Schaltstellungen II und III des Wahlschalters WS1 sind mit der Widerstandsbrücke zwischen den Brückenwiderständen R2 und R4 verbunden. Schließlich sind noch die Schaltstellungen I und II des Wahlschalters WS2 an den Anschlußpunkt Gelegt.
• Der Abgleich der Meßschaltung unter Zunullwerden der Potentialdifferenz an dem einen Wicklungswiderstand Rvw erfolgt in fünf Betätigungsschritten A bis E.
• Schritt A: Bei wirksamer Meßgleichspannungsquelle Q1 (Schalter S1 geöffnet) und unwirksamer Meßgleichspannungsquelle Q2 (Schalter S2 geschlossen) und Stellung a des Umschalters US sowie Stellung I der beiden Wahlschalter WSI und WS2 wird durch Verstellen des Ausgleichswiderstandes R3 das Nullinstrument J in der Widerstandsbrücke (parallel zu Rvw) auf Null eingestellt.
• Schritt B: Die beiden Wahlschalter werden alsdann in die Stellung II gebracht und der Brückenwiderstand R2 auf den zu messenden Strangwiderstand RUV abgeglichen (Nullinstrument J stromlos) entsprechend der Beziehung .
• Schritt C: Die beiden Wahlschalter werden in Stellung III gebracht und der Umschalter US auf Stellung b gelegt, so daß sich eine Brückenschaltung aus den Widerständen R2, R4, R3 und RUW ergibt und der Nullzweig mit dem Nullinstrument Jan den Anschlußpunkt Wgelegt wird. Der Abgleich der Meßbrückenschaltung erfolgt bei unverändert belassenem Ausgleichswiderstand R3 wiederum durch den Brückenwiderstand R2 gemäß R2 bei noch immer unwirksamer Meßgleichspannungsquelle Q2.
• Schritt D: Zur Ermittlung des dritten Strangwiderstandes Rvw wird die Meßgleichspannungsquelle Q2 durch Offnen des Überbrückungsschalters S2 wirksam gemacht, der Wahlschalter in Stellung IV gebracht und die Quelle Q2 so eingestellt, daß durch den Ausgleichswiderstand R3 und das parallelgeschaltete Nullinstrument J kein Meßgleichstrom fließt.
• Nach dieser Einstellung der Quelle Q2 erfolgt Schritt E: Hier werden die Wahlschalter in Stellung II und der Umschalter US in Stellung a gebracht. Arn Brückenwiderstand R2 wird das Nullinstrument J auf Null abgeglichen. Die jetzt maßgeblichen Widerstandswerte von R2, R3 und R4 werden zusammen mit den im Schritt B und C ermittelten Strangwiderstandswerten RUV und RUW gemäß der Gleichung zur Ermittlung des letzten Strangwiderstandswertes benutzt.
• Damit sind während des Betriebes solcher mit Netzfrequenz gespeisten Wicklungen alle Wicklungswiderstandswerte ermittelbar.

Claims (8)

1. Patentansprüche : 1. Schaltungsanordnung mit einer Meßgleichspannunsquelle für eine von netzfrequenten Betnebsströmen gespeiste Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Verbindungsleiter (leu, Lv, LW) zwischen Netz (N) und Wicklung (W1) als Meßgleichspannungsquelle (Q) eine nur für die Meßdauerwirksame nichtlineare Widerstandsschaltung angeordnet ist, die ihren (einstellbaren) Widerstandswert abhängig von der Polarität des sie durchfließenden netzfrequenten Betriebsstromes (i) stark ändert und daß die so entstehende Gleichspannungskomponente als Meßgleichspannung außer der Wicklung auch einem nur die Gleichspannung erfassenden Meßglied (J) zugeführt ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgleichspannungsquelle (Q) aus einem Stellwiderstand (Re) mit paralleler Diode (D) sowie einem Überbrückungsschalter (S) besteht (Fig. 2).
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 für eine mehrphasige Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verbindungsleitern und/oder Wicklungssträngen mit unterschiedlichen Widerstandswerten während des Betriebes in mindestens einem quellenfreien Verbindungsleiter (LV, L w) mit geringem Widerstandswert ein einstell- und überbrückbarer Ausgleichswiderstand (R1, R'9 vorgesehen ist (Fig. 1).
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichswiderstand (Rt1t) durch vor- und nachgeordnete, jeweils gemeinsam betätigbare Schalter (S11, S12, S21, S22) parallel zu einem Schalter (Sv, 5w) in mindestens einem Verbindungsleiter (Lv, LW) schaltbar ist (Fig. 5).
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4 für eine mehrphasige Wicklung mit gleichen Widerstandswerten für die einzelnen Wicklungsstränge, dadurch gekennzeichnet, daß an die Wicklungsklemme (U) für den die Meßgleichspannungsquelle (Q) enthaltenden Verbindungsleiter (Lu) und eine Netzanschlußklemme für einen der anderen Verbindungsleiter (Lr) die Reihenschaltung eines einstellbaren (R2) und eines festen Brückenwiderstandes (R4) angeschlossen ist und daß zwischen den beiden Brückenwiderständen und dem Wicklungsanschluß (V) des zweitgenannten Verbindungsleiters (LV) das Gleichspannungsmeßglied (J) angeschlossen ist (Fig. 6).
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Wicklungsklemme (U) für den die Meßgleichspannungsquelle (Q) enthaltenden Verbindungsleiter (LU) die Reihenschaltung eines einstellbaren und eines festen Brückenwiderstandes (R2, R4) angeschlossen und über einen Umschalter (US) jeweils mit einem von zwei anderen Verbindungsleitern (Lv, Lw} verbindbar ist, daß der eine der beiden Verbindungsleiter (L v) eine zweite überbrück- und einstellbare MeS gleichspannungsquelle (Q2) enthält, zwischen der und dem betreffenden Ausgleichswiderstand (R3) die Reihenschaltung (R2, R4) anschaltbar ist und daß zwei rnechanisch gekuppelte vierstufige WahlGchalter (WAS1, WS2) zum wählbaren Anschluß des Gleichspannungsmeßgliedes (J) an einen stromlos einzustellenden Wicklungsstrang zum Einschalten in den Nullzweig der noch einen Ausgleichswiderstand und einen Wicklungsstrang enthaltenden Meßbrücke sowie an einen einstellbaren Ausgleichswiderstand in einem der Verbindungsleiter vorgesehen sind (Fig. 7).
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichspannungsmeßglied (J) ein Tiefpaß (typ2) für die netzfrequenten Betriebsströme zugeordnet ist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 für eine Hochspannungswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß im Brückenwiderstandszweig ebenfalls ein Tiefpaß (1B1) angeordnet ist.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

   Eine Schaltungsanordnung dieser Art kann insbesondere zur Bestimmung des ohmschen Widerstandswertes von durch einen netzfrequenten Betriebsstrom gespeisten elektrischen Wicklungen, von wechsel- oder drehstromb etriebenen elektrischen Maschinen, Transformatoren od. dgl. während des Betriebes dienen.

   Aus dem jeweiligen temperaturabhängigen Widerstandswert solcher Wicklungen kann die Wicklungstemperatur ermittelt werden, die z. B. einen Anhaltspunkt für die Beanspruchung der Wicklungen geben kann.

   Man hat bisher die Widerstandswerte solcher Wicklungen nach Abschalten vom Stromnetz durch Anlegen einer Meßgleichspannung ermittelt, insbesondere in einer Brückenschaltung mit genauem Nullabgleich, wobei aber die Wicklungstemperatur im Abschaltzeitpunkt nur durch eine Extrapolation des gemessenen Temperaturverlaufes zum Abschaltaugenblick hin ermittelbar ist. Dagegen ist auf diese zeitraubende Weise keine Ermittlung der mittleren Wicklungstemperatur während des Betriebes möglich.

   Es ist zur Vermeidung dieser Nachteile durch die VDE 0530, Teil 1, § 15.5 bis 15.7 (IEC-Empfehlung 279) vorgeschlagen worden, der Wicklung während des Betriebes einen eingekoppelten Meßgleichstrom zu überlagern und den an der Wicklung auftretenden Gleichspannungsabfäll zu messen, wozu die Strom-Spannungsmethode oder die Brückenmeßmethode herangezogen werden kann.

   Die Einkopplung des Meßgleichstromes von einer äußeren Quelle in die an das Netz angeschlossene Wicklung ist problematisch und der Aufwand für die Unterbindung des Abflusses des eingekoppelten Meßgleichstromes in das Netz durch Strombegrenzungsmittel aufwendig.

   Der Erfindung Iiegt die Aufgabe zugrunde, eine am Netz liegende und vom netzfrequenten Betriebsstrom gespeiste Wechsel- oder Mehrphasenwicklung mit einfachen Mitteln mit einem Meßgleichstrom zu versorgen.

   Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1, wobei gesonderte äußere Gleichstromerzeuger, Kopplungsmittel sowie Strombegrenzungsmittel entfallen.