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Kontrolleinrichtung für Drehstromzähler im allgemeinen und für Zähleraggregate
in Hochspannungsanlagen im besonderen. Die Erfindung ermöglicht vornehmlich eine
leicht ausführbare Kontrolle der Meßorgane von Drehstromzählern in Nieder- und Hochspannungsanlagen
ohne Benutzung von 11efinstrumenten. Des weiteren läßt sich mit dieser Einrichtung
in Verbindung mit den eingebauten Zählern, ebenfalls ohne Benutzung von Meßinstrumenten,
in einfacher Weise der Leistungsfaktor der betreffenden Motoranlage feststellen,
in Austauschbetrieben das Vorhandensein von vor- oder nacheilendem Strom nachweisen
sowie in Hochspannungsmeßaggregaten die Leitungsverbindungen auf ihre Richtigkeit
prüfen.
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Die Feststellung dieser Funktionen erfolgt durch das prüfweise Ab-,
Hintereinander- oder Umschalten der Spannungsspulen des betreffenden belasteten
Zählers und aus den sich hieraus ergebenden Änderungen der Ankerumdrehungen desselben.
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` Es handelt sich somit nicht um eine Einrichtung zur Eichung von
Zählern, wozu stets Kontrollinstrumente oder Eichzähler erforderlich sind, sondern
um eine Kontrolleinrichtung zur Prüfung des Zustandes der Meßorgane, wie Strom-
und Spannungsspulen der Zähler selbst und der Meßwandler, der Meßsichet ungen samt
ihren Verbindungsleitungen, und, wie eingangs gesagt, um eine Einrichtung, mit welcher
bestimmte Stromverhältnisse festgestellt oder nachgewiesen werden können.
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Bekanntlich bewahren DrehstromzälAerviele jahre ihre Meßgenauigkeit,
sofern nicht Defekte an ihren Spulen auftreten. Andererseits besitzen Drehstromzähler
stets zwei oder mehr Spulensysteme, die voneinander unabhängig arbeiten, so daß
bei einem einseitigen Spulendefekt ein Stillstand des Zählers leider nicht eintritt,
wodurch solche Fehler nach außen hin verborgen bleiben; bei Zähleraggregaten in
Hochspannungsanlagen kommen jedoch noch die in dem Zubehör liegenden Fehlerquellen
hinzu, die natürlich ebenfalls eine Falschzählung bewirken können. Solche Defekte
an Niederspannungszählern kann man zwar durch Nachprüfung mit Meßinstrumenteii aufdecken,
wozu eine verhältnismäßig häufige und zeitraubende Prüfung erforderlich ist, doch
versagt diese Prüfung an Zählern, die über Meßwandlern nur Sekundärstrom erhalten.
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In dein Aufsatz von F r e y e r in der Elektrotechnischen Zeitschrift
vom t. und B. Februar 1923 ist mit Recht auf diese letztere Tatsache hingewiesen.
Das Seite 97 im Absatz 3 der Einleitung Gesagte bringt zum Ausdruck, daß die vielfach
geübte Prüfung des Zählers im Sekundärkreis des Meßaggregats absolut keine einwandfreie
Kontrolle der gesamten Meßanordnung gibt, sondern daß bei falschen Verbindungen
zwischen den Wandlern und Zählern die Vergleichsinstrumente ebenfalls die gleiche
Falschschaltung erhalten wie der zu prüfende Zähler. Was von den Falschschaltungen
gesagt ist, gilt natürlich auch von etwa vorhandenen Defekten an den verschiedenen
Organen, wie Strom-und
Spannungsspulen der Meßwandler, Meßsicherungen
samt ihren Verbindungsleitungen. Ihr Einfluß erstreckt sich als Falschmessung ebenfalls
auf Zähler wie Kontrollinstrumente; diese Kontrolle täuscht somit bei vorhandenen
Fehlern nur eine Richtigkeit des Zählers vor.
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Die Zählerindustrie war deshalb bemüht, das Aufdecken von bestimmten
Defekten an den Meßorganen durch sogenannte Störungsmelder oder Fehlermeldereinrichtungen
zu erreichen, um damit das kostspielige Nacheichen der Zähler an Ort und Stelle
auf ein Mindestmaß zu beschränken.
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Die bisher bekannt gewordenen Einrichtungen dieser Art erfassen jedoch
nur die einen oder andern Organe, oder sie bestehen aus verhältnismäßig komplizierten
Elementen, wie Relais, Spulen, ja sogar besonderen Meßwandlern, so daß deren Kosten
die erwünschte Verbreitung verhindern.
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Die vorliegende Kontrolleinrichtung dagegen besteht aus nur einfachen
Elementen, sogenannten Leitungsbrücken und Kontaktgebern. Ihre Funktion erstreckt
sich auf alle Meßorgane der Zähler und Zähleraggregate unter gleichzeitiger Beeinflussung
der- betreffenden Zähler selbst, der seinerseits durch sein verändertes Verhalten
Aufschluß über .den Zustand der kontrollierten Organe gibt; als weitere Neuerung
ist die Verwendung dieser Einrichtung zu den oben aufgeführten Feststellungen, wie
des Leistungsfaktors vor-oder nacheilenden Stromes usw., zu verzeichnen. Letztere
Feststellungen wurden bisher ebenfalls nur durch umständliches Zwischenschalten
von Meßinstrumenten bewerkstelligt. Die vorliegende Erfindung gestattet ein gefahrloses
Prüfen ohne Störung des betreffenden Betriebes und besitzt wegen ihrer Einfachheit
und Preiswürdigkeit auch wesentliche wirtschaftliche Vorzüge.
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In der Zeichnung ist die Kontakteinrichtung für Meßaggregate für Hochspannungsanlagen,
in denen sämtliche Meßorgane kontrolliert werden sollen, veranschaulicht. Für diese
Zwecke stellt die Einrichtung einen. kleinen kastenartigen Apparat dar, der örtlich
getrennt von den Meßinserumenten bzw. Zählern sitzen kann, und über welchen nur
die drei Spannungsphasen geführt werden. Abb. r zeigt in geöffnetem Zustande den
verschließbaren Apparat a, in welchem drei federnde Brückenkontakte b eingebaut
sind, Abb. z im Längsschnitt mit dem ,eingesteckten Handstift c.
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Die Mittelspannungsleitung (im Sinne der Zweiwattmeterschaltung) ist
über die miittlere Brücke, die Außenspannußgsleitungen sind über die Außenbrücken
geführt. Außer diesen drei Ruhekontakten;. die durch Niederdrücken mittels eingeführter
Handstifte c geöffnet werden können, stehen den beiden Außenbrücken noch je ein
Kontaktd gegenüber, die mit den entgegengesetzten Außenspannungsklemmen Verbindung
haben und durch entsprechendes Tieferdrücken der geöffneten Brücken nunmehr in Berührung
kommen. Hiermit findet also eine Umschaltung der Spannungsspulen der beiden Triebsysteme
des Zählers statt.
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Damit der jeweilige Zustand in Beharrung erhalten werden kann, sind
die Handstifte c mit Rasten versehen, die unterhalb der Deckplatte e einen Ruhepunkt
finden. Andererseits verhindert der verschließbare Deckel (der natürlich auch plombiert
werden kann) ein St.elikenlassen der Handstifte bzw. einen unbefugten Eingriff.
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Abb.3 zeigt das Schaltbild dieses Apparates a in Verbindung mit dem
Zähleraggregat. Die erwähnten Kontrollmöglichkeiten seien hier näher erläutert,
wobei zu unterscheiden ist, ob .es sich um Niederspannungszähler für Lichtstrom
mit beliebiger Belastung, um solche für Motorenstrom mit ,gleicher Phasenbelastung
oder um Hochspannungsanschlüsse, hauptsächlich für Kraftstromentnahme, handelt.
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Im allgemeinen kommen an den Stromspulen der Zähler selten Fehler
vor, so daß man bei den Zählern für Niederspannung wohl auf eine Kontrolle der Stromspulen
verzichten könnte; dagegen treten an den Spannungsspulen auch der Niederspannungszähler,
besonders in Überlandnetzen, durch Überspannungen und Blitzschäden sehr oft Unterbrechungen
auf. In Hochspa.nnungsmeßaggregaten dagegen ist eine Kontrollmöglichkeit der Strom-,vandler
einschließlich der Stromspulen in den Zählern und ihrer Verbindungsleitungen fast
wichtiger als die Kontrolle an den Spannungskreisen. Denn ist die Prüfung der Spannungswandler
einschließlich ihrer Meßsicherungen mittels Voltmeter oder Prüflampe verhältnismäßig
leicht zu bewerkstelligen, so hat man leider eine ,ähnlich bequeme Prüfmöglichkeit
für die Stromwandlerkrei.se bisher nicht gehabt, um so weniger, als man während
des Betriebes eine Öffnung dieser Stromkreise zu irgendwelchen Messungen nicht vornehmen
darf. - Soll also eine Prüfung in Hochspannungsanlagen nicht unvollkommen bleiben,
so muß sich dieselbe auf sämtliche Einzelorgane der Meßeinrichtung erstrecken können.
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Der Wichtigkeit entsprechend seien zuerst die Kontrollmöglichkeiten
des beschriebenen Apparates in Meßaggregaten für Hochspan-_nungsanlagen mit gleich-
bzw. fast gleichbelastetem Dreiphasensystem näher beschrieben. Die in der Beweisführung
enthaltenen
Ausdrücke, wie Stillstand,< und 50 0''"#<, sind
so zti verstehen, daß bei nicht völliger Glei,@-libciastung der drei Phasen auch
,.fast zum Stillstand,< und :annähernd 5o o t), gelesen. werden kann.
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i. Bei intakten Meßorganen muß das öffnen der Mittelspannungsbrücke
ein Herablehen der Zählerumdrehungen auf 5o 00 zeitigen und weiter das nacheinander
erfolgende ttrfnen der Aul;)enspatinungsbrücken die Summe der ursprünglichen Umdrehungen
in gleicher Zeiteinheit ergeben. Jedes andere Resultat läßt auf den Defekt irgendeines
Organs, sei es einer der Spannungs- oder Stromwandler, hoch- oder niederspannungsseitig,
sei es eine der Strom- oder Spannungsspulen im Zähler, eine defekte Meßsicherung
oder Leitungsbruch, Unterbrechungen oder i_`lierbrÜckung. schließen. Daß man mittels
des Kontrollapparates den etwaigen Fehler auch eingrenzen kann und somit das Aufsuchen
erleichtert wird, mag miterwähnt sein. Der eigentliche Zweck ist jedoch die Feststellung
eines eingetretenen Defektes bei der monatlichen Ablesung des Zählers durch weniger
geschultes Personal. _. Feststellung des Leistungsfaktors der Anlage. Hierzu bedient
man sich ebenfalls der beiden; Außenspannungsbrücken. Die beiden Triebsysteme im
Zähler verhalten sich bei jedem y Leistungsfaktor zueinander genau so wie die zwei
Wattmeter in der Aronschen 'Schaltung. Bei cos rp -- i,o entwickeln beide Systeme
gleich hohe Drehmomente, bei Phaseirverschiebung jedoch ganz verschiedene. Während
das Drehmoment des einen Systems mit zunehmender Phasenverschiebung stetig abnimmt,
um bei cos rp= o,5 gleich Null, unter o,5 steigend negativ zu werden, steigt das
Drehmoment des andern anfänglich etwas an, erreicht bei cos y o,5 den ursprünglichen
Wert, wird unter o,5 dann jedoch geringer.
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Durch wechselseitiges öffnen der Außenbrücken des Apparates mit gleichzeitiger
Abzählung der Ankerumdrehung- kann man nute nach bekannter Formel:
sofoir den jeweiligen Leistungsfaktor der An-Jage feststellen (die Umdrehungen sind
natürlich auf gleiche Sekunden;-eit umzurechnen). Bei cos rp - o,5 würde natürlich
beim öffnen der einen Brücke der "Zähler zum Stillstand kommen, also
cos <p =o,5, und bei cos g kleiner als o,5 würde der Zähleranker bei besagter
Prüfung zum Teil vorwärts und zum Teil rückwärts laufen. Selbstverständlich muß
bei der letztegen Erscheinung das Vorzeichen f -) in Rechnung gesetzt werden. Bei
cos f-p = i,o werden natürlich gleich hohe Ankerumdrehungen feststellbar sein.
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;. Feststellung von vor- oder nacheilendem Strom.
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Die Handhabung und Ausrechnung ist die gleiche wie unter z, nur muß
hierbei betriebsmäßig bekannt sein, welches der bei: den Triebsysteme bei induktiver
bzw. kapazitiver Belastung das kleinere und größere Dreimoment bzw. nach dem öffnen
der Brükken die niedrigeren und höheren Ank.erumdrebungen hervorruft. Bei induktiver
Stromlieferung wird nämlich das eine Triebsystem das andere bezüglich Drehmoment
überwiegen, bei kapazitiver Stromlieferung dagegen umgekehrt.
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Prüfung ausgeführter Z:ählerschaltun;gen.. Wie schon .eingangs erwähnt,
ist bei Beachtung einiger weniger Regeln auch die Prüfung oder Schaltung möglich,
und zwar dadurch, daß man die Außenspannungsleitungen versuchsweise vertauscht.
Zu diesem Zweck sind im Kontrollapparat die Gegenkontakte unter den Außenbrücken
vorgesehen. Da diese. Kontakte mit den gegenüberliegenden Zuleitungen Verbindung
haben, findet durch das stärkere Niederdrücken der Brükken eine Umschaltung statt.
Sind die Meßwandler ordnungsgemäß an die Hochspannung abgeschlossen, und hat man
sich überzeugt, daß die Mittelspannungsklemme des Zählers keine Spannung gegen Erde
führt, d. h. dessen Anschluß auch vorschriftsmäßig erfolgt ist, so muß ein in Betrieb
befindlicher Zähler, der in allen Teilen richtig -angeschlossen ist, nach dein versuchsweisen
Vertauschen der Außenspannungen, d. h. durch gleichzeitiges Niederdrücken der Auf'aenbrükken,
sofort zum Stillstand kommen. Tritt .ein Stillstand nicht ein, so liegt irgendein
Schaltfehler vor. Man kann unter Beachtung des abweichenden Verhaltens des Zählers
auch Schlüsse auf den vorliegenden Fehler ziehen.
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Sämtliche besprochenen Kontrollmaßnahmen haben ebenfalls Gültigkeit
für die Leistungsanzeiger und alle sonstigen Instruinente, die nach der Aronschen
Schaltung aufgebaut sind, unter den gleichen Bedingungen. Auch sei hier noch besonders
bemerkt, daß diese Kontrollmaßnahmen nicht mir bei der Benutzung von Einphasenspannungswand-Iern
ausführbar sind, sondern genau ebenso auch bei der Verwendung von Dreiphasenwandlern,
bei denen durch die Verkettung der Wechselfelder, auch bei hochspannungsseitiger
Unterbrechung einer Phase, dennoch in
allen drei Niederspannungsspulen
Spannungen entwickelt werden.
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Für Niederspannungszähler kann die Bauart des Kontrollapparates derart
ausgeführt werden, daß die Hauptleitungen mit über den Apparat geführt und die Spannungsschlüsse
für Zähler im Apparat abgezweigt werden. Von den Kontaktbrücken führen separate
dünne Leitungen zu den Spannungsklemmen des Zählers, von denen natürlich die Verbindungsstege
zu den Hauptanschlußklemmen zuvor entfernt sein müssen. Da jedoch an Niederspannungszählern
sowohl Schaltfehler als auch Defekte an den Stromspulen kaum vorkommen, die Kontrolle
sich somit bei diesen Zählern nur auf die Spannungsspulen zu b,eschi,änken braucht,
könnte man die beschriebenen Kontrollschaltkästenganzweglassen und dafür Brückenkontakte
an den Leitungsanschlußklemmen der Zähler selbst vorsehen.
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Zur Prüfung der Spannungsspulen in Dreileiterzählern genügt hierbei
ein einziger Brükkenkontakt, der im Spannungsabzweig der mittleren Leistungsklemme
liegen muß. Ist der Zähler belastet, wobei es gleichgültig ist, ob induktionsfrei
oder induktiv, gleich oder ungleich in den Phasen, jedesmal wird der Anker bei intakten
Spannungsspulen beim öffnen der Brücke seine Tourenzahl ändern bzw. bei einer defekten
Spannungsspule sofort zum Stillstand komin en.
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Soll jedoch in Motoranlagen (Niederspannung) der Leistungsfaktor festgestellt
werden, so müssen diese Dreileiterzähler, außer mit der Mittelleiterbrücke, noch
mit einer zweiten Brücke an einer der Außenleiterkl:emmen versehen sein.
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Bei Vierleiterzählern sind alle drei Spannungsabzweige über Kontaktbrücken
zu führen, und bei der Prüfung ist auf die Gieschwindigkeitsän:derung des Ankers
zu achten, da durch den Defekt einer Einzelspule ein Stillstand des Zählers nicht
eintreten kann.