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Verfahren zum Prüfen von Spannungswandlern mit Hilfe eines Normalkondensators
oder eines Normalwiderstandes In der Regel pflegt man Spannungswandler auf ihre
Spannungs- und Winkelfehler mit Hilfe von Normalspannungswandlern, deren Fehler
entweder vernachlässigbar klein oder bekannt sind, zu prüfen. Diese Verfahren haben
in gewissen Fällen entscheidende Nachteile. So sind diese Verfahren grundsätzlich
nicht brauchbar, wenn es sich darum handelt, Spannungswandler, z. B. auch die Normalwandler
selbst, absolut, d. h. in unmittelbarem Anschluß an die elektrischen Grundeinheiten
zu prüfen. Weiterhin sind die Verfahren mit Normalwandlern bei der Prüfung von HöcKstspannungswandlern
mit Mängeln behaftet.
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Die Normalwandler für Höchstspannungen werden schwer und teuer; wegen
ihrer schlechten Transportfähigkeit mußte man bisher in den meisten Fällen auf die
Prüfung von Höchstspannungswandlern am Einbauort mit tragbaren Prüfeinrichtungen
verzichten.
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Aus diesen Gründen wählt man oft Prüfverfahren, die mit Hilfe von
Hochspannungsnormakriderständen oder -normalkondensatoren durchgeführt werden, Die
bisher bekannten Verfahren haben jedoch u. a. den Nachteil, daß bei ihnen eine große
Zahl von Schaltelementen mit der für die Messung gewünschten absoluten Genauigkeit
bekannt sein muß. Z. B. gibt es Schaltungen, bei denen die primäre Spannung durch
zwei Kondensatoren, einem Hochspannungs- und einem Niederspannungskondensator, und
die sekundäre Spannung des Prüflings durch zwei Ohmsche Widerstände unterteilt werden
und die abgegriffenen Teilspannungen nach einer Nullmethode miteinander verglichen
werden. In diesem Falle müssen also mindestens vier Schaltelemente mit großer Genauigkeit
bekannt sein, da eine Abweichung dieser Schaltelemente von ihrem Sollwert unmittelbar
in das Meßergebnis eingeht. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neue Verfahren,
die gegenüber den bekannten u. a. den Vorzug haben, daß in ihren Schaltungen eine
sehr geringe
Zahl von Elementen mit der Genauiglieit, mit der der
Prüfling untersucht werden soll, bekannt zu sein braucht und daß weiterhin zur Fehlermessung
Kompensationseinrichtungen benutzt werden können, die auch zu anderen Zwecken, z.
B. zur Prüfung von Spannungswandlern mit Hilfe eines Normalspannungswandlers, Verwendung
finden können.
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Als Hochspannungsnormal dient bei diesen neuen Verfahren ein Normalkondensator
oder ein Normalwiderstand.
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Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird in der vorliegenden
Erfindung als neu und patentfähig beansprucht, daß der der Primärwicklung über den
Normalkondensator oder Normalwi derstand entnommene Strom und der der sekundären
Wicklung des Prüflinks entnommene Strom entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
induktiver Kopplungselemente (Transformator, Stromwandler, Gegeninduktivität, Differentialtransformator,
Differentialstromwandler.
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Difterentialgegeninduktivitat) einen Wechselstromwiderstand im entgegengesetzten
Sinne durchfließen, dessen Spannung mit Hilfe phasenabhängiger Meßgeräte, vorzugsweise
einer Kompensationseinrichtung, ausgemessen wird.
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An Abb. I sei der Grundgedanke des Verfahrens erläutert. Der zu prüfende
Wandler X mit dem Übersetzungsverhältnis ii liegt an der Spannung U, die einpolig
geerdet ist.
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Gleichfalls an der Spannung U liegt das Hochspannungsnormal ZN, das
über den Wechselstromwiderstand Z geerdet ist. Dieser Wechselstromwiderstand Z2
liegt außerdem gleichzeitig in dem Sekundärkreis des Prüflings X; die Sekundärwicklung
des Prüflings X speist den Wechselstromwiderstand Z2 über den Wechselstromvorwiderstand
Z1 derart, daß über den Wechselstromwiderstand Z2 die Differenz der über das Hochspannungsnormal
ZN und den Wechsel stromvorwiderstand Z1 entnommenen Ströme fließt.
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Für den Fall, daß sich die Ströme im Wechselstromwiderstand Z2 aufheben,
an ihm also kein Spannungsabfall auftritt, und bei Vernachlässigung des inneren
Spannungsabfalles in der Sekundärwicklung des Prüflings durch den elltnommenen Strom
ergibt sich nach einfacher Rechnung die Beziehung ZN @ = .
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Z@ In dieser Gleichung sind für den allgemeinen Fall alle Größen
als komplex anzusehen. Die Größe des Wechselstromwiderstandes Z, ist in dieser Gleichung
nicht enthalten. Wählt man nun das Verhältnis ZN / Z1 gleich dem Nennübersetzungsverhältnis
üN des zu prüfenden Wandlers X, so wird bei fehlerlosem Wandler am WechselstromwiderstandZ2
keine Spannung auftreten. Ist dagegen der Prüfilig mit einem Fehler behaftet, so
entsteht am Wechselstromwiderstand Z eine Spannung nZ., die mit den Wandlerfehlern
durch folwende Beziehung verknüpft ist:
oder mit genügender Annäherung
In der Formel bedeuten t in Prozenten der Spannungsfehler und @ in Minuten der Winkelfehler
des Prüflings. Die am Wechselstromwiderstand Z auftretende Spannung uz ist also
ein Maß für die Fehler des Prüflings, und zwar ist die Größe der Spannung, die für
einen bestimmten Fehler des Prüflings am Wechselstromwiderstand Z2 auftritt, sehr
an-Z2 genähert von dem Verhältnis ab-Z1 + Z3 abhängig. Wählt man z. B. für die WechselstromwiderständeZ1
und Z zwei Widerstände oder zwei Kondensatoren, so wird das Verhältnis 4KL2 reell,
und diejenige Kom-+4 ponente der Fehlerspannung uz, die sich in Phase mit der Spannung
U befindet, wird ein NIaß für den Spannungsfehler f des Prüflings und die zur Spannung
ü senkrecht stehende Komponente ein Maß für den Winkelfehler d. zum die Fehler des
Prüflings zu erhalten, sind also die Komponenten der Fehlerspannung uZ2 auszumessen,
was grundsätzlich mit jedem beliebigen phasenabhängigen Meßgerät, vorzugsweise mit
einer Kompensationseinrichtung geschehen kann. Besonders vorteilhafte Anordnungen
ergeben sich, wenn man eine Kompensationseinrichtung benutzt, die von der Primär-
oder Sekundärspannung des Prüflings gespeist wird, da dann die gesamte Meßscllaltung
spannungsunabhängig wird und die Kompensationselemente, die zum Abgleich dienen,
unmitielbar mit Skalen für den Spannungs- und Winkel fehler versehen werden können,
die für alle Spannungen gültig sind.
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Bezüglich der Anforderungen, die an die Genauigkeit der Schaltelemente
zu stellen sind, ist folgendes zu sagen. Lediglich das Verhältnis ZN / Z1 = üN muß
mit derselben absoluten Genauigkeit bekannt sein, mit der man den Prüfling zu untersuchen
wünscht.
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Der Wechselstromwiderstand Z2 bzw. das Z3 Verhältnis brauchen nicht
mit der-Z1 + Z2 selben hohen Genauigkeit bekannt zu sein, da
etwaige
Abweichungen dieser Größen von ihren Sollwerten nur die Fehlerspannung 1v6Z2 beeinflussen
und somit nur als Fehler zweiter Größenordnung in die Messung eingehen.
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Vorzugsweise wird man für die Wechselstromwiderstände ZN, Z1 und Z
entweder Kondensatoren oder Widerstände wählen; es sind jedoch auch andere Kombinationen
möglich.
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Weiterhin ist auch' die Einschaltung yon Kopplungstransformatoren
möglich, insbesondere können beim Wechselstromwiderstand z2 ein oder mehrere induktive
Kopplungselemente (Transformator, Stromwandler, Gegeninduktivität, Differentialtransformator,
Differentialstromwandler, Differentialgegeninduktivität) eingeführt werden.
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Abb. 2 zeigt eine Schaltung mit einem Differentialstromwandler D
W. Seine primären Wicklungen I und 2 werden über die Kondensatoren ZN und Z1 im
entgegengesetzten Sinne gespeist. Der Differentialstromwandler DW und die Kondensatoren
ZN und Z, sind so bemessen, daß sich bei fehierlosem Prüfling in der dritten Wicklung
3 kein Strom ausbilden kann. Ist dagegen der Prüfling mit Spannungs- und Winkelfehler
behaftet, so fließt in der Wicklung 3 und durch den angeschlossenen Kondensator
Z2 ein Strom; die am Kondensator Z auftretende Spannung ist ein Maß für die Fehler
des Prüflings und wird in bekannter Weise ausgemessen.
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Abb. 3 zeigt eine Schaltung mit einer Differentialgegeninduktivität
DM. Ihre primären Wicklungen I und 2 werden über die Kondensatoren ZN und Z1 im
entgegengesetzten Sinne gespeist. Die Di$erentialgegeninduktivität DM und die Kondensatoren
ZN und Z sind ebenfalls so bemessen, daß bei fehlerlosem Prüfling in der Wicklung
3 keine Spannung induziert wird. Ist der Prüfling mit Spannungs- und Winkelfehler
behaftet, so tritt in der Wicklung 3 eine Spannung auf, die ein Maß für die Fehler
des Prüflings ist und in bekannter Weise ausgemessen wird.
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Verwendet man in den bisher beschriebenen Schaltungen an Stelle des
Prüflings X einen Noimalspannungswandler mit vernachlässigbar kleinen oder bekannten
Fehlern, so lassen sich umgekehrt Betrag und Phase unbekannter Scheinwiderstände,
die an die Stelle der Wechselstromwiderstände ZN und Zt gesetzt werden, bestimmen.
Insbesondere lassen sich Kapazität und Verlustwinkel tg 8 von Kondensatoren bestimmen,
die an die Stelle des Hochspannungsnormals ZN geschaltet werden.