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Meßanordnung zur Messung der Leistung in Hochspannungsanlagen bei
niedrigem Leistungsfaktor
Die Messung von Strom, Spannung oder Leistung, namentlich
die Leistungsmessung, macht in Hochspannungsanlagen Schwierigkeiten, wenn der Leistungsfaktor
sehr gering ist, wenn es sich z. B. um die Messung einer kleinen Leistung handelt.
Beispiele derartiger Messungen sind die Leerlaufverlnstmessung an Hochspannungstransformatoren
oder die Verlnstmessung an leerlaufenden Hochspannungsleitungen, wozu die Messung
der Coronaverluste gehört. Bei derartigen Anordnungen ist es im allgemeinen möglich,
das untere Ende der Hochspannungswicklung des Transformators auf ein erdnahes Potential
zu bringen. Es besteht aber dabei die Notwendigkeit, die Spannung der Hochspannungswicklung
des Transformators in richtiger Phasenlage und in bekanntem Größenverhältnis zu
erfassen und in die Messung oder das Meßgerät einzuführen.
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Es ist bekannt, zur Messung von Strom, Spannung oder Leistung bei
einer Höchstspannnngsverteilungsanlage einen an die Hochspannung angeschlossenen
Transformator zu be-
nutzen, bei dem ein Strommeßkreis in der Erdverbindung
des mit dem nahezu auf Erdpotential gehaltenen Trausformatorkessel verbundenen Niederspannungsendes
der Gegenspannungswicklung liegt und den Meßkreis an einen direkten Spannungsabfall
in der Nähe des niederspannungsseitigen Endes der Hochspannungswicklung anzuschließen
und ferner zum Ausgleich des inneren Spannungsabfalles der Hochspannungswicklung
Mittel vorzusehen sowie zwischen die Hoch- und Niederspannungswicklung eine mit
dem Transformatorkessel verbundene Abschirmung zu legen.
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Diese Maßnahmen genügen aber nicht bei einer Einschaltung des Stromsystems
des Mpßgerätes.in die Erdverbindung des Kessels des Transformators, an den auch
das untere Ende der Hochspannungswicklung angeschlossen ist. Man muß vielmehr Sorge
tragen, daß Nicht ein von der Niederspannungserregerwicklung verursachter Kapazitätssftom,
der beispielsweise auf der Kapazität zwischen dieser Niederspannungswicklung und
der Hochspannungswicklung beruht, seinen Weg über den Strommeßkreis nimmt.
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Es ist weiterhin bekannt, bei Verlustmessungen mit Hochspannungsbrücken
die Leitungen und Meßinstrumente sorgfältig abzuschirmen, um sämtliche Verschiebungsströme
und etwaige Kriechströme von den Leitungen und Instrumenten fernzuhalten und direkt
nach Erde abzuleiten.
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Bei einer Anordnung zur Messung von Strom, Spannung oder Leistung
in Hochspannungsanlagen bei sehr kleinem Leistungsfaktor unter Benutzung eines an
die Hochspannung angeschlossenen Transformators, bei dem ein Strommeßkreis in der
Erdverbindung des mit dem nahezu auf Erdpotential gehaltenen Transformatorkessel
verbundenen Niederspannungsendes der Hochspannungswicklung liegt, bei dem ein Spannungsmeßkreis
an einem direkten Spannungsabgriff in der Nähe des niederspannungsseitigen Endes
der Hochspannungswicklung angeschlossen ist und bei dem ferner im Spannungsmeßkreis
Mittel zum Ausgleich des inneren Spannungsabfalls der Hochspannungswicklung vorgesehen
sind und eine mit dem Transformatorkessel verbundene Abschirmung zwischen der Hoch-
und Niederspannungswicklung liegt, ist erfindungsgemäß eine zweite, getrennt vom
Kessel geerdete Abschirmung der Niederspannungswidclung gegen die Hochspannungswicklung,
den Eisenkern und den Kessel des Transformators angeordnet.
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Zum Einstellen einer phasenrichtigen Teilspannung im Spannungsmeßkreis
können phasenverschiebende Mittel zur Feinabstimmung der Phasenlage dienen, die
so lange verstellt werden; bis ein mit dem Spannungsmeßkreis gekuppelter und die
Phasenlage der Hochspannung nachbildender Vergleichskreis stromlos ist. Die phasenverschiebenden
Mittel können aus einer Reihenschaltung von einer Kapazität und einer Induktivität
mit einem parallel zur Reihenschaltung liegenden Spannungsteilerwiderstand bestehen.
Eine dadurch erzeugte induktive Gegenspannung regelbarer Größe kann z. B. über eine
Gegeninduktivität eingeführt werden. Eine ohmsche Gegenspannung kann über einen
ohmschen Widerstand eingeführt werden, über den der Selcundärstrnm eines Wandlers
geleitet ist. Je höher die Meßgenauigkeit sein soll, um so wichtiger ist bei starker
Phasenverschiebung zwischen dem zu messenden Strom und der zu messenden Spannung
eine sehr genaue Phaseneinstellung der Spannung im Spannungsmeßkreis. Je größer
der Spannungsanteil der Drosselspule oder der Kapazität dabei ist, um so stärker
wirkt diese Anordnung als induktive oder kapazitive Belastung im Spannungskreis.
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Die richtige Einstellung der Phase der Spannung im Spannungsmeßkreis
wird am besten mit Hilfe einer Vergleichsspannung ermittelt, die z. B. über einen
möglichst verlustarmen Kondensator von dem Hochspannungsende des Transformators
aus gegen Erde festgestellt wird. Diese zum Ausgleich dienende Spannung kann in
einem Vergleichskreis gegen eine von der Spannung im Meßkreis hergeleitete zweite
Spannung ausgewogen werden, so daß bei richtiger Phasenlage der Spannung im Spannungsmeßkreis
ein Anzeigegerät im Vergleichskreis stromlos wird. Wenn die Vergleichsspannung über
einen möglichst verlustarmen Kondensator den Klemmen eines mit diesem in Reihe geschalteten
Widerstandes entnommen wird, dann ist die Phasenlage der in dem Vergleichskreis
wirkenden Spannung gegenüber der Hochspannung der Anlage eindeutig festgelegt. Es
ist dann bei entgegengesetzt gleicher Phasenlage beider Spannungen im Vergleichskreis,
nämli;ch einerseits der von dem ohmschen Widerstand abgenommenen Teiispannung und
andererseits einer aus dem Spannungsmeßkreis auf den Vergl ei chskreis übertragenen
Spannung, möglich, daß sich beide Spannungen gegenseitig aufheben.
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Der Zustand der Spannungskompensation läßt sich mit größter Genauigkeit
z. B. durch ein empfindliches Gleichstrominstrument mit einem Kontaktgleichrichter
anzeigen.
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Wenn es sich darum handelt, mit Hilfe einer Meßanordnung nach der
Erfindung eine mehrphasige Leistung zu messen, entsteht die Aufgabe, die Einzelleistungen
zu summieren. Da sich bei Anwendung der Erfindung die Meßsysteme auf erdnahem Potentialen
befinden, ist die Suinmenbildung außerordentlich erleichtert und kann beispielsweise
durch eine mechanische Kupplung der für die einzelnen Phasen angeordneten Meßsysteme
erhalten werden. Es empfiehlt sich aber, die Summenbildung elektrisch auszuführen,
indem jeder einzelne Leistungsmesser mit Hilfe eines Meßwertumformers einen, seinem
Anzeigewert proportionalen Gleichstrom erzeugt, wobei auch das Vorzeichen der angezeigten
Leistungen berücksichtigt wird, um durch Messung der einzelnen Gieichströme sowie
des Summengleichstromes eine Anzeige sowohl der Einzelwerte wie auch der Gesamtleistung
zu erhalten. An Stelle von anzeigenden Leistungsmessern können auch schreibende
oder integrierende Geräte verwendet werden oder beide Arten von Geräten gleichzeitig.
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Du-rch die gemäß- der. Erfindung eingeführte, getrennt geerdete Abschirmung
der Niederspannungswicklung werden- kapazitive Beeinflussungen- zwischen -der Hochspannungswicklung
und der Niederspannungswickluflg vermieden, und es wird möglich, der Niederspannungswicklung
zu ihrem Schutz eine zusätzliche Abschirmung sowohl gegenüber der Hochspannanglswicklung-
als : auch gegenüber dem Transformatorgehäuse und dem Transformatorkern zu geben.
Ein kapazitiver Strom, der auf diese Abschirmung der Niederspannungs wicklung übertreten
könnte, nimmt seinen Weg nicht über die Stromspuie der Meßanordnung.
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Die Meßanordnung nach der Erfindung wird durch drei Figuren erläutert.
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Fig. I zeigt z. B. eine Anordnung zur Verlustmessung, z. B. zur Coronaverlustmessung
an einer leerlaufenden Hochspannungsleitung. Im Transformatorkessel JC ist nur die
Hochspannungswicklung I eingezeichnet, die an ihrem unteren Ende mit dem Kessel
leitend verbunden ist. Zwischen dem Kessel und Erde ist die Stromspule eines Wattmeters
N und ein Strommesser A eingezeichnet.
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Zwischen den Klemmen b und c wird die Spannung für den Spannungsmeßkreis
abgegriffen und durch die Gegeninduktivität Mt eine induktive, und über den Wandler
W und den regelbaren Widerstand R1 eine ohmsche Gegenspannung eingeführt. Der Kondensator
Ct, die Induktivität Lj und der Widerstand R2 mit Spannungsteilerabgriff dienen
zur Feineinstellung der Phasenlage im Spannungsmeßkreis. Am regelbaren Widerstand
R5, der mit dem Hochspannungskondensator C3 einen an die Hochspannung angeschlossenen
Spannungsteiler bildet, wird die Vergleichsspannung für den Vergleichskreis abgegriffen.
Die Spannung aus dem Meßkreis wird über die Gegeninduktivität M2 dem Vergleichskreis
zugeführt. Die Parallelschaltung aus dem Widerstand R4 und dem Kondensator C2 gleicht
die durch die Gegeninduktivität M2 in den Meßkreis gebrachte induktive Phasenverschiebung
aus. Mit Hilfe der veränderbaren Schaltglieder im Meßkreis und mit dem Widerstand
R5 können nun Meß- und Vergleichsspannung so eingeregelt werden, daß das über den
Kontaktgleichrichter Gl angeschlossene Instrument G keinen Ausschlag zeigt. Der
Spannungsteiler aus C3 und R5 ist dann durch den Vergleichskreis nicht belastet.
Die so mit der Oberspannung verglichene Spannung im Meßkreis wird vom Instrument
V angezeigt und über den Widerstand R3 der Spannungsspule des Leitungsmessers N
zugeführt.
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In der Fig. 2 ist die Abschirmung von Niederspannungs- und Hochspannungswicklung
gegeneinander und den Kern 3 sowie den Kessel K dargestellt. Der Schirm 4 liegt
zwischen Niederspannungs- und Hochspannungswicklung und ist mit dem Kessel leitend
verbunden. Das unterspannungsseitige Ende der Hochspannungswicklung 1 ist an der
Stelle 8 mit dem Kessel verbunden. Die Niederspannungswicklung 2 wird vom Schirm
5 umgeben, der über die Leitung 6 mit Erde verbunden - ist. - 7 ist. die früher
erwähnte Erdverbindung mit der Stromspule des Wattmeters Im Beispiel der Fig. 3
erfolgt die Einzelanzeige der Phasenleis tungen über Meß wertumformer M U und die
Anzeige und Registrierung der Gesamtleistung durch Parallelschalten der Ausgänge
der Meßwertumformer. Die Phasenleistungen können an den Instrumenten Nr, Ns, Nt
abgelesen werden.
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Die Gesamtleistung wird durch den Schreiber Schr und den Zähler Z
registriert. U bedeutet einen Umschalter zur Einstellung des erforderlichen Meßbereiches.