CH161346A - Verfahren und Anordnung zur Messung und Überwachung des Widerstandes eines Wechselstromleiters unter Belastung. - Google Patents

Description

  Verfahren und Anordnung     zur    Messung und     Überwachung    des Widerstandes  eines Wechselstromleiters unter Belastung.    Es ist bekannt, zur Überwachung von       Wechselstromleitern    deren Widerstandsände  rung zu benutzen, die nach Abschalten des  Betriebsstromes in bekannter Weise gemes  sen werden kann. Diese an sich sehr be  kannte Methode hat den Nachteil, dass sie  während des Betriebes versagt. Man hat des  halb vorgeschlagen, zur Überwachung die  Temperatur des Leiters unter Belastung     zii     bestimmen durch eine geeignete Temperatur  einrichtung, zum Beispiel ein     Thermoel-e-          ment,    das in nächster Nähe des Leiters an  geordnet wird.

   Dieses Verfahren hat den  Nachteil, dass das     Temperaturmessgerät    an  fertigen Apparaten oder Maschinen nur un  ter Schwierigkeiten, manchmal sogar über  haupt nicht, angebracht werden kann, und  dass besondere Leitungen von der     Messstelle     bis zur Beobachtungsstelle geführt werden  müssen. Ausserdem hat die     Messanordnung     eine unter Umständen störende Zeitkonstante.

      Das Verfahren nach vorliegender Erfin  dung beseitigt diesen Nachteil, indem es auf  einfache Weise ermöglicht, den Widerstand  eines Wechselstromleiters unter Belastung  zu messen und zu     überwachen.    Erfindungs  gemäss wird zur Messung des Leiterwider  standes     bezw.    seiner Widerstandsänderung  die     Ohmsche    Spannungskomponente des       Spannungsabfalles    des den Leiter durchflie  ssenden Betriebsstromes benutzt.

   Aus der     ohm-          schen    Spannungskomponente kann nämlich  auf den     ohmschen    Widerstand des     strom-          durchflossenen    Leiters     rückgeschlossen    wer  den.  



  In der Zeichnung sind einige Ausfüh  rungsbeispiele von Anordnungen zur Aus  führung des Verfahrens dargestellt.     Züi-          rächst    sind     in    den     Fig.    1 bis 4 an einem  Stromwandler beispielsweise einige zur er  findungsgemässen Messung geeignete Vor  richtungen     schematisch    gezeichnet, während      die     Fig.    5 und 6 zwei praktische Anwen  dungsbeispiele zeigen.  



  In den     Fig.    1 bis 4 ist mit 1 der Eisen  kern eines Stromwandlers bezeichnet. 2 ist  die Primärwicklung und 3 die Sekundär  wicklung des Wandlers. Zur Messung der       Ohmschen    Spannungskomponente dient ein       Gleichstrommessgerät    4 mit einem fremd  erregten Synchronschalter 5. Die Erreger  wicklung des Synchronschalters ist mit 6  bezeichnet. Das     Gleichstrommessgerät    4 ist  in Reihe     mit    dem Synchronschalter 5 an die  Klemmen der     Primärwicklung    2 gelegt. In  der     Fig.    1 ist die     Erregerwicklung    des Syn  chronschalters 6 an die Sekundärklemmen  eines Stromwandlers 7 geschaltet.

   Es wird  also der mechanische     Synchronschalter    5       konphas    zu dem Strom geschaltet und in  folgedessen von dem     Messinstrument    4 .die       Ohmsche    Spannungskomponente der Wick  lung 2 angezeigt. Diese     Ohmsch-e    Spannungs  komponente ist aber nicht nur bedingt durch  den     Ohmschen    Spannungsabfall in der Wick  lung 2, sondern auch durch ,denjenigen in  der Sekundärwicklung 3 und die Verluste  des Eisenkernes 1.

   Da bei einem Strom  wandler mit sehr niedrigen     Sättigungen    des  Eisenkernes gearbeitet wird, so können. die  Eisenverluste in der Regel vernachlässigt  werden, so dass     praktisch    von dem Instru  ment .ein     Mittelwert    aus den     Ohmsehen    Wi  derständen der Wicklungen 2 und 3 gemes  sen     wird.    Ist die spezifische     ,Strombelastung     beider Wicklungen gleich gross, .dann - ergibt  die Messung praktisch einen eindeutigen Wi  derstandswert des Primärleiters des     Wand-          lers.    Auch bei mässig ungleicher Belastung  sind die     Abweichungen    vom Mittelwert so  gering,

   dass immer noch aus den     Messergeb-          nissen    auf die     Temperatur    des Primärleiters  zurückgeschlossen werden kann.   In das     Messergebnis    der oben beschrie  benen Anordnung geht noch die Stromstärke  in der Wicklung 2 ein, weil ja der     Ohmsche     Spannungsabfall     unmittelbar    von dieser  Stromstärke abhängig ist.

   Man kann diesem  Umstande ohne weiteres Rechnung tragen,    wenn es sich um eine Prüfung mit einer vor  ausbestimmten     Stromstärke    handelt und diese  während der Messung konstant gehalten  wird; das aus der konstanten Stromstärke  herrührende konstante     Messdrehmoment    kann  nämlich mechanisch oder elektrisch kompen  siert werden.  



  Ausserdem ist der Ausschlag des     Mess-          gerätes    4 ein Mass für den gesamten     Ohm-          sehen    Widerstand, so     .dass    Widerstandsände  rungen nur schwer ablesbar sind. Diesen  zuletzt genannten Nachteil     kann    man ent  weder dadurch beseitigen, dass man den  Nullpunkt des     Messgerätes    4 in bekannter  Weise durch zusätzliche mechanische Kräfte,  zum Beispiel mit Hilfe der Richtfeder, un  terdrückt. Man kann aber auch den dem  kalten Zustand der Wicklung 2 entsprechen  den Ausschlag durch eine entgegengesetzt  gerichtete Spannung auf Null kompensieren.  Eine derartige Anordnung ist in der     Fig.    2  dargestellt.

   In Reihe mit dem Synchron  schalter 5 und Messgerät 4 ist noch ein     Ohm-          scher    Widerstand 8 geschaltet, der mit den  Sekundärklemmen eines Stromwandlers 9  verbunden und dessen Widerstandswert       stromunabhängig    ist. Der Stromwandler 9  ist so geschaltet, dass er eine .der     Messspan-          nuno,        entgegengesetzt    gerichtete     Spannung     an .den     Klemmen    des Widerstandes 8 erzeugt,  deren Grösse so bemessen ist, dass bei kaltem  Zustand der Wicklungen 2 und 3 das     Mess-          gerät    4 auf Null steht.

   Diese Anordnung  hat gegenüber einer mechanischen Null  punktunterdrückung den Vorteil, dass sie  für jede Stromstärke richtig ist, da sich die       Sekundärspannung    des     Wandlers    9 propor  tional mit der Stromstärke ändert, während  die mechanische Nullpunktunterdrückung  für jede Stromstärke besonders neu geeicht  werden müsste.  



  Die Anordnung in der     Fig.    2 ist noch  insofern gegenüber der in der     Fig.    1 dar  gestellten Anordnung geändert, als der in  der     Fig.    1 zur Erregung des Synchronschal  ters dienende Stromwandler 7 fortgefallen  ist und die Erregerwicklung 6 unmittelbar      an die Sekundärklemmen des Wandlers ge  schaltet ist. Da der Sekundärstrom des  Wandlers gegenüber dem Primärstrom hin  reichend genau um 180          verschoben ist,     wird     auch auf diese Weise der Synchronschalter       konphas    mit dem Primärstrom erregt.  



  Die bisher     beschriebenen    Anordnungen  genügen für Messungen, die zur Prüfung  einer Maschine oder eines Apparates vor  genommen werden sollen, denn in diesen Fäl  len kann man mit einer konstanten Primär  stromstärke arbeiten. Es macht sich aber  immer mehr der Wunsch geltend, Maschinen  und Apparate vor allem auch während des  Betriebes zu überwachen, wobei dann natur  gemäss die Stromstärke innerhalb weiterer  Grenzen schwankt. Eine für den zuletzt ge  nannten Zweck geeignete Anordnung ist in  der     Fig.    3 dargestellt.

   Bei :dieser     wird    an  Stelle eines     Einspulenmessgerätes    ein als       Kreuzspulmessgerät    4 ausgebildeter     Quotien-          tenmesser        verwendet,    dessen     Messstromzweig     ebenso wie das     Einspulengerät    an die Klem  men des zu überwachenden Leiters ange  schlossen ist, während der     Richtstromzweig     von einer Spannung gespeist wird, die pro  portional dem den Leiter durchfliessenden  Strom ist. Zur Erzeugung einer solchen  Spannung dient bei dem Ausführungsbei  spiel gemäss     Fig.    3 ein in den Stromkreis der.

    Primärwicklung 2 gelegter temperaturunab  hängiger     Shunt    10. Ebensogut kann für die  sen Zweck auch gemäss     Fig.    4 ein Strom  wandler 11 benutzt werden. Zweckmässig ist  die Anordnung so getroffen, dass beide       Stromzw    eilte des     Kreuzspulinstrumentes    über  denselben Synchronschalter 5 gespeist wer  den. Von dem     Kreuzspulinstrument    wird  bei Anordnung gemäss     Fig.    3 und 4 zunächst  einmal der Wert<I>.7 . (R</I>     +   <I>0 R) : J,</I> das heisst       R        -a-   <B>29</B> R gemessen.

   Man kann auch hier  bei wieder lediglich die der Temperatur  änderung entsprechende Widerstandsände  rung<B>0</B>     R,    zur Anzeige bringen, wenn man  den. dem kalten Zustand des Leiters entspre  chenden Wert R kompensiert, zum Beispiel  indem man das     Messinstrument    mit einer  dritten Spule versieht, die in der Ebene der         Messstromspule    angeordnet ist und von einer  von dem Primärstrom abhängigen Spannung  gespeist wird. Man kann auch die der     Mess-          stromspule    zufliessende Spannung unmittel  bar kompensieren.  



  Die oben beschriebenen Anordnungen sol  len nur als Ausführungsbeispiele des Erfin  dungsgedankens gelten. Sie können in der  mannigfachsten Weise variiert werden, zum  Beispiel können überall, wo erforderlich,  Transformatoren zur Verbindung von Wech  selstromkreisen benutzt werden und derglei  chen mehr.  



  Die Brauchbarkeit einer Anordnung ge  mäss der Erfindung geht über die Messung  des Widerstandes     bezw.    der Temperatur er  heblich hinaus. Sie kann zum Beispiel auch  zur Anzeige von     Windungsschlüssen    und  Erdschlüssen von Maschinen und insbeson  dere Transformatoren benutzt werden. Wenn  man dabei die dem Messgerät zugeführte  Spannung und die Erregung des Synchron  schalters verschiedenen Seiten des Transfor  mators entnimmt, dann haben Betriebsstö  rungen infolge der durch sie     bedingten    Phasen  verschiebung zwischen Primär- und Sekun  därwicklung momentane     Ausschlagänderun-          gen    des anzeigenden Gerätes zur Folge.

   Man  kann nach dieser Richtung noch einen  Schritt weiter gehen und den Synchron  schalter aus einer fremden synchronen, in  der Phase jedoch von dem Betriebsstrom un  abhängigen Spannungsquelle erregen. In die  sem Fall werden die durch Betriebsstörun  gen hervorgerufenen Phasenverschiebungen  noch stärker bemerkbar gemacht, so dass .die  Anordnung gemäss .der Erfindung zur Über  wachung von Transformatoren     und    Genera  toren dienen kann. Damit ist ihre Verwen  dung zur Temperaturkontrolle aber nicht  aufgehoben, wenn man Mittel vorsieht, um  die Erregung des     Synehronsahalters    für Tem  peraturmessung vorübergehend an eine mit  dem Betriebsstrom phasengleiche Spannungs  quelle zu schalten.

   Da die Anordnung keine       Zeitkonstante    hat, kann die     Temperatur    nach  Einschaltung sofort abgelesen werden.      In der     Fig.    5 ist eine Schaltung gezeich  net, die besonders zweckmässig zur Über  wachung von     Maschinen    oder Apparaten be  nutzt wird, bei denen eine Leistung von  einer primären auf eine sekundäre Wicklung  übertragen wird. Mit 12 ist der Eisenkern  eines Leistungstransformators bezeichnet,  dessen Primärwicklung 13 und dessen Se  kundärwicklung 14 ist. 15 und 16 sind an  die Klemmen der Wicklungen gelegte Span  nungswandler, deren Sekundärwicklungen  über ein     Gleichstrommessinstrument    4 und  einen Synchronschalter 5 gegeneinander ge  schaltet sind.

   Der Synchronschalter wird  von einem Stromwandler 17 erregt. Der       Richtsfromkreis    des Instrumentes erhält  seine. Spannung von einem     Shunt,    der an die  Sekundärklemmen des Stromwandlers 18 an  geschlossen ist. Dabei werden bei ungleicher  Primär- und     Sekundärspannung    durch ge  eignete Dimensionierung der Spannungs  wandler diese Spannungsabfälle auf den glei  chen Massstab gebracht. Diese Anordnung  ist insofern besonders einfach, weil sie einer  Stromkorrektur nicht bedarf und von ihr  ohne weiteres der Wert der Widerstands  änderung     ü        R        bezw.    der Temperaturände  rung angezeigt wird.

   Sie hat ausserdem den  besonderen Vorteil, dass sie nicht nur zur       Temperaturüberwachung    benutzt werden  kann, sondern     .dass    von ihr auch anderweitige  Betriebsstörungen,     wie    zum Beispiel ein ein  seitiger     Windungskurzschluss    oder ein     Erd-          schluss,    angezeigt     werden.    Die durch der  artige Störungen hervorgerufenen Span  nungsdifferenzen sind so gross, dass das In  strument aus seinem Skalenbereich heraus  ausschlägt.

   Durch Anordnung von     Erdkon-          takten    oder ähnlich arbeitenden Vorrichtun  gen     kann    man derartige Betriebsstörungen  dann optisch oder akustisch zur     Anzeige     bringen.  



  Bei     Mehrphasensystemen    kann man sich  entweder mit der     Überwachung    einer Phase  begnügen.     In.    vielen Fällen wird auf diese  Weise eine hinreichende Temperaturkontrolle  ermöglicht. Man kann aber auch alle Phasen       überwachen    und mit Hilfe einer bekannten         Summenschaltung    die Summe der     Ohmschen     Komponenten der Spannungsdifferenzen  bilden.  



  Wenn der zu messende Leiter, wie wohl  meist eine Wicklung ist, von ,der auf einen  Eisenkern Leistung übertragen oder aus die  sem entnommen werden soll, dann kann man  in solchen Fällen, wo die Sättigung des Ei  senkernes nur in sehr     geringen    Grenzen  schwankt, dessen Verluste als konstant an  nehmen, so dass von der Anzeige des     Mess-          gerätes    4 ein konstanter Wert in Abzug ge  bracht werden muss. Zu diesem Zweck kann  man zum Beispiel eine Hilfsspule     verwenden,     die neben oder über der     Messinstrumenten-          spule    angeordnet ist und von einer konstan  ten Spannung gespeist wird.

   In vielen Fäl  len ändert sich aber die Sättigung des Eisen  kernes nicht unerheblich, zum Beispiel muss  man bei Leistungstransformatoren mit stär  keren Spannungsschwankungen rechnen, die  infolge .der ohnedies hohen Sättigung des  Eisenkernes starke Änderungen der Eisen  verluste zur Folge haben.     Man    kann aber,  da sich diese Änderungen innerhalb eines  kleinen Bereiches der     Magnetisierungskurve     vollziehen, diesen Bereich praktisch als li  near betrachten und infolgedessen die Ände  rung mit verhältnismässig einfachen Mitteln  ausreichend kompensieren, wenn man zu die  sem Zweck     die    Spannung heranzieht.

   Ein  Ausführungsbeispiel .dafür ist in der     Fig.    6  dargestellt: Mit 12, 13 und 14     ist    wieder  der Transformator bezeichnet. Die verwen  dete     .Schaltung    entspricht im wesentlichen  der in der     Fig.    5 dargestellten. Lediglich ist  parallel zu beiden Spulen ein     Shunt    19 ge  schaltet, der von der Spannung durchflossen  wird und aus stark temperaturabhängigem  Material besteht. Durch geeignete Bemes  sung des     Shuntes    19 gelingt es, die mit der       Spannung    schwankenden Eisenverluste des  Kernes 12 in einem für die praktische Ver  wendung ausreichenden Masse zu kompensie  ren.

   An Stelle des     Shuntes    19 kann man auch       Vorschaltwiderstände    vor das Instrument,  und zwar in .den Richtstromkreis, legen, die  ebenfalls aus     temperaturabhängigem    Mate-           rial    bestehen und deren Temperatur von der  Spannung     beeinflusst    wird.  



  Das Verfahren gemäss der Erfindung ist  nicht beschränkt auf die Temperaturbestim  Inung von Leitern, die neben einem     Ohm-          sehen    :auch einen induktiven Spannungs  abfall haben. Man kann vielmehr vorteilhaft  das Verfahren auch in solchen Fällen an  wenden, wo es sich um die Temperaturmes  sung     bezw.    auch um die     Widerstandsmessung          wechselstromdurchflossener    Leiter handelt,  die rein     Ohmschen    Spannungsabfall haben.  In diesem Fall kann man den Synchron  schalter durch einen Gleichrichter, zum Bei  spiel einen     Kupferoxydulgleichrichter,    er  setzen.

   Fälle, in denen eine solche Anord  nung zweckmässig     verwendet    wird, kommen  zum Beispiel bei der Herstellung von Gra  phit vor, wo durch .die     Graphitmasse    sehr  starke Ströme geschickt werden und bisher  zur Messung des für die Fabrikation wich  tigen     Widerstandes    der Betriebsstrom     jeweils     abgeschaltet werden musste.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRÜCHE:</B> I. Verfahren zur Messung und Über wachung des Widerstandes eines Wech selstromleiters unter Belastung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ohmsche Span nungskomponente des von dem Betriebs strom in dem Leiter erzeugten Span nungsabfalles zur Bestimmung des Wi derstandes und der Widerstandsände rung benutzt wird. Il.

   Anordnung zur Durchführung des Ver fahrens gemäss Patentanspruch I, ge kennzeichnet durch die Verwendung eines Gleichstrominstrumentes, mit des sen Hilfe über einen vorgeschalteten fremderregten Synchronschalter der Ohmsche Spannungsabfall im Leiter und dessen Änderung gemessen wird, indem der Synchronschalter gleichphasig mit dem Strom erregt wird. UNTERANSP.RüCHE 1.

   Anordnung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der dem kal- ten Zustand des Leiters entsprechende Ausschlag des Messgerätes durch eine gleiche, entgegengesetzt gerichtete Span nung auf Null kompensiert wird. 2. Anordnung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Kompen sationsspannung unmittelbar oder mittel bar aus dem den Leiter enthaltenden Wechselstromkreis entnommen und über den vor das Messgerät geschalteten Syn chronschalter dem Messgerät zugeführt wird. B.

   Anordnung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Wirkung des in kaltem Zustand indem Leiter er zeugten Ohmschen Spannungsabfalles auf das Messgerät durch mechanische Vorsp:annung des Messgerätes kompen siert wird. 4. Anordnung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, .dass die Erreger wicklung des Synchronschalters aus dem den Leiter enthaltenden Stromkreis ge speist wird. 5.

   Anordnung nach Unteranspruch 4, ins besondere zur Prüfung der Wicklungen von Messwandlern, .dadurch gekennzeich net, dass der Gleichrichter von der Se- kundärseite des zu prüfenden Wandlers her erregt wird. 6.

   Anordnung gemäss Patentanspruch II, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Quotientenmessgerätes für Gleich strom, .dessen Messstromzweig über einen fremderregten Synchronschalter an die Klemmen des zu überwachenden Leiters angeschlossen ist, während der Richt- stromzweig von einer Spannung gespeist wird, die dem .den Leiter durchfliessen den .Strom proportional ist. 7.

   Anordnung nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die den Richt stromkreis erregende Spannung einem Shunt entnommen wird, der in den den Leiter enthaltenden Stromkreis geschal tet ist. B. Anordnung nach Unteranspruch 6, ge kennzeichnet durch die Verwendung eines Stromwandlers zur Erregung .des Richtstromkreises.

   9. Anordnung nach Patentanspruch II, ins besondere zur Überwachung von Lei stung führenden Wicklungen in Genera toren, Transformatoren, Drosseln, Ka beln und Kondensatoren, dadurch ge kennzeichnet, dass das Messgerät über vorhandene Wandler mit dem zu über wachenden Wechselstromkreis verbunden ist. 10. Anordnung nach Patentanspruch II zur Überwachung von Maschinen oder Ap paraten, bei denen eine Leistung von einer primären auf eine sekundäre Wick lung übertragen wird, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ohmsche Komponente der Differenz .der auf den gleichen Mass stab bezogenen Primär- und Sekundär spannungsabfälle als Mass der Wider standsänderung .der Wicklungen dient. 11.

   Anordnung nach Unteranspruch 10 für Maschinen oder Geräte in Mehrphasen netzen, gekennzeichnet durch die Ver wendung einer an sich bekannten Sum menschaltung zur -Bildung der Differenz summe aller Phasen, 12. Anordnung nach Patentanspruch II zur Überwachung von Eisenkerne enthalten den Wicklungen, dadurch gekennzeich net, .dass durch besondere spannungs-, das heisst verlustabhängige Anordnun gen,

   die Empfindlichkeit des Messgerätes entsprechend dem Einfluss der veränder lichen Eisenverluste geändert und deren Einwirkung auf die Messung dadurch wenigstens nahezu kompensiert wird. 13. Anordnung nach Unteranspruch 12, ge kennzeichnet durch die Verwendung von temperaturabhängigen, vor das Messgerät geschalteten Widerständen, die in Ab hängigkeit von der Betriebsspannung er wärmt wenden. 14.

   Anordnung nach Unteranspruch 12, ge kennzeichnet durch eine Hilfswicklung auf dem beweglichen Teil des Mess- gerätes, deren Erregung abhängig von der Betriebsspannung ist. 1.5. Anordnung nach Unteranspruch 12, ge kennzeichnet durch einen parallel zu bei den Stromzweigen des Messgerätes an geordneten Shunt mit temperaturab hängigem Widerstand.

   16. Anordnung nach Patentanspruch II, ins besondere zur Überwachung von Lei stungstransformatoren, dadurch gekenn zeichnet, dass die dem Messgerät zu geführte :Spannung und die Erregung des Synchronschalters von verschiedenen Seiten des Transformators entnommen werden. 17. Anordnung nach Patentanspruch II, ins besondere zum Schutz von Leistungs- transfoTmatoren, dadurch gekennzeich net, .dass der Synchronschalter aus einer fremden, in der Phase von dem Betriebs strom unabhängigen Spannungsquelle er regt wird. 1.8.

   Anordnung nach Unteranspruch 17, da durch gekennzeichnet, dass ein Umschal ter vorgesehen ist, der es gestattet, für Temperaturmessung die Erregung des Synchronschalters an eine mit dem Be triebsstrom phasengleiche Spannungs quelle zu schalten.