Stromwandler-Normbürde
Zur Kennzeichnung von Stromwandlern ist die Angabe der Nennleistung eine wichtige Grösse. Die Nennleistung ist definiert als das Produkt aus Nennbürde und dem Quadrat des sekundären Nennstromes. Unter Bürde versteht man den Scheinwiderstand in Ohm der sekundär angeschlossenen Geräte, einschliesslich der Zuleitungen; unter Nennbürde diejenige Bürde, auf welche die für Stromwandler in den Regeln für Messwandler, VDE 0414, festgelegten Bestimmungen über die Fehlergrenzen bezogen werden.
In diesen VDE-Regeln sind für Stromwandler bestimmte Nennleistungen genormt: 5, 10, 15, 30, 60 VA. Ferner fordern die Bestimmungen über Fehlergrenzen, dass diese für Stromwandler der Klassen 0,1 bis 1 zwischen 1/l und 1/4 und bei Stromwandlern der Klasse 3 zwischen 1/1 und 1/2 der Nennbürde einzuhalten sind. Bei Stromwandlern der Klassen 0,1 bis 1 mit Nennleistungen über 60 VA müssen die Fehlergrenzen von 15 VA ab eingehalten werden. Aus diesen VDE-Regeln ergibt sich nun folgende Reihe von Teil- und Nennbürden:
1,25/2,5/3,75/5/7,5/10/15/30/60 VA
Weiter sieht die Eichanweisung der Physikalisch Technischen Bundesanstalt für amtliche Messungen noch die Nennleistungen 20 und 45 VA mit den Teilleistungen 5 und 11,25 VA vor.
Darüber hinaus gehend werden von elektrischen Versorgungsunternehmen (EVU), Prüfämtern, Instituten und Wandlerherstellern häufig auch noch Nennleistungen bis zu 90 und 120 VA verlangt. Zusammengefasst ergibt sich folgende Stufung von Nenn- und Teilleistungen und dementsprechend von Nenn- und Teilbürden:
1, 25/2, 5/3, 75/5/7, 5/10/11, 25/15/20/30/45/60/90/ 120 VA.
Die für die Messung der Wandlerfehler erforderlichen sekundären Bürden bzw. Leistungen der Wand ler werden nun entweder aus den betriebsmässig anzuschliessenden Geräten (Elektrizitätszähler, Zusatzeinrichtungen, Messinstrumente, Relais, Schalter usw.) hergestellt, wobei statt der Betriebsbürde auch gleiche Ersatzbürden verwendet werden können, oder es werden feste Normbürden verwendet. Diese Normbürden werden von Wandlerherstellern, Prüfämtern usw. für Abnahmeprüfungen und Untersuchungen benötigt.
Für die Auslegung solcher Normbürden sind folgende Bestimmungsgrössen massgebend: 1. Stufung und Umfang der Leistungen.
Diese entsprechen der oben zusammengestellten
Reihe von Nenn- und Teilbürden.
2. der sekundäre Nennstrom der Stromwandler, für welche die Normbürde bestimmt ist. Hier bilden die genormten Nennströme 1, 5 und 10 A die
Regel. In den skandinavischen Ländern ist auch der Nennstrom 2 A gebräuchlich.
3. der Leistungsfaktor der Bürde.
Gemäss den VDE-Regeln 0414 gelten die Fehler grenzen bei einem sekundären Leistungsfaktor von cos ss = 0,8. Ausnahmen sind zugelassen für die kleinen Teilbürden (s. µ 14 der VDE-Regeln).
Darüber hinaus werden häufig auch Bürden mit den Leistungsfaktoren cos ss = 1 und 0,5 ge wünscht, teils für Untersuchungszwecke, Sonder fälle oder auch deshalb, weil einzelne EVU's zu den allgemein geltenden VDE-Regeln noch Son derbestimmungen innerhalb ihres Einflussberei ches festsetzen.
4. die Nennfrequenz.
Die zur Zeit geltenden VDE-Regeln für Mess wandler sind für einen Frequenzbereich von 162/3 bis 500 Hz wirksam.
Die am meisten vorkommende Frequenz ist die
Netzfrequenz 50 Hz, seltener die Frequenz
162/3 Hz. In neuerer Zeit gewinnt der Bereich über 50 bis zu 500 Hz an Bedeutung. Hier sind es häufig mehrere Nennfrequenzen, die in Frage kommen, gemäss den genormten Frequenzen nach
DIN 40005. Die Nennfrequenz bestimmt nur die
Grösse der Blindwiderstände, während die Ohm schen Anteile von der Frequenz selbstverständ lich nicht beeinflusst werden.
5. Geltungsbereich der Bruchteile des Nennstroms und Genauigkeit der Bürdenwiderstände.
Die Wandlerregeln setzen die zulässigen Fehler grenzen für einen Bereich vom 0,05- bzw. 0,1 fachen bis zum 1, bzw. 2, 0fachen Nennstrom fest. Dementsprechend müssen die Normbürden in diesem Bereich richtig sein. Als Genauigkeit lassen die Vorschriften der PTB eine Abweichung der Wirk- und Blindwiderstände um + 3 % zu.
6. Berücksichtigung äusserer Widerstände.
Die Normbürden werden bei der Messung der
Wandlerfehler verwendet. Hierbei liegen im
Sekundärkreis des zu messenden Stromwandlers noch Zuleitungen und der Innenwiderstand der
Wandlermesseinrichtung. Diese stellen eine zusätz liche Belastung des Stromwandlers dar. Sie kann bis zu 2,5 VA, nämlich bei Verwendung einer Schering-Alb erti-Stromwandlermess einrichtung für
5-A-Nennstrom, betragen (Zuleitungen nicht mit eingerechnet) Wird eine Wandlermesseinrichtung nach dem Differentialverfahren verwendet, dann kommen nur Zuleitungswiderstände von etwa
20 mQ vor. Werden Messeinrichtungen nach dem
Spannungskompensationsverfahren mit Zwischen wandlern verwendet, so betragen die Zusatzbela stungen etwa 0,5 bis 0,8 zu VA.
Die diesen Zusatz- belastungen entsprechenden Widerstände, die praktisch rein ohmisch sind, müssen von den in der Normbürde enthaltenen Widerständen ab gezogen werden.
Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Stromwandler Normbürde, die aus einer Reihenschaltung von Induktivitäten und Ohmschen Widerständen aufgebaut ist. Die dargestellten Induktivitäten können reine Luftdrosseln und Eisendrosseln mit Luftspalt sein.
Hiernach ist es erforderlich, dass für jede Kombination von Nennstrom, cos ss und Frequenz, eine Kette von Scheinwiderständen benötigt wird, mit welcher der gesamte Bereich von der kleinsten Teilleistung (1,25 VA) bis zur grössten Nennleistung (60, 90 oder 120 VA) umfasst wird.
Um eine Materialersparnis (innerhalb einer Kombination) zu erzielen, werden, soweit ausführbar, z. B. zwei oder mehrere Induktivitäten auf einen Eisenkern (mit Luftspalt) gewickelt, also Induktivitäten mit Anzapfung. Ist nun eine der drei anderen Bestimmungsgrössen, Nennstrom cos ss, Frequenz, mehrfach vorhanden, so ist für jede neue Kombination derselben eine neue Scheinwiderstandskette erforderlich, wie die Fig. 1 zeigt. Bei cos ss = 1 und verschiedenen Frequenzen bei demselben Nennstrom bleibt selbstverständlich die Widerstandskette unverändert. Um in diesen Fällen Materialersparnisse zu erzielen, wurden Schaltungen vorgeschlagen, die eine Mehrfachausnutzung der Widerstandselemente ermöglichen.
Solche Ersparnisse werden jedoch mit grossem Aufwand an Schaltern erkauft, wobei sehr schnell die Grenze des noch praktisch Durchführbaren erreicht ist. Ferner wird dadurch die Prüf- und Abgleicharbeit verkompliziert.
Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Normbürden vermieden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Normbürde für die Messung der Fehler von Stromwandlern. Die Erfindung besteht darin, dass die Normbürde zwecks Variation der Bestimmungsgrössen Stromwandler aufweist.
Die Erfindung wird anhand von in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem für jeden sekundären Nennstrom ein besonderer Stromwandler A, B, C, ein sogenannter Bürdenwandler, verwendet wird. Auf der Sekundärseite dieser Bürdenwandler ist ein reiner oder komplexer Widerstand D angeschlossen, die sogenannte Hauptbürde. Durch Umschaltung von Wirk- und Blindwiderstand geschieht die Variation des cos ss und durch Umschaltung des Blindwiderstandes allein die Variation der Frequenz. Die Wahl der verschiedenen Leistungen von 1,25 bis 60, 90 oder 120 VA erfolgt durch Umschaltung der Primärwindungszahl der Bürdenwand ler A, B, C.
Es ist offensichtlich, dass infolge der gro ssen Mehrfachausnutzung der Hauptbürde D bei der erfindungsgemässen Normbürde nicht nur eine Ersparnis von Material und Zeit für die Anfertigung der Bauelemente erzielt wird, sondern dass auch die Prüfund Abgleichzeit verringert wird. Die Einsparungen bei der erfindungsgemässen Strombürde sind um so grösser, je öfter die Bestimmungsgrössen variieren.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sämtliche Bestimmungsgrössen über Stromwandler variiert werden. Jeder Bestimmungsgrösse ist dabei ein Wandler zugeordnet. Für die Nennströme 1, 2, 5 und 10 A ist an Stelle der drei Wandler A, B, C nach der Fig. 2 ein einziger Wandler 31 vorgesehen.
An die Sekundärwicklung dieses Wandlers ist ein weiterer Wandler 32 für die Wahl der verschiedensten Nennleistungen angeschaltet. Die Variation des cos ss erfolgt mittels zweier Wandler 33, 34, die an den Wandler 32 angeschlossen sind. An die Sekundärwicklung des Wandlers 33 ist ein Widerstand 35 angeschlossen. An die Sekundärwicklung des Wandlers 34 ist die Primärwicklung eines Wandlers 36 angeschlossen, der zur Frequenzvariation dient. An die Sekundärwicklung dieses Wandlers ist eine Drossel 37 angeschaltet. Widerstand 35 und Drossel 37 entsprechen dem Widerstand und der Induktivität in der Fig. 2.