Kalibrierung von Phasenwinkel-Messgeräten mit einem digitalen Abtastverfahren

Verluste von Transformatoren und Betriebsmitteln für die elektrische Energieversorgung werden unter Verwendung von Phasenwinkel-Messgeräten bestimmt. Diese Messungen dienen einerseits zur Beurteilung der Qualität, andererseits ist die Beobachtung der Verluste für die Sicherheit und eine lange Lebensdauer wichtig. Daher ist die Rückführung von Phasenwinkel-Messgeräten für den Deutschen Kalibrierdienst (DKD) und die Industrie von Bedeutung.

Zur rückführbaren Kalibrierung von Phasenwinkel-Messgeräten wurde in der PTB ein Messplatz entwickelt und aufgebaut. Er basiert auf einer programmierbaren, digitalen Doppel-Wechselspannungsquelle und einem zweikanaligen Abtastverfahren. Die Spannungsquelle generiert zwei sinusförmige Spannungen, die Referenzspannung UR und die Signalspannung US, mit Amplituden zwischen 0,1 V und 7 V, die in ihrer Phase zueinander im Bereich 0° bis 360° verschoben werden können. Diese Spannungen werden als Kalibriersignale an das Phasenwinkel-Messgerät angelegt. Das Abtastverfahren ermittelt unter Anwendung der diskreten Fourier-Transformation den Phasenwinkel φS-R zwischen US und UR mit Unsicherheiten (k = 2) bis hinab zu 0,001°. Die Differenz aus dem vom Phasenwinkel-Messgerät angezeigten Messwert und φS-R ist das Ergebnis der Kalibrierung.

Das Verfahren arbeitet im Frequenzbereich von einigen Hz bis 1 kHz. Unter Verwendung von Spannungs- und Transkonduktanzverstärkern in Verbindung mit induktiven Spannungsteilern und Strom/Spannungs-Wandlern kann auch der Phasenwinkel zwischen Spannungen von 5 mV bis 500 V und Stromstärken im Bereich 50 mA und 10 A dargestellt und gemessen werden.