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. Fernmesseinrichtung für elektrische Energie
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernmessung des Verbrauches von elektrischer Energie, unter Verwendung von Sendezählern, deren Signalimpulse einer Sammelstelle mit wenigstens zwei In- formationsspeichern zugeleitet werden.
Bei derartigen Fernmesseinrichtungen wird der Energiedurchsatz z. B. in Unterstationen eines Energie- verteilungsnetzes, inKraftzentralen oder auch an geeigneten Verzweigungsstellen eines vermaschten Ver- sorgungsnetzes mittels sogenannter Sendezähler gemessen. Sendezähler besitzen neben einem normalen mechanischen Zählwerk einen mechanischen oder elektronischen Impulsgeber, durch den bei jeder Um- drehung oder nach jeweils einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen der Zählerscheibe ein Signal als elektrischer Impuls über einen Signalkanal, z.
B. über ein Kabel, an eine Sammelstelle gesendet wird : jedem dieser Impulsgeber ist nun ein eigenes Zählwerk in der Sammelstelle zugeordnet, das durch jeden vom zugehörigen Sendezähler eintreffenden Impuls um eine Zähleinheit fortgeschaltet wird und die jeweilige Impulssumme in digitaler Form anzeigt.
Bei diesen bekannten Fernmesseinrichtungen dauert jedoch die Abfrage der Zählergebnisse Verhältnis- mässig lange ; zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ablesungen ein und desselben Impulszählwerkes liegt also eine geraume Integrationszeit, wodurch die in den Impulsserien der Sendezähler als Impulsabstände enthaltenen Informationen über die momentanen Verbrauchswerte weitgehend verlorengehen.
Aus bekannten Impulszählwerken und Ablesegeräten aufgebaute Fernmesseinrichtungen haben zwar bereits einen hohen und im wesentlichen abgeschlossenen Entwicklungsstand erreicht, sie sind jedoch sehr umfangreich und kompliziert aufgebaut und erfordern eine erhebliche Wartung ; auch steht die Trägheit dieser Einrichtungen einem wirtschaftlichen Einsatz moderner elektronischer Datenverarbeitungs-Anlagen für die Auswertung der Messergebnisse entgegen.
Nach der Erfindung werden nun bei Fernmesseinrichtungen der eingangs beschriebenen Art alle diese Nachteile dadurch behoben, dass die Informationsspeicher als Analogspeicher für von den Sendezählern abgegebene Signalimpulsreihen ausgebildet sind und abwechselnd einer derselben während desSpeichervorganges eine geringe, durch eine wählbare Integrationszeit bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit und der andere für die Dauer der Ablesung eine vergleicbsweise hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt.
Bei dieser Fernmesseinrichtung werden bekannte elektronische Wirkungen in einen völlig neuartigen Zusammenhang gebracht und die Einrichtung zeichnet sich gegenüber dem bisher bekannten durch einfachen, raumsparenden Aufbau, geringen Wartungsbedarf und vor allem durch hohe Messgeschwindigkeit aus, wobei eine Zeitraffung bei der Messwertbildung kurze Ablesepeioden und den Einsatz elektronischer Datenverarbeitungs-Anlagen zur Auswertung der Zählerinformationen zulässt ; dadurch werden unter anderem in ausgedehnten, vermaschten Energienetzen gänzlich neue, volkswirtschaftlichen Gewinn bringende Möglichkeiten für die Lastverteilung erschlossen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Fernmesseinrichtung in Fig. 1 im Blockschema dargestellt ; Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdetail.
In Fig. l sind Sendezähler 1 angedeutet, deren jeder einen Signalkontakt 2 besitzt. Von jedem Signalkontakt 2 führt einSignalkanal3 zur Sammelstelle und dort zu jeweils einer dem betreffenden Senderzähler zugeordneten Eingabeleitung 4, welche den Impulseingang einer Speichereinheit darstellt, deren jede aus zwei Schreib- und Leseelementen, im vorliegenden Beispiel aus zwei Magnetköpfen 5, 6, mit Wahltoren 7 und 8 besteht.
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Für jeden der in Fig. l in willkürlicher Anzahl dargestellten Sendezähler 1 muss in der Sammelstelle eine Speichereinheit vorgesehen sein ; ausserdem ist eine zusätzliche Speichereinheit für einen Zeitmar- kengeber 9 erforderlich.
Jedem Magnetkopf 5, 6 ist eine Magnetspur 10 auf einer als Informationsspeicher dienenden Magnet- speichertrommel 11 bzw. 12 zugeordnet. Die Magnetspeichertrommeln 11, 12 werden über je ein Schalt- getriebe 13 bzw. 14 durch je einen Elektromotor 15 bzw. 16 angetrieben.
Jedes der gezeichneten sechzehn Wahltore 7, 8 besitzt einen Steuereingang 17, einen Impulsein- gang 18 und einen Impulsausgang 19. Von einem Programmgeber 20 führen Steuerkanäle 21, 22 zu den
Steuereingängen 17 der Wahltore 7, 8 sowie zu den Schaltgetrieben 13 und 14, während ein als Digital- speicher ausgebildeter (Magnet-) Scheibenspeicher 23 über eine Wirkverbindung 24, und ein Umschlüss- ler 25 über eine Leitung 26 an den Programmgeber 20 angeschlossen sind, der ausserdem über eine Kom- mandoleitung 27 mit einem Übertrager 28 und über eine Steuerleitung 29 mit einer dem Scheibenspei- cher 23 zugeordneten Gruppe von Torschaltungen 30 verbunden ist.
Sammelleitungen 31 und 32 führen die an den Impulsausgängen 19 aller der zu Sendezählern gehö- renden Wahltore 7, 8 auftretenden Signale einem Koinzidenzdiskriminator 33 zu, dem auch die Zeitim- pulse aus der Speichereinheit des Zeitmarkengebers 9 über eine Signalleitung 34 aufgeschaltet sind. Der
Koinzidenzdiskriminator 33 besitzt einen Zählausgang 35, von dem die zu zählenden Impulse über ein
Zählwerk 36 und den Übertrager 28 zu einem Addierwerk 37 gelangen können, sowie einen Ausgang 38, der über einen Koinzidenzspeicher 39 und'den Übertrager 28 sowie über ein Korrekturglied 40 ebenfalls mit dem Addierwerk 37 in Wirkverbindung steht.
Das Addierwerk 37 arbeitet über Verbindungen 41 und 42 sowie über ein Schreib-Lesetor 43 und die Torschaltungen 30 mit dem Scheibenspeicher 23 zusammen. Eine Ausgangsleitung 44 verbindet die Torschaltungen 30 mit dem Umschlüssler 25, der mittels einer Leitung 45 an einen Sender 46 angeschlossen ist. Ein Pfeil bezeichnet den Ausgang 47 des Senders 46, welcher ausserdem über eine Wählleitung 48 mittels eines (nicht dargestellten) Messstellenwählers auf die Torschaltungen 30 wirkt.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der gesamten Fernmesseinrichtung wird auch Fig. 2 herangezogen, welche die Schaltung einer Speichereinheit näher veranschaulicht.
- Im oberen Teil der Fig. 2 ist wieder einer der Sendezähler 1 mit demSignalkontakt 2 angedeutet, der einerseits beim Punkt 49 an ein gegen Erde positives Potential und anderseits über den Signalkanal 3 an einen über einen Widerstand 50 geerdeten Schaltungspunkt 51 an die Eingabeleitung 4 angeschlossen ist. Die Eingabeleitung 4 verbindet die Eingänge zweier elektronischer Schalter, im vorliegenden Beispiel die Emitter 52 und 53 zweier Schalttransistoren 54 und 55, deren Kollektoren 56 und 57 zu je einer Wicklungsanzapfung 58, 59 der Magnetköpfe 5 und 6 geführt sind.
Die Wicklungsenden 60 und 61 der Magnetköpfe 5 und 6 liegen auf Erdpotential, während die Wicklungsenden 62 und 63 über einen Widerstand 64 bzw. 65, Leitungen 66 bzw. 67 und eine Diode 68 bzw. 69 mit einem Sammelpunkt 70 in Verbindung stehen, wobei von den Leitungen 66 und 67 je ein aus einem Kondensator 71 bzw. 72 und einer Diode 73 bzw. 74 bestehendes, auf Erdpotential führendes Integrierglied 75 bzw. 76 abzweigt.
Im Programmgeber 20 befinden sich unter anderem vier Umschalter 77, 78, 79 und 80, vorzugsweise elektronische Schalter, zur Vertauschung der Potentiale von Steuerleitungen 81, 82, 83, 84, wovon die Steuerleitungen 81 und 82 vonErdpotential auf positives Potential gegen Erde. die Steuerleitungen 83 und 84 von Erdpotential auf negatives Potential gegen Erde umgeschaltet werden können.
Es sei hier erwähnt, dass jeder der beiden im Programmgeber 20 zusammenlaufenden gleichartigen Steuerkanäle 21 und 22 (vgl. Fig. l) aus den vier Steuerleitungen 81, 82, 8. 3 und 84 besteht.
Die im oberen Teil der Fig. 2 dargestellte Speichereinheit ist nun, ausgehend von Basiswiderständen 85, 86, über Leitungen 87 und 88 an die Steuerleitungen 81 und 82 sowie von Schaltungspunkten 89 und 90 aus über Dioden 91 und 92 mittels Leitungen 93 und 94 an die Steuerleitungen 83 und 84 angeschlossen.
Der Sammelpunkt 70 ist über einen Widerstand 95 geerdet und ausserdem mit der Steuerelektrode eines Ausgangsverstärkers, z. B. mit der Basis 96 eines Verstärkertransistors 97 verbunden, dessenEmitter 98 über einen Widerstand 99 an Erde und dessen Kollektor 100 über einen Widerstand 101 annegativempotential gegen Erde liegt.
Vom Kollektor 100, dem Impulsausgang des Verstärkertransistors 97, führt eine Impulsleitung 102 über eine Diode 103 zu einem Schaltungspunkt 104, der einerseits über einen Widerstand 105 geerdet ist und der anderseits als Anschlusspunkt der Speichereinheit an eine Sammelleitung 106 dient, welche zum Koinzidenzdiskriminator 33 führt. (DieSammelleitung 106 in Fig. 2 verkörpert die mit Rücksicht auf eine übersichtliche Darstellung in Fig. 1 getrennt gezeichneten Sammelleitungen 31 und 32 und ist mit diesen identisch.)
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EineLeitung 107 verbindet den Schaltungspunkt 104 mit einem nichtgezeichnetenKoordinatenwähler im Programmgeber 20.
Durch von einer Klammer 108 symbolisch zusammengefasste Abzweigungen von den Steuerleitungen 81 bis S4 sowie durch eine Abzweigung 109 von der Sammelleitung 106 ist der Anschluss weiterer Speichereinhei- ten angedeutet. In der elektrischen Verbindung zwischen dem Schaltungspunkt 104 und der Sammellei- tung 106 liegt eine Diode 110.
Die beiden in Fig. 1 gezeigten Magnetspeichertrommeln 11 und 12 dienen abwechselnd der Speiche- rung und der Ausgabe der von den Sendezählern gesendeten Signalimpulse, u. zw. derart, dass jeweils auf die eine Magnetspeichertrommel langsam eingegeben, während von der andern Magnetspeichertrommel schnell abgelesen wird.
Mit der nun folgenden Betrachtung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes sei willkürlich in jener Zeitspanne, d. h. in jener Ableseperiode des praktisch ununterbrochenen Betriebes der Fernmessein- richtung begonnen, in welcher die Eingabe der Signalimpulse gerade auf die Magnetspeichertrommel 11 erfolgt. Die Arbeitsgeschwindigkeit, im vorliegenden Beispiel die Drehgeschwindigkeit der Magnetspei- chertrommel 11, ist dabei so bemessen, dass diese innerhalb einer Ableseperiode nicht ganz eine Umdre- hung vollführt.
Die Dauer einer Ableseperiode, das ist die bereits erwähnte Integrationszeit, und damit die Drehge- schwindigkeit derjenigen Magnetspeichertrommel, auf welche eingegeben wird, richtet sich nach der je- weils gewünschten zeitlichen Auflösung, die mit. der Fernmesseinrichtung für eine bestimmte Messaufgabe erzielt werden soll ; sie kann beispielsweise 15 min betragen.
In dem zunächst betrachteten Zeitabschnitt sind die Impulseingänge 18 aller den Magnetköpfen 5 der
Magnetspeichertrommel 11 zugeordneten Wahltore 7 geöffnet und die Impulseingänge 18 der zu den Magnetköpfen 6 der Magnetspeichertrommel12 gehörenden Wahltore 8 geschlossen. DieSchalter 77 und 78 des Programmgebers 20 (vgl. Fig. 2) stehen dabei in der gezeichneten Stellung, so dass das Basispotential des Schalttransistors 54 abgesenkt, dieser also leitend ist, und anderseits ein positives Basispotential den Schalttransistor 55 sperrt.
Beim kurzzeitigenschliessen dessendekontaktes 2 imSendezähler 1 fliesst über denSignalkanal 3 ein Stromstoss durch den Widerstand 50 und ebenfalls durch die Wicklung des Magnetkopfes 5 gegen Erde, wobei dieser Impuls auf der Magnetspeichertrommel 11 aufgezeichnet wird. Analoges gilt für dieSignalimpulse der übrigen an die Einrichtung angeschlossenen Sendezähler.
Während dieses Vorganges sind dieImpulsausgänge 19 allerWahltore 7geschlossen und dielmpulsausgänge 19 aller Wahltore 8 geöffnet, wobei sich die Schalter 79 und 80 (Fig. 2) des Programmgebers 20 in der gezeichneten Stellung befinden, so dass derSchaltungspunkt 89 aufErdpotential, der Schaltungspunkt 90 aufnegativem Potential gegenErde liegt. Dadurch können nur Impulse vom Magnetkopf 6, nicht aber vom Magnetkopf 5 zum Sammelpunkt 70 gelangen.
Kurz vor Beendigung der Ableseperiode schliesst der Programmgeber 20 jedoch auch die Impulsausgänge 19 der Wahltore 8 und öffnet dafür deren Impulseingänge 18 durch Umlegen der Umschalter 77 und 79. Alle von diesem Zeitpunkt an eintreffenden Signalimpulse werden daher auf beide Magnetspeichertrommeln 11, 12 eingegeben.
Am Schluss der Ableseperiode sendet der Zeitmarkengeber 9 einen Zeitimpuls, der als Zeitmarke auf beide Magnetspeichertrommeln 11, 12 gelangt. Gleichzeitig erhält der Programmgeber 20 ein Signal des Zeitmarkengebers 9 und bewirkt daraufhin folgende Vorgänge :
Zunächst werden dieUmschalter 77 - 80 so betätigt, dass nunmehr alle Impulseingänge 18 der Wahltore 7 geschlossen und alle Impulsausgänge derselben geöffnet werden. Die Rollen der beiden Magnetspeichertrommeln sind damit vertauscht.
Die vorher auf die Magnetspeichertrommel 11 eingegebenen Impulse werden nunmehr abgelesen.
Gleichzeitig mit der Umschaltung der Wahltore 7 hat das Schaltgetriebe 13 einen Umschaltbefehl erhalten und die Drehzahl der Magnetspeichertrommel 11 stark erhöht, z. B. im Verhältnis 1 : 3600.
Der Programmgeber 20 wählt nun mittels eines Koordinatenwählers die einzelnen Spureinheiten nacheinander an, indem über die Leitung 107 (Fig. 2) der (ein Kriterium für die Durchlässigkeit der Impulsleitung 102 darstellende) elektrische Zustand des Schaltungspunktes 104 in der Weise geändert wird, dass Impulse, die von der Magnetspeichertrommel 11 durch den Magnetkopf 5 abgelesen wurden und nun über den Sammelpunkt 70 und den Verstärkertransistor 97 zum Schaltungspunkt 104 gelangen, über die Sam- melleitung 106 in den Koinzidenzdiskriminator 33 einlaufen können, von dem sie an das Impulszählwerk 36 (Fig. l) weitergeleitet werden.
Sobald eine Magnetspur 10 ausgezählt ist, steuert der Programmgeber 20 den Übertrager 28 aus, der
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nun das Zählergebnis aus dem Zählwerk 36 übernimmt und es in digitaler Form dem Addierwerk 37 zuführt. Gleichzeitig wird der Zählerstand, welcher vom gleichen Zähler in der vorausgehenden Ableseperiode ermittelt worden ist, durch den Programmgeber 20 aus dem Scheibenspeicher 23 abgerufen und
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Die Ablesung aller Magnetspuren 10 vollzieht sich in der gleichen Weise. Während der Ablesung einer Magnetspeichertrommel bleibt der entsprechende Impulsausgang des Wahltores der dem Zeitmarkengeber 9 zugeordneten Speichereinheit ständig geöffnet. Am Schluss der Ablesungen wird die Magnetspeichertrommel 11 gelöscht und auf die Eingabedrehzahl zurückgeschaltet.
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wieder auf beide Magnetspeichertrommeln eingegeben und bei Erscheinen der Zeitmarke nunmehr die Magnetspeichertrommel 12 auf Ablesung geschaltet und in gleicher Weise abgelesen, wie bereits für die Magnetspeichertrommel 11 beschrieben.
Jede Zeitmarke bezeichnet das Ende der laufenden und den Beginn der nächsten Ableseperiode. Die Auszählung der einzelnen Signalimpulse, deren jedem mitunter ein beträchtlicher Geldwert zukommt, erfolgt von Zeitmarke zu Zeitmarke. Damit keiner der Signalimpulse verloren geht, werden diese, wie bereits erläutert, kurze Zeit vor und kurze Zeit nach dem Erscheinen einer Zeitmarke auf beide Magnetspeichertrommeln gleichzeitig eingegeben, so dass sich die Registrierungen überdecken.
Nun ist es möglich, dass Signalimpulse gleichzeitig mit der Zeitmarke eintreffen ; es ist deshalb zu entscheiden, welcher Ableseperiode derartige Koinzidenzimpulse zugezählt werden müssen. Beispielsweise werden alle Koinzidenzimpulse am Ende einer Ableseperiode nicht der beendeten, dafür der folgenden Ableseperiode zugezählt, deren erster Signalimpuls der Koinzidenzimpuls ist.
Über das Vorliegen einer Gleichzeitigkeit von Signalimpulsen mit der Zeitmarke entscheidet der Koinzidenzdiskriminator 33 und gibt dieKoinzidenztatsache in denKoinzidenzspeicher 39 ein. Der Koinzidenzfall wird nun mittels des Korrekturgliedes 40 bei der Errechnung des Zählerstandes durch das Addier- werk 37 berücksichtigt und zur Kontrolle die Tatsache, dass eine Korrektur erfolgt ist, zusammen mit dem errechneten Zählerstand im Scheibenspeicher 23 festgehalten.
Im Sender 46 befindet sich unter anderem einMessstellenwähler, dervermittels derTorschaltungen 30 die im Scheibenspeicher 23 verzeichneten Zählerstände jedes einzelnen Sendezählers nach einem selb-
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23 den verlangten Zählerstandführt.
Vom Sender 46 aus gelangen nun die verlangten Messwerte, die ein Abbild des differentiellen Energieverbrauches darstellen, an eine zentrale Auswertestelle, in der sie z. B. dekodiert und in einen Lochstreifen übertragen werden. Diese Lochstreifen stehen nun zur beliebigen Auswertung in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage zur Verfügung, welche aus den eintreffenden Messwerten z. B. sofort den optimalen Netzzustand des betreffenden Energieverteilungsnetzes errechnet und über geeignete Kanäle entsprechende Schaltkommandos an Netzstationen sendet.
Auf eine einzige zentrale Auswertestelle können also zahlreiche der beschriebenen Fernmesseinrichtungen arbeiten, da die Auszählung der registrierten Signalimpulse jeweils in einem Bruchteil einer Ableseperiode erfolgt, so dass eine elektronische Datenverarbeitungsanlage voll ausgenutzt werden kann.
Für eine Fernmesseinrichtung gemäss der Erfindung sind Magnettrommeln und Magnetscheiben als Speicherelemente sehr geeignet. jedoch wären grundsätzlich auch andersartige Speicherelemente brauchbar.
Für die Magnetspeichertrommeln 11 und 12 würden beispielsweise Trommeln von 25 cm Umfang und 40 cm Länge genügen. um die Signalimpulse von 100 Sendezählem zu speichern, wenn von jedem Sendezähler je Ableseperiode etwa 4500 Signalimpulse aufgezeichnet werden müssten. Die Zählgeschwindigkeit beim Auszählen der gespeicherten Signalimpulse beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 1800 Im- pulse/sec.
Sollte es sich als vorteilhaft erweisen. Magnetspeichertrommeln mit grösserem Umfang zu verwenden, so wird es mit Rücksicht auf die hohe Drehzahl bei der Ablesung zweckmässig sein, in jeder Speichereinheit nicht je Magnetspeichertrommel nur einen Magnetkopf, sondern deren mehrere anzuordnen und diese mit entsprechenden Torschaltungen zu versehen.
Als Variante wäre noch zu erwähnen, dass an Stelle von Zählerständen mit der beschriebenen Fernmesseinrichtung auch Verbrauchswerte übertragen werden können. Hiebei würde der Umschlüssler 25 unter
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Umgehung desScheibenspeichers 23 unmittelbar aus dem Addierwerk 37 beliefert, wie dies in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Wirklinie angedeutet ist. Der Programmgeber 20 muss in diesemFall jedoch mit dem
Sender 46 synchronisiert sein.
Bei geeigneterAusbildung desKoinzidenzdiskriminators 33 und desUmschlüsslers 25 könnten beisen- dung reiner Verbrauchswerte auch der Koinzidenzspeicher 39 und das Addierwerk 36 entfallen, wodurch die Fernmesseinrichtung besonders einfach würde. Unter reinen Verbrauchswerten sind hier Messwerte zu verstehen, die den differentiellen Verbrauch von elektrischer Energie abbilden, also unmittelbar über die zu einem bestimmten Zeitpunkt an den Verbrauchsstellen entnommene Leistung Auskunft geben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Fernmessung des Verbrauches von elektrischer Energie unter Verwendung von Sen- dezählern, deren Signalimpulse einer Sammelstelle mit wenigstens zwei Informationsspeichern zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsspeicher (11, 12) als Analogspeicher für von den Sendezählern abgegebene Signalimpulsreihen ausgebildet sind und abwechselnd einer derselben während des Speicher Vorganges eine geringe, durch eine wählbare Integrationszeit bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit und der andere für die Dauer der Ablesung eine vergleichsweise hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt.