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Einrichtung zur Stromvergleichung mittels selbstregelnder Belastungswiderstände.
In dem Stammpatente ist allgemein die Verwendung sogenannter, aus Leitern von hohem positiven Temperaturkoeffizienten (insbesondere Eisen) bestehender Variationswiderstände zur Herstellung selbstregelnder Belastungswiderstände vornehmlich zur Zähler-und ähnlicher Eichung beschrieben.
Die verschiedenen darin angegebenen Zusammenstellungen bestehen in dt-r Regel aus der Hintereinanderschaltung von solchen, den Strom innerhalb gewisser Grenzen von Spannungsschwankungen konstant haltenden Variatoren mit Widerständen von möglichst geringem Temperaturkoeffizienten, also praktisch unveränderlichen Widerständen. An letzteren erhält man alsdann annähernd konstante Spannung, so dass man aus dem Produkt Ampère mal Volt annähernd gleichbleibende Watt erreicht.
In vielen Fällen des Betriebes ist es nun aber einerseits nicht immer erforderlich Watteichungen vorzunehmen, z. B. bei der Kontrolle von Amperestundenzählern. so dass man den Zusammenbau der Reihenschaltung von Variatoren mit unveränderlichen Widerständen ersparen kann, andererseits kann man bei Verzicht auf die gleichzeitige Anwendung konstanter Messspannung, wie sie an den Enden der unveränderlichen Widerstände h'rrscht, auch eine grössere Empfindlichkeit und Genauigkeit der Einrichtung bei erhöhter Einfachheit des Aufbaus erzielen.
Wenn man auch ohne weiteres die blosse Stromvergleichung mit der in der Patentschrift Nr. 25467 beschriebenen Anordnung bewirken kann, so sind dem"Regelungsgebiet" der Variatoren in der Regel bei gleichzeitiger Benutzung der konstant erhaltenen Spannung dadurch ziemlich enge Grenzen gezogen, dass man zur Vermeidung von Gangfehlern der zu eichenden Zähler die so erhaltene, an den Zählernebenschluss anzulegende., Messspannung" möglichst hoch, also den Spannungsverlust in den die Regelung bewirkenden-den konstanten Widerständen vorgeschalteten-Variatoren möglichst gering wählen muss. Ein solcher Variator verbraucht z. B. bei 220 Volt-Netzen normal 20 Volt, so dass am Zählernebenschluss dann 200 Volt herrschen ; bei 210 Volt würde der Variator nur ca. 10 Volt, bei 230 Volt ca. 30 Volt verbrauchen.
Diese Regelungsfähigkeit von 10-30 Volt oder für die Betriebsspannung innerhalb 210 bis 230 Volt würde bereits das praktisch erreichbare Maximum darstellen, es entspräche dies aber doch erst weniger als 5% Spannungsschwankung.
Will man weitere Regelungsgrenzen erlangen, so muss man demnach mehr durchschnittlichen Spannungsverlust in den Variatoren zulassen, auf Kosten der Messspannung, die am Zählernebenschluss dann bald unter das zulässige Mass sinken kann, und so neue Eichfehlerquellen mit sich bringen würde.
Da eine zu stark erniedrigt Messspannung schliesslich praktisch zwecklos wäre, so gelangt man somit für Fälle, in denen man sie nicht benötigt, zum gänzlichen Verzicht auf den konstanten Widerstand, d. h. man schaltet nur die Variationswiderstände zwischen die Betriebsspannung.
Alsdann erlangt man den besonders grossen Vorteil des höchstmöglichen Regelungsgebietes, indem z. B. zwischen 180 und 240 Volt Spannungsschwankung nur eine verschwindend geringe
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Stromänderung sich bemerkbar macht. Man erzielt ferner den Vorteil grösserer Unabhängigkeit der Variatoren von äusseren Temperatureinflüsscn, da die Eisendrahtspiralen bei der grossen Wattaufnahme (z. B. 2 Ampère mal 110 Volt in einem einzigen Glasgefäss) von einer grossen Wa8serstofimenge umgeben sein müssen und so gegen die äusseren auf die Glaswandungen wirkenden Einflüsse der Umgebung mehr geschützt sind.
Ausserdem gestaltet sich der Aufbau erheblich einfacher als sonst und man braucht bei den weiten Regelungsgrenzen keine Einstellung auf bestimmte genaue mittlere Betriebsspannungen vorzunehmen. Dies ist sonst bei kleinen Variatoren z. B. für 215 Volt-Netze, gegenüber 220 oder 225 Volt-Anlagen mittels Veränderung der Länge des konstanten Widerstandesmaterials nötig, da ja dort bei der mittleren Betriebsspannung am Variator ziemlich genau z. B. 20 Volt verbraucht werden sollen, wenn man die Grenzen'on db 10 Volt Regelungsgebiet behalten will.
Dem gegenüber bleiben bei einer Regelungsfähigkeit von z. B. 180 bis 240 Volt immer noch genügend weite Regelungsgrenzen übrig, gleichviel, ob die mittlere Spannung 190 oder 230 Volt beträgt.
Aus allen diesen Gründen, die die Erfahrungen der Praxis ergeben, gelangt man zu der besonderen Ausführungsform des im Stammpatente Nr. 25467 beschriebenen Verfahrens unter ausschliesslicher Benutzung von Variatoren aus Leitern von hohem positiven Temperaturkoeffizienten.
Diese Anordnung eines Belastungswiderstandes BW ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, und zwar z. B. für zwei Spannungen, wie sie im Dreileitersystem vorkommen, nämlich 110 und
220 Volt oder 220 und 440 Volt u. s. w.
Durch Va sind die verschieden grossen Elemente der Variatoren dargestellt, die auch nach Erfordern parallel oder hintereinander geschaltet werden können, a bezeichnet die Ausschalter und b, c und d bezeichnen kleine Schaltvorrichtungen.
Bei doppelter Spannung, z. B. 220 Volt ist c geöffnet und zwischen : i- sind die Variatoren jeder Stufe ohne Benutzung des Nulleiters zu einander in Serie geschaltet. Dagegen bei halber
Spannung, z. B. 110 Volt wird der Schalter c geschlossen, hierdurch sind die Aussenleiter mit- einander parallel geschaltet und alle Elementengruppen befinden sich in Parallelschaltung.
Wie die Zeichnung zeigt, lässt sich z. B. der ganze Belastungswiderstand nach Erfordern in fünf Htufen ein-und ausschalten.
Schaltet man einen solchen Belastungswiderstand BW gemäss Fig. 3 hinter die Hauptstromspule H eines Zählers, nachdem die Installation L abgeschaltet ist, so durchfliesst der trotz aller Spannungsschwankungen selbsttätig konstant erhaltene Strom, welcher der Zahl der ein- geschalteten Variatoren Va entspricht, die Hauptstromspulen des Zahlers und ermöglicht eine sogenannte Ampereatundeneicbung.
Will man jedoch ausserdem die konstant bleibenden Watt erhalten, so ist es erforderlich auch die Spannung, an welche der Nebenschluss as des Zählers angelegt wird, selbsttätig konstant zu erhalten.
Dies geschieht gemäss Fig. 1 und Fig. 2, welch letztere Zeichnung die Schaltung zur Wattstundeneichung darstellt.
In Fig. I und Fig. 2 ist zu diesem Behuf eine sogenannte Spannungsabteilung am Belastungswiderstande BW vorgesehen, bestehend aus dem Variator F , in der Regel einem kleinen
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z. B. Konstanten. Bei Aussenleiterspannung erfolgt der Anschluss von d an die Minusklemme. während b nicht angeschlossen wird. Es sind dann also VS, R, Wr und WH hintereinander z. B. zwischen 220 Volt geschaltet. Die Stromstärke beträgt in der Regel 1/2 Ampère, an Vs herrschen 20 Volt, an den übrigen konstanten Widerständen zusammen 200 Volt.
An diese letzteren, nämlich zwischen Anschlussklemme x und dem Minuspol (bei d) wird die Nebenschlussspule N des Wattstundenzählers gemäss Fig. 2 angeschlossen, sie erhält also 200 Volt konstant, da der Variator Vs bei niedrigerer Netzspannung, z. B. 210 Volt selbst nur 10 Volt, bei höherer Spannung z. B. 230 Volt, 30 Volt aufnimmt. Analog herrschen bei 110 Volt an Rund Wr zusammen 90 Volt, also zwischen x und b, welches bei 0 angeschlossen wird, während d offen ist. Die konstante Spannung ? wischen 6 und x wird wiederum dem Nebenschluss N zugeführt.
Es empfiehlt sich einen kleinen Regulierwiderstand R in die Spannungsabteilung einzuschalten, um auf diese Weise für die verschiedenen in Frage kommenden Widerstandsverhältnisse der Zählernebenschlüsse Rücksicht zu nehmen. Denn der Eigenverbrauch der verschiedenen Zählersysteme differiert zwischen etwa 1/25 und /iQ Ampère und man würde ohne N achregtùierung bei R nicht stets die gewünschte konstante Spannung von 90 oder 200 Volt erhalten, sondern bei unverändertem konstanten Widerstände oder W, wäre die dem Neben- schluss eines Zählers zugeführte Erregungsspannung umso kleiner, je geringer sein Eigenwiderstand ist. Dies ist aber sehr bequem durch Verstellung von R zu kompensieren, wobei R gleich nach dem Eigenwiderstande von Zählern z.
B. 2000, 4000 u. s. w. Ohm eingestellt sein kann.
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Ohne einen solchen Begulierwiderstand müsste man eine entsprechende Korrektur erforderlichenfalls berücksichtigen.
Je nachdem man nur Ampèrestunden oder auch Wattstunden vergleichen will, operiert man nach Fig. 3 oder Fig. 2.
Der Vorteil der vorstehend beschriebenen Anordnung von selbstregelnden Belastung- widerständen besteht darin, dass man nicht allein die Wahl hat, nach Ampère- oder Wattstunden zu eichen, im ersteren Falle also die unter Umständen störende Erniedrigung der Nebenschlusserregung (z. B. 200 statt 220 Volt) entbehren kann, sondern vor allem auch darin, dass das Reguliergebiet derartig grosse lediglich aus Eisen hergestellte Abteilungen, also grosser Variatoren, die 110 oder 220 Volt Spannung aufnehmen und hierbei in Rotglut geraten, ein erheblich grösseres ist als, dasjenige der früher benutzten, nur für etwa 1/lo der Betriebsspannung bemessenen Variatoren. Somit ist innerhalb wesentlich weiterer Grenzen als früher z. B. zwischen 200 und 240 Volt der Strom genau konstant.
Ausserdem aber ist auch der Aufbau infolge des Fortfalls der Kombination kleiner Variatoren und konstanter Widerstände erheblich vereinfacht. Auch braucht man keinerlei Justierung vorzunehmen, sondern kann ein und denselben Belastungwiderstand ebenso gut in einem Netz von 210 Volt wie auch in einem solchen von 230 Volt verwenden. Statt der einen Spannungsabteilung, die natürlich auch gleichzeitig als Strombelastung dienen kann (wie in Fig. 2), lassen sich auf Wunsch natürlich auch mehrere versehen.
Ebenso kann man auch bei dieser Art von Belastungswiderständen, wenn sie für Wechsel-oder Drehstrom benutzt werden, die bereits früher beschriebene Spannungstransformation mit Hilfe eines
Spartransformators anwenden, wodurch man die reduzierte an den Widerständen Rund Wr oderw, und Wl, herrschende Messspannung zunächst auf die normale Betriebsspannung erhöht und dieselbe dem Zählernebenschluss zuführt, um etwaige Fehler, die von der geringeren Spannung herrühren, zu eliminieren.
Es tritt hierbei aber eine Erscheinung ein, die unter Umständen störend wirken kann.
Die Variatoren weisen im anfänglich kalten Zustande nur einen annähernd 10mal geringeren
Widerstand auf als bei gliihendem Zustande. Daher erhält man anfangs einen erheblichen Strom- stoss, so durch einen z. B. für 10 Ampere normal bestimmten Belastungswiderstand, der etwa aus fünf parallel geschalteten Elementen zu je 2 Ampère z 220 Volt gebildet ist, einen Stromstoss von fast 100 Ampère, sobald der kalte Widerstand an 220 Volt angelegt wird. Wenn die Dauer dieser Stromsteigerung auch zu kurz ist, um Sicherungen zum Abschmelzen zu bringen, so wird man doch erforderlichenfalls dem übelstande vorbeugen, indem man nach und nach abteilung- weise z.
B. von 2 zu 2 Ampère den Belastungswiderstand einschaltet, oder indem man für den ersten Moment durch einen geeigneten Schalter noch zunächst einen aus Nickelin oder ähnlichem
Material gebildeten Abschwächungswiderstand mit vorschaltet, der schon nach etwa 1 Sekunde abgeschaltet werden kann, da dann die Eisenwiderstände einen genügenden Erhitzungsgrad angenommen haben und dann allein eingeschaltet werden können.
Je zarter die Eisenwiderstände hergestellt sind, d. h. je mehr dünne Drähte in Parallelschaltung angewendet werden, deren Wärmeträgheit oder Wärmekapazität auf das geringste Mass reduziert ist, desto empfindlicher sind sie, indem sie sofort ansprechen und bei Stromdurchgang einen hohen Erhitzungsgrad annehmen und desto weniger wird der Anfangsstromstoss merklich sein. Alsdann wird auch die Schnelligkeit, mit der sie auf Spannungsänderungen ansprechen und den Strom konstant halten, und damit die Genauigkeit der Eichung sehr gross sein.
An dem Charakter vorstehend beschriebener Einrichtung wird nichts dadurch geändert, dass ein Bruchteil der Spannung etwa von gewöhnlichen oder konstanten Widerständen aufgenommen wird ; z. B. in der Weise. dass man für ein Netz von 150 Volt Spannung 40 Volt an je einem der einzelnen Abteilungen von Variatoren vorgeschalteten Nickelinwiderstande aufnehmen lässt, während 110 Volt von den Variatoren normal aufgenommen werden, vielleicht deshalb, weil man nicht eine Spezialtype von Variatoren für die vollen 150 Volt beschaffen will oder in ähnlichen Fällen.
Jedenfalls wird aber immer ein grösserer Teil der Spannung durch die Variatoren absorbiert, bezw. es wird nicht gleichzeitig auf die Erlangung einer konstanten Spannung mit den gleichen Variatorabteilungen für die Erregung des Nebenschlusses der Zähler reflektiert.
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