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Einrichtung zur Bestimmung der Scheinenergie aus den Meßwerten eines
Wirk- und eines Blindverbrauchszählers In der Tariftechnik der Elektrizitätswirtschaft
stellen die Meß- und Anzeigegeräte für die Ermittlung der Scheinenergie, insbesondere
solche, die auch die Feststellung der mittleren Scheinleistung über feste Meßperioden
ermöglichen, Meßgeräte von größter wirtschaftlicher Bedeutung dar. Dieser Bedeutung
entsprechend ist eine Reihe von Lösungen bekanntgeworden, die sich in drei Gruppen
einteilen lassen. Eine erste Gruppe, die unter dem Namen Milschver,brauchzähler
bekanntgeworden ist, ist nur bedingt anwendbar, da ihre Anzeigefehler nur in einem
verhältnismäßig engen Bereich des bei der Einstellung derartiger Apparate als wahrscheinlich
festzulegenden Leistungsfaktors befriedigen können. Die zweite Gruppe stellt über
ein Kugelgetriebe die geometrische Summe der jeweiligen Drehzahlgeschswindigkeiten
eines Wirk- und eines Blindverbrauchzählers her, während eine dritte Gruppe unter
Inkaufnahme theoretisch vorausbestimmbarer Fehlergrenzen und auch von Einschränkungen
bezüglich des Bereiches für den Leistungsfaktor mittels sinnreicher Anwendungen
mehrerer Systeme von tSberholungs-und D ifferentialgetrieben eine Antriehs,gesehwindigkeit
für die Scheinleistungsanzeige herstellt.
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Allen diesen bekannten Lösungen ist gemeinsam, daß sie während den
Meßperioden als Leistungsmittelwert die arithmetische Summe der Augenblickswerte
des Scheinverbrauches anzeigen.
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Die im folgenden beschriebene Einrichtung bringt im Gegensatz zu
den bekannten Anordnungen den Schei alei stungsmittelwert während den Meßperioden
als geometrische Summe aus dem während den Meßperioden erfolgten Wirk- und Blindleistungsverbrauch
zur Anzeige. Solange der Leistungsfaktor während einer Meßperiode konstant is.t,
zeigen die Meßeinrichtungen beider Verfahren den gleichen Wert an. Ändert sich aber
der Leistungsfaktor während einer Meßperiode, so zeigen naturgemäß die bisher bekannten
Einrichtungen höhere Werte an als die im folgenden beschriebene Einrichtung. War
z. B. in der ersten Hälfte einer Meßperiode der Leistungsfaktor cos ç = 1 und i.n
der zweiten Hälfte cos = 0 und waren die beiden Verbrauchsbeträge gleich groß und
beispielsweise gleich der Einheit, so zeigen die bekannten Einrichtungen als mittlere
Scheinleistung die arithmetische Summe, d. h. den Wert 2 an, während die im folgenden
beschriebene Einrichtung die geometrische Summe der beiden Verbrauchsbeträge, also
den Wert 1,414 anzeigt. Die Unterschiede können demnach recht beträchtlich werden,
wenn sich der Le.istungsfaktor während den Meßperioden ändert.
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Es ist ein Apparat für die Verrechnung elektrischer Energie bekannt,
bei dem die in Drebstromnetzen vorkommende ungleiche Belastung der Zweige berück-
sichtigt
wird. Dazu werden besonders ausgebildete Zähler eingesetzt, die in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht sind und von denen der eine den Wirk-und der andere den Blindverbrauch
ermittelt. Zur Bestimmung des Scheinverbrauchs dient eine beiden Zählern gemeinsame
Anzeigeeinrichtung, durch welche die in einer Meßperiode auftretenden Mittelwerte
von Wirk- und Blindverbrauch geometrisch so zusammengesetzt werden, daß der größte
innerhalb einer längeren Zeitperiode aufgetretene Mittelwert des Scheinverbrauchs
mittels eines Maximumzeigers auf einer Skala abgelesen werden kann. Die geometrische
Summiereinrichtung besitzt zwei Schlitten, die längs zweier aufeinander senkrecht
stehender Bahnen verschiebbar sind und sich in Abhängigkeit der Verbrauchswerte
einstellen. Diese Einrichtung weist jedoch verschiedene Mängel auf, die ihre praktische
Anwendbarkeit beeinträchtigen. Die anscheinend einfach ausführbare Ermittlung des
Kreuzungspunktes zweier Zeiger erfordert, daß der eine Zeiger doppelt ist und der
andere sich dazwischen bewegt und diaß außerdem drei auf einer Achse gelagerte Rollen
vorgesehen sind. An diese Achse ist ein Bügel zu befestigen und daran das für die
Übertragung benötigte Seil. Letzteres muß natürlich straff gespannt sein, da sonst
nur recht mangelhafte Bewegungsübertragungen möglich wären. Dies bedingt wiederum,
daß die Zeiger entsprechend kräftig ausgebildet und ebenso gelagert werden. Die
Folge davon ist, daß die Zeiger praktisch verhältnismäßig breit ausfallen, womit
erst die
Schenkellänge des Seillbügells festliegt. Diese wird nun
auf alle Fälle so groß, daß die beiden Zeiger die Nullmarke ihrer zugeordneten Skalen
nicht erreichen können bzw. nicht einmal die nähere Umgebung derselben, da der Bügel
dort auf die beiden im Nullpunkt angeordneten Fühfungsrollen für das Seil auftrifft.
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Ein weiterer, praktisch sehr schwerwiegender Nachteil der bekannten
Einrichtung ist die verhältnismäßig sehr große Platzbeanspruchung. Soll mit der
Einrichtung eine eindeutige Messung vorgenommen werden, so kann die Skalafläche
ein bestimmtes Maß keineswegs unterschreiten. Die für die Verstellung der Zeiger
benötigten Zahnstangen ragen nun längs zwei Seiten der Skalafläche mindestens um
die Länge dieser Seite hinaus, wodurch praktisch eine viermal größere Fläche als
die Skalafläche benötigt wird. Zu beachten i.st dabei, daß die Zahn stangen bei
der bekannten Einrichtung keineswegs durch Seilzüge ersetzbar sind, weil mit diesen
die Zeiger nicht starr genug geführt werden können.
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Die vorstehend erläuterten Mängel sind bei der vorliegenden Erfindung
nicht vorhanden, sondern es ist hiermit eine Einrichtung geschaffen, die bei verhältnismäß.ig
geringer Blatzbeanspruchung eine exakte geometrische Summierung durchführt und anzeigt.
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Es handelt sich bei der vorliegenden Erfindung ebenfall.s um eine
Einrichtung zur Bestimmung der Scheinenergie aus den Meßwerten eines Wirk- und eines
Blindverbrauchszählers als geometrische Summe der während konstanter Meßperioden
anfallenden Verbrauchswerte, bei der eine geometrische Summiereinrichtung mit zwei
Schlitten vorgesehen ist, die längs zweier aufeinander senkrecht stehender Bahnen
verschiebbar sind und sich in Abhängigkeit der Verhrauchswerte einstellen. Kennzeichnend
für die Erfindung ist ein Differentialgetriebe, dessen erstes Sonnenrad mittels
eines Seilzuges proportional den Verstellungen des ersten Schlittens und dessen
zweites Sonnenrad mittels eines Seilzuges verstellt wird, welcher mit seinen Enden
am zweiten Schlitten befestigt und über zwei auf dem ersten Schlitten drehbar gelagerte
Führungsrollen, das zweite Sonnenrad, zwei Führungsrollen und eine dazwischen angeo,rdnete
Spannrolle geführt ist, so daß die Planetenradachse des Differentialgetriebes eine
der Scheinleistung proportionale Verstellung erfährt.
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In der Zeichnung ist e;ine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Darin bedeuten 1 und 2 zwei Schlitten einer geometrischen Summiereinrichtung,
die lãngs zweier senkrecht zueinander stehender Bahnen verschiebbar sind.
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Der Schlitten 1 wird in Abhängigkeit von den Meßwerten eines Wilrkverbrauchzählers
3 über ein auskuppelbares Zahnradgetriebe 4 mittels eines Seilzuges 5 und zweier
Seilrollen 6, 7 verstellt. Der Seilzug 5 ist mit seinem einen Ende an der Seilrolle
6 befestigt, während sein anderes Ende über die Seilrolle 7 geführt und durch eine
Zugfeder 8 gespannt gehalten ist. Der Schlitten 2 wird seinerseits in Abahängigkeit
von den Meßwerten eines Blindverbrauchzählers 9 über ein auskuppelbares Zahnradgetriebe
10 mittels eines Seilzuges 11 und zweier Seilrollen 12, 13 verstellt. Der Seilzug
11 ist mit seinem einen Ende an der Seilrolle 12 befestigt, während sein anderes
Ende über die Seilrolle 13 geführt und durch eine Zugfeder 14 gespannt gehalten
ist.
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In der Nullstellung stehen die beiden Schlitten 1 und 2 gegen Anschläge
15> 16 an.
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Auf dem Schlitten 1 ist ein Stift 17 angeordnet, an dessen Ende ein
Seilzug 18 befestigt ist, welcher über
ein Sonnenrad 19 eines Differentialgetriebes
20 und eine Führungsrolle 21 geführt und mittels einer Zugfeder 22 gespannt gehalten
ist. Mittels des Seilzuges 5 wird der Verbrauchsmeßwert w des Wirkverbrauchzählers
3 auf den Schlitten 1 und über den Seilzug 18 gleichzeitig linear auf das Sonnenrad
19 des i)ifferentialget'riebes 20 übertragen.
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Auf dem Schlitten 2 ist an der Stelle 23 das eine Ende eines Seils
24 befestigt, welches über zwei auf dem Schlitten 1 drehbar gelagerte Führungsrollen
25, 26, ein Sonnenrad 27 des Differential,getriebes 20, eine Führungsrolle 28, eine
unter der Wirkung einer Zugfeder 29 stehende Spanurolle 30 und eine weitere Führungslrolle
31 zu einem zweiten Befestigungspunkt 32 auf dem Schlitten 2 geführt ist. Die Verstellung
des Schlittens 2 um den Betrag b des Blindverbrauches erzeugt zwischen der Bewegungsrichtung
des Schlittens 1 und der Richtung des Seilzuges 24 innerhalb der Befestigungsstelle
23 und der Führungsrolle 25 einen Winkel 47. Die Verschiebungen des Schlitten 2
um aden Betrag b werden durch den Seil zug 24 auf das Sonnenrad 27 des Differentialgetriebes
20 nur dann linear übertragen, wenn sich der Schlitten 1 in seiner Nullstellung
befindet. Befindet sich der Schlitten 1 hingegen in einer beliebigen Lage, d. h.,
ist an ihm ein bestimmter Wirkverbrauchswert w eingestellt worden, und wird nun
am Schlitten 2 ein zusehends größer werdender Blindverbrauchswert b eingestellt,
so wird auf das Sonnenrad 27 nur eine der Differenz der Seilzugstrecke zwischen
der Führungsrolle 25 und der Befesti.gungsstelle 23 weniger dem am Schlitten 1 eingesteMten
Wert w entsprechende Bewegung übertragen. In der Zeichnung ist diese Differenz für
die dargestellte Schlittenlage mit x bezeichnet worden.
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Durch die dargestellten Strahlen ist ferner angedeutet worden, wie
S mit wachsendem b ebenfalls zunimmt, aber nicht linear. Die Planetenradachse 33
des Differentialgetriebes 20 wird nun um einen Betrag gedreht, der proportional
ist der Summe der auf die beiden Sonnenräder 19 und 27 übertragenen Bewegungen,
d. h. verhältnisgleich der Summe w+x. Da diese Summe aber in jedem Augenblick gleich
der Hypotenuse des durch die Katheten w und b gebildeten rechtwinkligen Dreieckes
ist, wird die Planetenradachse 33 um einen Betrag gedreht, der tatsächlich gleich
der geometrischen Summe der beiden Schlittenverschiebungen w und b ist.
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Die Verschiebungen der Schlitten 1 und 2 erfolgen jeweils während
den festen Meßperioden von z. B.
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30 Minuten Dauer. Am Ende einer jeden Meßperiode werden beide Schlitten
gemeinsam in verhältnismäßig kurzer Zeit in ihre Nullagen zurückgeführt Dies geschieht
beispielsweise dadurch, daß die beiden Zahnradkupplungen 4 und 10 durch ein nicht
dargestelltes Zeitwert, wie Schaltuhr, Synchronmeter usw., kurzzeitig entkuppelt
werden. Unter der Wirkung der Zugfeder 8 und 14 kehren dann die Schlitten 1, 2 in
ihre Ausgangslage zurück, worauf die Zahnräderpaare 4 und 10 wieder eingekuppelt
werden und ein neues Meßspiel eingeleitet wird.
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Die Planetenradachse 33 kann mit einem Mitnehmer 34 versehen sein,
durch den ein der Anzeige des während den Meßperioden aufgetretenen Maximums des
Scheinleistungsverbrauches dienender Schleppzeiger 35, dem eine Skala 36 unterlegt
ist, verstellt wird. Am Ende einer Ableseperiode, z. B. eines Monats, wird dann
der vom Schleppzeiger 35 angezeigte Scheinleistungshöchstwert abgelesen und der
Schleppzeiger 35 von Hand oder selbsttätig auf Null gestellt. Besonders im letzten
Fall kann dabei das zu
löschende Meßresultat durch mit dem Schleppzeiger
in Wi rkverhindung stehende Kupplungsmittel gleichzeitig auf ein Zählwerk übertragen
werden. Letzteres zeigt dann die Summe der in den einzelnen Meßperioden aufgetretenen
Höchstwerte an.
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An Stelle der Schleppzeigeranzeige kann mittels der Planetell.radachse
33 auch eine Schreibvorrichtung eines Registrierapparates angetrieben und die mittleren
Scheinleistungswerte auf einen Regi strierstreifen aufgezeichnet werden. Zweckmäßigerweise
erfolgt diese Aufzeichnung am Ende der Meßperiode.
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An Stelle des unmittelbaren Antriebes der beschriebenen geometrischen
Summliereinrichtung durch den Wirkverbrauchzähler 3 und den Blindverbrauchzähler
9 können vorteilhafterweise von den beiden Zählern gesteuerte mittelbare Antriebe,
wie Schrittschaltwerke oder motorische Servoantriebe, treten.
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Besonders in diesem Fall können die je Meßperiode anfallenden Wirk-
und Blindverbrauchswerte auch vorerst gespeichert und erst am Ende der Meßperioden
auf die Schliitten 1, 2 übertragen werden. Die Zugfedern 8 und 14 sind vorzugsweise
so ausgebildet, daß sie über ihren ganzen Streckbereich mit angenähert konstanter
Zugkraft wirken, und sie können auch durch Gewichte ersetzt sein.