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Publication number: DE179199C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Jig 179199 KLASSE 21 e. GRUPPE

Dr. MARTIN KALLMANN in BERLIN.

Belastungswiderstände.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Mai 1906 ab.

In der Patentschrift 163877, Kl. 21 e, ist ein selbstregelnder Belastungswiderstand beschrieben, der auf der Zusammenschaltung von konstanten und variablen Widerständen, sogenannte Variatoren beruht. Letztere bestehen aus Leitern von sehr hohem Temperaturkoeffizienten , insbesondere Eisen, zum Zwecke, um innerhalb bestimmter Grenzen von Betriebsspannungsschwankungen auf mögliehst einfache Art und ohne Nachregulierung bezw. Berechnung Stromstärken und Spannungen, vor allem aber Leistungen vergleichen zu können. Man erzielt hiermit, gleichsam ein Normalkilowatt oder Teile desselben und kann mit Hilfe dessen insbesondere Elektrizitätszähler schnell und bequem eichen. In vorliegender Erfindung werden Einrichtungen derartiger »Vergleichskilowatts« beschrieben, durch welche den Anforderungen des praktischen Betriebes sowohl hinsichtlich der Regulierfähigkeit wie auch der Genauigkeit in weiterem Umfange genügt werden soll, als dies in jener älteren Patentschrift beschrieben ist.

Es zeigt sieh, daß bei Einschaltung eines derartigen selbstregelnden Belastungswiderstandes in einen Stromkreis eine bestimmte Zeit vergeht, bis die Variationswiderstände ihren normalen Erhitzungsgrad, der der betreffenden . Betriebsspannung entspricht, annehmen, es sind dies im besten Falle 2 oder 3 Minuten, oft aber auch' 5 bis 10 Minuten, wenn man nämlich Widerstandselemente von zu großer Wärmekapazität anwendet, die einer naturgemäß längeren Zeit bis zur Erreichung des Beharrungszustandes benötigen.

Ferner beschränkt sich das sogenannte Reguliergebiet der Variatoren auf einen bestimmten Schwankungsbereich, wenigstens, wenn man mit begrenzten Genauigkeitsgraden arbeiten will. So ist das Reguliergebiet z. B. bei einem Eisenwiderstand für 0,25 Ampere etwa von 18 bis 35 Volt innerhalb 1 Prozent der Stromstärke genau, dagegen unterhalb bezw. oberhalb dieser Spannungsbeträge weniger richtig. Die mittlere Spannung für einen solchen Variator wäre somit etwa bei 27'Volt zu wählen, um etwa 10 Volt nach oben und unten noch mit +. 1 Prozent Genauigkeit vom Variator aufnehmen lassen zu können, also z. B. von 210 bis 230 Volt. Demgemäß aber ist auch die an dem konstanten vorgeschalteten Widerstände herrschende sogenannte »Meßspannung« alsdann nur etwa 220 — 27 — etwa 193 Volt und ungefähr ebenso hoch bei allen anderen zwischen 210 und 230 Volt liegenden Spannungen. Je größer das Reguliergebiet gewünscht wird, d. h. je genauer mit anderen Worten das Normalkilowatt bei verschiedenen, selbst stark schwankenden Betriebsspannungen sein soll, desto größer ist demnach auch der von dem Variator absorbierte Spannungsbetrag.

Es ist nun erwünscht, einerseits große Genauigkeit der selbsttätigen Regulierung, andererseits nicht zu niedrige Meßspannungen

(2. Auflage, ausgegeben am 2<S. Juni

zu erreichen, da die Elektrizitätszähler, wenn sie z. B. für normal 220 Volt bemessen sind, bei Meßspannungen unter 190 Volt, d. h. dementsprechender Nebenschlußerregung sonst schon Gangfehler von nicht zu vernachlässigender Größe aufweisen könnten.

Im folgenden sind nun Einrichtungen beschrieben, um diese Fehlerquellen bei selbstregelnden Belastungswiderständen dieser Art möglichst zu verhüten.

Es ist erforderlich, zu diesem Zweck die Einzelelemente des Varationswiderstandes so klein zu wählen, daß sie keine sehr große Wärmekapazität besitzen, damit sie sehr schnell infolge der Zartheit der Eisenspiralen, die sich in Glasbüchsen zweckmäßig mit Wasserstoffüllung befinden, bei Einschaltung in. Glut geraten und den richtigen Erhitzungsgrad erlangen, der der Normalstromstärke

ao entspricht; es sind dies z. B. zweckmäßig Einzelwiderstände, bei denen die Querschnittsbelastung des einzelnen Eisendrahtes nicht mehr als etwa Y₄ Ampere beträgt. Somit braucht man z. B. für ein Normalkilowatt bei 220 Volt, d. h. also etwa 5 Ampere Stromstärke, unter Berücksichtigung der reduzierten Spannung, etwa 20 parallel geschaltete derartige Widerstandselemente. Würde man trägere, also größere Elemente mit etwa Y₂ oder ι Ampere Querschnittsbelastung der einzelnen Eisenspirale anwenden, so würde, selbst wenn man durch äußere Metallkappen, Rippenkörper und dergl. einen besseren Wärmeausgleich schafft, doch eine längere Zeit bis zur Erreichung des Normalzustandes und der genauen Selbstregulierung vergehen. Will man also die Eichung eines Zählers möglichst schnell nach Zwischenschaltung des Belastungswiderstandes beginnen können, so muß man eine entsprechende Unterteilung des Widerstandes zur Verringerung der Wärmekapazität vornehmen, andernfalls würde man bei vorschneller Eichung einen Fehler erhalten, da die von dem kalten Widerstand absorbierte Spannung noch nicht genügend groß ist, und auch die Stromstärke infolgedessen sich noch nicht genügend herunterreguliert hat. Das Produkt aus beiden Einzelfaktoren, das Kilowatt oder Teile oder Vielfache desselben, würde somit entsprechend noch stärker gefälscht.

Handelt es sich um höhere Spannungen als z. B. 220 Volt im Betriebe, also 440, 500 Volt usw., so ist naturgemäß ein Schwankungsbereich von 10 Volt nach oben oder unten oft nicht ausreichend. Man verlangt alsdann in der Regel 20 Volt über oder unter normaler Spannung als Reguliergebiet der Variatoren. Dies ist aber mit einfachen im Handel befindlichen Variationswiderständen kaum erreichbar, oder es würde jedenfalls die Unterbringung so langer Eisendrähte, wie sie hierzu erforderlich wären, andere Mangel mit sich bringen, z. B. zu große Wärmekapazität der Einzelelemente oder Gefahr der Berührung' der wenig stabilen Eisenspiralen in derselben Glasbüchse usw., denn es ist ja bereits erwähnt worden, daß einem großen Reguliergebiet auch ein entsprechender Mindestbetrag der Spannung, der vom Variator zu absorbieren ist und von ihm aufgenommen werden muß, entspricht. Ein Ausweg bietet sich in solchen Fällen durch Hintereinanderschaltung mehrerer kleiner Variatoren, z. B. bei 440 Volt die Hintereinanderschaltung von 2 Elementen, deren jedes normal 27 Volt, wie beschrieben, absorbiert, alsdann erzielt man eine Regulierfähigkeit von etwa 2 χ i8 = 36 bis 2x35 = 70 Volt, also ein Reguliergebiet von etwa 34 Volt event, sogar 40 Volt mit genügender Genauigkeit. Das entspricht einer Spannungsschwankung zwischen z. B. 420 bis 460 Volt.'· Es empfiehlt sich daher, wenn man für mehrere Spannungen z. B. bei Dreileitersystemen für 220 und 440 Volt die gleichen Belastungswiderstände benutzen will, die einzelnen Abteilungen doppelt zu wählen, z. B. ι Normalkilowatt aus 2 Teilen ä ¹J₂ Kilowatt für je 220 Volt herzustellen und diese beiden Teile bei 440 Volt einfach hintereinander zu schalten. Man hat dann also bei 440 Volt 2 Variatoren bezw. 2 Variatorgruppen mit 2 konstanten Widerständen bezw. Widerstandsgruppen in Hintereinanderschaltung, während bei 220 Volt sowohl Y₂ Kilowatt als auch durch Parallelschaltung beider Teile 1 Kilowatt gebildet wird. Für beide Spannungsbereiche ist somit eine genügend kleine Wärmekapazität und daher schnelle Erreichung des erforderlichen Genauigkeitsgrades wie auch ein genügend weites Reguliergebiet erzielt. Es ist aber durch genügende Abstände und Ausstrahlungsmöglichkeit eine Beeinflussung der Variatoren durch äußere Wärmewirkung zu verhüten.

Man kann nun ferner die Erreichung des Beharrungszustandes durch eine vorübergehende Mehrbelastung, also Forcierung der Variatoren wesentlich beschleunigen. Dies geschieht, indem man die Variatoren bei Einschaltung zunächst mit übergroßer Spannung beansprucht, und zwar am einfachsten durch vorübergehende Abschaltung (Kurzschließung oder dergl.) eines kleinen Teils des ihnen vorgeschalteten konstanten Widerstandes. In obigem Beispiel würde man etwa Y₂₀ des konstanten Widerstandes bei Einschaltung für einige Momente abgeschaltet lassen, der Variationswiderstand erhält alsdann nicht etwa 27 Volt bei normaler Betriebsspannung, son-

dem fast 37 Volt, wenn er seinen Erhitzungsgrad erreicht, er wird also schneller in Glut versetzt, und wenn man nach einigen Sekunden diese Überlastung aufhebt, also ihm seinen richtigen konstanten Widerstand vorschaltet, so wird er sich nur wenig wieder abzukühlen brauchen und so den Beharrungszustand schnell erreichen. Durch eine solche Überanstrengung während etwa IO Sekunden mit 10 Volt mehr als normal erreichte man beispielsweise bei Versuchen eine Abkürzung der sogenannten »Anlaßzeit« des Belastungswiderstandes auf weniger als die Hälfte der Zeit, die ohne eine solche Forcierung erforderlich war, z. B. nur etwa 1 Minute statt sonst etwa 2¹J₂ Minute Dauer, bis Strom und Spannung sich auf etwa 1 Prozent Fehler einreguliert hat. Man kann ferner, anstatt diese vorübergehende Abschaltung eines Teils des konstanten Widerstandes zwecks Forcierung durch besondere Schalteinrichtungen vorzunehmen, diesen Zweck auch in einfacher Art durch entsprechende Einrichtungen der Hauptschalter selbst erreichen, sei es, daß man Steckkontakte, Stöpsel usw. geeigneter Konstruktion anwendet, oder, wie es häufig zweckmäßiger ist, an Stelle einfacher bezw. doppelpoliger Schalter, mit denen man die einzelnen Abteilungen (Variatoren und konstante Widerstände) ein- und ausschaltet, Serienschalter verwendet, mit Hilfe deren man auch die Zwischenstufe einstellt, in welcher vorübergehend ein Teil des Widerstandes abgeschaltet wird.

Durch vorstehend beschriebene Mittel ist man somit in der Lage, die Genauigkeit der Belastungswiderstände sowohl bei der Einschaltung wie auch bei vorkommenden stärkeren Spannungsschwankungen erheblich zu erhöhen.

Wenn schließlich durch Überanstrengung oder Defekte einer oder der andere der parallel geschalteten Variatoren zerstört werden sollte, so kann man ohne Instrumente die mangelhafte Funktion des gestörten Belastungswiderstandes erkennen. Man schaltet eine Kontrollabteilung, bestehend aus einem Variator und einem richtig bemessenen vorgeschalteten konstanten Widerstände, z. B. zusammen für 0,15 Ampere und 220 Volt, parallel zu dem zu kontrollierenden Belastungswiderstande. Hierbei sind zunächst nur Anfang und Ende angeschlossen, und der Kontrollvariator befindet sich in normalem Glühgrade. Verbindet man z. B. durch einen Taster nunmehr das Ende des Variators ebenfalls mit den Enden der Variatoren des Belastungswiderstandes, so ändert sich die Glut des Kontrollvariators, sofern der Belastungswiderstand durch einen Defekt oder dergl. gestört ist und einen abnormalen Glühgrad besitzt; so läßt sich die Genauigkeit stets leicht kontrollieren.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Strom-Spannungs- und Leistungs-Vergleichung mittels selbstregelnder Belastungswiderstände, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung von Eisenwiderstandsgruppen, welche infolge ihres Erhitzungsgrades den Strom innerhalb der Betriebsspannungsschwankungen konstant erhalten, mit konstanten Widerständen, wobei die Wärmekapazität der Variatoren so klein bemessen ist, daß sie allen Schwankungen der Spannung und auch bei der Einschaltung in kaltem Zustande möglichst schnell folgen und innerhalb genügend weiter Grenzen selbstregulierend wirken, zum Zwecke, die Nacheichung von Elektrizitätszählern bei verschiedenen Schaltungsarten innerhalb kurzer Zeit mit tunlichster Genauigkeit zu ermöglichen.

2. Einrichtung nach Anspruch I, wobei der Spannungsabfall in den Eisenwiderständen nur so groß gebildet wird, daß das Reguliergebiet ausreichend ist, um andererseits auch den Zählerneben-Schluß mit möglichst hoher Meßspannung erregen zu können.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, wo- - bei die Anordnung so getroffen ist, daß die Variations- und die konstanten Widerstände bezw. Widerstandsgruppen auch paarweise in Serien geschaltet werden können, um auch insbesondere in Drei leiteranlagen die Eichung sowohl zwischen den Außenleitern wie auch gegen den Mittelleiter vornehmen zu können.

4. Einrichtung nach Anspruch I, wo-• bei der Aufbau der Widerstände hinsichtlich der Ausstrahlung und des Abstandes so gewählt ist, daß die Wärmeentwicklung bei Benutzung der verschiedenen Abteilungen die Genauigkeit infolge der dann in Betracht kommenden äußeren Erwärmung der Variatoren nicht wesentlich beeinflußt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kontrolle des Zustandes des Belastungswiderstandes auch erforderlichenfalls ohne Meßgeräte durch Parallelschaltung eines Kontrollwiderstandes, aus Variator und konstantem Widerstand bestehend, zum Belastungswiderstande geschieht, derart, daß der Kontrolleisenwiderstand seine Glut ändert, so oft er mit den anderen Eisenwiderständen parallel geschaltet wird, falls diese sich nicht in normaler Funktion befinden sollten.

6. Einrichtung nach Anspruch i, wobei zur schnelleren Erreichung des dem Beharrungszustande entsprechenden Erhitzungsgrades beim Einschalten eine vorübergehende Mehrbelastung z. B. durch kurz dauernde Abschaltung von Ballastwiderstand angewendet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abschaltung von Widerstand zwecks anfänglicher Mehrbeanspruchung der Variato.ren durch dieselben Schaltoder dergl. Einrichtungen erfolgt, die zur sonstigen Ein- und Ausschaltung dienen. ■■ . :.