DE1939165C

DE1939165C -

Info

Publication number: DE1939165C
Application number: DE19691939165
Authority: DE
Priority date: 1968-12-31
Filing date: 1969-07-29
Publication date: 1973-08-02

Description

Die Erfindung betrifft eine leistungsabhängige Tarifiereinrichtung mit einem Schwellwertelement zur Feststellung der Überschreitung eines vorgegebenen Leistungsgrenzwertes und mit einem Stufenelement, das den zulässigen Leistungsgrenzwerl nach festgelegten Kriterien selbsttätig erhöht.

Die Investitionskosten für Kraftwerke und Verteilnetze werden im wesentlichen durch die von den Verbrauchern verlangten Spitzenleistungen bestimmt. Die Elektrizitätswerke sind deshalb aus wirtschaftlichen Gründen daran interessiert, möglichst viel Energie bei konstanter Leist ung zu liefern. Der Verbrauch oberhalb eines den Belangen des Abnehmers angepaßten Leistungsgrenzwertes soll daher -J einem höheren Tarif in Rechnung gestellt werden. Die zur Anwendung gelangenden Tarife setzen sich im allgemeinen aus einem von der bezogenen, mit Zählern gemessenen Energie abhängigen Glied und aus einem von der Leistung abhängigen Tarifglied zusammen.

Für die Festlegung des verbrauchsunabhängigen Tarifgliedes wurden bisher meistens Maximumzähler eingesetzt. Hierbei wird die elektrische Energie mit einem Induktionszähler gemessen. Während einer Registrierperiode, die durch einen Synchronmotor festgelegt ist, wird ein Mitnehmerzeiger mit leistungsproportionaler Winkelgeschwindigkeit angetrieben. Dabei schiebt er einen Maximumzeiger vor sich her. Am Ende jeder Registrierperiode wird der Mitnehmerzeiger auf Null gestellt, während der Maximumzeiger stehenbleibt. Somit zeigt der Maximumzeiger die höchste mittlere Leistung aller vorangegangenen Registrierperioden der laufenden Ableseperiode an.

Der bekannte Maximumzähler ist aufwendig und außerdem der mechanischen Abnützung unterworfen. Auch in tarifpolitischer Hinsicht vermag er oft nicht zu befriedigen, da die Festlegung des verbrauchsunabhängigen Tarifgliedes auf Grund der höchsten mittleren Leistung aller Registrierperiodlen erfolgt, so daß eine einzige Leistungsspitze einen hohen Tarif mit sich bringen kann, während die Dauer oder die Anzahl der Belastungsspitzen unberücksichtigt bleibt.

Beim bekannten Überverbrauchszähler erfolgt die Registrierung des oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegenden Verbrauchs. Die Höhe der auftretenden Spitzenleistungen wird hingegen nicht erfaßt. Die

I 939

Tariffestiegung an Hand des ermittelten Überverbrauchs wird deshalb oft ebenfalls als ungerecht empfunden.

Aus der österreichischen Patentschrift 251 698 ist eine Einrichtung bekannt, die dazu dieni, ein Warnsignal abzugeben, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, z. B. in einer Viertelstunde, die bezogene elektrische. Arbeit einen ebenfalls vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Zu diesem Zweck erzeugt ein Elektrizitätszähler Impulse, deren Folgefrequenz direkt, deren Periode also umgekehrt proportional der jeweils bezogenen Leistung ist. Zugleich erzeugt ein Impulsgenerator fortlaufend Impulse mit einer festen Vergleichsperiode. Letztere werden von einem Differenzzählwerk positiv gezählt, während die vom Elektrizitätszähler erzeugten Impulse negativ gezählt werden. Jeweils nach Ablauf der Meßperiode, also z. B. alle Viertelstunden, wird der Differenzzähler auf einen vorgegebenen Zahlenwert eingestellt. Erreicht der Differen/zähler vor Beendigung der Meßpc iode den Zahlenwert Null, so ist dies ein Zeichen dafür, daß der vorgegebene Schwellenwert der mittleren Leistung überschritten wurde, und es wird in diesem Falle ein Warnsignal abgegeben.

Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß die einen vorgegebenen Wert überschreitende Leistung nicht sofort zur Weiterverarbeitung meßtechnisch erfaßt wird, sondern daß der Umweg der Integration der Leistung über eine längere Meßperiode gemach! wird. Es können deshalb kurzfristig sehr hohe Überschreitungen der zulässigen Leistung auftreten, ohne daß die Einrichtung anspricht, wenn nur in dem Rest der Meßperiode die Leistung so gering bleibt, daß ihr Zeitinlegral über die Meßperiode unterhalb des Schwellenwertes bleibt.

Ferner wurde die Verwendung von Einrichtungen vorgeschlagen, welche an Stelle der bezogenen Leistung den bezogenen Strom messen. Bei einer derartigen Einrichtung (schweizerische Patentschrift 451 321) wird jeder Phasenstrom der Verbraucheranlage mittels eines Strom-Spannungs-Wandlers in eine ihm proportionale Spannung umgesetzt. Diese Spannungen werden gleichgerichtet, geglättet und sodann summiert. Sobald die Summenspannung einen vorgegebenen, einstellbaren Schwellenwert überschreitet, schließt sit einen elektronischen Schalter und bringt dadurch ein Relais zum Ansprechen, das einen Doppeltarifzähler auf einen Übcrstromtarif umschaltet und zugleich ein Zeitzählwerk zur Anzeige der Dauer des Überstromes in Gang setzt.

Es ist auch schon der Vorschlag bekanntgeworden, bei einer derartigen Einrichtung mittels eines Stufenschalters jeweils dann eine höhere Stufe des Schwellenwertes einzuschalten, wenn der Strom-Schwellenwert mehrmals während einer bestimmten Zeit überschritten wurde. Liegt nun der bezogene Strom unterhalb dieses neuen Schwellenwertes, so bleibt der Stufenschalter in der erreichten Schaltstellung stehen. Liegt der Strom jedoch oberhalb der erwähnten Stufe oder steigt zu einem späteren Zeitpunkt über diese Stufe hinaus an, so wird das Zeitglied erneut in Gang gesetzt usf. Somit ist die erreichie Schaltstufe ein Zeichen dafür, daß der der vorangehenden Schaltstufe zugeordnete Stufenwert des Neizstromes während einer bestimmten kumulierten Zeit überschatten worden ist.

Die letztgenannte Einrichtung stellt in tarifpolitischer Hinsicht einen günstigen Kompromiß zwischen dem Überverbrauchszähler und dem Maximumzähler dar.

Die Bestimmung des Grundtarifes an Hand des bezogenen elektrischen Stromes steht jedoch nur bei konstanter Spannung und konstantem Leistungsfaktor in Relation zur bezogenen Leistung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Tariflereinrichtung mit selbsttätig stufenweise veränderbarer Schwelle zu schaffen, bei der auch die Spannung und der Leistungsfaktor berücksichtigt werden.

ίο Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Eingang des Schwellwertelementes an einen Leistungsmesser angeschlossen ist, welcher in an sich bekannter Weise eine Impulsfolge mit dem Reziprokwert der Leistung proportionaler Pcriodendauer abgibt, daß das Schwellwertelement so ausgebildet ist, daß es anspricht, wenn der Zeilabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, und daß die Impulsfolge oder eine Re'.renzimpulsfolge be'im Ansprechen des SchwellwerteleiTientes einem Impulszähler zugeführt ist, der beim Erreichen einer vorbestimmten Impulszahl die Weiterschaltung des Stufenelementes auslöst.

Erfindungsgemäß werden damit die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden. Es können außerdem rein elektronische Leistungsmesser ohne mechanisch bewegte Teile verwendet werden. Solche Leistungsmesser sind an sich bekannt. Sie begehen meistens aus einem Multiplikator zur Bildung des Produktes aus Strom und Spannung und auseinem Analog-Digital-Wandler, der eine I mpulsfolge mit der Leistung proportionaler Impulsfolgefrequenz erzeugt.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1, 3 und 5 Blockschaltbilder und
F i g. 2, 4 und 6 Diagramme.

In der F i g. 1 ist ein Leistungsmesser 1 dargestellt, der aus einem Multiplikator 2 zur Bildung des Produktes aus Strom / und Spannung U, aus einem Analog-Digital-Wandler 3 zur Bildung einer Impulsfolge mit dem Reziprokwert der Leinung U · I proportionaler Periodendauer T und aus einem Frequenzuntersetzer 4 besteht. Der Ausgang des Leistungsmessers 1 ist an eine Eingangsklemme 5 eines Schwellwertelementes 6 und an einen Eingang 7 eines UND-Tores 8 angeschlossen.

dessen anderer Eingang 9 mit der Ausgangsklemme 10 des Schwe'lwertelementes 6 verbunden ist.

Die Eingangsklemme 5 des Schwellwcrtelemenies 6 ist an einen monostabilen Multivibrator 11 angeschlossen, der einen Schalttransistor 12 steuert. Der Kollektur-Emitter-Strecke desselben ist ein Kondensator 13 und ein Eingang eines Schwellenschalters 14 parallel geschaltet, dessen Ausgang mit der Ausgangsklemm" 10 verbunden ist. Der Kondensator 13 wird mittels einer Stromquelle 15 mit einem konstanten Strom Z₁ aufgeladen.

Der Ausgang 16 des UND-Tores 8 ist an einen Impulszähler 17 angeschlossen, der beim Erreichen einer vorbestimmten Impulszahl /; ein SluTcnclcmcnt weiterschaltet, das durch eine Tarifzählkcltc 18 und eine derselben zugeordnete Decodiermalrix 19 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Tarifstufen-Sichtanzeige gebildet isi. Die Dccodicrmairix 19 steuert über Ausgangsleitungen 20 das Spcichcncrmögcn η des Impulszählers 17 und über eine Ausgangslcilung 21 den Strom /, der Stromquelle 15 in Abhängigkeit von der jeweiligen Tarifstufe. Der Impulszähler 17 und die

Tarifzählkette 18 können durch Betätigen einer Taste Kippstufe 28 angeschlossen. Die Decodiermatrix 19

22, die nur für das Personal des Energielieferanten zu- (F i g. 1) steuert über die Ausgangsleitung 21 das

gänglich ist, auf Null gestellt werden. UntersetzungsverhältnismdesFrequenzuntersetzers26.

Der Leistungsmesser 1 kann an einem Impulszähler Der impulsgenerator 25 gibt eine Referenzimpuls-

23 zur Ermittlung der konsumierten elektrischen Ener- 5 folge mit konstanter Periodendauer Tn an den Fre-

gie angeschlossen sein. quenzuntersetzer 26 ab. Dieser wird bei jedem vom

Die Arbeitsweise des beschriebenen Überverbrauchs- Leistungsmesser 1 erzeugten Impuls entsprechend der

Anzeigegerätes wird nachfolgend an Hand der F i g. 2 Fig. 4, in welcher die Spannungen U_x, U₅. U_t und U₁

erläutert, in welcher Spannungen t/, bis U_s in Funktion in Funktion der Zeit dargestellt sind, auf Null zurück-

der Zeit t dargestellt sind. »° gestellt. Etwas verzögert wird die Kippstufe 28 in den

Bei jeder negativen Flanke der vom Leistungsmesser 1 logischen Zustand L gekippt. Nach der Vcrglcichszeit erzeugten Spannungsimpulse U₁ wird der monostabile T₀ - m · Tn entsteht am Ausgang des Frequenzunter-Multivibrator 11 getriggert und der Kondensator 13 setzers 26 ein L-Signal, das die Kippstufe 28 zurückkurzzeitig entladen. Anschließend wird der Konden- stellt, so daß das UND-Tor 8 gesperrt wird. Die vom sator 13 durch den Strom/, wieder aufgeladen; die 15 Leistungsmesser 1 abgegebenen Impulse können also Spannung LZ₃ am Eingang des Schwellenschalters 14 nur an den Eingang des Impulszählers 17 gelangen, steigt linear an und erreicht, vom Beginn der Konden- wenn die Bedingung T < T₀ erfüllt ist. Beim Weitersatorcntladung an gerechnet, den Schwellenwert Us schalten der Tarifzählkette 18 werden in und somit des Schwellenschaltcrs 14 nach der Vergleichszcit T₀. auch T₀ um eine Stufe verkleinert.

Wenn nach einer Kondensatorentladung der nächst- ao In der F i g. 5 ist ein Blockschaltbild eines überfolgende vom Leistungsmesser 1 abgegebene Impuls verbrauchs-Anzcigegerätes dargestellt, bei welchem die erst auftritt, wenn der Schwellenschalter 14 angespro- kumulierte Überschreitungsdauer ts, während der die chen hat, so kann dieser Impuls das UND-Tor 8 nicht eingeschaltete Leistungsschwelle ohne Tariferhöhung durchlaufen. Ist hingegen die Periodendauer T der überschritten werden darf, von der Höhe der Überspannung U_x kleiner als die Vergleichszeit T₀, so bleibt »5 schreitung unabhängig ist. Gleiche Teile wie in vorandas UND-Tor 8 durchlässig, weil der Kondensator 13 gehenden Figuren sind wiederum mit den gleichen wieder entladen wird, bevor der Schwellenschalter 14 Bezugszahlen versehen,
ansprechen kann. Der Ausgang des Leistungsmessers 1 ist über einen

Der impulszähler 17 /äiiii also diejenigen der vom Freqaenzup.tersetzer 33 an einen SteHeingang 34 einer

Leistungsmesser 1 abgegebenen Impulse, deren Ab- 30 bistabilen Kippstufe 35 angeschlossen, deren Ausgang

stand T zum vorangehenden Impuls kleiner ist als die mit einem Eingang 36 eines UND-Tores 37 verbunden

Vcrglcichszeit T₀, d. h.. er bildet das Zeitintegral der ist. Ein Impulsgenerator 38 ist an einen Eingang 39 des

Leistung P, wenn eine vorgegebene Leistungsschwelle UND-Tores 37 und über ein Verzögerungsglied 40 an

Ps überschritten wird. Für die zum Erreichen der einen Rückstelleingang 41 des Frequenzuntersetzers 33

Impuls/ahl η erforderliche Zeit/.-? gilt die Beziehung 35 und an einen Rückstelleingang 42 der Kippstufe 35

" c- ο D ■ — — τ angeschlossen. Die Elemente 33,35,38 und 40 sind

/.s- ρ . rur F Fs ist Is - tmax -It-I₀. Bestandteile eines Schwellwertelementes 43.

Beim Erreichen der Impulszahl η gibt der Impuls- Ein Ausgang 44 des UND-Tores 37 ist an den Imzähler 17 einen Forlschaltimpuls an die Tarifzählkette pulszähler 17 geführt, welcher beim Erreichen der Im-18 ab. Die Decodiermatrix 19 erhöht nun einerseits 40 pulszahl η über das durch die Elemente 18 und 19 geüber die Ausgangsleitung 21 den Strom /, um eine bildete Stufenelement eine Erhöhung des Unter-Stufe, wodurch die Vergleichszeit T"_e verkleinert wird. Setzungsverhältnisses m des Frequenzuntersetzers 33 Andererseits bewirkt die Decodiermatrix 19 über die bewirkt.

Ausgangsleitiingcn 20 eine Erhöhung der Impulszahl η In der F i g. 6 sind Spannungen t/, und U_t bis t/,„

im gleichen Maß. so daß tmax ^- η-T₀ konstant bleibt. 45 des beschriebenen Überverbrauchs-Anzeigegerätes dar-

Die Größen η und T₀ können konstant gehalten wer- gestellt, das wie folgt arbeitet:

den. wenn der Frequenzuntersetzer 4 mehrere Ausgänge Der Impulsgenerator 38 erzeugt eine Referenz-

mit unterschiedlichem Untersetzungsverhältnis auf- impulsfolge U_s mit konstanter Periodendauer Tr. Der

weist, die durch von der Decodiermatrix 19 gesteuerte Leistungsmesser 1 gibt seine Ausgangsimpulse an den

Schalter wahlweise abgegriffen und an die Eingänge 5 so Frequenzuntersetzer 33 ab; nach m Impulsen entsteht

und 7 geschaltet werden. am Ausgang des Frequenzuntersetzers 33 ein Signal,

In der F i g. 3 ist ein Schwellwertelement 24 darge- das die Kippstufe 35 setzt, wenn nicht schon vorher stellt, das in der F i g. 1 an die Stelle des Schwellwert- ein Referenzimpuls aufgetreten ist, welcher fiber das elementes 6 tritt und nach einem rein digitalen Prinzip Verzögerungsglied 40 den Frequenzuntersetzer 41 zuarbeitet. Gleiche Teile wie in der F i g. 1 sind mit den 55 rOckgestellt hat. Die Kippstufe 35 wird also gesetzt, gleichen Bezugszahlen versehen. Ein Impulsgenerator wenn die Bedingung T₀ - T_R>m-T erfüllt ist. Dei 25 ist über einen Frequenzuntersetzer 26 an einen nächste Referenzimpuls schiebt dann den Impulszählei Rückstelleingang 27 einer bistabilen Kippstufe 28 an- 17 vm eine Stelle weiter and stellt verzögert den Fregeschlossen, deren Ausgang 29 mit der Ausgangs- quenzuntersetzer 33 und die bistabile Kippstufe 3f klemme 10 des Schwellwertelementes 24 verbunden ist. 60 zurück. Sobald der Impulszähler 17 nach der klima-Dessen Eingangsklemme 5 ist an einen Rückstellein- lierten Zeitdauer /.<? = η-Tr π Re>*erenztmpulse gegang 30 des Frequen/untersetzers 26 und über ein zählt hat, schaltet die Tarifzählkette 18 weiter und das Verzögerungsglied 31 an einen Stelleingang 32 der Untersetzungsverhältnis m wird um eine Stufe erhöhl,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsabhängige Tarifiereinrichtung für elektrischen Verbrauch mit einem Schwellwertelement zur Feststellung der Überschreitung eines vorgegebenen Leistungsgrenzwertes und mit einem Stufenelement, das den zulässigen Leistungsgrenzwert nach festgelegten Kriterien selbsttätig erhöht, wenn derselbe überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Schwell wertelementes (6, 24, 43) an einen Leistungsmesser (1) angeschlossen ist, welcher in an sich bekannter Weise eine Impulsfolge (U₁) mit dem Reziprokwert der Leistung proportionaler Periodendauer abgibt, daß das Schwellwertelement (6, 24,43) so ausgebildet ist, daß es anspricht, wenn der Zeitabbt ..lnd (T) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einen vorbestimmten Schwellwert (T₀) unterschreitet, und daß die Impulsfolge CtZ₁) oder eine Referenzinipulsfolge (U _a) beim Ansprechen des Schwellwertelementes (6, 24, 43)einem Impulszähler (17) zugeführt ist, der beim Erreichen einer vorbestimmten !mpulszahl die Weiterschaltung des Stufenelemenu-s (18, 19) auslöst.

2. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertelement (6) einen Konde -^sator (13) aufweist, der einem vorn Leistungsmesser (1) gesteuerten Entladeschalter(12) und dem Eingang eines Schwellenschalters (14) parallel geschaltet und an eine Stromquelle (15) angeschlossen ist.

3. Tarifiereinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertelement (24) einen Impulsgenerator (25) aufweist, der über einen Frequenzuntersetzer (26) an einen Rückstelleingang (27) einer bistabilen Kippstufe (28) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des Leistungsmessers (1) mit einem Rückstelleingang (30) des Frequenzuntersetzers (26) und über ein Verzögerungsglied (31) mit einem Stelleingarg(32) der bistabilen Kippstufe (28) verbunden ist.

4. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (10) des Sch well Wertelementes (6; 24) an einen ersten Eingang (9) eines UND-Tores (8) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang (7) mit dem Ausgang des Leistungsmessers (1) und dessen Ausgang (16) mit dem Impulszähler (17) verbunden ist.

5. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertelement (43) einen Impulsgenerator (38) aufweist, der über ein Verzögerungsglied (40) an einen Rückstelleingang (42) einer bistabilen Kippstufe (35) und an einen Rückstelleingang (41) eines Frequenzuntersetzers (33) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des Leistungsmessers (1) über den Frequenzuntersetzer (33) mit einem Stelleingang (34) der bistabilen Kippstufe (35) verbunden ist.

6. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippstufe (35) an einen ersten Eingang (36) eines UND-Tores (ST) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang (39) mit dem Impulsgenerator (38) und dessen Ausgang (44) mit dem Impulszähler (17) verbunden ist.

7. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch Bekennzeichnet, daß das Stufenelement durch eine Zählkette (18) und eine ihr zugeordnete Decodiermatrix (19) gebildet ist.

8. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2, 3, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Ausgang des Leistungsmessers (1) geschalteter Frequenzuntersetzer (4; 33) ein vom Stufenelement (18,19) steuerbares Untersetzungsverhältnis aufweist.

9. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (/,) der Stromquelle (15) und das Fassungsvermögen (ri) des Impulszählers (17) durch das Stufenelement (18, 19) stufenweise veränderbar sind.

10. Tarifiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterselzungsverhältnis des Frequenzuntersetzers (26) und das Fassungsvermögen (ri) des Impulszähler (17) durch das Stufenelement (18,19) stufenweise veränderbar sind.