DE2128883A1 - Schaltungsanordnung zur messung der energiemenge in beiden energieflussrichtungen (lieferung und bezug) mit einem elektronischen kwh-zaehler - Google Patents

Schaltungsanordnung zur messung der energiemenge in beiden energieflussrichtungen (lieferung und bezug) mit einem elektronischen kwh-zaehler

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Description

Schaltungsanordnung zur Messung der Energiemenge in beiden Energieflußrichtungen (Lieferung und.Bezug) mit einem elektronischen kWh-Zähler
Die Erfindung "bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur _ Messung der Energiemenge in beiden Energieflußrichtungen (Lieferung und Bezug) mit einem elektronischen kWh~Zähler, welcher die Ausgangsgröße eines das Produkt aus Strom und Spannung bildenden Multiplikators in eine Impulsfolge gleicher Wertigkeit umwandelt, mittels eines Integrators und zweier dem Integrator nachgeschalteter Grenzwertstufen, sowie einer bistabilen Kippstufe, welche nach Erreichen eines dem Impulswert entsprechenden Zeitintegra-ls die Polarität der Eingangsgröße des Integrators umkehrt.
An großen Übergabestellen zwischen verschiedenen Elektrizitätoversorgungsunternehinen kann sich die Energieflußrichtung ändern. Es ist daher nötig, die Energiemenge nach "Lieferung" und "Bezug" getrennt zu messen bzw. anzuzeigen. Die bisher an diesen Stellen eingesetzten kWh-Zähler können die Energiemengen nur in einer Richtung mit der gewünschten Genauigkeit messen. Daher ist man gezwungen, zwei solcher Präzisionsinstrumente einzusetzen.
Es ist auch schon ein Elektrizitätszähler bekannt, der für beide Energieflußrichtungen eingesetzt werden kann. Um den Fehler in der anderen Drehrichtung auszuschalten, ist eine von der Drehrichtung de3 Zählerankers abhängige Einrichtung vorgesehen, die ein Kompensationsmittel einschaltet, welches den bei Rücklauf des Ankers entstehenden Fehler kompensiert. Die hierfür notwendigen zusätzlichen Kompensationsmittel erfordern nicht nur einen Mehraufwand und erhöhten Raumbedarf, sondern sind auch schwierig zu Justieren.
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- 2 - VPA 71/314-8
Ferner ist ein Zähler für beide Energieflußrichtuilgeir oekannt (deutsche Patentschrift 1 516 966), bei dem eine energieflußrichtungsabhängige Vorrichtung eine Umschaltung im Zähler-Spannungs- oder Strompfad vornimmt, wobei diese Vorrichtung bei Umkehr der Energieflußrichtung eine Umpolung der Spannungs- oder Stromspule des Zählers vornimmt, sowie ein eingebautes Zwei-Tarif-Zählwerk umschaltet. Durch diese energieflußrichtungsabhängige Vorrichtung oder diesen Drehrichtungs-Diskriminator wird also jedesmal, wenn sich die Drehrichtung des Zählers infolge eines Energierichtungswechsels umkehrt, d.h. wenn der Zähler nach rückwärts laufen will, der Spannungs- oder Strompfad so umgeschaltet, daß der Zähler bei jeder Energierichtung vorwärts läuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Messung der Energiemenge in beiden Energieflußrichtungen mit einem elektronischen kWh-Zähler zu schaffen, wie er eingangs näher definiert ist. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang des Integrators zusätzlich noch zwei Grenzwertstufen und eine diesen nachgeschaltete Kippstufe angeschlossen sind, und daß die Ausgangssignale der beiden Kippstufen einmal den Eingängen einer Exklusiv-Oder-Schaltung zugeführt v/erden, deren Ausgangssignale die Polaritätsumschaltung am Integrator bewirken und zum anderen über Tor-Schaltungen je einem Zählwerk für "Bezug" und einem für "Lieferung" zugeführt werden. Auf diese Weise wird die Zuordnung zwischen dem Ausgangssignal der bistabilen Kippsfcufen und der Polarität am Eingang des Integrators vertauscht, so daß nun mit dem gleichen Zähler sowohl die gelieferte als auch die bezogene Energie mit der erforderlichen Genauigkeit gemessen werden kann.
Anhand der Zeichnung,in der ein Ausführungsbeispiel der Ei-findung schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Sehaltuxigsprinzip eines elektronischen kWh-Zählers für beide Energieflußrichtungen,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des · Integrators bei ein und derselben Energieflußrichtung,
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VPA. 71/3148
Pig. 3 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators bei einem Energiefluß-Richtungswechsel ohne die zusätzliche Einrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 den zeitlichen Terlauf der Ausgangsspannung des Integrators bei einem Energiefluß-Richtungswechsol bei vorhandener zusätzlicher Einrichtung,
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators bei Vorhandensein von Efullpunktfehlern und -driften, ohne Energiefluß,
Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der Ausgangs spannung des Integrators sowie der Spannungen und Signale an den verschiedenen Stufen bei Vorhandensein einer erfindungsgemäßen Fehlerkompensation,
Fig. 7 eine übersichtliche Darstellung der verschiedenen Schwellwertspannungen, bei denen die G-renzv/ertschalter ansprechen.
In Fig. 1 ist der eigentliche Multiplizierer nicht dargestellt, sondern durch zwei Spannungsquellen versinnbildlicht, die die Spannungen +Uo und -Uo abgeben. Normalerweise ist die Spannung Uo einer zu bestimmenden Wirkleistung proportional, die von irgendwelchen Leistungsmeßumformern geliefert wird. Über die Kontakte S1 und S2 eines Relais S können die Spannungen +Uo und -Uo über einen Widerstand Ro auf einen. Integrator gegeben werden, an dessen Ausgang eine Spannung Ua erscheint, die mit Hilfe von Grenawertstufen T1 und 12 (Trigger) eine bistabile Kippstufe M1 derart beeinflussen, daß über Relais S die Spannung Uo abhängig vom Wert Ua am Ausgang des Integrators I abwechselnd po.sitiv und negativ auf den Eingang des Integrators I geschaltet wird. Die Spannung Ua hat einen Verlauf, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Liegt beispielsweise -Uo am Integrator I und erreicht die Spannung Ua den Wert U1, so spricht die Grenzwertstufe T1 an und veranlaßt die Kippstufe M1, den entgegengesetzten Zustand einzunehmen. Über eine Schaltstufe A wird das Relais S an Spannung gelegt, daß nunmehr die Spannung +Uo am Eingang des Integrators I anliegt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Dadurch ändert sich der Verlauf der Spannung Ua, bis sie den Wert U2 erreicht. In diesem Falle spricht die Grenzwertstufe
- 4 - VPA 71/3148
T2 an und stellt die Kippstufe M1 in ihre ursprüngliche Lage zurück. Das Relais S fällt ab und über Kontakt S2 erhält der Integrator I wieder den Spannungswert -TJo, An dem Ausgang der bistabilen Kippstufe M1 ist ferner noch ein Zählwerk ZW1 angeschaltet, das um eine Einheit weiter zählt, wenn die bistabile Kippstufe M1 vom Zustand "L" in den Zustand "O" kippt Die bistabile Kippstufe M1 ist ein sogenannter R-S-Flip-Flopj sie ändert ihren Ausgangszustand daher nur darm, wenn sie nach Setzen durch den einen Eingang durch den jeweils anderen Eingang zurückgesetzt wird. Dem Eingang R der bistabilen Kipp stufe M1 ist die Grenzwertstufe T1 und dem Eingang S die Grenzwertstufe T2 zugeordnet. Die G-renzwertstufe TT spricht bei U1 und die Grenzwertstufe T2 bei der Spannung U2 an» Eine mehrmalige Impulsgabe durch die Grenzwertstufen T1 bzw. T2 ändert also am Zustand der bistabilen Kippstufe M1 nichts, wenn nicht zwischenzeitlich die jeweils andere Stufe angesprochen hat.
2 ~.z_ejigt ctea--Verlauf der Aus gangs spannung des Integrators Ua, wenn der ^Energieflu£ in einer Richtung stattfindet.
Fig. 3 zeigt nun die Verhaltensweise der beschriebenen Schal-SlingsanOrdnung, falls sich zum Zeitpunkt't2 die Energieflußrichjtu,ng"'ändcrt. Zum Zeitpunkt ti "'""hat die Grenzwertstufe T2 ""angesprochen und die bistabile Kippstufe M1 hat einen solchen Zustand eingenommen, daß A Ua/^st >Ό ist. Zum Zeitpunkt t2 möge sich je+ziTdie Polarität von Uo ändern, so daß AUa/^t <0 wird. Im Zeitpunkt-t3 spricht die Grenzwertstufe~lP2 wieder an« Die bistabile Kippstufe—M-1—ändert jedö&h voraus setzungsgemäß ihren Sohaltziurö^and nicht, so daß das Relais S niiit anspricht« Die Spannung Ua steigt jetzt ühs-r den Wert U2 an bis zur Sättigungsspannung -Us des Integrators I. Danach ist die gesamte Schaltungsanordnung blockiert. Dieser Zustand tritt e'in, wenn die Spannung Uo - die nach Voraussetzung der zu messenden V/irkleistung proportional sein soll - durch Leistungsurakchr am Meßpunkt - z.B. einer Übergangsstelle - ihr Vorzeichen ändert. Diese Blockierung ist erwünscht,-wenn" der Energiefluß nur in einer Richtung erfaßt werden soll'. Sie verhindert ein Leerlaufen des J^h-Zählers,
SAO ORIGINAL _ 5 _
- 5 -· TPA 71/3148
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine ■bevorstehende Blockierung rechtzeitig festzustellen und Schalthandlungen derart auszuführen., daß die Blockierung aufgehoben wird und bei Fortdauer des Zustandes, der ursprünglich zur Blockierung führte, die der zu messenden Energiemenge entsprechenden Zählimpulse einem zweiten Zählwerk ZW2 zuzuführen. Es werden also die Änderungen des Zustandes der bistabilen Kippstufe M1 von 11L" auf 11O" festgestellt und als Zählimpulse verwertet.
Zu diesem Zweck sind noch zwei v/eitere Grenzwertstufen T3 und T4 und. eine weitere Kippstufe M2 vorgesehen» Außerdem wird eine Exklusiv-Oder-Schal bung A eingesetzt. Die Wirkungsweise wird anhand der Fig. 1 und 4 erläutert. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, gelten folgende Beziehungen; UJ>U1 und U4<:U2,
Für Uo>0 gelten folgende Festlegungen: "L"-Signal am Ausgang der Kippstufe M1 legt +Uo über Sehaltkontakt |M_jpa=-Eingang des Integrators I. "0-"-Signal legt die Schalticontakb S2 an den Eingang des^ffifegrätors I. A Übertragungsfunktion^, a'= ml j für m2 = "0"; a = mT; für m2 ~
In Fig. 4 hat zum Zeitpunkt ti die Greni^erirstufe T£^angesprochen. Dadurch wird mT ^^^^^^^T^^txi^Q&^^VT^a. /i\X^>Q. und zwar wegen der Signalinvertierung, durch deri'^Xaaiegrator I Im Zeitpunfc^^tÄ^s^ll durch Energierichtungsumkehr die^pan-_ nung Uo^ 0 werden=.^I)a_alch^i^^ S nichts
ändert* wird AUa /At-CO. Zu;c= Zeit t3 sprichV cH^^Grenzv/ertstufe T-2 erneut an;_es ändert sich aber das Aus gangs signal der Kippstufe M1 nicht. Hat die Spalmwiig. Ua den Wert U4 erreicht, spricht die Grenzwertsbufe T4 an und setzb die Kippstufe M2 a\if."L". Wegen ει = mT vertauscht sich Jetzt die Zuordnung ZY/ischen der Kippstufe Ml und dem Relais S, d.h. es wird der Stromkreis zum Kontakt S2 geöffnet und der Sbromkreio zum Schal"TKöiita-lci__S1 geschlossen. Da vorausüebzungsgeinäß Uo-CO sein soll, iat atich +Uo^CO, so daß jetzt AUa/1\ b "-( v/trd. ""■-■....■
Sobald die Grenzwertstufe T\-ftn-^esprochen hat (ra2 -= ML1f)» v.'ürden über die Tor-Schaltung Ii die von der Kippstufe M1
2 0 9 8 8 1 / Q 2 0 5
8AD OR/niMA»" f> ~
- β - YPA T1/3148
kommenden Zählimpulse auf das Zählwerk ZW2 geleitet} während das Zählwerk EWl beispielsweise den Bezug der Energie registriert, registriert das Zählwerk ZW2 die gelieferte Energie.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, weist die erfindungsgeinäße Schalt.ungsanordnung noch zwei Schaltglieder B1 und B2 auf^ die in Form von Relais dargestellt sind und von den Ausgängen .---■■der Grenzwertstufen T3 und T4 erregt werden.. Mit Hilfe dieser Schaltglieder B1 und B2 kann an den Eingang des IntegrcLtors über einen Widerstand R eine positive oder.eine negative KompensatioiiBspannung -füg bzw» -Uc gelegt werden, die einen entsprechenden K.ompensations strom Ik hervorrufen» Die Wirkungsweise wird anhand der Figuren 5 und β näher erläutert..
~Be~t—feuern realen Integrator treten Fehler spannungen und 3?eh~ l'erstro'me äu-f, Sie führen dazu, daß die Ausgangs spannung Ua . des Integrators I sich auch dann ändert,, wenn die Eingangs- -^spannung ITe am^Eingang des Integrators gleich Null ist. Da
-—'"""""■ die^^efel-erg-reJSen^de^ !integrators in ih'rer Richtung und G-röße jana,bhängi-g~vbn der LaglPcTeo' .Schal teir-s S sind, gilt nach Fig..5 folgendes; zur Zeit to sei hi2 = "0" und die Spannung Ue =
, —__¥egen der vorhandenen Fehlergrößen ändert sich die Ausgangsspannung Ua des Integrators I dennoch langsam. Zum Zeitpunkt i-1 wird die" Schwelle der G-renzwertstufe T1 erreicht. Dadurch wird am Verlauf^- cter-'-Spannung'iJa nich_ts geändert. Im Zeitpunkt t2 spricht die_J3>renzwertstufe T3 an und schaltet über die
* Kippstufe M2 und die Exklusiv-Oder-Schaltung A :das^Z-ählwerk ZW2 für die andere Erier-gierijxhtung* - Hie_.Spanniuig Ua steigt weiter an, bis die Sättigungsspannung +Us des Integrators I" erreicht ist*
Angenommen, zur Zeit to hätte der Schaltzustand "Bezug" bestanden, dann würde iin Zeitpunkt t2 auf "Lieferiuig" umgeschaltet.. Wird jetzt im Zeitpunkt t3 die Spannung Uo verschieden von Null, und zwar mit einer Polarität, die der Energ.lerichtuttg "BoKug" entspricht, dann ändert "sieh die Ausgan^üRpannung Ua rilcht, da ja - hervorgerufen durch die Fehler^rößen des Integrators ~ der Schaltzustand "licferun;-:;" besteht, das heißt aber, der kY/n-Zähler ist "bloeiclert.-JlLc·^-^... sen Zuü/tand verhindern die Schalter- Bl und 132,- die durch die
2.1988 1/02 95 -7-BADOR1G1NAL
- 7 - VPA 71/3148
Grenzvrertstufen T3 und 14 betätigt werden. Sobald en;.weder die Grenzwertstufe T3 oder die Grenzwertstufe T4 anspricht, wird ein Kompensationsstrom Ik mit einer solchen Polarität auf den Integratoreingang geschaltet, daß die Ausgangsspannung Ua in Richtung auf Ua = 0 zurückgeholt wird. Die absolute Höhe des Stromes Ik..wird so gewählt, daß Ik größer als Uoma>:/Ro ist. Die Wirkungsweise sei anhand von Pig, 6 erläutert .
Das erste Diagramm zeigt den Verlauf der Ausgangsopannung des Integrators Ua, das zweite Diagramm den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung Ue des Integrators, das dritte Diagramm den Schaltzustand der Kippstufe M2, das vierte Diagramm die Abhängigkeit des Kompensationsstromes und das letzte Diagramm den Schaltzustand der Kippstufe M1. ^-__==-=»-="
Im Zeitpunkt ti spricht die Grenzwertstufe T3 an.. Dadurch =— führt der Ausgang m2 "L"-Signal, was zum Beisp-rel "Lieferung" entspricht. Gleichzeitig wird über die Schaltstufe B1 ein Kompensat ions strom +Ik auf den Eingang d>s"Tn te paie^JL, schaltet, bis die Ausgangsjjpannun^^d-eV^Integi^atO-r^s^JIa. um den Betrag Δ U3 abgesunkenr'ist, ''/r(J5ist die Hysteresespannung der" Grenzwertstufe Ψ}.'Danach wird der Kompensationsstrom abgeschaltet und die Ausgangsspannung Ua des Integrators steigt wieder an, bis die Spä'nnu.ng U3 erreicht ist« Dle^Qir^fi^mmr^- stufe 13 spricht an"~und setzt d4?e^JQppstu£e_Jil2--so, daß der Ausgang in2 das "0"-Signal "füHrY, d.h. es ist" auf "Bezug" geschaltet^ Dies setzt sich mehrfach fort. "^
Im Zeitpunkt t4 ist der Ausgang m!T"der^Kippstufe M2 auf "L"~ Signal gesetzt, was vereinbarungsgemäß "Lieferung" bedeutet. Zum gleichen Zeitpunkt möge Energiebezug auftreten, so daß die Eingangsspannimg Ue des Integrators I die eingezeichnete Polarität annimmt. Wegen Signalinvertierung durch den Integrator I steigt die Ausgangr.pamiu.rig Ua jetzt schnell bis zur Spannung U3 an, schaltet dort über die Grenzwertstufe T3 den Ausgang m2 der Kippstufe M2 auf !I0", d.h.- im Zeitpunkt t5 ist dre" Anordnung wieder auf "Bezug" geschaltet. Von dienern Zeitpunkt an werden die der Energiemenge entsprechenden Zähliiiipulqe""3UfS^A1S. richtige Zählwerk ΖΥΠ ("Bezug") geleitet.
2 0-9 88 1:/.0:2 0.5
- 8 - VPA 71/3H8
Bei der erfindungogemäßen Schaltungsanordnung werden also für den Bereich der Ausgangsspannung Ua des Integrators I mit Hilfe der Grenzwertstufen T1 "bis T4 Teilbereiche gebildet mit den Schwellwertspannungen U1 bis U4, wie Pig. 7 zeigt. Anstelle der Relais S, B1 und B2 werden vorzugsweise kontaktlose Schaltelemente verwendet.
3 Patentansprüche
7 Figuren
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Claims (3)

. - 9 - VPA 71/3H8 Patentansprüche / u O ο ο Ο
1. !Schaltungsanordnung zur Messung der Energiemenge in beiden Energieflußrichtungen (Lieferung und Bezug) mit einem elektronischen kWh-Zähler, welcher die Ausgangsgröße eines das Produkt aus Strom und Spannung bildenden Multiplikators in eine Impulsfolge gleicher Yfertigkeit umwandelt, mittels eines Integrators und zweier dem Integrator nachgeschalteter Grenzwertstufen sowie einer bistabilen Kippstufe, welche nach Erreichen eines dem Impulswert entsprechenden Zeitintegrals die Polarität der Eingangsgröße des Integrators umkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang des Integrators (I) zusätzlich noch zwei· Grenzwertstufen (T3> T4) und eine diesen nach-geschaltete Kippstufe (M2) angeschlossen sind, und daß die Ausgangssignale der beiden Kippstufen (M1, M2) einmal den Eingängen einer Exklusiv-Oder-Schaltung (A) zugeführt werden, deren Ausgangssignale die Polaritätsumschaltung (S) des Integrators (I) bewirken und zum anderen über Cor-Schaltungen (H) je einem Zählwerk für Bezug (ZWi) und einem für Lieferung (ZW2) zugeführt werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Grenzwertstufen (T3, T4) Schältglieder (BI, B2) angeschlossen sind, 'über die an dem Eingang des Integrators (I) ein Kompensationsstrom (Ik) solcher Größe und Polarität gelegt werden kann, daß die Ausgangsspannung (Ua) des Integrators gegen Full geführt wird. ·
3. Schaltungoanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dor Kompensationsstrom (Ik) so groß gewählt ist, daß Ik ?owax ist.
Ro
2 0 9 8 8 1 /0 2 0 5
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