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Drehstrom-Induktionszähler mit zwei Triebsystemen. Die Erzeugungskosten
der elektrischen Energie in Wechselstromanlagen stehen in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis
zu den zur Verfügung gestellten Blind-Kilowattstunden. Addiert man z. B. zu den
Wirk-Kilowattstunden 2o Prozent der während des gleichen Zeitabschnittes verbrauchten
Blind-Kilowattstunden und berechnet den so erhaltenen Summenwert zum Preise der
normalen Wirk-Kilowattstunde, so wird bei deutschen Elektrizitätswerken im allgemeinen
dem Einfluß des Blindverbrauches, also der Phasenverschiebung auf die Erzeugungskosten
hinreichend genau Rechnung getragen.
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Für diese Art der Berechnung kann man sich zweier Mittel bedienen:
Entweder man mißt die Summe aus Wirk- und Blindverbrauch bzw. aus Teilen dieser
Größen oder ihre Differenz.
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Die Messung kann geschehen mit Hilfe eines Wirk- und eines Blindverbrauchszählers,
doch wird man aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt sein, möglichst nur einen Zähler
zu benutzen. Hat man einen Zähler, der die Summe mißt, so kommt man mit diesem einen
Summenzähler aus, hat man jedoch einen Zähler, der die Differenz mißt, so ist außerdem
noch ein normaler Wirkverbrauchszähler nötig. Die Verwendung eines Differenz- und
eines Wirkverbrauchszählers ist deshalb günstiger als die eines reinen Blindverbrauchs-
und eines Wirkverbrauchszählers, weil der den Blindverbrauch berücksichtigende Tarif
meist auf eine bestimmte äußere Phasenverschiebung (z. B. cos (p - 0,7 oder o,8)
aufgebaut ist und der im -nachstehenden beschriebene Differenzzähler je nach seiner
inneren Abgleichung bei einer bestimmten geforderten äußeren Phasenverschiebung
stillsteht, bei einer kleineren Phasenverschiebung z. B. rechtsherum .läuft und
gegebenenfalls auf der einen Rollenreihe eines Doppelrollenzählwerkes Rabattbeträge
anzeigt, bei einer größeren Verschiebung linksherum läuft und auf der anderen Rollenreihe
Zuschlagsbeträge angibt. Der reine Blindverbrauchszähler würde dagegen noch besondere
Relaiseinrichtungen nötig haben, um bei dem bestimmten cos y ein- oder umgeschaltet
zu werden.
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Benutzt man nun als Summen- bzw. DifferenzzählereinenInduktionszähler,
dessenNebenschlußfeld um (90 + iV) ° bzw. (270 + dj) ° oder um (18o-t.) ° bzw. (36o
- J.)° gegen das Hauptstromfeld bei induktionsfreier Last nacheilt, und führt man
in den beiden ersten Fällen einen Eich-Korrektionsfaktor von. in den
beiden letzten einen Faktor von
ein, so sind die Angaben dieses Zählers mit einem derartig abgeglichenen Triebsystem
in Einphasenanlagen proportional:
[umgekehrte Drehrichtung wie der Zähler nach Gleichung (r.)] oder
[umgekehrte Drehrichtung wie Zähler nach Gleichung (3.)]. Das obere Vorzeichen bezieht
sich dabei auf nacheilenden Strom (induktive Belastung), das untere auf voreilenden
(kapazitive Belastung). Man erkennt, daß ein solcher Zähler bei nacheilendem Strom
die Summe aus Wirk- und einem Teil oder Vielfachen des Blindverbrauches, bei voreilendem
Strom die Differenz anzeigt. Zähler, die umgekehrt bei nacheilendem Strom die Differenz
und bei voreilendem die Summe anzeigen, müssen Triebsysteme haben, bei denen das
Spannungsfeld gegenüber dem Hauptstromfeld um (go - @.) ° bzw. (270 -
'0 '
oder um (i8o + i,)' bzw. (36o -1- i-1,)' bei induktionsfreier Last nacheilt.
Die Angaben eines solchen Zählers sind darin proportional:
[(umgekehrte Drehrichtung wie "Zähler nach Gleichung (i a.)] oder
[umgekehrte Drehrichtung wie der Zähler nach Gleichung (3a.)]. Benutzt man bei den
Zählern nach den Gleichungen (i.), (2.), (i a.) und (2 a.) statt des Eich-Korrektionsfaktors
von
einen solchen von
so lautet für die Gleichungen (i.) und (2.) der Klammerausdruck der rechten Seite
und für die Gleichungen (i a.) und (2 a.) :
Entsprechend werden dieKlammerausdrLcke der rechten SeitederGleichungen (3.), (4.),
(3 a.) und(4 a.) durch Einführung des Eich- Korrektionsfakters
statt
übergeleitet für die Gleichungen (3. und (4.) in
und für die Gleichungen (3 a.) und (4a.) in
Der Winkel lL, kann beliebig groß gewählt werden, wird sich jedoch immer in den
Grenzen o° bis go° halten. Er ist bei Summenzählern bestimmt durch das Wertschätzungsv
erhältnis des Blindverbrauches zum Wirkverbrauch, das in dem Quotienten
- tg ib bzw.
= cotg vi ausgedrückt ist. Bei Differenzzählern richtet sich seine Größe danach,
bei welcher äußeren Phasenverschiebung c:>, die als Grundlage des Tarifs dient,
der Zähler stellen soll.
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Die Durchbildung von derartig abgeglichenen Zählern würde nun zwar
keine allzu großen Schwierigkeiten machen, ein erheblicher Nachteil dieser Systeme
ist es jedoch, daß die in der Praxis vorhandenen Kraftzähler nur zum Teil und auch
da nur bei Aufwand größerer Kosten in Zähler der geschilde ten Tarifform abgeändert
werden können. Die Summen-und Differenzzähler nach dc m angegebenen Prinzip haben
nämlich, wie aus den obigen Gleichungen hervorgeht, innere Phasenverschiebungen
von üb( r go °, d. h. das Spannungsfeld eilt bei induktionsfreier Last dem Hauptstromfeld
um über go° nach. [Abgesehen von dem einen Fall des Zählers nach Gleichung (i a.).]
Es macht nun meist unüberbrückbare Schwierigkeiten, in den vorhandenen auf gö' abgeglichenen
Zählern durch eine weitere Abgleichung
innere Phasenverschiebungen
von über go° hervorzubringen. Es ist aber aus wirtschaftlichen Gründen unbedingt
erforderlich, daß die vorhandenen Kraftzähler benutzt werden können.
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Um diesen Zweck zu erreichen, ohne schwierige innere Abgleichungen
vornehmen zu müssen, werden erfindungsgemäß zur Messung der Summe oder Differenz
von Wirk- und Blindverbrauch in Drehstromanlagen Kunstschaltungen gemacht. Es werden
Zähler mit zwei Triebsystemen benutzt, und jedes System hat zwischen den wirksamen
Strom- und Spannungsfeldern, falls es bei induktionsfreier Last an einen Einphasenstromkreis
angeschlossen würde, eine leicht zu erreichende innere Verschiebung von weniger
als go °. Die zur Messung der Summe bzw. der Differenz nötige Phasenverschiebung
nach den Gleichungen (i.) bis (4.) bzw. (i a.) bis (4 a.) wird nun durch Anschluß
der Spannungsspulen an entsprechende Phasen des Drehstromnetzes hervorgerufen.
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Welche Phasenverschiebungen zwischen den wirksamen Feldern der Summen-
bzw. Differenzzähler bei Anschluß im ? Drehstromkreise herrschen müssen, geht aus
den Vektorendiagrammen hervor, die sich bei Verwendung von zwei nach den obigen
Gleichungen abgeglichenen und nach der 2-Wattmeter-Methode geschalteten Triebsystemen
ergeben. So zeigt z. B. Abb. i das 2-Wattmeter-Schaltbild und Abb. 2 das Vektorendiagramm,
wie es einem Summenzähler mit zwei Triebsystemen entspricht, dessen jedes nach Gleichung
(i.) abgeglichen ist, also innere Phasenverschiebungen von über go° (go +
JA,' hat. Durch die in Abb. 3 wiedergegebene Kunstschaltung ist es nun möglich,
das Vektorendiagramm Abb. 4 zu erhalten, das dieselben Phasenverschiebungen zwischen
den zusammenarbeitenden Feldern hat wie das Diagramm Abb. 2, also einem Zähler zugehört,
der dieselben Drehmomente hat und ebenso die Summe mißt wie der in Abb. i nach der
2-Wattmeter-Methode geschaltete Zähler mit inneren Phasenverschiebungen von über
go °. Dadurch, daß mit dem Stromfeld y i, nicht wie bei der 2-Wattmeter-Schaltung
das Spannungsfeld cpl;1, _ sondern das Spannungsfeld cpF1", zusammenarbeitet und
mit dem Stromfeld y.lt nicht das Spannungsfeld yE"" sondern das Spannungsfeld ist
erreicht, daß die innere Phasenverschiebung, die jedes Triebsystem bei Anschluß
an einen Einphasen-Stromkreis und induktionsfreier Last hat, immer unter go° bleibt,
in diesem Falle (3o -j- ip) °, wobei @b kleiner als 6o' ist. Würde :L, aber auch
größer als 6o° sein, ja schon wenn es größer als 3o' würde, so würden die Spannungsspulen
der beiden Systeme an die im entgegengesetzten Uhrzeigerdrehsinn folgenden verketteten
Spannungen angeschlossen werden müssen, so daß immer nur eine innere Abgleichung
von weniger als go° zu erfolgen hat.
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Was hier für einen Zähler nach Gleichung (r.) durchgeführt ist, läßt
sich in analoger Weise für Zähler nach den Gleichungen (2.) bis (4.) ausführen.
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Als Beispiel für die Schaltung eines Differenzzählers dienen die Abb.
5 bis B. Es ist ein Zähler nach Gleichung (3a.) zugrunde gelegt. Abb.5 zeigt das
gewöhnliche 2-Wattmeter-Schaltbild, Abb. 6 das dazugehörige Vektorendiagramm entsprechend
der inneren Abgleichung der beiden Systeme nach Gleichung (3 a.). Abb. 7 stellt
die Kunstschaltung dar und Abb. 8 das zugehörige Vektorendiagramm. In diesem Falle
beträgt die in jedem Triebsystem vorzunehmende. innere Abgleichung bei einphasigem
Anschluß tp°. Diese Abgleichung kann also auch"'hier immer unter go ° gehalten werden.
Wird @ größer als 6o°, so wird auch hier die nächste folgende verkettete Spannung
zum Anschluß der Spannungsspulen benutzt