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Gleiclistromhochspannungswattstundenzähler Die Erfindung betrifft
einen Gleichstromhochspannungswattstundenzähler. Praktisch wurden solche Zähler,
soweit sie selbst mit Gleichstrom-betrieben werden, bisher so atusgeführt, daß man
dem für niedrige Spannung üblichen Gleichstromwattstundenzähler im Spannungskreis
um so mehr Widerstände vorschaltete, je höher die Netzspannung war.
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Wenn man auch bei Gleichstromwattstundenzählern mit Rücksicht auf
Verringerung, des sog. Eigenverbrauches den durch den Spannungskreis des Zählers
fließenden Strom so weit als möglich herabsetzte, so erreichte man doch bald eine
Grenze, unterhalb der auch bei Anwendung von sehr dünnem Wicklungsdraht das Zählerdrehmoment
nicht mehr für eine genaue Messung ausreichte. Bei modernen Zählern beträgt der
Strom im Spannungskreis etwa I5 mA und kann allerhöchstens bis auf 10 mA herabgedrückt
werden. Sollen nun solche Zähler in Anlagen mit sehr hohen Gleichspannungen verwendet
werden, dann müssen in den Spannungskreis sehr viele Vorwiderstände eingeschaltet
werden, die eine erhebliche Leistung verzehren. Der Eigenverbrauch der Meßeinrichtung
wird dadurch sehr groß. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich die dauernd beheizten
Widerstände im Lau£e der Zeit ändern und dann der Zähler falsch mißt. Man hat deshalb
vorgeschlagen, für die Zählung Wechselstromzähler zu verwenden und Strom und Spannung
der Gleichstromhochspannungsanlage in Wechselstrom umzuformen, indem man beispielsweise
in Magnetfeldern, die vom Gleichstrom und von der Gieichspannung erregt werden,
umlaufende Teile anordnete. Allein die parktische Durchbildung deran Gleichstromhochspaunungliegenden
Erregerwicklung, die entweder die volle Spannung aufnehmen muß oder wieder eine
große Anzahl von Vonviderständen benötigt, macht außierordentliche Schwierigkeiten
Aber selbst wenn sich diese überwinden ließen, würde eine solche Meßeinrichtung
immer noch einen viel zu hohen Eigenverbrauch haben.
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Auch wären die zur Umwandlung der Gleichspannung in Wechselstrom dienenden
umlaufenden Teile für den praktischen Betrieb zu umständlich, da sie einer dauernden
Wartung bedürfen. Entsprechendes gilt für die
verschiedenen bekannten
oder vorgeschlagenen Gleichstrom-Gieichstromwandler oder Gleichstrom-Wechselstromwandler.
Der praktische Anwendungsbereich solcher Wandler ist auf das Gebiet der kleinen
und mittleren Gleichstromspannungen beschränkt.
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Aus der älteren Meßtechnik ist es bekannt, Amperestundenzähler zu
bauen, die die Wärmewirkung des Stromes ausnutzen. So hat man z. B. durch einen
im Zuge der Leitung liegenden Heizwiderstand einen aufsteigenden Luftstrom erzeugt,
der eine einen Zähler antneibende Windmühle in Bewegung setzt, oder man hat durch
den Heizwiderstand Flüssigkeiten verdampft, durch deren Glewichtsverlagerung eine
den Zähler antreibende Pendelbewegung erzielt wurde. Um elektrolytische Messer auch
für Wechselstrom benutzen zu können, wurde die elektrolytische Zelle an ein vom
Verbrauchs strom beheiztes Thermoelement angeschlossen. Auch wurden sog, Thermoumformer
vorgeschlagen. bei denen der zu messende Strom von dem Kreis dieses Stromes isolierte
Thermoelemente heizte, so daß zwischen dem zu messenden Strom und den Thermoelementen
auch eine größere Spannungsdifferenz bestehen könnte. Alle diese Vorschläge konnten
sich aber in der Zähler technik nicht behauptet und haben dort auch kaum Eingang
gefunden, weil die betreffenden Geräte keine Gewähr dafür bieten, daß die heutzutage
verlangte hohe Meßgenauigkeit auch ohne dauernde Wartung und Nachprüfung für längere
Zeit erhalten bleibt. Nun kommt es aber gerade für Gleichstromhochspannungswattstundenzähler
auf dauernd hohe Meßgenauigkeit an, weil durch solche Leitungen erhebliche Arbeitsmenge
fleißen und schon verhältnismäßig kleine Meßfehler im Laufe der Zeit Fehler in den
Stromrechnungen von vielen Tausenden von Mark ergeben, die zu streitigekeiten zwischen
dem Leiferwerk und dem Abenehmer führen können.
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Nach einem älteren Vorschlag wird für gewöhnliche Gleichstromanlagen
ein Elektrolytzähler mit Brückenschaltung verwendet, die an einen in der Gleichstromleitung
liegenden Widerstand angeschlossen ist. Zwei gegenüberliegende Brückenzweige werden
derart von der Spannung beheizt, daß der durch die Zelle gehende Meßstrom der Leistung
der Anlage proportional ist. Es wird also hier cm nur für Amperestundenmessung geeigneter
Zähler durch Wärmekopplung mit der Spannung in einen Wattstundenzähler venvandelt.
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Trotz -dieser mit Wärmekopplung arbeitenden Vorläufer ist aber bisher
noch niemand auf den Gedanken gekommen, gerade für Gleichstromwattstundenzähler
in anlagen mit sehr hohen Gleichspannungen von einer thermischen Kopplung Gebrauch
zu machen.
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Die Erfindung vermeidet die Mängel der eingangs geschilderten Gleichstromhochspannungswattstundenzähler
und gestattet, insbesondere den Eigenverbrauch solcher Zähler auf ein erträgliches
Maß herabzusetzen, ohne daß dadurch die hohe Meßgenauigkeit verlorengeht.
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Erfindungsgemäß sitzt eine mit Meßwiderständen zusammengeschaltete,
an einen in dem die hohe Gleichspannung führenden Leiter liegenden Widerstand angeschlossene
elektrolytische Zelle an dem Kopf eines Hochspannungsisolators, in dessen Innern
ein zur Erde oder zu einem zweiten Hochspannungsleiter führender Vorwiderstand untergebracht
ist, der wenigstensmit einem Teil in an sich bekannter Weise die meßwiderstände
derart heizt, daß der durch die Zelle beUende Strom proportional der Leistung in
der Hochspannungsleitung ist, und welcher in seinem Ohmwert derart dieser Hochspannung
angepaßt ist, daß der ihn durchfließende Strom wesentlich kleiner als der kleinstmögliche
Spannungsstrom (etwa 10 bis 1 15 mA) eines umlaufenden Gleichstromwattstundenzählers
ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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I, 2 (Fig. I) sind die Gleichstromhochspannungsleitungen. In den
Zug der einen Leitung 2 ist ein Widerstand 3 eingeschaltet, an dessen Enden die
Brücke 4 angeschlossen ist.
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Im Brückenzweig 41 liegt eine Wasserstoffelektrolytzelle 42, die in
bekannter Weise selbsthebernd ausgeführt ist und bei jeder Heberung einen als Impulsgeber
dienenden Kontakt 43 betätigt. Solche Zellen sind an sich bekannt und sollen deshalb
nicht näher erläutert werden. Die eine Kontaktstelle ist an die eine Zellenelektrode
angeschlossen bzw. sie wird von der einen Zellenelektrode selbst gebildet, die andere
Kontaktstelle ist mit der einen Wicklung 51 eines Isolierwandlers 5 verhunden. Von
der Brücke 4 sind zwei Außenzweige 44 durch einen Widerstand 45 beheizt, der mit
dem einen Endec an die Brücke bzw. an den Leiter 2, mit dem anderen Ende b an die
Wicklung 51 und an den hochohmigen Widerstand 6 angeschlossen ist. Die Mitte des
aus den beiden Teilen 61, 62 bestehenden Vorwiderstandes 6 ist bei 7 geerdet. der
zweite Teil 62 des Widerstandes ist mit der Leitung I verbunden.
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Die andere Wicklung 52 des Isolierwandlers 5 ist über eine Kaskadenschaltung
von weiteren Isolierwandlern 53 usw. mit der Empfangseinrichtung 8 verbunden. Die
Brücke ist derart abgeglichen, daß die in der Zelle 42 abgeschiedene meßstoffmenge
jeweils proportional dem Produkt aus Strom und Spannung wenigstens innerhalb bestimmter
Spannungsgrenzen ist. Sobald sich genügend Meß
stoff abgeschieden
hat, hebert der Zähler und schließt den Impulsgeber 43. Der Impuls wird durch die
Isolierwandler 5, 53 usw. auf die Empfangseinrichtung 8 übertragen. Durch Anwendung
der Wärmekopplung läßt sich bei einem solchen Zähler der Eigenverbrauch des Spunnungszweiges,
also der Heizvorrichtung, auch bei Gleichstromhochspannungen in Ider Größenordnung
von 100000 Volt, bis auf ein halbes Kilowatt und noch mehr erabdrücken, während
die bekannten Gleichstromhochspannungszähler bei größeren Spannungen einen bedeutend
höhenen Eigenverbrauch ergeben.
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Besonders klein läßt sich der Eigenverbrauch halten, wenn man zur
Heizung der Brückenzweige, wie beispielsweise Fig. 2 zeigt, den ganzen oder einen
möglichst großen Teil, beispielsweise die Hälfte. 61, des Widerstandes 6 heranzieht,
wie an Hand dieser Figur noch näher erläutert werden soll.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen konstruktive Ausführungen der Meßeinrichtung.
In Fig. 3 ist in dem Stützisolator 9 für die Leitung 2 die eine Hälfte 61 des Widerstandes
6 angeordnet, die bei 7 geerdet und mit. der Hälfte 62 verbunden ist. Die Hälfte
62 befindet sich in dem Stützisolator 10 der Leitung 1. Der Isolator, insbesonders
das Innere des Isolators, ist potential gesteuert, indem z. B. die einzelnen zum
mindesten an der Oberfläche leitenden Zwischenwände 11, Zwischenfassungen o. dgl.,
an entsprechende Punkte 110, 111 usw. des Widerstandes 61 angeschlossen sind. Die
einzelnen Isolierwandler 53 bis 59 sind leitend mit diesen Zwischenwänden oder Zwischenfassungen
verbunden und dadurch ebenfalls potential gesteuert. In dem auf dem Isolator g sitzenden,
vorzugsweise kugelförmigen Gehäuse 12 ist der Nebenwiderstand 3 nebst der Zelle
42, dem Kontaktgeber 43 und der Brükkenschaltung 4 sowie dem Heizwiderstand 45 untergebracht.
Die Isolatoren 9, 10 sind mit Luft, gas oder isolierflüssigkeit bzw. mit Isoliermasse
gefüllt.
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In Fog. 2 sind die Außenzwiege 44 der rücke 4 in einem von dem Widerstand
61 beheizten umalufenden Gas- oder Flüssigkeitsstrom angeordnet, der durch den den
Widerstand 6I umschließenden Kamin I3 geführt wird.
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Dei Fog. 4 und 5 zeigen zwei andere Schaltungen für den Impulsgeber
43. In Fig. 4 wird der Impulsgeber 43 durch eine besondere Spannungsquelle bzw.
eine Batterie 14 gespeist, die sich auf dem gleichen potential wie die Zelle 43
befindet. In Fig. 5 beeinflußt der Impulsgeber 43 durch Kurzschließen oder Widerstandsüberbrückung
der einen Isolierwandlerwicklung 51 die Stromverhältnisse in der anderen Wicklung
52 die unmittelbar oder mittelbar über weitere Wandler durch eine Wechselstromquelle
15 gespeist word.
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Diese Beeinflussung der Stromverhältnisse wirkt sich wie ein Impuls
auf das Empfangsgerät 8 aus.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sich bei überraschen geringem
Eigenverbrauch und günstigen Isolationsverhältnissen mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln eine zuverlässige Messung der Gleichstromhochspannungsleistung durchführen
läßt.