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Vorrichtung zur richtigen Zählung des Stromverbrauchs mit Drehstromzählsätzen
bei Störungen in einem ihrer Spannungskreise mittels eines Hilfsmeßwerksatzes
Bei
Drehstromzählsätzen, also bei Drehstromdreileiter- oder -vierleiterzählern mit oder
ohne Spannungswandler ist in der Regel der Spannungskreis gesichert, und zwar liegen
bei Verwendung von Spannungswandlern die Sicherungen auf der seite. Diese Sicherungen
müssen, das ist ja ihr Zweck, bei Blitzschlägen, Überspannungen od. dgl. brennen;
denn sie sollen ja die Wandler und den dahinterliegenden Zählsatz schützen. Leider
fällt aber nach dem Durchbrennen einer Sicherung die betreffende Phasenspannung
für den Zählsatz aus, so daß dieser nunmehr falsch mißt, weil der Spannungsstromkreis
des Satzes gestört ist. Der Hauptstromkreis wird dadurch nicht beeinflußt, so daß
also die Ströme auch nach der Störung die gleichen bleiben wie bei ungestörtem Spannungsstromkreis.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, im Störungsfall mit Hilfe eines Hilfsmeßwerksatzes
die Angaben des gestörten Hauptmeßwerksatzes so zu berichtigen, daß auch während
der Störungszeit der Durchgang an elektrischer Arbeit richtig gezählt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur richtigen Zählung
des Stromverbrauchs mit Dreh stromzählsätzen bei Störungen in einem ihrer Spankungskreise
mittels eines Hilfsmeßwerksatzes.
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Erfindungsgemäß wird durch eine im Störungsfall ansprechende Vorrichtung
wenigstens eines der Hilfsmeßwerke wirksam gemacht und der auf das betreffende Hilfsmeßwerk
wirkende Spannungstriebflu B, bezogen auf den Zählwerksweg, in seiner Vektorgröße
so abgeglichen, daß er den für das gestörte Hauptmeßwerk verbleibenden Vektorrest
des Spannungs-
triebflusses zu dem im störungsfreien Betrieb vorhandenen
Vektor des Spannungstriebflusses dieses Hauptmeßwerkes ergänzt, wobei die Stromspule
des betreffenden Hilfsmeßwerkes jeweils den Laststrom führt, der der gestörten Phase
des Spannungskreises entspricht. Wenn oben erwähnt ist, daß die Vektorabgleichung
auf den Zählwerksweg bezogen werden soll, so soll dies heißen, daß bei der Abgleichung
die Übersetzung im Meßwerkgetriebe und sonstige Konstanten des Zählers, die für
die Drehzahl des Zählerankers bei einem bestimmten Strom und einer bestimmten Spannung
maßgeblich sind, berücksichtigt werden müssen. Für den Fall, daß diese Konstanten
und das Übersetzungsverhältnis bei Haupt- und Hilfsmeßwerk gleich sind, muß also
tatsächlich der Vektor des Spannungstriebflusses des Hilfswerkes den Vektorrest
des Hauptwerkes genau zu dem bei störungsfreiem Betrieb vorhandenen Vektor des Hauptmeßwerkes
ergänzen. Anderenfalls gehen z. B. Verschiedenheiten der Übersetzungen als Proportionalitätsfaktor
ein.
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Die Bezeichnung »im Störungsfalle verbleibender Vektorrest« gilt
allgemein auch für den Fall, daß dieser Rest gleich o ist, wie z. B. bei Vierleiterzählern.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. I zeigt das Schaltbild eines Zählsatzes für Dreileiteranlagen
mit einem Hilfsmeßwerksatz; Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Schaltbild für Vierleiteranlagen;
die Fig. 3 und 4 zeigen Vektorbilder, die Fig. 5 und 6 Schaltbilder zur Erläuterung
der Wirkungsweise beim Ausfall einer bestimmten Phasenspannung; die Fig. 7 und 8
zeigen wieder Vektorbilder, die Fig. g und I0 Schaltbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise
beim Ausfall einer anderen Phase; die Fig. II zeigt eine Variante der Fig. I.
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In Fig. 1 ist über einen Sicherungssatz I0 ein Spannungswandlersatz
II in V-Schaltung an die Phasen R, S, T eines Dreileiterdrehstromnetzes N angeschlossen.
Im Zuge des Leiters R und des Leiters T liegt ein Stromwandlersatz 12. Die beiden
Meßwerke I und II des Zählers Z sind in der bekannten Aron-Schaltung an die Wandlersätze
II, 12 angeschlossen. Die Spannungsspulen 1, 3 der Meßwerke sind durch eine Drosselspule
4 zu einer Dreieckschaltung ergänzt. Oft sind an die Sekundärseite der Spannungswandler
noch andere Geräte, z. B.
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Zeigergeräte, Relais od. dgl., angeschlossen. Die Drosselspule 4 ist
so abgeglichen, daß ihre Impedanz zusammen mit etwa parallel liegenden Hilfsgeräten
gleich der Impedanz einer Spannungswicklung eines Hauptmeßwerkes ist. Wenn später
einmal die Schaltung der Hilfsgeräte geändert wird, ist diese Abgleichung entsprechend
zu berichtigen. H ist ein Satz von Hilfsmeßwerken, und zwar sind drei Hilfsmeßwerke
I3 bis Ig vorhanden. Die Stromspulen I6 bis I8 dieser Hilfsmeßwerke werden der Reihe
nach, und zwar auch im störungsfreien Zustand, von den Strömen der Phasen R, S,
T durchflossen oder, je nach dem Übersetzungsverhältnis der Stromwandler I2, von
Strömen, die diesen proportional sind. Es führt also die Stromspule I6 denselben
Strom wie die Stromspule 6 des Hauptsystems I und die Stromspule I8 denselben Strom
wie die Stromspule 8 des Hauptsystems II, während die - Stromspule 17 die negative
Summe der Ströme in den Phasen R und T, also einen dem Strom in der Phase S entsprechenden
Strom führt. Die Spannungsspule I9 des Hilfsmeßwerkes I3 liegt an der Spannung TS,
die Spannung spule 20 an der Spannung und die Spule 21 an SR. Jedes Hilfsmeßwerk
wirkt auf einen besonderen, ein Zählwerk antreibenden Anker ein.
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Die Anker haben elektromagnetische Sperrvorrichtungen, sogenannte
Stopprelais, die beim Abschalten der Erregung den Anker freigeben. Die Magnetwicklungen
dieser Relais sind der Reihe nach mit 22 bis 24 bezeichnet und mit den einen Enden
an einen gemeinsamen Sternpunkt 25 angeschlossen, während die anderen Enden der
Reihe nach an den Phasenspannungen R, S und T liegen.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Im ungestörten Zustand sind
die Hilfsmeßwerke H sämtlich gesperrt. Der Verbrauch wird von den Hauptmeßwerken
I und II des Zählers Z richtig gezählt, und zwar handelt es sich um den Wirkverbrauch.
Die Meßwerke des Zählers Z haben deshalb eine innere Abgleichung von go", d. h.,
daß der Spannungstriebfluß eines Systems der Klemmenspannung um go° zuzüglich dem
Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom und Stromtriebfeld nacheilt. Die Hilfsmeßwerke
H dagegen haben eine innere Abgleichung von I80", sind also wie Blindverbrauchsgeräte
abgeglichen.
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Wenn nun die Wandlersicherung 10 der Phase R durchbrennt, dann mißt
der Zähler Z nicht mehr richtig, da im Spannungskreis wesentliche Änderungen eintreten.
Der Ausfall der Phase R im Spannungskreis zieht das Meßsystem II nicht in Mitleidenschaft.
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Dieses arbeitet also nach wie vor richtig, wohl aber wird das Meßsystem
1 gestört. Bei Vorhandensein der Phase R (Fig. 3 und 5) liegt die Spannungsspule
I des Systems I an der Phase RS. Der dazugehörige Spannungstriebfluß 00 steht senkrecht
zu dieser Spannung. Mit ; ist der Triebfluß der Stromspule 6, also eine dem Laststrom
in der Phase R proportionale Größe angedeutet. Nach bekannten Gesetzen ist das Drehmoment
des Meßwerkes 1 gleich dem Produkt der beiden Triebflüsse 00 und j und den Sinus
des Winkels zwischen den beiden Flüssen. Beim Ausfall der Phase R im Spannungskreis
(Fig. 4 und 6) liegt nunmehr die Spannungsspule I in Reihe mit der Drosselspule
4 an der Spannung TS, und zwar wirkt auf die Spule I nur die Hälfte dieser Spannung
ein, wie dies in Fig. 4 durch einen stark gezeichneten Pfeil angedeutet ist. Dadurch
geht der Spannungstriebfluß dieser Spule in SKl über. l ist durch die Abgleichung
der Drosselspule 4 halb so groß wie dio und um 60° in der Phase dagegen verschoben.
Es ist unschwer einzusehen, daß deshalb der Zähler falsch messen muß. Nun gibt aber
bei Ausfall der Phase R im Spannungszweig das Stopprelais 22 des Hilfsmeßwerkes
13 dessen Anker frei, der nun ein Zählwerk dieses Meßwerkes in Bewegung setzt. Die
Spannungs spule 19 dieses Meßwerkes liegt an der Spannung TS. Wie erwähnt, haben
die Hilfsmeßwerke eine innere Abgleichung von I80", und infolge-
dessen
liegt der Spannungstriebfluß 02 des Hilfsmeßwerkes I3 parallel zur Spannung und
ist derart abgeglichen, daß die geometrische Summe der Vektoren 01 und 02 genau
den Vektor 00 (wie Fig. 4) ergibt. Infolgedessen wird, wie weiter unten näher erläutert
ist, das Zählwerk des Hilfsmeßwerkes I3 gerade um den Fehlbetrag des Zählwerkes
des ZählersZ weitergetrieben. Das Drehmoment des Hilfsmeßwerkes I3 und damit sein
Zählwerksweg ist proportional dem Stromfluß J (Fig. 4) multipliziert mit dem Spannungsfluß
02 und dem Sinus des Winkels zwischen den beiden Flüssen. Der auf das System I entfallende
Drehmomentsanteil, also Anteil des Zählwerksweges des Zählers Z, ist proportional
dem Produkt aus und #1 und dem Sinus des Winkels zwischen den beiden Flüssen. Da
nun aber die Summe der Vektoren #1 und 02 = o ergibt, ergeben die Summen der Zählwerksangaben
des Zählers Z und des Hilfswerkes I3 den tatsächlichen Verbrauch.
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Ganz analoge Verhältnisse ergeben sich, wenn die Sicherung I0 für
die Phase T ausfällt, dann bleibt das Hauptmeßwerk I ungestört, und das Hauptmeßwerk
II erfährt die gleiche Störung wie früher das Meßwerk I. Das Stromrelais 24 des
Hilfsmeßwerkes 15 gibt nun seinen Anker frei, und das Hilfsmeßwerk 15 zählt auf
seinem Zählwerk den durch Falschmessung des Hauptmeßwerkes II entstandenen Fehlbetrag.
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Fällt nun die Sicherung 10 der Phase S aus, dann ergeben sich Verhältnisse,
die an Hand der Fig. 7 bis 10 erläutert werden. Bei ungestörtem Betrieb ergeben
sich für das Meßwerk I wieder die gleichen Verhältnisse wie in Fig. 3, d. h., der
Spannungstriebfluß #0 stehtsenkrecht auf der Spannung RS. Das Meßwerk II liegt an
der Spannung TS, und sein Triebfiuß IE steht senkrecht dazu (s. Fig. 7). Beim Ausfall
der Phase S geht die Schaltung nach Fig. g in die der Fig. 10 über, d. h., die Spannungsspulen
I und 3 der beiden Hauptmeßwerke liegen jetzt nur noch an der halben Spannung TR.
Der Spannungstriebfluß des Werkes I ist jetzt Aill, der Spannungstriebfluß des Meßwerkes
M 022. Nun gibt aber beim Ausfall der Phase S das Stopprelais 23 das Hilfsmeßwerk
14 frei, dessen Spannungstriebfluß 014 ist. Die Vektorsumme von 01l und 014 ergibt
wieder den Vektor o (wie in Fig. 7), die Vektorsumme von und 014 den Vektor 03I.
Durch die Stromspule I7 des Hilfsmeßwerkes 14 fließt die Summe der Lastströme der
Phasen R und T, also der Laststrom der Phase S, und infolgedessen mißt das Zählwerk
des Hilfswerkes I4 den Fehlbetrag des Zählwerkes des Zählers Z.
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Rechnerisch läßt sich dieser Vorgang folgendermaßen darstellen: Az
seien die Angaben des Zählers Z bei ungestörtem Betrieb, A die Angaben bei Ausfall
der Phase S. Aws seien im Störungsfalle die Angaben des Hilfsmeßwerkes 14. URS sei
die Spannung an R 5, JR der Strom in der Phase R und <pB sei die Phasennacheilung
des Stromes JR. Entsprechendes gilt für die anderen Phasen. Im störungsfreien Zustand
mißt der Zähler Z nach bekannten Gesetzen.
Die Hilfsmeßwerke H stehen stiU. Beim Ausfall der Phase S mißt der Zähler
das Hilfsmeßwerk 14
Beide zusammen messen Az" + Aws = da #3s Js cos #S + I JR cos (30 - #R) + I JT cos
(30 + #T) = JR cos (30 + #R) + JT cos (30 - #T).
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Die beschriebene Anordnung kann im Rahmen der Erfindung in verschiedener
Weise abgeändert werden.
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So kann man z. B. durch die Relais 22 bis 24 die Spannungsspulen 19
bis 21 ein- und ausschalten und braucht dann die Anker nicht zu stoppen. Ferner
kann man die Haupt- und die Hilfsmeßwerke über Differentialgetriebe auf ein gemeinsames
Zählwerk einwirken lassen und erspart sich dann die Summierung der Zählwerksangaben.
Außerdem brauchen die Vektoren der Spannungstriebflüsse der Hilfswerke 13 bis 15
nicht die in den Fig. 4 und 8 angegebenen Größen zu haben, sondern können auch kleiner
oder größer sein, wenn beispielsweise die Übersetzung zwischen Anker und Zählwerk
entsprechend gewählt wird. Nimmt man für die Haupt-und Hilfsmeßwerke Systeme für
gleiche Nennleistungen, jedoch mit dem Unterschied, daß es sich einmal um eine Wirkleistung,
das andere Mal um eine Blindleistung handelt, und bedenkt man, daß dann beispielsweise
in Fig. 4 der Vektor 02 seinem Absolutbetrag nach gleich #0 ist, dann gibt man den
Hilfs-#3 meßwerken I3 bis 15 eine 2 entsprechende Übersetzung zwischen Anker und
Zählwerk.
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Um Differentialgetriebe zu sparen, kann man die Hilfsmeßwerke 13
bis 15 auf den gleichen Anker einwirken lassen wie die Hauptmeßwerke 1 und II, muß
aber dann mit Ein- und Ausschalten der Spannungsspulen der Hilfsmeßwerke arbeiten.
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Diese Ausführung hat gegenüber den vorher beschriebenen den Vorteil,
daß sie auch bei Meßaggregaten für Lieferung und Bezug in Frage kommt,
da
der Anker des Gerätes bei beliebiger Belastung und beliebigem cos pol stets vorwärts
dreht, solange der Strom nur aus einer Richtung kommt.
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Wie die Fig. II zeigt, kann man auch mit zwei Hilfswerken 130, 150
auskommen, wenn man die Spannungsspulen I90 und 210 mit der Drosselspule 40 in Stern
und die Stromrelais in Dreieck schaltet.
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Damit bei Störung einer Phase das gestörte Meßwerk genau die halbe
Spannung erhält, muß auch bei den Stromrelais die Symmetrie bewahrt bleiben. Diese
wird durch die an R T liegende Spule 230 erreicht.
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Bei IBrehstrom-Dreileiter-Blindverbrauchszählungen haben die Hauptmeßwerke
entweder eine innere Abgleichung von I80 oder 60". Bei den Zählern mit 1800 innerer
Abgleichung müssen zur Berichtigung der Angaben die Hilfsmeßwerke eine innere Abgleichung
von go" haben, sind also normale Wirkverbrauchsmeßwerke. Blindverbrauchszähler mit
60° innerer Abgleichung lassen sich mit Hilfsmeßwerken mit I50( innerer Abgleichung
berichtigen. Die Zahl der erforderlichen Hilfsmeßwerke ist die gleiche wie bei Wirkverbrauchszählung,
also 3 oder 2.
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Die für Drehstrom-Vierleiter-Wirkverbrauchszählung in Frage kommende
Schaltung zeigt die Fig. 2, die wohl keiner besonderen Erläuterung bedarf. Sie entspricht
im wesentlichen der Schaltung nach Fig. 1.
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Der Zähler Z hat je drei Hauptmeßwerke I bis III, deren Spannungsspulen
über einen Spannungswandlersatz II in Stern geschaltet sind. Die Schaltungen für
die Hilfsmeßwerke I3 bis Ig sind die gleichen wie bei Fig. I, nur mit dem Unterschied,
daß die Stromspule 17 des Hilfswerkes 14 jetzt unmittelbar an einem dritten, in
der Phase 5 liegenden Stromwandler 121 ebenso wie die Stromspule 8 des Meßwerkes
II angeschlossen ist.
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Beim Durchbrennen der Sicherung 10 der Phase R fällt die Spannung
für das Hauptmeßwerk I aus. Es verschwindet also der gesamte Spannungstriebfiuß.
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An die Stelle des Hauptmeßwerkes I tritt das Hilfsmeßwerk das das
an der zur Spannung RO senkrechten Spannung TS liegt, aber dafür eine um go° abweichende,
also I80° innere Abgleichung hat. Es ist wieder in bezug auf den Zählwerksmeßweg
mit seinem Spannungstriebfluß so abgeglichen, daß dieser Triebfluß gleich dem des
Hauptsystems I bei ungestörtem Betrieb ist. Entsprechendes gilt bei Ausfall der
Phase S oder T. Auch hier können wieder, wenn man mit Schaltung der Spannungsspulen
der Hilfsmeßwerke arbeitet, sämtliche Systeme auf den gleichen Anker einwirken.
Damit die Anordnung auch bei Unterbrechung in einer Spannungsspule des Hauptmeßwerkes
richtig arbeitet, können in Fig. 2 die Stromrelais 22 bis 24 an Sekundärwicklungen
der entsprechenden Spannungsspulen der Hauptmeßwerke I bis III angeschlossen sein.
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Werden zur Blindverbrauchszählung in einer Drehstrom-Vierleiteranlage
Blindverbrauchszähler mit 1800 innerer Abgleichung verwendet, so müssen die Hilfsmeßwerke
90" innere Abgleichung haben, also aus normalen Wirkverbrauchs-Meßwerken bestehen.
Haben die Hauptmeßwerke aber go°-Abgleichung (Kunstschaltung), so müssen die Hilfsmeßwerke
I80°-Abgleichung haben und die Stromrelais an den Dreieckspannungen liegen.
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Brennen im Störungsfall zwei oder alle drei Spannungswandlersicherungen
durch, so kann man einen zweiten Spannungswandlersatz in Reserve halten, der durch
bekannte Mittel selbsttätig an Stelle des ersten Wandlersatzes eingeschaltet wird,
sobald mehr als eine Sicherung beim ersten Wandlersatz durchbrennt.
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Natürlich kann das Verfahren auch bei Scheinverbrauchszählung, bei
dem die Meßwege eines Wirk-und Blindverbrauchsmeßsatzes geometrisch addiert oder
der Scheinverbrauch auf andere bekannte Weise aus diesen Meßwegen abgeleitet wird,
angewendet werden.