CH86045A - Messverfahren für Gleich-, bezw. Wechselstromanlagen und Vorrichtung zur Durchführung desselben. - Google Patents

Description

      Messverfahren    für Gleich-,     bezw.        Wechselstrotnanlagen    und     Vorrichtung    zur Durch  führung desselben.    Den Gegenstand der vorliegenden Erfin  dung bildet ein Verfahren und eine Vorrich  tung zur Ermittlung der     messtechnischen     Grundlage eines     Spezialtarifes    für den Ver  kauf elektrischer Energie. Die Erfindung be  zweckt die Feststellung der verlustvergrössern  den Wirkung der Ungleichmässigkeit der  Stromentnahme und bei Wechselstrom zu  gleich der verlustvergrössernden Wirkung der  Abweichungen des Leistungsfaktors vom Werte  Eins.

   Die Ermittlung dieser Wirkung als  Mass für die Güte der Verbrauchsform erfolgt  zu Zwecken der Rabattgewährung auf die  Strompreise von Stromversorgungsunterneh  men, oder zu Zwecken der rationellen Ge  staltung des Betriebes in solchen Anlagen,  welche ihren Bedarf an elektrischer Energie  selbst erzeugen. Die bisher gebräuchlichen  einschlägigen     Messapparate    (Höchstverbrauchs  messer,     Kilovoltamperestundenzähler)    ermög  lichen dem Stromlieferanten,     bezw.    -Produ  zenten eine genaue Bestimmung der genann  ten Wirkungen nicht. Dies ist aber der Fall  bei dein Verfahren und der Einrichtung, die    den Gegenstand vorliegender Erfindung bilden.

         :Nach    dem Verfahren gemäss vorliegender Er  findung wird neben der während der Ver  brauchszeit t abgegebenen Leistung auch der  Wert
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   gemessen, zum Zwecke,  durch     Vergleichung    des innerhalb der Zeit     t     abgegebenen elektrischen Arbeitsbetrages mit  diesem Werte ein Mass für die Güte der Ver  brauchsform hinsichtlich     (Gleichmässigkeit    und  Leistungsfaktor zu erhalten.  



  Zur     Ausführung    des     Messverfahrens    wird  neben einem Zähler bekannter Art, der die  abgegebene elektrische Arbeit misst, ein Ap  parat zur     Messung    des Wertes
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   be  nutzt. Um einen solchen Apparat zu erhalten,  braucht     nian    beispielsweise nur die Spannungs  spulen eines Zählers     bekannter    Art und mit  einem dem Hauptstrome proportionalen Strome  zu speisen.  



  Zu diesem Zwecke kann man-      A. An die Stelle des bei den nach dem       Thonison-Prinzipe    gebauten     Wattstunden-Mo-          torzahlern    an der Netzspannung liegenden  Ankers eine der vom Nutzstrome durchflossene  Spule und parallel geschalteter Anker b treten       (Fig.    1);  B. An die Stelle der sogenannten     Span-          nungs-Triebspule    bei     Induktions-Wattstunden-          zählern    entweder:  1.

   Eine mit demselben magnetischen     Flusse     eines vorzusehenden Zwischentransformators  Z wie die sogenannte Stromspule<B>ei</B> elektro  magnetisch verkettete Triebspule     di    treten       (Fig.    2); oder es werden       \?.    Die beiden Triebspulen e2 und<I>d2</I> unter  sich in Reihe und hintereinander mit dem  äussern     Stromkreis    geschaltet, wobei eine       wirksame.Phasenverschiebung    a zwischen den  magnetischen Feldern dieser beiden Triebspulen  durch Parallelschaltung eines induktionsfreien  Widerstandes     r;    zu einer von beiden Spulen  wicklungen erzielt wird     (Fig.    2a);  C.

   An die Stelle der beiden Spannungs  spulen eines     Pendel-Wattstundenzählers    kann  ein System     d'    zweier in Reihe geschalteter  Spulen treten, welches entweder  1. Dem System o' der festen Stromspulen  parallel     (Fig.    4a) oder - in geeigneten Fällen  - mit dem genannten System c'     hintereinan-          dergeschaltet    ist     (Fig.    4b), oder  Mit demselben magnetischen     Flusse     eines Zwischentransformators T wie das Sy  stem     o'    elektromagnetisch verkettet ist     (Fig.    5).  



  Zur näheren Erläuterung der Verhältnisse  unter     Bi,        bezw.    C dient das     Vektordiagranim          Fig.    3 der in den Anordnungen nach     Fig.    2,       bezw.        Fig.    5 fliessenden Ströme.

   In     Fig.    3  bedeutet       i,    den Primärstrom     (Nutzstrom)    im Zwi  schentransformator T,       i'    den     Sekundärstrom    des Zwischentrans  formators<B>T zur</B> Erregung der Spule     o        (bezw.     des Systems c' im Falle     Ca),          i'    den Sekundärstrom des Zwischentrans  formators<I>T</I> zur Erregung der Spule<I>d</I>     (bezw.     des Systems     d'    im Falle C2),    a den für konstante Frequenz des Stromes       i"    konstanten Phasenwinkel zwischen     i,

      und     il.     



  Bei     Ausbildung    als     Motorzähler    ist die  Anordnung einer     Wirbelstrombremse    für die  richtige Wirkungsweise der     b1essvorrichtung     notwendig.  



  Aus der Beschreibung ergibt sich, dass bei  den motorischen Zählern das vom Anker,       bezw.    Rotor entwickelte Drehmoment in je  dem Augenblicke dem Quadrate der Strom  stärke proportional ist, welche in dem Kreise  fliesst, in welchen das Instrument eingeschaltet  ist. Die     Messvorrichtung    ist also dazu bestimmt,  automatisch den Wert
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    für eine     Ableseperiode    T zu bilden.  



  Der Beweis, dass dies durch die angege  bene Schaltung tatsächlich erreicht wird, ge  staltet sich für die unter A,     bezw.        B,        bezw.     C beschriebenen Anordnungen wie folgt:  <I>Zu A.</I> Ist in     Fig.    1 Spule     a    fest, Spule  b beweglich angeordnet, und bedeutet       i.    den Augenblickswert der Stromstärke in a,       i,,    den Augenblickswert der Stromstärke in b,       r.    den Wert des     Ohmschen    Widerstandes  in a,       i-,,    den Wert des     Ohmschen    Widerstandes  in b,

    
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   den     Parallelschaltungswider-          stand    von     a    und<I>b,</I>  r eine Konstante,  so ergibt sich, wenn       .I        E=ra-        2@---r,,-        Z,,=P-(L@-+-L,,)=R-        i     unter Vernachlässigung der im Anker bei der  Drehung induzierten     Gegerr-L'l1Th    als Wert  des zwischen     a    und b auftretenden Dreh  momentes  
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    Die auftretende     mechanisehe        Leistung        Li     ist, wenn     c)

      die     Winkelgesehwindigkeit    des  Ankers b bedeutet, gegeben durch       zi=Dwli2r'0)         Die     von    der     Wirbelstrombremse    absor  bierte     mechanische    Leistung     L=    ist propor  tional      o2,    somit ist  L2 W2  Es gilt daher für     dynamisches    Gleich  gewicht  
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    -Man erhält daher  
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    in     welchem        Endausdrücke        Udie    Anzahl der vom  Anker<I>b</I> innerhalb der Zeit<I>T</I> zurückgelegten  Umdrehungen bedeutet.

   Der vom Zählwerke  der     3lessvorrichtung    registrierte Wert     L'    gibt       ('T     demnach ein Mass für den Wert)     i2   <I>d t.</I>  0  Zu     B.    Bei     Messvorrichtungen    für Wechsel  strom nach dem Prinzipe der Induktionszähler       (Fig.    2 und     2a)    gestaltet sich der Beweis       viillig    analog.

   Sind in     Fig.    2,     bezw.        Fig.    2a  die von den Strömen     i.    und     i"        durchflossenen     Spulen<B>ei</B> und     di        (bezw.        c2    und     d2)    die Träger  des Erregerfeldes, so ist gemäss der Theorie  der     Induktionszähler    das auf den Rotor aus  geübte     Drebnionient    gegeben durch den Aus  druck<I>D =</I>     r        i,        i,        sin   <I>ü,

  </I> wobei     a    den Phasen  winkel zwischen den Strömen i,. und     i,,    be  deutet, welch letztere dem Strom     i,    konstant  proportional sind. Da     nun    ferner, im Gegen  satze zu den Verhältnissen bei Schaltung des  Induktionszählers als     Wattstundenzähler,    der  Wert     sin        a    konstant bleibt, indem sowohl     i..     als     i,    gegenüber     i"    stets     näherungsweise    die  selbe Phase für gleichbleibende Frequenz be  halten     (Fig.    3), so kann geschrieben werden  <B>Q</B> .<I>. .

   D =</I>     (r        sin   <I>a)</I>     i,,   <I>il =</I>     r'        i,        i,,   <I>=</I>     r        i'     Der Beweis ist im übrigen identisch     finit    den]  oben geführten von     Gleichung    1 ab, so dass  sich ergibt  
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    Die Anzahl der vom Zählwerke registrierten    Umdrehungen gibt also auch bei Verwendung  des Prinzips der Induktionszähler     eiu    Mass  für den Wert
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    Zu C.

   Die nochmalige Wiederholung,     bezw.          Modifizierung    des     Gedankenganges    in An  wendung auf den als     blehvori-ichtung    aus  zubildenden Pendelzähler erübrigt sich.

   Zum  kurzen     Nachweise    der     Verwendbarkeit        des          Prinzipes    des     PendelzÜhler:s    zur Konstruktion  einer     Messvorriehtung        fürGleich-oderWechsel-          stroin    diene die folgende (für das     Thomson-          oder    Induktionsprinzip gleichermassen gültige)       Gberlegung.    Bei     Schaltung    als Wattstunden  zähler wird das System d' von einem     Strome     durchflossen, welcher der Netzspannung e  proportional ist;

   das Instrument registriert,  <I>tos</I>     c   <I>=</I>     tonst.        vorausgesetzt,    den Wert  
EMI0003.0082     
    Bei     Schaltung    als     Messvorrichtung    hingegen  wird das System d'     (Fig.        -la,        Fig.        4b)    von  einem     Strome    durchflossen, welcher dem -Nutz  strom i     proportional    ist;

   in diesem Falle ver  zeichnet das     Instrument    somit den Wert  
EMI0003.0092  
   Inwiefern nun     dieserWert     ein     Kriterium    für den Grad der     Regelmässig-          keit,        bezw.        Unregelmässigkeit    der     Stroinab-          nahine,    sowie bei     Wechselstrom    für den hierbei  stattfindenden Mittelwert des Leistungsfaktors  darstellt, erhellt aus folgender Betrachtung  Wie schon     bemerkt,

      ist das     Instrument     zur     Verwendung    in     Verbindung    mit einem       Wattstundenzähler    bestimmt.     Bezeichnet    man  die Angabe der     llessvorriolitung    mit A,., die  jenige des     Wattstundenzählers        A",    so gibt der  Wert des Verhältnisses-
EMI0003.0111  
   ein Mass für den       0rad    der Regelmässigkeit,     resp.    Unregelmässig  keit der Stromentnahme.

   Für gleiche     Werte          d"    wird nämlich das genannte Verhältnis  umso     grüf@er,    je unregelmässiger die Strom  entnahme erfolgt und je ungünstiger der  Leistungsfaktor ist. Der für eine gegebene  konstante     Spannung    B bei Übertragung der      Arbeit     :1"    kleinstmögliche     Stromwärmeverlust     
EMI0004.0003  
   tritt     nämlich    dann auf,  wenn     :

  i"    mit     konstanter    Leistung<I>L</I> bei       cos        @.q   <I>= 1,</I> also mit dem     Strome     
EMI0004.0010     
         übertragen    wird.

   Die Verluste     f1v'    sind dann  gleich<I>c'</I>     #   <I>T</I>     #        J.    Wird     A"    unter     icechselnder     Leistung übertragen, so sind die in diesem  Falle innerhalb derselben Zeit T auftretenden       Stromivärmeverluste        Ay'    grösser als     A',

      indem  der für die Berechnung der     Ohmschen    Ver  luste massgebende quadratische Mittelwert  
EMI0004.0022     
    bei     inkonstantern    Stromverlaufe stets tun einen  Betrag grösser ist als     J¯.    Der Wert     J5    -- und  damit     :1v'    - ist vom Grade der Unregel  mässigkeit abhängig.

   Für<I>L =</I>     const.    ist     J3,     gleich     NTull.    Ist unter sonst gleichen Ver  hältnissen der mittlere Leistungsfaktor wäh  rend     T    kleiner als 1, so sind die     Strom-          wärmeverluste        A'',."    proportional der Stimme       Jg        +        .7=        +   <I>J.</I> Der Wert     Jist    von der  Höhe des mittleren Leistungsfaktors abhängig.  Für     c(K        @:7   <I>= 1</I> ist     J7    gleich Null.

   Wie er  sichtlieh, ist die zusätzliche Summe     @7:         +        3z     von     der    gesamten Wirkung der     Unregel-          mZ#f.,igiieit    und des     Abw        eichens    des     Leistungs-          faktors    vom Werte 1 abhängig.

   In der Tat  bildet also das Verhältnis der     Zählerangaben          fit;    :     A"    ein     ALL')    für diese gesamte Wirkung,  beziehungsweise gestattet dasselbe die exakte  Beurteilung eines     Konsumenten    hinsichtlich  der     Regelmässigkeit    oder Unregelmässigkeit  der Stromentnahme.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE I. ",\lel@ver-fahrerr für Gleich- und Wechsel stromanlagen zur Feststellung der verlust- vergrössernden Wirkung der Ungleich- nräl@igkeit der Stromentnahme z und bei Wechselstrom zugleich der verlustvergrö ssernden Wirkung der Abweichungen des Leistungsfaktors vom Werte Eins, da durch gekennzeichnet, dass neben der innerhalb der Verbrauchszeit t abgegebe nen elektrischen Arbeit auch der Wert EMI0004.0069 gemessen wird, zu dem Zwecke,

   durch Vergleichung des innerhalb t abge gebenen elektrischen Arbeitsbetrages mit diesem Werte ein Mass für die Güte der Verbrauchsform hinsichtlich Gleichmässig- _ keit und Leistungsfaktor zu erhalten. II. Alessvorrichtung zur Ausführung des im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Ver fahrens, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem Verbrauchsmesser (Wattstunden zähler) bekannter Art ein weiterer Apparat vorgesehen ist, welcher den Wert EMI0004.0079 misst.

   UNTERANSPRüCHE: Messvorrichtung nach Patentanspruch II, mit einem MeIiapparate für EMI0004.0084 in Form eines Zählers nach Thomson-Prinzip, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker dieses Zählers der im Hauptkreise liegen= den Feldstromspule des Zählers parallel geschaltet ist.

   bIelävorrichtung nach Patentanspruch 1I, für Wechselstrom, mit einem Messapparate für EMI0004.0090 in Form eines Zählers nach I'erraris (Induktions-) dadurch ge kennzeichnet, dass beide Triebspulen (c' und d', Fig. 2) mit dem gleichen magne tischen Flusse eines Zwischentransforma tors (Z,), dessen Primärwicklung vom Verbrauchsstrome durchflossen wird, elek tromagnetisch verkettet sind.

   Messvorrichtung nach Patentanspruch II, für Wechselstrom, mit einem Alessapparate für EMI0004.0101 in Form eines Zählers nach Ferraris Prinzip, dadurch gekennzeichnet, dass beide Triebspulen des Ferrariszählers (c= und d2, Fig. 2a) unter sich in Reihe und hintereinander mit dem äusseren Strom- kreise geschaltet sind, wobei zum Zwecke der Erzielung einer wirksamen Phasen verschiebung zwischen den magnetischen Feldern dieser beiden Triebspulen ein in duktionsfreier Widerstand (r;

   ) zu einer der beiden 8pulenwickiungen parallel ge schaltet ist. 4. 11Iessvorrichtung nach Patentanspruch Il, für Gleich- und Wechselstrom, mit einem Messapparate für EMI0005.0006 in Form eines Pendelzählers, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinandergeschalteten Pendel spulen (d') dem im Verbrauchsstromkreise liegenden System (c') der hintereinander geschalteten festen Spulen parallel (Fig. 4a) geschaltet sind.

   5. 141essvorrichtung nach Patentanspruch 1I, für Gleich- und Wechselstrom, mit einem blessapparate für EMI0005.0015 in Form eines Pendelzählers, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinandergeschalteten Pendel spulen (d') mit dem im Verbrauchsstrom- kreise liegenden System (c') der hinter einandergeschalteten festen Spulen hinter einandergeschaltet sind (Fig. 4b).

   5. Dlessvorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 4, für Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die festen Spulen (c') wie die Pendelspulen (d') mit dem gleichen magnetischen Flusse eines Zwischentransformators (T), dessen Primärwicklung vom Verbrauchsstrome durchflossen wird, elektromagnetisch ver kettet sind (Fig. 5).