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Tarifeinrichtung Bekanntlich ist es für eine gerechte und den ElSel
tätsabsatz: rdernde geldliche Belastung der einzelnen Abnehmer eines Elektrizi:tätsnetzes
nützlich, wenn der Verbraucher einerseits dafür belastet wird, in welch hohem Maße
er die Leistung der im Elektrizitätsnetz installierten Maschinen und Verteilungsvorrichtungen
in Anspruch nimmt (Leistungspreis), andererseits auch dafür, wieviel Kilowattstunden
er aus dem Netze entnommen hat (Arbeitspreis). Während nun die Verrechnung der-Leis'tungskosten
bei den für die Industrieabnehmer geltenden Ilochspannungstarifen in bester tJbereinstimmung
mit den Forderungen der Praxis einheitlich auf Grund der bemessenen Abnehmerhöchstlast
erfolgt, müssen bei den für die Kleinahnehmer geltenden Niederspannungstarifen allein
schon mit Rücksicht auf die Unwirtschaftlichkeit des Einbaues der kostspieligen
Höchstlastzähler bei den vielen Kleinabnehmen andere Wege beschritten werden.
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Man bedient sich hierzu vorwiegend der Form des Grundpreistarifes,
bei welcher die Messung der Leistungsanteile und deren Verrechnung durch Einschaltung
miltelbarer fester Bezugsgrößen für die Grundpreise (Zahl der installierten Lampen,
Steckdosen oder ITaushaltsgeräte beim Kleinabuehmer oder Zahl der Wohnzimmer) ersetzt
wird.
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Diese Umgehung !der Leistungsmessung bringt aber leider den Verzicht
auf die sachlich gegebene Eindeutigkeit in der Bestimmung und Verrechnung der Leistungskosten
mit sich, denn die unterschiedliche Zusammensetzung der Abnehmerschaft einerseits
und die verschiedenartigen Verwendungszwecke der elektrischen Energie andererseits
bedingen jeweils zweckmäßig angepaßte und gut abgestufte Bezugsgrößen und Grundpreise,
deren Formbestimmung jedoch letzten Endes von einem persönlichen Werturteil abhängt.
Durch die Einfügung derartiger fester Bezugsgrößen wird also erreicht, daß der daron
abhängige
Grundpreis nicht mehr genügend mit dem an sich gerechtfertigten I elstungspreis
übereinstimmt.
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Grundsätzlich neue Möglichkeiten für die Tarifgestaltung können erst
nach Ausschaltung der willkürlichen Bezugsgrößen, also bei unmittelbarer Bezugnahme
des Grundpreises auf die Leistungskosten selbst, erwartet wer den. Geht man davon
aus, daß die jährlichen Leistungskosten eines Werkes von der Jahresspitze der Werksbelastung
abhängen, dann ergeben die Leistungsanteile aller Abnehmer an der Werksspitze sofort
die eindeutige Aufteilung der gesamten Leistungskosten auf die Einzelabnel!mer.
Ein gemessener Spitzenanteil ist demzufolge nichts anderes als der Verbrauch an
Spitzenleistung in Kilowatt oder Watt, der ebenso unmittelbar mit dem l.eistungspreis
für die Einheit der Leistung zu verrechnen ist, wie der in kWh gemessene Energieverbrauch
mit dem Arbeitspreis für die Einheit der Arbeit.
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Die Erfindung betrifft nun eine Tarifeinrichtung zur Feststellung
des Anteiles der einzelnen Abnehmer eines Elektrizitätsnetzes an der Spitzenbelastung
des Netzes, das sich in einfacher Weise und mit einfachen Mitteln auch bei Kleinahnehmern
durchführen läßt und das die Festsetzung des Grundpreises in unmittelbarer Abhängigkeit
von den Leistungskosten gestattet. Erfindungsgemäß wird bei Überschreitung einer
bestimmten, in der Nähe der Spitzenlast gelegenen Belastung des Netzes von einer
Zentralstelle aus bei den einzelnen Abnehmern eine die clektrische Arbeit zählende
Vorrichtung (Snnderzählwerk), zweckmäßig unter Auslösung einer Anzeige-oder Nieldevorrichtung,
eingeschaltet und bei Unterschreitung einer bestimmten, in der Nähe der Spitzenleistung
gelegenen Netzbelastung nieder ausgeschaltet. Ferner wird in der Zentralstelle die
Gesamtdauer aller Einzelheiten, während denen bei den Abnehmern die Sonderzählwerke
eingeschaltet sind, jeweils für eine Meßperiode gemessen.
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Man hat bei der Tarifgestaltung von Elektrizitätsnetzen bereits erkannt.
daß zweckmäßig Preise zu verrechnen sind, die sich mit der augenblicklichen Gesamtleistung
nach Maßgabe etwa der Kostenkurve ändern. Als Meßaufgabe sah man dabei an die Bestimmung
von Größen, die außer von der Abnehmerleistung auch von der Gesamtleistung abhängen,
also zunächst aus dieser zu ermitteln sind. Um diese Aufgabe durchzuführen, wurde
vorgeschlagen, einen Bereitstellungspreis zu verrechnen, der sich auf das größte,
in einer Viertelstunde erreichte Produkt aus Gesamtleistung und Abnehmerleistung
abstellt. Die Messung sollte dabei mit überlagerten Hochfrequenzimpulsen erfolgen.
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Diese bekannte Tarifeinrichtung hat aber gegenüber der nach der Erfindung
den sehr wesentlichen Nachteil, daß sie sehr kostspielig ist, da bei der bekannten
Einrichtung mittels der überlagerten Hochfrequenzimpulse Meßwerte zwischen dem Verbraucher
und der Zentrale übertragen werden müssen, während bei der Erfindung nicht Meßwerte
übertragen werden, sondern nur Impulse zur Ein- oder Ausschaltung des Zählwerkes
bei den einzelnen Abnehmern. Dies ist eine technisch weitaus einfacher und wirtschaftlicher
durchzuführende Maßnahme als die Übertragung von quantitativen Meßwerten.
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Jedesmal, wenn die ansteigende Gesamtbelastung eines Netzes oder
Kraftwerkes etwa 90 % der Jahresspitze erreicht, wird bei allen Abnehmern gleichzeitig
ein je Zähler vorgesehenes Sonderzählwerk durch Fernsteuerung selbsttätig eingerückt.
Alle diese Sonderzahiwerke messen dann so lange den gesamten Stromverbrauch, bis
die Werksbelastung wieder auf den Betrag gesunken ist, den sie im Augenblick des
Einrückens der Zählwerke hatte. Beim weiteren Sinken der Werksbelastung werden alle
diese Zähl werke gleichzeitig wieder ausgerückt und damit bis zum nächsten Lastanstieg
stillgesetzt.
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Abb. 1 zeigt anschaulich die Wirkungsweise des Meßverfahrens an Hand
der Jahresdauerkurve I einer Kraftwerksbelastung (Werksbelastung in Prozent der
Spitze und Zahl der Stunden im Jahr, in denen diese Werksbelastung vorhanden war),
bei welcher als Einsatzhöhe für die Spitzenanteilmesstingen eine Belastung von go
°/0 der Spitze gewählt wurde. Eine Parallele 2 zur Zeitachse in dieser Höhe schneidet
die Dauerkurve in einem Punkt, der die jährliche Gesamtdauerll aller Einzeleinschaltzeiten,
also die Benutzungsdauer von go 0/, der Höchstspitze, festlegt. Das Integral der,Dauerkurve
von O bis 11, dargestellt durch die schraffierte Fläche, ist aber ein Maß für die
kWh-Summe aus den Leistungsmessungen aller Zähler, da ja während dieser Zeit der
Gesamtverbrauch aller Abnehmer mittels der Leistungszählwerke gesondert gemessen
wurde.
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Teilt rnan jetzt sowohl alle diese Einzelmessungen als auch deren
Summe durch die im Werk selbsttätig gemessene und für alle Abnehmer genau gleiche
jährliche Einschaltdauer h, dann erhält man sowohl die mittlere L.eistungsentnahme
jedes Einzelabnehmers als auch, bei Hinzurechnung der Verluste, die mittlere Werksbelastnng
(3 in I) für diese Zeitdauer. Damit kennt man zunächst den .\enteil jeder Einzelabnahme
an der mittleren ATerkshöchstbelastung der Dauerkurve. Da diese aber laut Voraussetzung
stets nur wenige Prozent kleiner sein kann als die
Höchstspitze,
darf. die so gemessene mittlere Werkshöchstbelastung der kurzzeitigen Höchstspitze
praktisch verhältnisgleich gesetzt werden, und zwar bei jeder beliebigen jährlichen
Gesamtdauer h der Einzeleinschaltzeiten.
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Die zeitliche Ausdehnung der Spitzenanteilmessung, die somit praktisch
keinen Einfluß auf die einwandfreie Aufteilung der Jahresspitze hat, ist jedoch
von großer Wichtigkeit für die tarifliche Brauchbarkeit des Meßverfahrens. Während
nämlich die Beschränkung der Spitzenanteiltnessung auf den Augenblick der Jahreshöchstspitze
für den Einzel anteil einen gänzlich von zufålligen Einflüssen bestimmten Wert ergäbe,
bringt das neue Meßverfahren neben der reinen Spitzenabhängigkeit zwangsläufig auch
den zeitlichen Verlauf der Belastung mit in die Leistungskostenverteilung.
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Da die Jahres spitzen in den einzelnen Anlageteilen in Richtung des
Energieflusses zum Niederspannungsnetz, vor allem bei größeren Werken, selten am
gleichen Tage und fast nie zur selben Stunde, auftreten, würde die einfache Summierung
der bezogenen Leistungskosten dieser Anlageteile den Niederspannungsverbrauch zu
hoch belasten; es würde alsö, wie Abb. 2 an Hand eines Beispiels zeigt, der Belastungsausgleich
in den vorgeschalteten Fortleitungsnetzen und im Kraftwerk nicht berücksichtigt
werden. Die Kurven der Abb. 2 zeigen den Belastungsverlauf in den Erzeugungs- und
Fortleitungsanlagen während eines Tages. Die Kurve, stellt den Pelastungsverlauf
im Kraftwerk (Gesamtbelastung), die Kurve L1 den Belastungsverlauf des Hochspannungsnetzes
(Industrieabnehmer und Abspannstationen für Niederspannungsnetz), die Kurve N den
Eelastungsverlauf des Niederspannungsuetzes jeweils am Tage der Jahresspitze dieser
Anlagerteile und die Kurven Nt und N2 den Belastungsverlauf im Niederspannungsnetz
am Tage der Jahresspitze von L1 bzw. L2, dar.
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Die den einzelnen Kurven zugeordneten Ordinaten S1, S2 und SN geben
die Jahresspitzen der einzelnen Kurven an, die nach vorstehendem in der Regel nicht
alle am gleichen Tage auftreten. Die Teilstücke sSlJ Ssn der Ordinaten S1 und S2
geben den Spitzenanteil der Niederspannungsnetzbelastung an der Spitzenbelastung
des HochspannungsretzesSl bzw. an der, Spitzenbelastung des gesamten Kraftwerkes
S2 wieder. In solchen Fällen müßte daher eine Herabsetzung des Leistungspreises,
der mit den Spitzenanteilen an der Höchsfbelastung im Niederspannungsnetz verrechnet
wird, stattfinden. Dieser herabgesetzte Leistungspreis kann nach einer einfachen
Formel berechnet werden, die sich bei sinngemäßer Anwendung des Spitzenanteilprinzips
auf die vorgeschalteten Kostenstellen wie folgt ergibt:
Der Leistungspreis PLX der mit den an der N iederspannungsspitze gemessenen Spitzenanteilen
zu verrechnen ist, setzt sich also zusammen aus dem Leistungspreis pilr für das
Niederspannungsnetz allein und aus der Summe der jeweiligen Leistungspreise PL?,
für die vorgeschalteten Anlageteile, je verkleinert ss, um das Verhältnis S 8, wobei
SSn = Spitzenanteil der Gesamtbelastung im Niederspannungsnetz an der Jahreshöchstspitze
eines vorgeschalteten Anlageteiles, SN = Jahreshöchstspitze im Niederspannungsnetz
und SNI= Summe aller gemessenen Spitzenanteile an der Niedersp annungshö chstbelastung.
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Da obige Formel mit beliebiger Genauigkeit die Aufteilung der leistungsabhängigen
Kosten in bezug auf die Gesamtabgabe in Niederspannung liefert, kann auf eine mehrfache
Spitzenanteilmessung bezüglich der zeitlich auseinanderfallenden Jahres spitzen
in den vorgeschalteten Fortleitungsnetzen und sonstigen Anlageteilen verzichtet
werden.
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Damit bleibt die spitzenbekämpfende Wirkung im Niederspannungsverteilnetz
voll erhalten, ohne hier durch zusätzliche Messungen beeinträchtigt und abgeschwächt
zu werden. Eine mehrfache Spitzenanteilmessung würde außerdem die Vorteile der Einfachheit
und Übersichtlichkeit des Verfahrens wesentlich herabsetzen und zudem noch die meßtechnischen
Aufwendungen beträchtlich erhöhen.
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Dank der immer weiter fortschreitenden Einführung vollvermaschter
Netze mit ihrem guten Belastungsausgleich wird schließlich bei den meisten Werken
ein Zustand geschaffen sein, der die einwandfreie Erfassung der für den Netzausbau
maßgebenden Höchstbelastung stets mit Sicherheit gewährleistet.
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Die Fernsteuerung der Zählwerke kann dann zweckmäßigerweise von einem
im Speiseschwerpunkt des Verteilnetzes liegenden Umspannwerk aus erfolgen, dessen
Belastungsverlauf der mittleren Netzbelastung am besten entspricht.
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Eine genügend genaue Abschätzung der Jahres spitze der kommenden
Meßperiode zwecks richtiger Einstellung des Gebers für die Steuerung der Zählwerke
wird bei geeigneter
Überwachung und statistischer Erfassung der
sich stetig ändernden Belastungsverhältnisse im Verteilnetz immer möglich sein.
Für die Einstellung der Einsatzhöhe steht ja, wie Abb. 1 zeigt, ein reichlicher
Spielraum zwischen etwa 75 und 95 01o der Höchstspitze zur Verfügung, dessen obere
und untere Grenze lediglich von praktischen Gesichtspunkten, wie ausreichende Gesamtdauer
der Messungen bzw. Vermeidung etwaigen Ubergreifens der Messungen auf die Mittelbelastung,
bestimmt werden.
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Um die absatzhemmende Wirkung des Meßvorganges möglichst auf die
Dauer der Spitzenanteilmessung selbst zu beschränken, ist eine sichtbare Anzeige
der Meßzeiten, zweckmäßigerweise an den Zählern, erforderlich, damit jeder Abnehmer
stets rasch feststellen kann, ob gerade eine Spitzenmessung stattfindet oder nicht,
und dadurch in die Lage versetzt wird, seine Ausgaben für den Leistungspreis durch
geringere Stromabnahme während der Spitzenzeit entsprechend zu senken. Diese sichtbare
Anzeige der WIeßzeit der Spitzenmessung kann beispielsweise in einer Signalscheibe
bestehen, die während dieser Zeit vor ein Fenster des Zählers tritt.
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Man könnte aber auch eine Glühlampe aufleuchten lassen oder ein akustisches
Signal betätigen.
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Die für die Durchführung des Leistungspreismeßverfahrens der Erfindung
erforderlichen zusätzlichen Vorrichtungen sind sehr einfach. In einer Zentralstelle,
also im Kraftwerk oder in einem Unterwerli, ist ein als Wattmeter ausgebildetes
Schaltgerät vorgesehen, das diejenige Netzbelastung mißt, deren Spitzenanteile bei
den einzelnen Abnehmer bestimmt werden sollen. Dieses Schaltgerät nimmt dann mittels
Fernsteuerung bei den einzelnen Abnehmern die Umschaltung vor. Bei diesen Abnehmern
wird zur Messung des Arl)eits- und des Leistungspreises grundsätzlich nur ein kWh-Zähler
je Abnehmer benötigt. Der Zähler besitzt zwei Zählwerlse, davon steht das eine mit
dem Laufwerk dauernd in Eingriff und mißt die gesamte Arbeit, während das andere
zur gesonderten Messung der in der Spitzeneinschaltzeit verbrauchten kWh von dem
in der Zentrale angeordneten wattmetri schen Schaltgerät ein- und ausgerückt wird.
Beim Vergleich mit einem normalen Doppeltarifzähler taucht also bei der Anordnung
nach der Erwindung nur eines dieser beiden Zählwerke gesteuert zu werden.
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Für die Durchbildung des in der Zentralstelle angeordneten wattmetrischen
Schaltgerätes sind folgende Gesichtspunkte maßgebend: Erstens müssen die Kontakte,
mit denen das wattinetrische Schaltgerät in Abhängigkeit von der in der Zentralstelle
vorhandenen Gesamtlast gesteuert wird, nach der Höhe dieser Belastung einstellbar
sein, zweitens soll ein ausreichender toter Bereich zwischen den Ein- und Ausschaltkontakten,
mit lenden die Ein- und Ausschaltung der Spitzenzählwerke bei den einzelnen Abnehmer
durchgeführt wird, vorhanden sein. Ferner ist der Einbau einer Verzögerungsvorriclltullg
an dem wattmetrischen Schaltgerät der Zentrale zweckmäßig, die den Einfluß kurzzeitiger
Relastungsschwankungen in der Nähe der Einsatzhöhe des Schaltgerätes unwirksam macht.
Das wattmetrische Schaltgerät steuert ferner in der Zentrale gleichzeitig mit der
Steuerung der Zählwerk bei den einzelnen bnehmern einen Zeitzähler zur Messung der
jährlichen Gesamtdauer der Einzeleinschaltzeiten.
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Für die Fernsteuerung der einzelnen Zählwerke von dem in der Zentrale
untergebrach ten wattmetrischen Schaltgerät kann man an sich bekannte Ferustenerungsverfahren
benutzen. Bei der sog. Schaltdrahtsteuerung sind zwischen der Zentrale und den einzelnen
Abnehmer dünne Hilfsleitungen verlegt, über die der Schaltapparat der Zentrale die
Umschaltung der einzelnen Zähler durchführt.
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Es kann dazu ein einpoliges Schaltdrahtnetz auf dem Gestänge von Freileitungsortsnetzen
benutzt werden. Bei der Neuverlegung von Kabelnetzen kann gleichzeitig ein schwacher
Leiter mitverlegt werden, etwa nach Art des üblichen Meßdrahtes für Prüfzweclie,
was bei genügender Ahnehmerdichte in den meisten ställen wirtschaftlich durchführbar
ist.
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In Netzen, in denen die Verlegung von Hilfsleitungen unwirtschaftlich
teuer würde, kann man das ebenfalls bekannte Überlagerungsverfahren benutzen. Bei
diesem werden dem Netz beispielsweise Spannungen hoher Frequenz überlagert, die
bei dem einzelnen Abnehmer Relais steuern. Dieses Verfahren arbeitet um so wirtschaftlicher,
je größer die Zahl der zu steuernden Meßgeräte und die Ausdehnung des Netzes ist.
Es kommt daher hauptsächlich für größere und mittlere Städte, ferner für geeignete
ländliche Versorgungsgebiete mit gut vermaschten WIittelspannungsvertei lungsuetzen
in Betracht.
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Das Üb erl agerungsverfahren erfordert beim Abnehmer ein Relais,
das auf die Ein- und Nusrüelsimpulse eines in der Zentralstelle befudlichen Impulssenders,
der seinerseits wieder von dem wattmetrischen Schaltgerät gesteuert wird, anspricht
und das das Lei stungszählwerl; ein- und ausschaltet. Die Gesamtzahl der dabei erforderlichen
Relais läßt sich dadurch wesentlich herabsetzen, daß man für mehrere Abnehmer ein
gemeinsames Relais vorsieht, das seinerseits über Hilfsleitungen
zu
den einzelnen Zählern die Umschaltung vornimmt. Beispielsweise ist für Mehrfamilienwohnungen,
für größere Mietshäuser, für eng bebaute Straßen ein gemeinsames Relais vorgesehen,
das mittels Uberlagerungsimpulse gesteuert wird, das aber die einzelnen Zähler über
Schaltdrahtanschlüsse steuert.