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Meßeinrichtung Der Erfindung liegen folgende Aufgabestellungen zugrunde:
Es soll eine Meßeinrichtung geschaffen werden, welche gestattet, insbesondere bei
Großverbrauchern von elektrischer Arbeit oder auch anderen Mengen, Tarifgruppen
danach zu bilden, wie sich der Verbrauch in verschiedene Leistungszonen aufteilt
und insbesondere mit welcher Zeit diese Leistungszonen in Anspruch genommen wurden.
Bei der Gesamtabgabe eines Kraftwerkes z. B. richten sich die Erzeugungskosten etwa
danach, ob man zu den Grundlastmaschinen unter Umständen eine zusätzliche Kessel-
und Maschinengruppe in Betrieb nehmen muß.
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Außerdem soll die Meßeinrichtung zulassen die Einstufung in bestimtute
Tarifzonen willkürlich, z. B. durch Schaltuhren zu bestimmten Schwachlastzeiten,
zu beeinflussen.
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Eine weitere spezielle Aufgabe besteht darin, bei mehreren Abnehmern
die Einstufung in höhere Tarifgruppen dann nicht vorzunehmen, wenn zwar der einzelne
Abnehmer eine niedere Zone schon überschritten hat, andere Abnehmer aber entsprechend
weniger verbrauchen und somit im Kraftwerk noch genügend Leistung in den niederen
Stufen zur Verfügung steht.
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Eine Überschreitung soll also nur dann und nur mit dem Anteil höher
berechnet werden, wenn und insoweit die Summenleistung der Abnehmer das Kraftwerk
dazu zwingt.
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Eine weitere spezielle Aufgabe besteht darin, eine kostenmäßig nicht
zu hoch liegende Meßeinrichtung zu finden, welche es gestattet, diese Verrechnung
nach dem Prinzip der Selbstkosten und Aufteilung in entsprechende Zonen auch beim
Kleinverbraucher anzuwenden.
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Die bisher bekannten Versuche zur Lösung dieser Aufgaben sind an
Hand der Zeichnung (Fig. 1 bis 6) erläutert, und zwar am Beispiel der elektrischen
Energie.
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In Fig. 1 sei unter a eine Belastungslinie dargestellt, wie sie beispielsweise
von einem Leistungsschreiber gezeichnet wird. Die Ordinate der Darstellung gibt
die Skala der Meßwerte, die Abszisse den fortschreitenden Zeitablauf. Die schraffierte
Fläche unter dieser Linie stellt die elektrische Arbeit »Leistung X Zeit« dar. Die
Auswertung einer solchen Fläche für die Verrechnung ist praktisch nicht durchführbar.
Die Ausmessung dieser Fläche wird iiblicherweise durch den elektrischen Zähler vorgenommen.
Der Zähler würde nach Ablauf des Vorganges die gleiche Zahl anzeigen. wenn die Leistungslinie
in Fig. 1 nach Darstellung b oder c verlaufen wäre, da diese Flächen unter sich
völlig gleich sind.
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Der normale Zähler sagt infolgedessen nichts darüber aus, wie hoch
die maximale Belastung des Vorganges war, auch nicht, wie lange dieser Vorgang gedauert
hat.
Vor allem aber besagt er nichts darüber, mit welchem Flächenanteil die Angabe in
einem unteren Bereich, beispielsweise von 0 bis 20 MW (Zone 1), und in einem oberen
Bereich, beispielsweise von 20 bis 40 MW (Zone II), gelegen hat. Nach Kurve a ist
der »Überverbrauch« in Zone II sehr unbedeutend, während nach Kurve c sich der Verbrauch
zu gleichen Teilen auf Zone I und Zone II verteilt.
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Um die Anhäufung des Verbrauchs an bestimmten Tagesstunden zu vermeiden,
ist nach Fig. 2 ein Doppeltarifzähler vorgesehen. Es ist die Tagesbelastungskurve
eines Kleinverbrauchers dargestellt, dessen Energieabnahme morgens um 5 Uhr beginnt
und um 23 Uhr auf Null zurückgeht. Der Doppeltarifzähler hat zwei getrennte Zählwerk,
für HT (Hochtarif) und NT (niederer Tarif), welche durch eine getrennte Schaltuhr
zu einer einstellbaren Zeit umgeschaltet werden. Es ist klar, daß diese Tarifhildung
keine Rücksicht auf die tatsächlichen Belastungsspitzen des Verbrauchers noch auf
die zeitliche Verteilung der Belastungsflächen nimmt. Der Maximumzähler sei in diesem
Zusammenhang nur beiläufig erwähnt, da er über einen längeren Zeitraum lediglich
unterscheidet, welche höchste Belastung, z. B.
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1/4 Stunde im Mittel, über den Abrechnungszeitraum aufgetreten ist.
Nach diesem ermittelten Maximum wird üblicherweise eine Grundgebühr berechnet.
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Der Überverbrauchszähler mißt üblicherweise mit einem Zählwerk die
gesamte Belastungsfläche, mit einem zweiten Zählwerk die Fläche, welche über einem
bestimmten Leistungswert liegt. In Fig. 3 ist unter a die gleiche Belastungskurve
wie in Fig. 2 gezeichnet.
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Unter b ist eine zweite Kurve gezeichnet, für welche der Überverbrauchszähler
auf den gleichen Zählerstand laufen würde, weil die Gesamtfläche unter dieser Kurve
wie auch die schraffierte ftberverbrauchsfläche (zwischen 161/2 und 20 Uhr) die
gleichen sind wie bei Kurve a. Es ist zu erkennen, daß der Überverbrauchszähler
keine Aussage macht über die zeitliche Inanspruchnahme
der Zone
1, d. h. auch der Stillstandszeiten, insbesondere aber nicht über die zeitliche
Inanspruchnahme der Leistung in Zone II, nämlich bei Kurve a 4 t 3 7 Stunden und
bei Kurve l 31/2 Stunden.
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Der Festmengenzähler, System Ferrari, unterteilt die gezählte Arbeitsfläche
dadurch, daß er nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen eines normalen Zählers
Impulse auf ein Zählwerk gibt. Er unterscheidet dabei nicht, in welcher Zeit die
Zählerumdrehungen absolviert wurden. Die Einordnung in verschiedene Tarifzonen geschieht
dadurch, daß rückwärts aus der Anzahl der Umdrehungen in einer bestimmten Zeit unterschieden
wird, ob eine bestimmte Leistungsgrenze über- oder unterschritten wurde. In Fig.
4 ist eine schematisierte Belastungslinie über einen Tagesablauf dargestellt, und
zwar so. daß sich diese Linie in flächengleiche Rechtecke aufteilen läßt.
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Jedes Flächenstück entspricht einer sogenannten Festmenge von 10 kW
mal 2 Stunden = 20 kÄVh. Nach Ablauf des Tages würde der Ferrari-Zähler somit nach
Fig. 4 fünf Festmengen je 20 kWh = 100 kE7ll gemessen haben. Wenn dieser Festmengenzähler
mit der sogenannten Leistungsweiche, welche auf 5 kW eingestellt sei, ausgerüstet
ist, so zählt diese Anordnung drei der Festmengen in Tarif II und zwei Festmengen
in Tarif 1. Dasselbe würde der Ferrari-Festmengenzähler tun, wenn die Belastungskurve
die in Fig. 6 dargestellte Gestalt hätte.
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Es geht also auch aus dieser Meßeinrichtung nicht hervor, mit welchen
Zeiten die Belastungsstufe der Zone 1 und die Belastungsstufe der Zone II in Anspruch
genommen wurden, insbesondere nicht. mit welchen Flächenanteilen die Belastung sich
auf diese Zonen verteilt. Die Verteilung ist in Fig. 6 links, z. B. zur Hälfte in
Zone 1, zur Hälfte in Zone II, während in Fig. 4 ein erheblich höherer Anteil in
Zone 1 liegt.
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Man könnte daran denken, durch feinere Unterteilung der Leistungsstufen
die Ferrari-Festmengen in ihrer Leistungshöhe, d. h. auch in ihrer Zeitabszisse
genauer zu erfassen. Diese Apparatur würde aber für den Kleinverbraucher zu kostspielig
und für den Großverbraucher immer noch nicht genau genug sein. Selbst bei Anwendung
von schreibenden Ferrari-Geräten mit einem erheblichen Kostenaufwand und einem gemeinsamen
Auswertungsautomaten für die Menge der Abnehmer mit einem noch höheren Kostenaufwand
beträgt der Stufensprung immer noch rund 40/o, um die die Zeitbestimmung abweicllen
würde. Vor allem ist für die spezielle Aufgabenstellung für die Anwendung einer
gemeinsamen Speisung für mehrere Abnehmer der Auswertungsautomat nicht geeignet,
da die gleichzeitige Auswertung zum Zwecke der Untersuchung der Belastungssumme
aus dem Grunde nicht möglich ist, weil die Festmengenimpulse, welche von den verschiedenen
Registrierstreifen kommen, nicht zeitgleich erfaßt werden. In Fig. 5 ist noch einmal
die schematisierte Belastungskurve nach Fig. 4 dargestellt.
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Fig. 5 zeigt, daß mit dieser Messung der Zeitabszissen, nach Darstellung:
8 Stunden von 2l>is 10Uhr und 11 Stunden von 12 bis 23 Uhr, genau ermittelt wird,
mit welchem Anteil die Gesamthelastungsfläche in Zone 1 bzw. je in einer der höheren
Zonen liegt.
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Teilt man die Gesamtfläche durch den zugehörigen Zeitabschnitt, so
erhält man die mittlere Leistung iiber diese Zeit gesehen.
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Aus dem linken Abschnitt in Fig. 5 ist zu erkennen. daß die Fläche
insgesamt 7.5 kW über 8 Stunden = 60 k'Wh beträgt. Davon liegen in Zone 1: 5 klar
mal 8 Stunden = 40 kWh, so daß in Zone II 20 kWh
verbleiben. Der rechte Abschnitt
in der gleichen Figur zeigt eine Belastungsfläche von 3,63 kW mal 11 Stufe den =
40 kÄvh.
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Die Erfindung betrifft eine Alengenmeßeinrichtung unter Verwendung
von Zeitzählern, die registrieren, wie lange sich die Meßwerte innerhalb besflmmter
Zonen bewegen, wobei in einer Versorgungsanlage jede Verbraucherstelle außer mit
den üblichen Mengenmessern auch mit Zeitzählwerken ausgerüstet ist. Erfindungsgemäß
wird bei einer solchen Mengenmeßeinrichtung: ein zentrales Summenmeßwerk mit Zonenkontakten
versehen. die so auf die SIengen- und Zeitzählwerke in den Verbraucherstellen einwirken,
daß Menge und Zeit nur dann in einer höheren Zone registriert werden, wenn der Summellllleß+vert
ebenfalls in dieser höheren Zone liegt.
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Beim Einfachtarif wird derZeitzähler eingeschaltet, sobald der Niengenmesser
(Zähler) zu laufen beginnt und einen hierfürvorgesehellellSignallçolltakt schließt.
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Beim Mehrfachtarif werden mehrere Zeitwerke oder ein nmschaltbarer
Zeitzähler mit mehreren Zählwerken benutzt, sei es in Verbindung mit einem Festmengenzähler,
der gleichzeitig mit dem Tarifbereich auch das Zeitzählwerk auf den neuen Bereich
umschaltet, sei es ein Überverbrauchszähler mit Signalkontakt. der ebenfalls gleichzeitig
mit der Umschaltung auf das Zählwerk des Üherverbrauchbereichs auch das Zeitzählwerk
auf die Zone des Überverbrauchs umschaltet. Man kann die Zeitzählwerke so auslegen,
daß ein Zählwerk die Stillstandzeiten, die anderen Zählwerk die Zeiten der unteren
Zone und die Zeiten für die Inanspruchnahme der höheren Zonen zählen.
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Das Zeitzählwerk kann auch so beschaffen sein, daß die Summe der Einzelzeiten
in den verschiedenen Zonen von der gesamten abgelaufenen Uhrzeit abgezogen wird,
so daß dadurch die Stillstandzeiten ermittelt werden können.
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In Fig. 7 ist nach Art einer Prinzipschaltung beispielhaft dargestellt,
wie die Meßeinrichtung nach der Erfindung für einen Abnehmer aussieht. Die dem Abnehmer
A aus dem Stromnetz zufließende Energie wird über einen Zähler 10 angezeigt. Letzterer
gibt nach Ablauf je einer Festmenge kurzzeitig mittels seines Kontaktes einen Impuls,
der von einem Überverbrauchszähler 11 daraufhin untersucht wird, ob eine eingestellte
Leistung überschritten wird oder nicht. Wird diese Leistung nicht überschritten,
so bleiben die beiden Umschaltkontakte in Ruhe, der Zählimpuls läuft weiter auf
die Stufe I eines Doppelzählwerkes 12; der Ruhekontakt des zweiten Kontaktsatzes
leitet die Anschluß spannung nach wie vor auf Stufe I des doppelten Zeitzählwerkes
13.
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Wird die eingestellte Leistung überschritten, so schalten die beiden
Kontakte des lDberverbrauchszählers 11 auf die Stufe II des Mengenzählwerkes 12
und des Zeitzählwerkes 13, so daß der nächste Impuls des Zählers in dieser Stufe
gezählt wird. In Fig. 7 kann der Überverbrauchszähler 11 auch durch ein Leistungsrelais
oder durch einen Leistungsmesser mit Signalkontakt ersetzt werden. Ebenso können
die Geräte 10 und 11 in der Praxis mit ihren Zählwerken, unter Umständen sogar mit
den Zeitzählwerken, in einen Gerät vereinigt werden. Auch kann an Stelle der elektrischen
Stufenumschaltung eine mechanische Umschaltkupplung in einem Differentialgetriebe
verwendet werden, wie es beispielsweise bereits in Überverbrauchszählern der Fall
ist. Es könnten auch die Kontakte unter Umständen in einem getrennten Zvv-ischenrelais,
welches dann gleichzeitig als Verstärker dient, untergebracht werden.
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Das Prinzip dieser Zählung mit Zeitbestimmung ist naturgemäß nicht
auf Zählung elektrischer Energie beschränkt, sondern allgemein anwendbar auf alle
Fälle der Bestimmung von Meßgrößen, welche zeitlich veränderlich sind.
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Für dieEinrichtung nachFig.7 sind z.B. die beiden folgenden Ausführungen
möglich: Ein Zweitarifzähler, ähnlich der bisherigen Ausführung eines Überverbrauchszählers,
ist so abgewandelt, daß ein erstes Zählwerk denÜberverbrauch, ein zweites in der
gleichen bekannten Weise den »Unterverbrauch« gegenüber einem Regelverbrauch anzeigt.
Die Umschaltung kann durch einen Signalkontakt des Überverbrauchszählers elektrisch
oder auch mechanisch im Überholungsgetriebe geschehen.
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Gleichzeitig mit der Umschaltung auf verschiedene Zählwerks wird ein
Zeitzähler mit zwei Zählwerkes umgeschaltet. Als Ausführung für das Zeitzählwerk
eignet sich z. B. ein Synchron-Uhrenmotor.
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Bei der zweiten Ausführung zeigt ein Überverbrauchszähler üblicher
Bauart den Gesamtverbrauch auf dem ersten Zählwerk, den Überverbrauch in der höheren
Tarifzone auf dem zweiten Zählwerk, gleichzeitig jedoch erfindungsgemäß zusätzlich
die Betrilebszeiten in Tarifzone I und Tarifzone II, so daß sich durch Abzug von
der Gesamtzeit die Stillstandszeit ergibt.
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Sinngemäß können beide Lösungen nicht nur für Zweitarifzähler, sondern
allgemein für Mehrfachtarife verwendet werden.
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Fig. 8 zeigt die Lösung der ersten speziellen Aufgabe zur Bildung
eines Zonentarifes bei mehreren von einer gemeinsamen Erzeugerstelle gespeisten
Abnehmen. Es ist aus Fig. 8 deutlich, daß links die gleiche Anordnung für den Abnehmer
A dargestellt ist, wie sie in Fig. 7 verwendet wurde. Für einen zweiten Abnehmer
B ist rechts in Fig. 8 eine völlig gleichartige Meßeinrichtung vorgesehen. Zusätzlich
ist bei dieser Einrichtung jedoch in der Übergabestelle - hier sei es das Kraftwerk
- ein Überverhrauchszähler oder ein Leistungsrelais 14 angeordnet. Der Sinn dieses
Relais 14 ist folgender: Bei einer eingestellten Leistung von beispielsweise 40
MW schaltet dieses Gerät seine sämtlichen Kontakte nach rechts um. Die Überverbranchszähler
oder I,eistungsrelais der Einzelabnehmer seien auf eine Leistungsgrenze von 20 MW
eingestellt. Wird beim Abnehmer A nun die Leistungsgrenze l überschritten, so läuft
der nächste ankommende Impuls über den rechten Anschluß nicht direkt auf das eigene
Zählwerk II, sondern erst über einen gleichsinnigen Kontakt des Gerätes 14. Nur
wenn auch hier die ent-