Schaltungsanordnung mit einem Elektrizitätszähler sowie mit Mitteln zur Feststellung des Überschreitens eines vorgebbaren maximalen Stromwerts während des Strombezuges
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem Elektrizitätszähler und mit Mitteln zur Feststellung des Überschreitens eines vorgebbaren maximalen Stromwerts während des Strombezuges sowie zur Bildung einer dem Strom in wenigstens einer Netzphase proportionalen Messspannung und mit wenigstens einem von dieser Messspannung gesteuerten Schaltkreis.
Elektrizitätswerke sind aus wirtschaftlichen Gründen daran interessiert, die tageszeitlich bedingten Spitzenbelastungen möglichst gering zu halten, die bekanntlich morgens beim Betriebsbeginn der Industrie durch das praktisch gleichzeitige Einschalten aller elektrischen Verbraucher und auch abends bei Eintritt der Dunkelheit durch das Einschalten der Beleuchtung verursacht werden. Durch geeignete tarifliche Massnahmen versucht man deshalb einen Anreiz für den Verbraucher zu schaffen, einen vorher vereinbarten und seinem Betrieb angepassten maximalen elektrischen Strom- bzw. Leistungswert nicht zu überschreiten, indem man erhöhte Sondertarife für den Fall eines diesen vereinbarten Wert übersteigenden Mehrverbrauchs festsetzt.
Zur Feststellung eines derartigen Mehrverbrauchs ist es bereits bekannt, ausser der durch den üblichen Zähler erfassten Energie auch die Maximalleistung mit Hilfe eines besonderen Maximumzählers zu messen und zur Verrechnung heranzuziehen.
Ferner ist eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei welcher auf einen verhältnismässig kostspieligen Maximumzähler verzichtet wird, indem man mit einem von dem Stromverbrauch proportionalen Messstrom gespeisten Speicherkondensator, einer diesem Kondensator nachgeschalteten Entladestufe sowie einer bei jedem Ansprechen dieser Entladestufe betätigten elektromagnetischen Vorrichtung arbeitet, durch welche ein Dreharm schrittweise weitergedreht wird. Auf diese Weise ist innerhalb jeder Ablese- periode des Zählers der Maximalverbrauch auf Grund der Stellung des Dreharmes feststellbar.
Durch diese bekannte Schaltungsanordnung wird zwar der innerhalb einer bestimmten Periode vom Verbraucher entnommene Maximalwert des Stromes bzw. der Leistung angezeigt, nicht jedoch die Dauer, während welcher ein vorgebbarer Maximalwert des Verbrauchs überschritten worden ist. Ausserdem erfordert diese bekannte Schaltungsanordnung, dass der Dreh arm bei jeder Zählerablesung auf seine Ausgangsstellung zurückgedreht werden muss.
Die Erfindung ermöglicht eine Schaltungsanordnung des eingangs erwähnten Typs, mit der nicht nur das Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Strombzw. Leistungsverbrauches angezeigt, sondern gleichzeitig auch die Zeitspannen erfasst werden können, während der ein solcher Mehrverbrauch stattgefunden hat.
Zu diesem Zwecke ist die Schaltungsanordnung nach der Erfindung durch ein beim t : Überschreiten eines vor- gebbaren Schwellenwerts der Messspannung vom erwähnten Schaltkreis erregtes elektromechanisches Stellglied sowie eine Zählvorrichtung gekennzeichnet, welche für die Dauer der Erregung des Stellgliedes von diesem in Betrieb setzbar ist.
Bei dieser Zählvorrichtung kann es sich beispielsweise um eines der Zählwerke eines Doppeltarifzählers handeln, durch welchen normalerweise nur das eine Zählwerk, während der Dauer der Überschreitung des festgesetzten Stromwertes jedoch nur das andere Zählwerk weitergedreht wird. Ferner kann auch ein Stundenzähler vorgesehen sein, welcher die Summe der Zeitspannen anzeigt, während derer ein Mehrverbrauch stattgefunden hat.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform, und
Fig. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform.
In der Schaltung nach Fig. 1 sind ein übliches Dreiphasennetz RST mit dem Null-Leiter 0 sowie ein an dieses Netz angeschlossener, nur schematisch angedeuteter Elektrizitätszähler Z dargestellt, bei welchem in üblicher Weise die drei Stromspulen 5 von einem proportionalen Teil der drei Phasenströme durchflossen werden, während die Spannungsspulen Su jeweils zwischen den Null-Leiter und eine der drei Phasen R, S bzw. T geschaltet sind. Dieser Zähler Z, dessen übliche Scheibe mit ihrer Achse angedeutet ist, weist zwei Zählwerke Z1 und Z2 auf, welche mittels eines Umschalters a wahlweise mit dem Triebwerk, also der rotierenden Zählerscheibe, kuppelbar sind.
Die Umschaltung dieses Doppeltarifzählers Z auf das eine oder andere Zählwerk mittels des Schalters a erfolgt nun mit Hilfe der im Folgenden beschriebenen Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Danach wird der Teilstrom in jeder der drei Phasen R, S bzw. T über je einen Strom-Spannungswandler TR, T bzw. TT in proportionale Tellspannungen verwandelt, die auf je eine Gleichrichterbrücke Gp, Gs bzw. GT gegeben werden; die Ausgänge aller drei Gleichrichterbrücken sind durch je einen Kondensator Clt, Cs und CT überbrückt, wobei alle drei Kondensatoren in Reihe geschaltet sind.
Auf diese Wei 5 werden die an den Ausgängen der drei Gleichrichterbrücken auftretenden Halbwellenspannungen, die auf Fig. 1 mit UR, Us und UT l. bezeichnet sind, und welche den entsprechenden Phasenströmen proportional sind, durch die drei Kondensatoren zur Summenspannung U addiert, welche eine Zenerdiode D sowie einen mit dieser Zenerdiode in Reihe liegenden Widderstand R beaufschlagt, wobei Zenerdiode und Widerstand R den drei Kondensatoren Cl,, C und CT gemeinsam parallelgeschaltet sind. Zwischen die Zenerdiode D und den Widerstand R ist die Basiselektrode eines Transistors T,. angeschlossen, in dessen Kollektorkreis ein elektromechanisches Relais A angeordnet ist.
Dieser Transistor Tr erhält seine Betriebsspannung über eine nicht dargestellte Spannungsquelle, bei der es sich um eine gleichgerichtete Teilspannung aus dem Netz handeln kann.
Solange die gebildete Summenmessspannung U die Zenerspannung Uz der Zenerdiode nicht übersteigt, ist der Widerstand R im Basiskreis des Transistors Tr stromlos und damit dieser Transistor ge- sperrt. Unter diesen Betriebsbedingungen ist daher auch das Relais A stromlos, wodurch der von diesem Relais A gesteuerte Schalterarm a im Zähler Z seine Ruhestellung einnimmt. In dieser Lage des Schalters a ist dasjenige Zählwerk in Betrieb, welches den normalen Stromverbrauch misst.
Überschreitet dagegen die Summenmessspannung U die Zenerspannung Uz, wird der aus Zenerdiode und Widerstand R gebildete Stromkreis stromführend, und am Widerstand R fällt eine negative Basisvorspannung für den Transistor T,. derart ab, dass dieser Transistor unter Erregung des Relais A in den leitenden Zustand geschaltet wird. Das hat zur Folge, dass der vom Relais betätigte Umschalter a nunmehr seine andere, beispielsweise die auf Fig. 1 dargestellte Stellung einnimmt, in welcher nunmehr das andere Zählwerk Z zur Anzeige des Strommehrverbrauchs mit der Antriebsvorrichtung des Zählers gekuppelt ist.
Im betrachteten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der kritische Spannungsschwellenwert, bei welchem der Transistor T, und damit das Relais A anspricht, durch den Wert der Zenerspannung der Diode D bestimmt. Ein diesem kritischen Wert des Messstromes entsprechender, vorgebbarer Maximalwert des normalen Stromverbrauchs lässt sich durch ein geeignetes Untersetzungsverhältnis der drei Strom-Spannungswandler bzw. gegebenenfalls durch eine zusätzliche, nicht dargestellte Potentiometerschaltung einstellen.
Der Doppeltarifzähler Z zeigt also auf diese Weise, sofern der vorgebbare und vereinbarte Maximalwert des Strom- bzw. Energiebedarfs nicht überschritten wird, diesen Stromverbrauch auf seinem einen Zählwerk, beispielsweise Zi an, während derjenige Strombedarf, der den vorgegebenen Wert überschreitet, zur getrennten Berechnung vom anderen Zählwerk Z gezählt wird.
Im Moment, wenn die Summenmessspannung U den Bezugswert der Zenerspannung Uz wieder unterschreitet, schaltet der Transistor in seinen Sperrzustand zurück, das Relais A wird stromlos, und der Umschalter a kehrt in seine Ausgangsstellung zurück, so dass nun wieder das Normalzählwerk in Betrieb ist.
Auf Fig. 1 ist ferner noch ein weiterer, dem Relais A zugehöriger Schalterarm a' dargestellt, der den Stromkreis eines Stundenzählers M schliesst, sobald das Relais A erregt ist. Die Verwendung eines derartigen Stundenzählers stellt eine mögliche Alternative zur Verwendung eines Doppeltarifzählers dar, wie er vorstehend beschrieben wurde. Durch diesen Stundenzähler M werden nur diejenigen Zeiten gezählt, in denen der Stromverbrauch den vorgegebenen Wert überschreitet, ohne dass durch ihn die genaue Höhe dieses Mehrbedarfs erfasst wird.
Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden wiederum mit Hilfe dreier Stromwandler Tn, T und TT, die je an eine Phase des nicht dargestellten Mehrphasennetzes angeschlossen sind, drei Messteilspannungen, entsprechend dem Strom in jeder Phase, erzeugt, durch je einen Kondensator C5, CR und CT geglättet und durch Hintereinanderschaltung dieser drei Kondensatoren zu einer Summenspannung addiert, welche der Summe der Ströme jeder Phase proportional ist. Dieser Summenstrom fliesst über den Widerstand Rs und das Potentiometer Reis.
Den Sekundärseiten der Stromwandler sind in diesem Falle Überspannungsleiter, z. B. Kaltkathodenröhren VR, Vs und VT parallelgeschaltet, in deren Arbeitskreisen jeweils geeignet gestufte, hintereinanderliegende Widerstände Ri bis R4 angeordnet sind. Im betrachteten Ausführungsbeispiel sind es je vier Widerstände, an denen vier Stromstufen einstellbar sind, welche vorgegebenen Maximalstromwerten von beispielsweise 1 OA, 15A, 20A bzw. 30A entsprechend, oberhalb deren ein Mehrtarif zu berechnen ist. Zur Gleichrichtung dienen die drei Dioden DR, D5 und DT.
Der in Abhängigkeit von der Grösse der Summenmessspannung gesteuerte Schaltkreis arbeitet in diesem Falle mit einer gittergesteuerten Glimm-Thyratronröhre Vi, bei der es sich um eine Kaltkathodenröhre mit einer Hilfselektrode handelt, welche eine ständige Glimmentladung an der Kathode aufrechterhält. Die steuernde Gitterspannung dieser Röhre Vi wird am Potentiometer Ris abgegriffen und über eine Diode D und einen Widerstand Ri an das Gitter gelegt. Am Potentiometer R1; lässt sich noch eine Feineinstellung des die Zündung der Röhre Vi auslösenden Messspannungs-Schwellenwerts einstellen, dessen Grobstufe durch den Abgriff an den Widerständen Rt bis R4 vorgegeben wurde.
Im Arbeitskreis der Röhre Ve liegt wiederum ein elektromechanisches Relais A, das während der Zünddauer der Röhre Vi erregt ist, sonst jedoch seine Ruhestellung einnimmt. Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, wird durch dieses Relais A ein nicht dargestellter Doppeltarifzähler vom einen auf das andere Zählwerk geschaltet oder aber ein Stundenzähler in Betrieb gesetzt, der wiederum diejenigen Zeiten summiert, in denen ein den vorgegebenen Wert überschreitender Stromverbrauch stattfindet.
Die Glimm-Thyratronröhre Vi wird über eine Netzphase gespeist. Das an die Hilfselektrode der Glimm-Thyratronröhre Vi gelegte Potential wird durch die aus den Widerständen Rs-Rn gebildete Schaltung bestimmt. Die Verwendung einer gittergesteuerten Glimm-Thyratronröhre macht die beschriebene Schaltungsanordnung besonders zuverlässig, da diese Glimm Thyratronröhren eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer haben und unempfindlich gegen Überspannungen sind.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Schaltungsanordnungen beschränkt, sondern lässt hinsichtlich der Ausbildung des Schaltkreises, der Erzeugung der kritischen Schwellenspannung sowie der Art der durch den Schaltkreis erregten elektromagnetischen Vorrichtung mannigfache Varianten zu. Insbesondere lassen sich, wenn eine genauere Erfassung des den vorgegebenen Wert übersteigenden Mehrverbrauchs gewünscht wird, anstelle eines einzigen auch mehrere Schaltkreise vorsehen, die bei unterschiedlichen Schwellenspannungen des Messstromkreises ansprechen und entsprechende Anzeigeorgane bzw. zusätzliche Zählervorrichtungen betätigen, so dass man feststellen kann, in welchen Strombzw. Leistungsbereichen ein Mehrverbrauch stattgefunden hat.
Anstelle eines Transistors oder einer Glimm-Thyratronröhre kann als Schaltelement auch ein geeigneter Magnetverstärker verwendet werden, der vom Messstrom gesteuert wird.
Ferner kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung derart ausgelegt sein, dass das Stellglied eine Schalthysterese beim Ein- und Ausschalten aufweist, das heisst, dass der Schwellenwert für das Einschalten des Relais A (gemäss Fig. 1 oder 2) höher als für das Ausschalten liegt. Das hat den Vorteil, dass ein häufiges Schalten des Relais und damit eine Abnutzung der mechanischen Kontakte dann unterbunden wird, wenn die vom Verbraucher bezogene Leistung während längerer Zeit gerade um den eingestellten Grenzwert hin- und herpendelt. Der Unterschied zwischen dem Ein- und Ausschaltschwellenwert kann z. B. 50/o betragen und lässt sich beispielsweise durch Ausnutzung des Unterschiedes zwischen der Anzugs- und der Abfallspannung des Relais A oder durch an sich bekannte Schaltungsmassnahmen im Schaltkreis erzielen.
Circuit arrangement with an electricity meter and with means for determining whether a predeterminable maximum current value has been exceeded while electricity is being drawn
The invention relates to a circuit arrangement with an electricity meter and with means for determining whether a predeterminable maximum current value has been exceeded while the current is being drawn and for generating a measurement voltage proportional to the current in at least one network phase and with at least one circuit controlled by this measurement voltage.
For economic reasons, electricity companies are interested in keeping the peak loads caused by the time of day as low as possible, which, as is well known, are caused in the morning when the industry starts operating when all electrical consumers are switched on practically at the same time and when the lighting is switched on in the evening when it gets dark. Appropriate collective bargaining measures are therefore attempting to create an incentive for the consumer not to exceed a previously agreed maximum electrical current or output value that is adapted to his operation by setting increased special tariffs in the event that additional consumption exceeds this agreed value.
In order to determine such an additional consumption, it is already known to measure, in addition to the energy recorded by the usual counter, also the maximum power with the aid of a special maximum counter and to use it for accounting.
Furthermore, a circuit arrangement of the type described at the outset is known in which a relatively expensive maximum counter is dispensed with by working with a storage capacitor fed by the current consumption proportional to the measurement current, a discharge stage connected downstream of this capacitor and an electromagnetic device actuated every time this discharge stage is triggered which a rotary arm is rotated step by step. In this way, the maximum consumption based on the position of the rotary arm can be determined within each reading period of the meter.
By means of this known circuit arrangement, the maximum value of the current or the power taken from the consumer within a certain period is displayed, but not the duration during which a predeterminable maximum value of the consumption has been exceeded. In addition, this known circuit arrangement requires that the rotary arm must be rotated back to its starting position with each meter reading.
The invention enables a circuit arrangement of the type mentioned above, with which not only the exceeding of a predetermined maximum Strombzw. Power consumption displayed, but at the same time the periods of time can be recorded during which such additional consumption has taken place.
For this purpose, the circuit arrangement according to the invention is characterized by an electromechanical actuator excited by the circuit mentioned when a predeterminable threshold value of the measurement voltage is exceeded, as well as a counting device which can be put into operation by the actuator for the duration of the excitation of the actuator.
This counting device can be, for example, one of the counters of a double tariff meter, through which normally only one counter, but only the other counter is rotated while the specified current value is exceeded. Furthermore, an hour counter can also be provided which shows the sum of the time periods during which additional consumption has taken place.
The invention is explained in more detail with reference to the drawings using two exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 shows the circuit diagram of a first embodiment, and
2 shows the circuit diagram of a second embodiment.
The circuit according to FIG. 1 shows a conventional three-phase network RST with the neutral conductor 0 and an electricity meter Z connected to this network, only indicated schematically, in which the three current coils 5 are traversed in the usual way by a proportional part of the three phase currents , while the voltage coils Su are each connected between the neutral conductor and one of the three phases R, S or T. This counter Z, the usual disk of which is indicated by its axis, has two counters Z1 and Z2, which can be optionally coupled to the drive mechanism, that is to say the rotating counter disk, by means of a switch a.
The switchover of this double tariff counter Z to one or the other counter by means of switch a now takes place with the aid of the circuit arrangement according to FIG. 1 described below.
Thereafter, the partial current in each of the three phases R, S and T is converted into proportional partial voltages via a current-voltage converter TR, T or TT, which are given to a rectifier bridge Gp, Gs or GT; the outputs of all three rectifier bridges are bridged by a capacitor Clt, Cs and CT each, with all three capacitors connected in series.
In this Wei 5, the half-wave voltages occurring at the outputs of the three rectifier bridges, which are shown in FIG. 1 with UR, Us and UT l. and which are proportional to the corresponding phase currents, added by the three capacitors to the total voltage U, which is applied to a Zener diode D and a resistor R in series with this Zener diode, where the Zener diode and resistor R correspond to the three capacitors Cl ,, C and CT are connected in parallel together. Between the Zener diode D and the resistor R is the base electrode of a transistor T i. connected, in whose collector circuit an electromechanical relay A is arranged.
This transistor Tr receives its operating voltage via a voltage source, not shown, which can be a rectified partial voltage from the network.
As long as the total measurement voltage U formed does not exceed the Zener voltage Uz of the Zener diode, the resistor R in the base circuit of the transistor Tr is de-energized and this transistor is therefore blocked. Under these operating conditions, therefore, relay A is also de-energized, as a result of which the switch arm a controlled by this relay A in the counter Z assumes its rest position. When switch a is in this position, the counter that measures normal power consumption is in operation.
If, on the other hand, the total measurement voltage U exceeds the Zener voltage Uz, the circuit formed by the Zener diode and resistor R becomes live, and a negative base bias voltage drops across the resistor R for the transistor T i. in such a way that this transistor is switched to the conductive state when the relay A is excited. This has the consequence that the switch a operated by the relay now assumes its other position, for example the position shown in FIG. 1, in which the other counter Z is now coupled to the drive device of the counter to display the additional electricity consumption.
In the embodiment under consideration according to FIG. 1, the critical voltage threshold value at which the transistor T, and thus the relay A, responds, is determined by the value of the Zener voltage of the diode D. A predeterminable maximum value of the normal current consumption corresponding to this critical value of the measurement current can be set by a suitable reduction ratio of the three current-voltage converters or, if necessary, by an additional potentiometer circuit (not shown).
The double tariff meter Z shows in this way, provided that the predeterminable and agreed maximum value of the electricity or energy requirement is not exceeded, this electricity consumption on its one meter, for example Zi, while the electricity requirement that exceeds the specified value is calculated separately from other counter Z is counted.
At the moment when the total measurement voltage U falls below the reference value of the Zener voltage Uz again, the transistor switches back to its blocking state, the relay A is de-energized, and the switch a returns to its starting position, so that the normal counter is now in operation again.
In Fig. 1, a further, the relay A associated switch arm a 'is shown, which closes the circuit of an hour counter M as soon as the relay A is energized. The use of such an hour meter represents a possible alternative to the use of a double tariff meter, as has been described above. This hour counter M only counts those times in which the power consumption exceeds the specified value without the exact amount of this additional requirement being recorded by it.
In the second embodiment according to FIG. 2, three measuring partial voltages corresponding to the current in each phase are again generated with the aid of three current transformers Tn, T and TT, each connected to a phase of the multiphase network, not shown, by a capacitor C5, CR each and CT are smoothed and added to a sum voltage by connecting these three capacitors in series, which is proportional to the sum of the currents in each phase. This total current flows through the resistor Rs and the potentiometer Reis.
The secondary sides of the current transformers are in this case surge conductors, z. B. cold cathode tubes VR, Vs and VT connected in parallel, in whose working groups suitably stepped, one behind the other resistors Ri to R4 are arranged. In the exemplary embodiment under consideration, there are four resistors each, at which four current levels can be set, which correspond to predetermined maximum current values of, for example, 10A, 15A, 20A and 30A, above which an additional tariff is to be calculated. The three diodes DR, D5 and DT are used for rectification.
The circuit controlled as a function of the magnitude of the total measurement voltage works in this case with a grid-controlled glow thyratron tube Vi, which is a cold cathode tube with an auxiliary electrode that maintains a constant glow discharge at the cathode. The controlling grid voltage of this tube Vi is tapped at the potentiometer Ris and applied to the grid via a diode D and a resistor Ri. At the potentiometer R1; a fine adjustment of the measurement voltage threshold value which triggers the ignition of the tube Vi can also be set, the coarse level of which was specified by the tap on the resistors Rt to R4.
In the working circuit of the tube Ve, in turn, there is an electromechanical relay A which is energized during the ignition period of the tube Vi, but otherwise assumes its rest position. As described in the case of the first exemplary embodiment, a double-tariff meter (not shown) is switched from one to the other meter by this relay A or an hour meter is put into operation, which in turn adds up the times in which a power consumption that exceeds the specified value takes place.
The glow thyratron tube Vi is fed via a mains phase. The potential applied to the auxiliary electrode of the glow thyratron tube Vi is determined by the circuit formed from the resistors Rs-Rn. The use of a grid-controlled glow thyratron tube makes the circuit arrangement described particularly reliable, since these glow thyratron tubes have a practically unlimited service life and are insensitive to overvoltages.
The invention is not limited to the circuit arrangements described, but allows many variants with regard to the design of the circuit, the generation of the critical threshold voltage and the type of electromagnetic device excited by the circuit. In particular, if a more precise recording of the additional consumption exceeding the specified value is desired, instead of a single one, several circuits can be provided that respond to different threshold voltages of the measuring circuit and operate appropriate display elements or additional counter devices so that one can determine in which current or . Additional consumption has taken place.
Instead of a transistor or a glow thyratron tube, a suitable magnetic amplifier that is controlled by the measuring current can also be used as the switching element.
Furthermore, the circuit arrangement according to the invention can be designed in such a way that the actuator has a switching hysteresis when switching on and off, that is, the threshold value for switching on relay A (according to FIG. 1 or 2) is higher than for switching off. This has the advantage that frequent switching of the relay and thus wear and tear of the mechanical contacts is prevented if the power drawn by the consumer is oscillating back and forth around the set limit value for a long time. The difference between the switch-on and switch-off threshold can be e.g. B. 50 / o and can be achieved, for example, by utilizing the difference between the pull-in and drop-out voltage of the relay A or by circuit measures known per se in the circuit.