Elektrizitätszähler. Tarifgeräte, Meßwandler, Schaltuhren: Ein Buch für Zählerfachleute

375 Pages·1954·15.226 MB·German

by  Dr.-Ing. P. M. Pflier (auth.)

Elektrizitätszähler
Elel(trizitätszähler
Tarifgeräte, Meßwandler, Schaltuhren
Ein Buch für Zählerfachleute
Von
Dr.-Il1g. P. M. PHier
)iürnberg
Mit 384 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
ISBN 978-3-662-01315-1 ISBN 978-3-662-01314-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-01314-4
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
Olme ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht g,,,tattet,
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(Photokopie, :.IIikrokopie) zu vervielfältigen.
Copyright 1954 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei ~pringer·Verlag OHG., BerlinjGöttingell,Heirlc:lbcrg. 1954
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1 954
Vorwort.
Dieses Buch wendet sich an alle, die mit Zählern zu tun haben,
an Zähleringenieure wie an Studenten, die sich auf diesem Sonder
gebiet näher informieren wollen, besonders aber an die Zählereicher
der Elektrizitätsversorgungs-Unternehmen, denen es alles bringen will,
was sie für ihren Beruf wissen müssen. Es setzt nichts voraus als Volks
schulbildung und gesunden Menschenverstand, insbesondere keine höhere
Mathematik. Das einleitende Kapitel bringt deshalb dem zuerst ge
nannten Leserkreis nichts Neues und mag überblättert werden. Dies
schien mir ein weit geringereR Unglück, als wenn ein großer Leserkreis
die späteren Abschnitte nicht versteht, weil ihm die Voraussetzungen
fehlen.
Die Induktionszähler wurden besonders ausführlich besprochen, weil
die Masse der Haushalt- und Industriezähler Ferraris-Systeme haben.
Der Abschnitt "Eichverfahren" und "Vorschriften" wurde kurz gehal
ten, da hierüber das ausführliche Buch von K. SCHMIEDEL "Die Prü
fung der Elektrizitätszähler" im gleichen Verlag demnächst neu er
scheinen wird.
Es wurde überall größerer Wert auf die allgemeingültigen Prinzipien
als auf spezielle Ausführungsformen gelegt, um das Buch vor raschem
Veralten zu schützen.
Die Abbildungen und die technischen Angaben ausgeführter Geräte
entsprechen SSW-Konstruktionen, weil mir diese Unterlagen am be
quemsten zur Verfügung standen und die Zähler aller Firmen im Grund
sätzlichen übereinstimmen.
Mein verbindlicher Dank gilt der Siemens Schuckertwerke AG.
und der Siemens & Halske AG. für die liebenswürdige Überlassung von
Unterlagen sowie meinen Mitarbeitern im Zähler werk der SSW für ihre
freundliche Unterstützung, insbesondere den Herren Dipl.-Ing. Direktor
RUDoLF RESCH und Oberingenieur HANS NÜTZELBERGER für manchen
wertvollen Rat, Herrn Oberingenieur HERMANN HAENEL sowie Herrn
Dipl.-Ing. HUGO SAIKO für das Lesen der Korrektur und vielerlei
Anregungen.
Nürnberg, im März 1954.
P. M. Pflier.
In haltsverzeichnis.
A. 3Iathematische und physikalische Grundlag'en .
1. Mathematik
1. Gleichungen. S. 1. - 2. Algebraische Gleichungen. S. I.
3. Vorzeichenregel. S. 3. -- 4. Brüche. S. 4. - 5. Potenzen. S. 5. -
6. Wurzeln. S. 7. - 7. Abkürzungen der Zehnerpotenzen. S. 7. -
8. Prozentrechnung. S. 8. - 9. Logarithmen und Prinzip des Rechen
schiebers. S. 9. - 10. Der Lehrsatz des Pythagoras. S. 13. - 11. Tri
gonometrische Funktionen. S. 13. - 12. Ebene Vektoren. S. :W.
T1 . Zeichenerklärung . . . . .
IJ 1. Elektrotechnik . . . . . . . .
1. Der elektrische Kreis. S. 22. -- 2. Die elektrischen Grund-
größen und Maßsysteme. S. 24. - 3. Das Gesetz von OHM im Gleich
stromkreis. S. 25. - 4. Die Regeln von KlRCHHOFF. S. 27. --
5. Der magnetische Kreis. S.27. - 6. Induktion im Eisen. S. 2H.
- 7. Dauermagnete. S.30. - 8. Vektordarstellung von Wechsel·
stromgrößen. S.34. - 9. Das Gesetz von OHM im Wechselstrom·
kreis. S.36. - 10. Das Induktionsgesetz. S.40. - 11. Wechsel·
wirkungen zwischen Magnetfeldern und stromdurchflossenen Lei·
terno S. 41.
IV. Grundbegriffe der Meßtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1. Anzeigefehler. S. 43. - 2. Mittelwert. So 45. - 3. Streuung.
S. 45. - 4. Rechnen mit Toleranzen. S. 47. - 5. Messen und Zählen.
S. 49. - 6. Leistung und Arbeit. S. 50. - 7. Drehstromleistung. S.52.
H. 3Iotorziihler . . . . . . . . . . . . 36
1. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . .,)6
1. Prinzip. S.56. - 2. Zählerkonstante. S.57. - :1. Last·
kurve. S. 58. - 4. Wirkung von Beschleunigungen. S. 59.
11. Aufbau der Motorzähler . .
1. Meßwerk. S. 62. - 2. Zählwerk. S. 76. - 3. System träger.
S. 81. - 4. Gehäuse. S. 81. - 5. Klemmenbock. S. 82.
II1. Induktionszähler für Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . H2
1. Prinzip. S.82. - 2. Das Antriebsmoment. S.84. - 3. Das
Bremsmoment. S. 89. - 4. Aufbau der Triehsysteme. S. 91. -
5. Abgleichvorrichtungen. S. 94. - 6. Eigenschaften des Induktions·
zählers. S. 97. - 7. Ausführungsformen, Schaltungen und An·
wendungsgebiet. S. 107.
IV. Drehstrom·Induktionszähler . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
1. Prinzip. S. 117. - 2. Aufbau. S. 117. - 3. Unterschiede
zwischen Drehstrom· und Wechselstrom·Induktionszählcrn. S. 118.
- 4. Das Antriebsmoment des Drehstromzählers mit zwei Trieb·
systemen. S. 120. - 5. Das Antriebsmoment des Drehstromzählers
mit drei Triebsystemen. S. 126. - 6. Abgleichung des Drehstrom
zählers. S. 131. - 7. Eigenschaften dps Drehstromzählers. R. 133.
- 8. Allsfiihrungsformen, Schaltungen, Anwendungsgebid. R. I ilfi.
Inhaltsverzeichnis. VII
V. Magnetmotorzähler (Permanentdynamischer Zähler) ....... 160
1. Prinzip. S.160. - 2. Berechnung. S. 160. - 3. Justierung
des Magnetmotorzählers. S. 164. - ,4. Eigenschaften. S. 164. -
5. Ausführungsformen und Anwendungsgebiet. S. 166.
VI. Eisenloser elektrodynamischer Zähler . . . . . . . . . . . . . 167
1. Prinzip. S.167. - 2. Berechnung. S.167. - 3. Justierung.
S. 171. - 4. Eigenschaften des eisenlosen Gleichstrom-Wh-Zählers.
S. 172. - 5. Ausführungsformen, Anwendungsgebiet und Schal
tungen. S. 175.
VII. Eisengeschlossener elektrodynamischer Zähler . . . . . . . . . 177
1. Prinzip. S.I77. - 2. Berechnung. S.I77. - 3. Aufbau.
S. 181. - 4. Justierung. S. 182. - 5. Eigenschaften. S. 183. -
6. Ausführungsformen und Schaltungen. S. 184.
VIII. Tarife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
1. Grundlagen der Tarifgestaltung. S. 186. - 2. Tarifarten.
S.188.
IX. Sonderausführungen von Motorzählern und Tarifgeräte . . . . . 190
1. Mehrtarifzähler. S. 190. - 2. Zähler für wechselnde EnergiE'
richtung. S.192. - 3. Maximumzähler. S.194. - 4. Wirk-und Blind
verbrauch-Überschußzähler. S. 200. - 5. Zähler mit Stopprelais.
S. 201. - 6. Fotografische Registrierung des Zählerstandes. S.202.
- 7. Spitzenzähler. S. 204. - 8. Subtraktionszähler (Überverbrauch
zähler). S. 212. - 9. Münzzähler. S. 214. - lQ. Kassierschalter.
S.216. - 11. Münzzähler mit Gebühreneinzug. S.216.
('. Fernzählgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
1. Allgemeines. S. 218. - 2. Kontaktgeberzähler. S. 219. -
3. Übertragungskanal. S. 221. - 4. Fernzählwerk. S. 223. -
5. Summenfernzählwerk. S. 223. - 6. Maximumschreiber. S. 226.
- 7. Maximumdrucker. S.228. - 8. Maximumlocher. S.230. -
9. Maximumwächter. S. 232. - 10. Scheinverbrauchgetriebe. S. 235.
D. Elektrolytzähler . 237
I. Grundlagen. . . . . . . . . . 237
11. Forderungen . . . . . . . . . 240
111. Der Wasserstoff-Elektrolytzähler 240
1. Beschreibung. S. 240. - 2. Wirkungsweise. S. 241.
3. Justierung. S.242. - 4. Eigenschaften. S.244.
IV. Wasserstoffheberzähler . . . . . . . . . . . . . 245
1. Wirkungsweise. S.245. - 2. Eigenschaften. S.247.
V. Quecksilberzähler . . . . . . . . . . . . . . . 247
1. Beschreibung. S. 247. - 2. Wirkungsweise. S. 247.
3. Justierung. S.248. - 4. Eigenschaften. S.248.
VI. Anwendungsgebiet der Elektrolytzähler 249
E. Zubehör. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
I. Allgemeines ................. 250
1. Hochstromzähler. S. 250. - 2. Hochspannungszähler. S. 250.
11. Nebenwiderstände . 252
IH. Vorwiderstände ....................... 25:!
VIII Inhaltsverzeichnis.
IV. GIeichstromwandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
V. Stromwandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
1. Aufgabe. S. 254. - 2. Anforderungen. S. 255. - 3. Prinzip.
S. 255. - 4. Eigenschaften. S. 259. - 5. Ausführungsformen. S.272.
VI. Spannungswandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
1. Aufgabe. S. 276. - 2. Anforderungen. S. 276. - 3. Prinzip.
S. 276. - 4. Eigenschaften. S. 279. - 5. Ausführungsformen. S. 284.
VII. Zusammenarbeiten von Zählern und Wandlern ........ . 285
1. Berücksichtigung der Wandlerfehler. S.285. - 2. Berech
nung der Zählerkonstanten von Wandlerzählern. S. 294. - 3. Fehl
schaltungen. S. 294.
VIII. Schaltuhren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
1. Aufgabe. S. 300. - 2. Lösungsgedanke. S. 301. - 3. Zeit
scheiben oder Steuerscheiben. S. 301. - 4. Schalter. S. 305. -
5. Schaltungen. S.308. - 6. Uhrwerke. S.311.
IX. Fernschalter und Netzkommandoanlagen . . . . . . . . . . . 315
1. Aufgabe. S. 315. - 2. Allgemeines. S. 316. - 3. Fernsteuerung
über eigene Leitungen. S. 316. - 4. Steuerung durch Spannungs
senkung. S. 317. - 5. Tonfrequenzüberlagerung. S. 318. - 6. Lei
tungsgerichtete Hochfrequenzübertragung. S. 321. - 7. Kurzwellen
übertragung. S. 321.
F. Zählereichung und Prüfung 321
I. Allgemeines. . . . . . . . . .. .......... . 321
1. Spannungsnormal. S. 323. - 2. Zeitnormal. S. 324.
3. Grundverfahren der Zählerprüfung. S. 324.
11. Eichverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
1. Allgemeines. S.325. - 2. Von der PTB anerkannte Prüf
methoden. S. 328. - 3. Zählerprüfeinrichtungen. S. 332.
111. Spezial-Eichgeräte der SSW . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
1. Gleichweg-Eichzähler. S. 333. - 2. Drehstromarbeitswaage.
S. 337. - 3. Spannungssymmetrieanzeiger. S. 339.
IV. Wandlerprüfeinrichtungen ................. . 340
1. Allgemeines. S. 340. - 2. Das Kompensationsverfahren der
PTR mit Normalwiderständen. S. 341. - 3. Differenzmethode
der PTR. S. 343. - 4. Von der PTB zugelassene Prüfverfahren.
S.344. - 5. Wandlerprüfeinrichtungen. S.349.
G. Vorschriften •...... 349
I. VDE-Vorschriften. . . . . . . . . . . . . 350
11. Amtliche Vorschriften . . . . . . . . . . . 350
1. Das Gesetz, betreffend die elektrischen Maßeinheiten vom
1. 6. 1898. S.350. - 2. Die Prüfordnung für elektrische Meßgeräte
vom l. 1. 1933. S.351. - 3. Das Maß- und Gewichtsgesetz vom
13. 12. 1935. S. 351. - 4. Eichordnung vom 21. 1. 1942. S. 353.
- 5. Eichanweisung "Allgemeine Vorschriften" vom l. 6.1950.
S. 354. - 6. Eichanweisung "Besondere Vorschriften XV", Meß
geräte für Elektrizität. Entwurf der PTB vom 1. 9. 1950. S. 356.
Literaturvcrzeichnis 357
Namenverzeichnis. 362
Sachverzeichnis. . . 363
A. Mathematische und physikalische Grundlagen.
J. Mathematik.
1. Gleichungen.
Die Beziehungen mehrerer Werte zueinander werden in Form von
Gleichungen dargestellt, z. B.
+
4 11 = 15
+
oder 0,02 3 = 3,02
+
oder 1648 13 = 1661.
Eine Gleichung kann man als Waage auffassen, wobei das Gleich
heitszeichen den Waage balken, die rechts und links des Gleichheits
zeichens stehenden Werte die auf den Waagschalen liegenden Gewichte
darstellen. Man darf demnach an einer Gleichung alle Manipulationen
vornehmen, die bei einer im Gleichgewicht befindlichen Waage das
Gleichgewicht nicht stören würden. Gleichungen bleiben demnach rich
tig, wenn man auf beiden Seiten gleiche Werte addiert oder subtrahiert
oder auf beiden Seiten mit gleichen Werten multipliziert oder dividiert.
Beispiel.
(4 + 11)· 5 = 15·5
oder 0,02 + 3 - 6 = 3,02 - 6 = - 2,98
+
1648 13 1661
oder
10 10
+
4 11 15
oder 0,02 + 3 = 3,02 = 4,97
+ +
oder (0,02 3) (1648 13) = 3,02· 1661 = 5016,2
2. Algebraische Gleichungen.
Den oben stehenden Ausgangsgleichungen ist gemeinsam, daß auf
der linken Seite zwei Summanden stehen, auf der rechten Seite ihre
Summe erscheint. Diese Beziehung kann man allgemein darstellen,
wenn man an Stelle der bestimmten Zahlen Symbole einsetzt, beispiels
weise Buchstaben, die beliebige Zahlen bedeuten können. Die allgemeine
Form der Ausgangsgleichungen lautet dann:
+
a b = c, (1)
worin die Größen a und b beliebige Werte annehmen können und c
Pflier, Elektrizitätszähler. 1
2 Mathematische und physikalische Grundlagen.
die Summe dieser beiden Werte bedeutet. Dazu ist nicht notwendig,
die Zahlenwerte von a und b zu kennen, denn die Buchstabengleichung
besagt nur, daß die Summe zweier unbekannten Zahlen a und b gleich
der ebenfalls unbekannten Zahl c sein soll. Mit einer solchen Buch
stabengleichung darf man ebenso verfahren wie mit einer Zahlen-
(J,lb C )+11 7 gleichung, d. h. man darf
a ~ ~ wiederum alles tun, was das
Gleichgewicht einer Waage
nicht stören würde, auf bei-
b (J,lb+d cld }fl/+{j 7,{j
~ ~ den Seiten gleiche Werte ad-
dieren und subtrahieren oder
mit gleichen Werten multi
a+o-e c-e )'/1-$ 7-$ plizieren und dividieren. Es
c ~ ~
ändert sich also an der
Gleichge wichts bedingun g
(P/I)·J 7·J nichts, wenn man schreibt
~
3+4= 7
+ + +
oder 3 4 6 = 7 6 = l:{
oder 3+4-5=7-5= ')
+
oder (3 4) . 3 = 7·3 = 21
Abb. 1. Im Gleichgewicht befindliche Waage als Symbol
der Gleichung.
a Ausgangsgleichung; - b Addition; - c Subtraktion; - oder 3+4= 2-=2
3,5 3,5
d Multiplikation; - c Division.
oder in allgemeiner Form
a+b + d= c+d
oder a+b-e = c-e
oder (a + b) ·f = c·f (:2)
a+ b c
oder
g g
Abb. 1 zeigt diese Rechenregeln symbolisch an einer im Gleich
gewicht befindlichen Waage.
Daraus folgt: Gleichungen dürfen zueinander addiert, voneinander
subtrahiert, miteinander multipliziert oder durcheinander dividiert wer
den, ohne daß sich das Gleichgewicht ändert, denn Gleiches mit Glei
chem multipliziert bzw. durch Gleiches dividiert und Gleiches zu Glei
chem addiert oder von Gleichem subtrahiert muß wieder Gleiches er
geben.
Zablenbeispiele. a) Addition.
2+3 1+4 5 = 5
+
5 7 12 12 = 12
2 + 3 + 5 + 7 = 1 + 4 + 12 ; 17 = 17
Mathematik: Vorzeichenregel. 3
b) Subtmktion.
2+3 5=5
5+7 12 = 12
+ +
2 3 - 5 - 7 = 1 4 -12; -7=-7
c) Multiplikation.
2+3 1+4 5=5
+
5 7 12 12 = 12
(2 + 3) (5 + 7) = (1 + 4) 12 ; 5·12 = 5·12
d) Division.
2+3 1+4 5=5
5+7 12 12 = 12
2+3 1+4 5 5
5+7 12 12 12
In allgemeiner Form stellen sich diese Rechenoperat ionen so dar:
Addition. a+b c+d 1
e+f g
a+b+e+f=c+d+g
Subtraktion. a+b c+d
e+f g
a+b-e-f=c+d-g
Multiplikation. a+b c-l-d ~ (3)
e+f g
+
(a + b)(e + f) = (c d) g
Division. a+b c+d
e+f g
a+b c+d
--
e + f g
Ebenso dürfen auch die beiden Seiten einer Gleichung potenziert,
radiziert und logarithmiert werden, wie sich später noch zeigen wird.
3. Vorzeichcnrcgcl.
Das Ergebnis der Multiplikation oder Division zweier Größen mit
gleichen Vorzeichen hat stets ein positives Vorzeichen.
Die Multiplikation oder Division zweier Größen mit verschiedenen
Vorzeichen ergibt stets eine Größe mit negativem Vorzeichen.
1*