Table Of ContentDie Prnfung
der Elektrizitats-Zahler
Me13einrichtungen, Me13methoden
und Schaltungen
Von
Dr.-Ing. Karl Schmiedel
Niirnberg
Dri tte
vollig neubearbeitete Auflage
Mit 160 Abbildungen im Text
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
ISBN 978-3-662-01876-7 ISBN 978-3-662-02171-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-02171-2
Aile Reohte, insbesondere das der Ubersetzung
in fremde Spraohen, vorbehalten.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1940
Urspriinglich erschienen bei Julius Springer 1940
Softcover reprint of the hardcover 3rd edition 1940
Vorwort zur dritten Auflage.
Da die zweite Auflage 1933 vergriffen war, sollte nach dem Wunsch
des Verlages die neue Auflage im Jahre 1934 erscheinen. Leider war
es mir nicht moglich, diesen Zeitpunkt einzuhalten, so daB eine groBere
Zeitspanne bis zur Neuauflage verstrichen ist. Ich hoffe aber, daB dies
insofern der Neuauflage zugute gekommen ist, als dadurch die vielen
gerade in den letzten Jahren bekanntgewordenen Neuerungen beruck
sichtigt werden konnten.
Die dritte Auflage ist gegenuber der zweiten in wesentlichen Teilen
vollkommen umgearbeitet worden, wenn auch die Anlage des Buches
die gleiche blieb.
1m Kapitel I wurden fUr die MeBgenauigkeit mehrere ausfUhrliche
Beispiele gegeben, im Kapitel II die neuesten Regeleinrichtungen
beschrieben, wahrend die veralteten fortgelassen wurden, im Kapitel III
wurden die kurzen Beschreibungen der ¥eBgerate durch die in den
letzten Jahren hinzugekommenen Neuerungen erganzt, im Kapitel V
die Gleichlastmethode fUr Einph<Lsenwechselstrom und Drehstrom neu
eingefUgt, im Kapitel VII wurden die samtlichen Schaltungsbilder
neu entworfen und erganzt, im Kapitel VIII verschiedene neue Pruf
einrichtungen fUr Strom- und Spannungswandler neu aufgenommen, im
Kapitel IX einige neue Verfa?ren und Gerate zur Messung des Reibungs
moments, zur Prufung der Durchschlag- und StoBspannungsfestigkeit,
der thermischen und dynamischen Strombeanspruchung beschrieben.
Dem Wunsche nach Beschreibung von ausgefUhrten Prufstanden
konnte auch bei der Bearbeitung der neuen Auflage nicht entsprochen
werden, weil Prufstande im wesentlichen die raumliche Zusammen
fassung der einzelnen Regeleinrichtungen und MeBgerate darstellen,
urn dem Priifenden die Arbeit zu erleichtern, wahrend im Rahmen des
Buches nur die grundsatzlichen Prufverfahren behandelt werden sollten.
Ebenso sind die Fehlschaltungen der Zahler! nicht behandelt worden,
weil diese zwar fUr die richtige Messung der Arbeit von Wichtigkeit
sind, nicht aber fUr die Prufung der Elektrizitatszahler.
Bisher war es Sprachgebrauch, mit dem Wort "Prufung" die Fest
stellung der Werte zu bezeichnen, die der zu prufende Zahler im Zeit
punkt der Prufung hat, mit "Eichung" dagegen die Einstellung,
Einregelung oder Abgleichung des Zahlers auf die gewollten oder ver
langten, im allgemeinen auf die geringstmoglichen Fehlerwerte. Durch
Verfugung des Reichswirtschaftsministeriums 2 wird das Wort "Eichen"
1 Vgl. W. BEETZ: Arch. techno Messen 1937 J 752-6. - KRUKOWSKI, W. v.:
Grundziige der Zahlertechnik. S. 441 u.508 (H. NUTZELBERGER). Berlin: Julius
Springer 1930.
2 Elektrizitatswirtsch. 1937, H. 20 S. 471.
IV Vorwort zur ersten und zweiten Auflage.
fur die eichtechnische Priifung und Stempelung des Gegenstandes
durch die zustandige Eichbehorde vorbehalten. Infolgedessen habe
ich an allen Stellen, wo fruher das Wort "Eichen" stand, dieses durch
andere Ausdrucke ersetzt.
Ich mochte an dieser Stelle allen den Herren, die Anregungen
und Verbesserungsvorschlage gemacht haben, meinen besten Dank
aussprechen. Auch den Firmen, die mir bereitwillig Bildmaterial zur
Verfugung stellten, danke ich fur ihre Mithilfe.
Nurnberg, im Dezember 1939.
KARL SCBMIEDEL.
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage (1920).
Die Literatur uber MeBeinrichtungen und MeBmethoden zur Pm
fung von Elektrizitatszahlern ist in Zeitschriften und Buchern zerstreut.
Das vorliegende Bucb solI dem Zahlerfachmann eine Zusammen
fassung moglichst vieler dieser Angaben bringen und ihm durch Lite
raturangaben auch dort das. Eindringen in die Materie erleichtern, wo
der Gegenstand nur andeutungsweise besprochen wird.
Der Stoff konnte nicIit an allen Stellen gleichmaBig ausfiihrlich
behandelt werden, da der Umfang des Buches sunst zu groB geworden
ware und die Dbersichtlichkeit dadurch gelitten hiitte. Dies gilt ins
besondere von dem Kapitel III iiber MeBinstrumente, wo nur eine Auf
zahlung moglich war. Es gibt jedoch iiber qen Gegenstand gute SammeI
werke, in denen sich jedermann die gewiinscbten Amkiinfte holen kann.
Die Grundlagen der Gleich- und Wechselstromtechnik, ebenso das
Wesen und die Wirkungsweise der Elektrizitatszabler sind an den Stellen,
wo theoretische Betrachtungen notwendig waren, als bekannt voraus
gesetzt. Wo es fiir dasVerstandnis besondererMeBmethoden oderSchal
tungen erforderlich erschien, sind Literaturhinweise gegeben worden.
Aus dem Vorwort znr zweiten Anflage (1924).
Bei der Bearbeitung der zweiten Auflage ist den Wiinschen aus den
Kreisen der Leser soweit wie moglich Rechnung getragen worden. Be
sonders erwabnt sei die Erweiterung des Abschnitts iiber die amtlichen
Fehlergrenzen, die Hinzufiigung des neuen Kapitels uber die Priifung
der Strom-und Spannungswandler, die UmarbeitUllg dar Eichschaltungen
fur Blindverbrauchszahler. Die neusten Prufmethoden und die neuEten
Apparate, die z. T. noch nicht durch die Literatur bekanntgeworden
sind, sind aufgenommen worden. Dem WunEChe auf Hinzufugung voll
standiger SchaltEchemata fur EichEtationen konnte nicht entsprochen
werden, da das Buch sonst zu umfangreich geworden ware. Die Ab
schnitte uber Drehmoment- und Reibungsmessungen wurden gekurzt.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
I. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1. MeBgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . 1
2. Der Korrektionsfaktor, der Fehler und die Korrektion 5
3. Amtlich zugelassene Fehlergrenzen. 6
a) Verkehrsfehlergrenzen . . . 6
b) Beglaubigungsfehlergrenzen. 7
Gleichstromzahler. . . . . 7
Wechselstromzahler . . . . 8
Wechselstromzahler in Verbindung mit MeBwandlern . 8
Blindverbrauchzahler . . . . . . . . . . . . . . . 9
Blindverbrauchzahler in Verbindung mit MeBwandlern 9
MeBwandler . . . . . . . . 9
c) FehlergrellZen anderer Lander 11
Einphasen-Wechselstromzahler 11
Drehstromzahler. . . 12
MeBwandler . • . . 12
4. Bestimmung des Fehlers 12
a) Zahlwerksablesung. . 12
b) Zahlen der Ankerumdrehungen oder Oszillationen 13
c) Synchroneinst611ung. . . . . . 15
d) Stroboskopische Priifung. . . . . . . . . . . . 15
c) Koinzidenzen bei Pendelzahlern ..... : . . . 16
5. Die Fehlerkurve des Zahlers und die mittleren Angaben fiir die Ver
rechnung mit dem Abnehmer. . . . . . . . . . . . . . . 16
II. Einrichtungen zur Erzeugung und Regelung der zugefiihr-
ten Leistung . . 18
1. Sparschaltung. . . . . . 18
2. Stromquellen . . . . . . 18
a) Akkumulatorenbatterien 19
b) Gleichstromgeneratoren 20
c) Wechselstromgeneratoren. Ein Generator 21
d) Rohrengeregelt6 Generatorpn. . . . . . 22
e) Mechanische RegIer zur Konstanthaltung der Spannung 22
£) Doppelgeneratoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
g) PeriodenumforIDer. . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3. Vorrichtungen zur Regelung des Hauptstromes, der Spannung, der
FrequellZ und der Phasenverschiebung . 25
a) Regelung des Hauptstromes 25
Regelwiderstande . . 25
Regeltransformatoren . 27
Priiftransformatoren. . 28
b) Regelung der Spannung 28
c) Belastungs-Widerstande und -Transformatoren 29
Belastungswiderstande. . 29
Belastungstransformatoren . . . . . . . . . . 30
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
d) Regelung der Frequenz . . 31
Polumschaltbarer Generator 31
Gebremster Asynchronmotor 31
e) Regelung der Phasenverschiebung. 32
Doppelgeneratoren. . . . . 32
Drosselspulen. . . . . . . 32
Laufender 'Einphasenmotor . 33
Bruckenschaltung. . . . . 34
Ruhender Drehstrommotor . 34
Zyklische Vertauschung fur Grobregelung 35
4. Ruhende Vorrichtungen zu Konstanthaltung des Stromes oder der
Spannung bei Dauerschaltungen . 36
a) Eisenwiderstand. . . . . . . . . . . . 36
b) Stabilisator. . . . . . . . . . . . . . 36
c) Spannungsgleichhalter fur Wechselstrom. 36
III. MeBgerate und Hilfseinrichtungen zur Messung des wirk-
lichen Verbrauchs. . . . . . . . . . . 37
1. Kompensationsapparate. . . . . . . . . . 37
a) Kompensationsapparat fiir Gleichstrom . 37
b) Kompensationsapparat fur Wechselstrom 41
2. ZeigermeBgerate . . . . . . . . . . . . . 42
a) Drehspul-MeBgerate fiir Gleichstrom. _ . 42
b) Dreheisen-MeBgerate fur Gleich- und Wechselstrom. 42
c) Thermische MeBgerate (Hitzdraht-MeBgerate) fur Gleich- und
Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
d) Gleichrichter-MeBgerate fur Wechselstrom . . . . . . . . . . 43
e) Elektrostatische Spannungsmesser fiir Gleich- und Wechselstrom 44
f) Thermoumformer zur Messung kleiner Wechselstrome. 44
g) Elektrodynamische Spannungs- und Strommesser. 44
h) Elektrodynamische Leistungsmesser. . . . . . . . . 45
i) Elektrodynamische Blindleistungsmesser. . . . . . . 46
k) Eisengeschlossene elektrodynamische Leistungsmesser . 47
1) Phasenmesser. . . . . . . . . . . . 47
m) Zungenfrequenzmesser. . . . . . . . . . . . . . . 48
n) Zeigerfrequenzmesser mit einem Zeiger . . . . . . . 48
0) Zeigerfrequenzmesser mit zwei sich kreuzenden Zeigern . 48
3. Verwendung der Vorrichtungen zur Erweiterung der MeBbereiche
zusammen mit den MeBgeraten 49
a) Vorwiderstande. . . . . . . . 49
b) Nebenwiderstande. . . . . . . 51
c) Strom- und Spannungswandler . 52
4. Hilfsvorrichtungen zur Bestimmung der Stromrichtung und der
Phase ....... . 54
a) DrehspulmeBgerat. . . . .. . .... . 54
b) Polreagenzpapier . . . . .. . .... . 54
c) Veranderliche Selbstinduktion zur Bestimmung der Phase bei
Wechselstrom. . . . . . . . . . . . .. .... . 54
d) Polprufer oder Vektormesser fur Wechselstrom. . ... . 56
e) Priifschaltungen fiir den richtigen AnschluB von Spannungs-und
Stromwandlern 57
£) Drehfeldzeiger 58
InhaltBverzeichnis. VII
Selte
5. HilfBBchalter zum Sparen von MeBgeraten 60
a) Spannungsmesser-Ersatzschalter. . . . . . . . . . . . .. 60
b) Leistungsmesser-Umschalter fur MeBBung von Drehstromleistun-
gen nach der Zweileistungsmessermethode. . . 61
IV. Einrichtungen zur Bestimmung der Angaben . 61
1. Pendeluhr und Doppelzeitschreiber oder Chronograph 62
2. Stoppuhr .......... 62
0 0
3. Kontaktpendel nach KARTAK. . . 64
4. Schwingungskreis und Synchronuhr 64
5. Selbsttatige Zahlvorrichtungen 65
a) Vorrichtungen am Zahler . 65
0 0
1. Mechanischer Kontakt. 65
0 • 0
2. Funkenubergang zwischen Anker und Elektrode . 66
3. Optische tlDertragung ........ 66
0 0 • 0 0
b) Vorrichtungen zum Abzahlen der Umdrehungen und zur Be-
tatigung der Uhr . . o. 67
0 0 0 0 0
1. Doppelzeitschreiber. 67
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Mechanische Zahlvorrichtungen 67
2. 0 0 0 0 0 0 0
3. Mechanische Zahlvorrichtung in Verbindung mit oGleichlast-
Prufzahler 67
0 • 0 0
Vo Pruf- oder Eichzahler 68
0
a) Prufzahler mit mehreren MeBbereichen 68
b) Gleichlast-Prufzahler fiir WechseIstrompriifungen 70
0
c) Gleichlast-Priifverfahren fiir die Priifung von Drehstromzahlern 73
d) Gleichlast-Priifverfahren fiir die Priifung von Gleichstromzahlern 74
VI. Prufschaltungen. 74
0 0 0 0 0
1. Einphasenwechselstrom -. 77
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
a) Schaltung bei getrenntem Strom- und Spannungskreis 77
Niederspannung und Niederstrom 77
0
Hochspannung und Hochstrom 77
0 0
b) Schaltung bei direkter Belastung 79
0
Niederspannung und NiedeTIltrom 79
0
Hochspannung und Hochstrom 79
0 0
Vierleiter-Zweiphasenwechselstrom 80
20 0 0
a) Schaltung bei direkter Belastung 80
0
b) Schaltung bei getrennten Strom- und Spannungskreisen 80
3. Dreileiter-ZweiphasenwechseIstrom 81
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Vierleiter-Drehstrom, dreimessende Systemeo 81
40 0 0 0 0 0 0 0
a) Schaltung bei getrennten Strom- und Spannungskreisen 81
Niederspannung und Niederstrom 81
0
Hochspannung und Hochstrom. . 83
b) Schaltung bei direkter Belastung 83
0
c) Abschaltung einer Phase 84
0 0 0 0 •
50 Dreileiter-Drehstrom, zwei messende Systeme 0 85
a) Allgemeines. 85
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b) Schaltung bei getrennten Strom- und Spannungskreisen 87
Niederspannung und Niederstrom 87
0 0 0 0 0
Hochspannung und Hochstrom 88
0 0 0 0 0 0
Schaltung mit nur einem Leistungsmesser 88
0
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
6. Vierleiter-Drehstrom, zwei messende Systeme. . . . . . . 90
a) Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
b) Schaltung bei getrennten Strom- und Spannungskreisen 91
Niederspannung und Niederstrom. 91
Hochspannung und Hochstrom. . 93
c) Schaltung bei direkter Belastung . 93
Niederspannung und Niederstrom. 93
Hochspannung und Hochstrom. . 94
7. Vier- oder Dreileiter-Drehstrom, ein messendes System (sog. Dreh
stromzahler fiir gleichbelastete Phasen). . . . . . . . . . . . . 94
a) Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
b) Eine Hauptstromspule in einer Phasenleitung, eine Spannungs
spule zwischen dieser Leitung und dem Nulleiter. . . . . . . 94
c) Eine Hauptstromspule in einer Phasenleitung, eine Spannungs
spule zwischen dieser Leitung und einer anderen Phasenleitung 95
d) Zwei Hauptstromspulen, jede in einer Phasenleitung, eine Span-
nungsspule zwischen diesen beiden Leitungen 97
S. Blindverbrauchzahler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9S
a) Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
b) Vierleiter-Drehstrom, drei messende Systeme mit lS0o-Verschie-
bung •.......................... 100
c) Vierleiter-Drehstrom, drei messende Systeme mit 90o-Verschie-
bung ........................... 101
d) Vierleiter-Drehstrom, drei messende Systeme mit 60o-Verschie-
bung ........................... 103
e) Dreileiter-Drehstrom, zwei messende Systeme mit 180o-Verschie-
bung ........................... 104
f) Dreileiter-Drehstrom, zwei messende Systeme mit 90o-Verschie-
bung ........................... 106
g) Dreileiter-Drehstrom, zwei messende Systeme mit 60o-Verschie-
bung. . . . . . . 107
9. Zweileiter-Gleichstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lOS
10. Dreileiter-Gleichstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lOS
a) Zwei Hauptstromspulen, jede in einem AuBenleiter, Spannungs
kreis zwischen beiden AuBenleitern . . . . . . . . . . . . lOS
aa) Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
ab) Schaltung bei getrennten Strom- und Spannungskreisen. 110
ac) Schaltung bei direkter Belastung in der Installation . . . 110
b) Eine Hauptstromspule in einem AuBenleiter, SpaDnung~kreis
zwischen den heiden AuBenleitern. . . . . . . . . . . . . . 110
c) Eine Hauptstromspule in einem AuBenleiter, Spannungskreis
zwischen diesem Leiter und dem Nulleiter. 111
VII. Priifklemmen . . . . . . . . . . . . . . . 112
1. Priifklemme fiir Zweileiter-Gleich- oder Wechselstrom . 112
2. Priifklemme fiir Dreileiter-Drehstrom. . . . . . 114
VIII. Priifung der Strom- und Spannungswandler 115
a) Absolutes Verfahren von SOHERING und ALBERTI 115
Stromwandler. . . 115
Spannungswandler. . . . . . . . . . . . . . . 117
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
b) Gegenschaltungsverfahren von W. HOHLE 119
Stromwandler. . . . . . . . . . . . . 119
Spannungswandler. . . . . . . . . . . 120
c) Gegenschaltungsverfahren von O. ZWIERINA 121
Stromwandler. . . . . . . . . . . . . . 121
Spannungswandler. . . . . . . . . . . . 122
d) Gegenschaltungsverfahren mit Hilfswicklung auf dem Normal-
wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
IX. Einrichtungen und Schaltungen fur die Messung besonderer
Eigenschaften und Vorgange . . 123
1. Drehmoment . . . . . . . . . . 124
a) Kraftemesser mit Torsionsfeder. 124
b) Pendelkraftemesser . . . . . . 125
c) Kraftemesser nach dem Krafteparallelogramm 126
d) Kraftemesser nach dem Waageprinzip. . . . 128
e) Sebsttatige Vorrichtung zur Aufzeichnung des Drehmoments
uber den ganzen Umfang, insbesondere fUr Amperestundenzahler 129
f) Bestimmung des Drehmoments durch Rechnung aus der elek-
trisch zugefUhrten Leistung 131
2. Reibung. . . . . . . . 131
a) Torsionswaage. . . . 132
b) Torsionsdynamometer 134
c) Auslaufmessungen. . 135
Graphische Auswertung 137
Auswertung durch Differenzenbildung . 138
Vereinfachte Auslaufmethode. . . . . 138
Rechnerische Auswertung . . . . . . 139
Bestimmung des Tragheitsmoments des Ankers 139
Trennung der Verluste . . . 141
d) Methode des geeic4ten Motors . 141
3. Reibungskompensation . . . . . . 142
a) Gleichstrom-Wattstundenzahler . 142
b) W echselstrom -Induktionszahler und Gleichstrom -Amperestunden-
zahler . . . . . . 143
4. Anlauf und Leerlauf 144
5. Eigenbremsung . . . 145
a) Auslaufmethode . . 145
b) Methode des geeichten Motors 146
c) Einlaufmethode. . . . . . . 146
d) Indirekte Bestimmung der Eigenbremsung. 147
6. StoBweise Belastung 148
7. Kurvenform. . . . . . . . . . . . . 151
8. AuBere Felder. . . . . . . . . . . . 151
a) Absichtliche Falschung der Angaben 151
b) Unabsichtliche Einwirkung stromfiihrender Leitungen. 151
9. Temperatur . . . . . . . . . . . 153
10. KurzschluBsicherheit. . . . . . . . 155
a) Thermische KurzschluBsicherheit . 155
b) Dynamische KurzschluBsicherheit . 155
11. Isolation . . . . . . . . 156
a) Durchschlagprufung . . 156
b) StoBspannungsprufung . 157
x
Inhaltsverzcichnis.
Seite
12. Eigenverbrauch der Wicklungen. 158
a) Gleichstrom. . . . . . . . . 158
b) Wechselstrom. . . . . . . . 158
Elektrodynamischer Leistungsmesser. 158
Elektrometer . . . . . . 160
Dreivoltmetermethode . . 160
Dreiamperemetermethode . 161
Bruckenmethoden. . . . 162
13. KurzschluBwindungen . . . 163
a) KurzschluBprufer nach A. TAUBER-GRETLER . 163
b) SchluBhorcher ......... . 163
c) Brucke mit GleichrichtermeBgera t . 164
14. 90o-Verschiebung ....... . 164
a) Stillstandsmethode. . . . . . 165
b) Winkelmessung mit Hilfsspule 166
15. Felder ....... . 167
a) Gleichstrom. . . . . . . . . 167
b) Permanente Magnete . . . . 168
Magnetmotor mit Bremsscheibe. 168
MagnetmeBapparat mit Anwurf der Scheibe durch Feder. 168
c) Wechselstrom. . . . .. ............ . 169
16. Striimung in der Scheibe. . 169
17. Bursten -Ubergangswiderstand bei Gleichstrom -Am perestundenzah-
lern ........... . 170
18. Gegenelektromotorische Kraft bei Gleichstromzahlern 171
19. Schiefe Aufhiingung 172
Anhang ..... . 173
N amen verzeichnis 175
Sachverzeichnis .. 176
