CH709416B1 - Method and device for permanent current measurement in the cable distribution cabins of the 230 V / 400 V network level. - Google Patents

Method and device for permanent current measurement in the cable distribution cabins of the 230 V / 400 V network level. Download PDF

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CH709416B1 CH00478/14A CH4782014A CH709416B1 CH 709416 B1 CH709416 B1 CH 709416B1 CH 00478/14 A CH00478/14 A CH 00478/14A CH 4782014 A CH4782014 A CH 4782014A CH 709416 B1 CH709416 B1 CH 709416B1
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Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren dient zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken an einer Einzelleiter- oder Mehrleiter-Ummantelung (6), indem a) um die Ummantelung (6) eine Manschette angelegt wird, sodass sie die Ummantelung (6) mit ihren inliegenden Leitern (7) ringförmig umschliesst, und in welcher Manschette um ihren Umfang verteilt mehrere Magnetfeldsensoren angeordnet und ausgerichtet sind, b) die aufgrund des in den umschlossenen isolierten Leitern (7) fliessenden Stromes erzeugten Magnetfelder durch die Magnetfeldsensoren vermessen und als elektronische Daten erfasst werden, c) mittels empirisch zuvor ermittelter Algorithmen zur Relation zwischen den Stromstärken in den einzelnen Leitern (7) und den dadurch erzeugten Magnetfeldern die effektiv fliessenden Stromstärken in den einzelnen Leitern (7) errechnet werden, als Daten-Grundlage für die Bewirtschaftung von Stromverteilungsnetzen und Weiterleitung an einen Server. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens schliesst eine um eine Einzelleiter- oder Mehrleiter-Ummantelung (6) befestigbare Manschette ein, in der über ihren Umfang verteilt mehrere Magnetfeldsensoren angeordnet sind.The inventive method is used for permanent, non-contact measurement of currents on a single-conductor or multi-conductor sheath (6) by a) a sleeve around the sheath (6) is applied so that they the sheath (6) with their in-lying conductors (7 b) the magnetic fields generated due to the current flowing in the enclosed insulated conductors (7) are measured by the magnetic field sensors and detected as electronic data, c) by means of empirically previously determined algorithms for the relation between the currents in the individual conductors (7) and the magnetic fields generated thereby effectively flowing currents in the individual conductors (7) are calculated as a data basis for the management of power distribution networks and forwarding to a server. An apparatus according to the invention for implementing the method includes a sleeve which can be fastened around a single-conductor or multi-conductor jacket (6), in which a plurality of magnetic field sensors distributed over its circumference are arranged.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine permanente indirekte Strommessung an den Verteilkabinen der 230 V/ 400 V-Netzebene, um Daten über die dort zu- oder wegfliessenden Ströme erfassen zu können, sowie die gewonnenen Daten für die Netzsteuerung so einsetzen zu können, dass die Netze stabiler und homogener betrieben werden können. Die Erfindung betrifft auch eine spezielle Vorrichtung für die indirekte Strommessung, um dieses Verfahren umsetzen zu können.Description: The invention relates to a method for permanent indirect current measurement at the distribution booths of the 230 V / 400 V network level, in order to be able to record data about the currents flowing in or out there, and to use the data obtained for the network control can that the networks can be operated more stable and homogeneous. The invention also relates to a special device for indirect current measurement in order to be able to implement this method.

[0002] Die kommunikative Vernetzung sämtlicher Beteiligter auf dem Strommarkt zu einem Gesamtsystem mit übergeordnetem Netzmanagement wird als smart grid («intelligentes Stromnetz») bezeichnet. Dabei werden sämtliche Daten von Stromerzeugern, Speicheranlagen, Netzbetreibern und Verbrauchern in Realzeit gemessen, ausgewertet, überwacht und verwaltet, mit dem Ziel, die Stromerzeugung und die Netzbelastung durch geschickte Steuerung von Kraft- und Speicherwerken möglichst homogen zu halten.The communicative networking of all parties involved in the electricity market to form an overall system with higher-level network management is referred to as a smart grid (“intelligent power network”). All data from power generators, storage systems, network operators and consumers are measured, evaluated, monitored and managed in real time, with the aim of keeping the power generation and network load as homogeneous as possible by skillful control of power and storage plants.

[0003] Mittlerweile kommt es immer häufiger vor, dass dezentrale Stromerzeugungsanlagen an das Übertragungs- und Verteilungsnetz angeschlossen werden. Dabei handelt es sich zumeist um kleinere Energielieferanten, welche ihren Strom aus fossilen Brennstoffen oder aus erneuerbaren Quellen wie beispielsweise durch Photovoltaik, Solarthermik, Windkraft oder sonstigen Verfahren erzeugen. Solche Anlagen speisen den erzeugten Strom meist direkt in die unteren Spannungsebenen ein, vorwiegend ins Niederspannungsnetz, was eine immer komplexere Struktur des zugrunde liegenden Systembetriebs erfordert, damit die Netzstabilität weiterhin gewährleistet ist.It is now becoming increasingly common for decentralized power generation plants to be connected to the transmission and distribution network. These are mostly smaller energy suppliers who generate their electricity from fossil fuels or from renewable sources such as photovoltaics, solar thermal, wind power or other processes. Such systems mostly feed the electricity generated directly into the lower voltage levels, predominantly into the low-voltage network, which requires an increasingly complex structure of the underlying system operation so that network stability is still guaranteed.

[0004] Für die smart grids relevant sind insbesondere Zustandsinformationen und Lastflussdaten von Erzeugungsanlagen, Verbrauchern und Transformatorenstationen. Um die relevanten Daten in das Kommunikationsnetz von Seiten der Endverbraucher einzuspeisen, kommen bislang sogenannte smart meters («intelligente Zähler») zum Einsatz. Letztere messen den effektiven Stromverbrauch sowie die Nutzungszeit der Endverbraucher und leiten die Informationen über die eingebaute Fernkommunikation an die verantwortlichen Energieversorgungsunternehmen weiter.Relevant for the smart grids are, in particular, status information and load flow data from generating plants, consumers and transformer stations. So-called smart meters have so far been used to feed the relevant data into the communication network on the part of the end user. The latter measure the effective power consumption as well as the usage time of the end consumer and pass on the information via the built-in remote communication to the responsible energy supply company.

[0005] Das smart metering Verfahren findet Anwendung seit den 1990er-Jahren. Während früher nur bei Grossverbrauchern solche intelligenten Stromzähler eingebaut wurden, kommen sie seit einigen Jahren zunehmend auch in Personenhaushalten zum Einsatz. Es gibt bereits zahlreiche Länder, welche den Einsatz von intelligenten Zählern im Rahmen der Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit gesetzlich verordnen, namentlich in der Europäischen Union. Aber auch die USA, Kanada, die Türkei, Australien und Neuseeland haben den Einsatz von smart meters in grösserem Umfang entweder schon umgesetzt oder zumindest beschlossen. Der Trend hin zur Erfassung von Stromverbraucherdaten ist klar erkennbar.The smart metering method has been used since the 1990s. While in the past such intelligent electricity meters were only installed for large consumers, they have increasingly been used in households for some years now. There are already numerous countries that legally prescribe the use of intelligent meters in the context of feasibility and economy, especially in the European Union. But the USA, Canada, Turkey, Australia and New Zealand have either already implemented or at least decided to use smart meters on a larger scale. The trend towards collecting electricity consumer data is clearly recognizable.

[0006] Ein Nachteil der smart metering Methode ist ihre Unrentabilität. Zwar wird auf gesetzlicher Ebene betont, dass der Einsatz von Stromzählern angesichts der potentiellen Stromeinsparung verhältnismässig sein soll. De facto ergeben die Studien, dass sich die intelligente Stromzähl-Methode gemessen an wirtschaftlichen Kriterien bei weitem nicht lohnt. Vorliegende Zahlen geben 20- bis 30fach höhere Betriebskosten an als die von den Energieversorgern geschätzten Geldbeträge an potentieller Stromeinsparung.A disadvantage of the smart metering method is its unprofitability. It is emphasized at the legal level that the use of electricity meters should be proportionate in view of the potential electricity savings. In fact, the studies show that the intelligent electricity metering method is far from worthwhile based on economic criteria. The available figures indicate operating costs that are 20 to 30 times higher than the amounts of money in potential electricity savings estimated by the energy suppliers.

[0007] Die Installation eines smart meters erfordert den Einlass eines Installateurs in Firmen- oder private Räumlichkeiten, und nach der Installation muss der intelligente Zähler regelmässig gewartet werden, damit seine Zuverlässigkeit auch garantiert ist. Neben den reinen Kosten des Wartungsbetriebs bei einem flächendeckenden Einsatz der intelligenten Zähler ist auch der Bedarf an Personal und Zeit für die Wartung nicht zu unterschätzen. Insbesondere wenn in Zukunft jeder Einzelhaushalt mit einem solchen Stromzähler ausgerüstet sein soll, bedeutet dies einen enormen Personalaufwand seitens der Betreiberunternehmen und somit eine ineffiziente Bewirtschaftung.The installation of a smart meter requires the admission of an installer in company or private premises, and after installation, the intelligent meter must be serviced regularly so that its reliability is also guaranteed. In addition to the pure costs of maintenance operations when intelligent counters are used across the board, the need for personnel and time for maintenance should not be underestimated. In particular, if every single household is to be equipped with such an electricity meter in the future, this means enormous personnel expenditure on the part of the operating companies and thus inefficient management.

[0008] Der Umgang mit smart metering ist auch unter weiteren Gesichtspunkten kritisch. Insbesondere kann ein Datenmissbrauch nicht ausgeschlossen werden, wenn sensitive Daten von Tausenden von Einzelhaushalten an einen zentralen Server übermittelt werden. Durch die Verbraucherprofile lassen sich ziemlich genaue Rückschlüsse auf die Lebensgewohnheiten der Kunden ziehen. Dies geht soweit, dass selbst ein konsumiertes Fernsehprogramm aufgrund seiner spezifischen Variation im Stromverbrauch rekonstruiert werden kann. Es gibt zahlreiche Problematiken, die mit einer Digitalisierung solch sensitiver Daten auftreten können, auch rückwirkend. Insofern erscheint die Angst, wonach smart metering die Entwicklung einer Gesellschaft aus «gläsernen» Bürgern begünstigt, durchaus berechtigt.Dealing with smart metering is also critical from other points of view. In particular, data misuse cannot be ruled out if sensitive data from thousands of individual households is transmitted to a central server. The consumer profiles can be used to draw fairly precise conclusions about the lifestyle of customers. This goes so far that even a television program consumed can be reconstructed due to its specific variation in power consumption. There are numerous problems that can arise with the digitization of such sensitive data, even retrospectively. In this respect, the fear that smart metering favors the development of a society made up of “transparent” citizens seems perfectly justified.

[0009] Eine der grösseren Herausforderungen der Zustandsdatenerfassung im Verteilnetz entsteht aufgrund der in Abschnitt [0003] erwähnten dezentralen Stromerzeugungsanlagen, die einen vermehrt polydirektionalen Lastfluss hervorrufen. Diesen zu erfassen, zu überwachen und womöglich zu regulieren ist eine nichttriviale Aufgabe, die von den smart meters ohne flächendeckendes Rollout unmöglich bewältigt werden kann. Somit ist das heute bereitgestellte Datenmaterial für die Netzplanung, die Netzanalyse, den Netzbetrieb und das Netzmanagement auf der Ebene der Verteilnetze unzulänglich. Auf der tiefsten Netzebene, dem lokalen Verteilnetz, stehen zum Beispiel in der Schweiz erst gar keine entsprechenden Daten zur Verfügung. Die an den Hausanschlüssen angebrachten smart meters beziehen sich auf den individuellen Stromverbraucher und machen ein Netzmanagement zum jetzigen Zeitpunkt nur sehr begrenzt möglich. Bis ein flächendeckender Einsatz von smart meters zum Einsatz kommt, wird noch einige Zeit vergehen.One of the greater challenges of status data acquisition in the distribution network arises due to the decentralized power generation systems mentioned in section [0003], which cause an increasingly polydirectional load flow. Detecting, monitoring and possibly regulating this is a non-trivial task that the smart meters cannot accomplish without a comprehensive rollout. Thus, the data material provided today for network planning, network analysis, network operation and network management is inadequate at the distribution network level. At the deepest network level, the local distribution network, for example, no corresponding data is available in Switzerland. The smart meters attached to the house connections relate to the individual electricity consumer and make network management only very limited at the present time. It will take some time before smart meters are used across the board.

[0010] In der Schweiz als Beispiel werden die verschiedenen Netzebenen wie folgt definiert:In Switzerland, as an example, the different network levels are defined as follows:

CH 709 416 B1CH 709 416 B1

a. Netzebene 1 (NE 1) - Höchstspannungsebene: > 220 kVa. Network level 1 (NE 1) - maximum voltage level:> 220 kV

b. Netzebene 2, 4 und 6 (NE 2, 4 und 6) - Transformierungsebenenb. Network levels 2, 4 and 6 (NE 2, 4 and 6) - transformation levels

c. Netzebene 3 (NE 3) - Hochspannungsebene: > 36 kV und < 220 kVc. Network level 3 (NE 3) - high voltage level:> 36 kV and <220 kV

d. Netzebene 5 (NE 5) - Mittelspannungsebene: > 1 kV und < 36 kVd. Network level 5 (NE 5) - medium voltage level:> 1 kV and <36 kV

e. Netzebene 7 (NE 7) - Niederspannungsebene: 1 kV und tiefere. Network level 7 (NE 7) - low voltage level: 1 kV and lower

Niederspannungsnetze zur Feinverteilung der Energie umfassen gewöhnlich mehrere Kabelstränge, welche ausgehend von Kabelverteilkabinen Einzel- und Mehrfamilienhäuser, typischerweise Häusergruppen, als Anschlussnutzer in der näheren Umgebung versorgen.Low-voltage networks for the fine distribution of energy usually comprise several cable runs, which, starting from cable distribution booths, supply single and multi-family houses, typically groups of houses, as connection users in the vicinity.

[0011] Angesichts der erwähnten Problematiken stellt sich die Frage, ob die smart-meter-Methode tatsächlich die richtige ist für eine Datenerfassung zur Überwachung, Fehleranalyse und Optimierung des Netzmanagements und der Netzplanung im Niederspannungsbereich, namentlich für die Netzebene NE 7, oder ob sie sich darauf beschränken sollte, ein Kommunikationstool zwischen Endkonsument und entsprechendem Produzent für Abrechnungen und Kostenoptimierung zu sein.In view of the problems mentioned, the question arises whether the smart meter method is actually the right one for data acquisition for monitoring, error analysis and optimization of the network management and network planning in the low-voltage range, in particular for the network level NE 7, or whether it should be limited to being a communication tool between the end consumer and the corresponding producer for billing and cost optimization.

[0012] Für die einfache Strommessung im Bereich der Verteilkabinen (NE 7) besteht bislang die einzige Möglichkeit in der Verwendung sogenannter Zangenstrommesser. Diese messen die elektrische Stromstärke auf indirekte Weise, ohne dass der Stromkreis aufgetrennt werden muss. Hierzu wird der Zangenstrommesser manuell um den Leiter oder die Stromschiene angelegt. Bei sogenannten Allstrom-Zangen-Amperemetern ist ein Magnetfeldsensor in einen Luftspalt des Zangen-Kernteils eingebaut. Dieser Sensor misst die magnetische Wirkung des Leiterstroms. Die schwachen Signale werden nach Verstärkung abgegriffen und auf dem Messwertdisplay des Strommessgeräts angezeigt.For simple current measurement in the area of the distribution booths (NE 7), the only possibility so far is the use of so-called clamp-on ammeters. These measure the electrical current in an indirect way without having to open the circuit. To do this, the clamp ammeter is manually placed around the conductor or the busbar. In so-called all-current clamp ammeters, a magnetic field sensor is built into an air gap in the core part of the clamp. This sensor measures the magnetic effect of the conductor current. The weak signals are picked up after amplification and shown on the measured value display of the current measuring device.

[0013] Solche Stromzangen sind allerdings auf Messungen an Einzelleitern beschränkt. Bei mehradrigen Leitern, wie diese in den Verteilkabinen üblich sind, und bei denen es mindestens einen Hin- und Rückleiter gibt, kompensieren sich die entgegengesetzt gerichteten Magnetfelder zumeist, woraus ein Nettostromfluss von Null resultiert. Bei der Wartung im typischen Fall von Netzkabeln der Schutzklasse I (dreiadrige Kabel) muss für eine Stromstärkenmessung der Kabelmantel abisoliert werden, damit jede einzelne Ader zugänglich gemacht werden kann, was mit entsprechendem Aufwand verbunden ist.However, such current clamps are limited to measurements on individual conductors. In the case of multi-core conductors, as is common in distribution cabins, and where there is at least one forward and return conductor, the opposite magnetic fields usually compensate, which results in a net current flow of zero. During maintenance in the typical case of power cables of protection class I (three-core cables), the cable sheath has to be stripped for a current measurement, so that every single wire can be made accessible, which is associated with corresponding effort.

[0014] Die in den Abschnitten [0012] und [0013] erwähnten Zangenstrommesser bzw. Stromzangen werden bisher fast ausschliesslich für Wartungszwecke genutzt. Hierzu sind sie nur kurz im Einsatz, bis die nötigen Daten ermittelt worden sind. Danach werden die Zangen vom betreffenden Stromleiter gelöst und bis zum nächsten Gebrauch versorgt. Eine Messvorrichtung für dauerhaftes Messen in Form solcher Zangen existiert bis dato nicht. Die Herausforderung für eine solche Messvorrichtung ist u.a. eine praktikable Anordnung in der Verteilkabine. Die Platzverhältnisse in den Kabinen sind bescheiden und es fehlen auch Anschlussmöglichkeiten an elektronische Geräte zur Weiterverarbeitung der Messdaten.The current clamp meters or current clamps mentioned in sections [0012] and [0013] have so far been used almost exclusively for maintenance purposes. They are only used for a short time until the necessary data have been determined. The pliers are then released from the relevant conductor and supplied until they are used again. A measuring device for permanent measurement in the form of such pliers does not yet exist. One of the challenges for such a measuring device is a practical arrangement in the distribution booth. The space in the cabins is modest and there are also no connection options to electronic devices for further processing of the measurement data.

[0015] Die Aufgabe dieser Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum berührungslosen und permanenten Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern zu schaffen, wobei die Ummantelung einen oder mehrere isolierte Leiter einschliessen kann. Ziel des Verfahrens ist es, damit ein sensorbasiertes Planungsinstrument zu schaffen, das die untersten Spannungsnetzebenen, NE 6 und NE 7, abdeckt und hierfür die zur Netzanalyse und zum effizienten Netzbetrieb und dazu im Besonderen die zur Überwachung und Fehleranalyse erforderlichen Daten für den Netzbetreiber zur Verfügung stellt, um die Netze stabiler und homogener betreiben zu können und damit die Versorgungssicherheit für Anschlussnutzer zu erhöhen.The object of this invention is therefore to provide a method for non-contact and permanent measurement of currents in sheathed conductors, wherein the sheathing can include one or more insulated conductors. The aim of the method is to create a sensor-based planning instrument that covers the lowest voltage network levels, NE 6 and NE 7, and for this the data required for network analysis and efficient network operation, and in particular the data required for monitoring and error analysis, is available to the network operator provides to operate the networks more stable and homogeneous and thus to increase the security of supply for connection users.

[0016] Hierzu ist es des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, nämlich eine Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern, wobei die Ummantelung einen oder mehrere isolierte Leiter einschliessen kann. Die einzelnen Leiter können dabei im ummantelten Leiterkabel auch verdreht und verdrillt und/oder wie für Aussenleiter typisch konzentrisch angeordnet sein. Die Vorrichtung soll einfach aufgebaut und leicht montierbar sein. Sie soll es ermöglichen, ohne die auszumessenden Kabelstränge für die Messung abhängen zu müssen, hinreichend genaue Daten zu liefern, um anhand des Mess-Verfahrens die ermittelten Stromstärken und weitere relevante technische Parameter angeben zu können. Diese Datenbeschaffung soll durch besagte Vorrichtung und das mit ihr betriebene Verfahren permanent, effizient und mit möglichst geringem Aufwand vonstattengehen. Zudem soll der einfache Bau der Vorrichtung es ermöglichen, sie zu erschwinglichen Preisen anbieten zu können.For this purpose, it is a further object of the invention to provide a device for carrying out this method, namely a device for the permanent, contactless measurement of current strengths in sheathed conductors, wherein the sheathing can include one or more insulated conductors. The individual conductors can also be twisted and twisted in the sheathed conductor cable and / or arranged concentrically, as is typical for outer conductors. The device should be simple and easy to assemble. It should make it possible, without having to disconnect the cable harnesses to be measured, for the data to be sufficiently precise in order to be able to use the measuring method to indicate the current strengths determined and other relevant technical parameters. This data acquisition is to be carried out permanently, efficiently and with as little effort as possible using said device and the method operated with it. In addition, the simple construction of the device should make it possible to offer it at affordable prices.

[0017] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern, wobei die Ummantelung einen oder mehrere isolierte Leiter einschliesst, und sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dassThe object is achieved by a method for the permanent, contactless measurement of current strengths in sheathed conductors, the sheath including one or more insulated conductors, and the method is characterized in that

a)a)

CH 709 416 B1 um die Ummantelung eine Manschette angelegt wird, sodass sie die Ummantelung mit ihren inliegenden Leitern ringförmig umschliesst, und in welcher Manschette um ihren Umfang verteilt mehrere Magnetfeldsensoren angeordnet und ausgerichtet sind,CH 709 416 B1, a sleeve is placed around the jacket, so that it surrounds the jacket with its internal conductors in a ring, and in which sleeve several magnetic field sensors are arranged and aligned around its circumference,

b) die aufgrund des in den umschlossenen, isolierten Leitern fliessenden Stromes erzeugten Magnetfelder durch die Magnetfeldsensoren vermessen und als elektronische Daten erfasst werden,b) the magnetic fields generated by the current flowing in the enclosed, insulated conductors are measured by the magnetic field sensors and recorded as electronic data,

c) mittels empirisch zuvor ermittelter Algorithmen zur Relation zwischen den Stromstärken in den einzelnen Leitern und den dadurch erzeugten Magnetfeldern die effektiv fliessenden Stromstärken in den einzelnen Leitern errechnet werden, als Daten-Grundlage für die Bewirtschaftung von Stromverteilungsnetzen und Weiterleitung an einen Server.c) the empirically determined algorithms for the relationship between the current strengths in the individual conductors and the magnetic fields generated thereby, the effectively flowing current strengths in the individual conductors are calculated, as a data basis for the management of power distribution networks and forwarding to a server.

[0018] Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern, wobei die Ummantelung einen einzelnen oder mehrere isolierte Leiter einschliesst, und sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass sie als öffenbare Manschette ausgebildet ist, mit welcher die Ummantelung umschliessbar ist, und in welcher Manschette über ihren Umfang verteilt mehrere Magnetfeldsensoren angeordnet sind, auf Basis der durch diese Magnetfeldsensoren ermittelten Magnetfelder die effektiv fliessenden Stromstärken in den einzelnen Leitern errechenbar sind, durch empirisch zuvor ermittelte Algorithmen zur Relation zwischen den Stromstärken in den einzelnen Leitern und den dadurch erzeugten Magnetfeldern.The object is further achieved by a device for the permanent, non-contact measurement of current strengths in coated conductors, the covering including a single or more insulated conductors, and the device being characterized in that it is designed as an openable sleeve with which the sheath can be enclosed, and in which sleeve several magnetic field sensors are arranged distributed over its circumference, on the basis of the magnetic fields determined by these magnetic field sensors, the effectively flowing current strengths in the individual conductors can be calculated, by empirically previously determined algorithms for the relationship between the current strengths in the individual conductors and the magnetic fields they generate.

[0019] Anhand der Zeichnungen wird diese Vorrichtung näher beschrieben und ihre Funktion, ihr Gebrauch und das mit ihr durchführbare Verfahren werden erläutert.Using the drawings, this device is described in more detail and its function, its use and the method that can be carried out with it are explained.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 : Die Vorrichtung in Form einer als Sensor wirkenden Manschette beim Anlegen um eine Ummantelung mit drei Stromleitern im Innern und konzentrischem Aussenleiter;Fig. 1: The device in the form of a sleeve acting as a sensor when applied to a sheathing with three conductors inside and concentric outer conductor;

Fig. 2: Die Vorrichtung in Form einer als Sensor wirkenden Manschette gesondert dargestellt, leicht geöffnet, mit einem für das bessere Verständnis transparenten Blick auf die darin angeordneten Magnetfeldsensoren;2: The device is shown separately in the form of a sleeve acting as a sensor, slightly opened, with a transparent view of the magnetic field sensors arranged therein for better understanding;

Fig. 3: Drei zu vermessende Stromleiter im Querschnitt dargestellt, umgeben von kreisförmig angeordneten, schematisch dargestellten Magnetfeldsensoren;3: Three current conductors to be measured are shown in cross section, surrounded by circularly arranged, schematically illustrated magnetic field sensors;

Fig. 4: Vier Messbilder zu jeweils drei Stromleitern, mit Vorrichtungen erzeugt, in denen die Magnetfeldsensoren unterschiedlich angeordnet sind;4: Four measurement images, each with three current conductors, generated with devices in which the magnetic field sensors are arranged differently;

Fig. 5: Die Vorrichtung in Form einer als Sensor wirkenden Manschette um eine Ummantelung angelegt, im Einsatz;Fig. 5: The device in the form of a sleeve acting as a sensor around a casing, in use;

Fig. 6: Eine Verteilkabine mit geöffneter Tür und einem vergrösserten Ausschnitt der Kabel-Eingänge in die Verteilkabine, mit einer an einer einzelnen Ummantelung angelegten Manschette.Fig. 6: A distribution booth with an open door and an enlarged section of the cable entries into the distribution booth, with a cuff applied to a single jacket.

[0020] Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in Form einer als Sensor wirkenden Manschette. Sie besteht aus einer ringförmigen, öffenbaren Manschette, mit welcher eine Ummantelung 6 umschliessbar ist, welche einen oder mehrere Leiter 7 enthält. In dieser Figur enthält die Ummantelung 6 sowohl drei Phasenleiter als auch einen konzentrischen Aussenleiter. Die Ummantelung 6 kann dabei eine Abschirmung in Form eines Kupfergeflechtes einschliessen. Die hier gezeigte ringförmige Manschette besteht aus zwei Halbschalen 1, 2 als Gabelfinger, die an der Gabelwurzel durch ein Scharnier 3 mit elektrischem Anschluss 4 verbunden sind. Auf der gegenüberliegenden Seite des Scharniers 3 ist ein Manschettenverschluss 5 angeordnet, der beim Schliessen der beiden Halbschalen 1, 2 lösbar einrastet. Für die Montage wird die Manschette im geöffneten Zustand wie gezeigt um eine Ummantelung 6 angelegt. Die beiden Gabelfinger werden dabei gespreizt. Wenn diese Gabelfinger die Endposition erreicht haben, umfassen sie die Ummantelung 6 um ihren gesamten Umfang so, dass die Manschette sicher an der Ummantelung 6 gehalten ist, indem die beiden Halbschalen 1, 2 entlang der Umfanglinie der Ummantelung 6 zu liegen kommen. Anstelle von zwei Halbschalen 1, 2 kann eine solche Messvorrichtung bzw. Manschette auch aus einem einzigen, elastischen, an einer Stelle unterteilten Stück bestehen oder aber aus mehr als zwei gegeneinander bewegbaren Manschettenteilen, welche im geschlossenen Zustand die Ummantelung 6 umfassen und dafür zusammensteckbar sind. Sobald der Manschettenverschluss 5 eingerastet ist, kann die Vorrichtung selbstständig und dauerhaft die Stromflüsse der einzelnen Leiter 7 im Innern der Ummantelung 6 messen. Die Daten aus der Messung werden über den Anschluss 4 an der Manschette einem Rechnersystem (Mikrocontroller) zugeführt, welches die Auswertung vornimmt und daraus die Ströme in den einzelnen Leitern berechnet. Dieses Rechnersystem ist durch eine intelligente Kommunikationseinrichtung an ein Kommunikationsnetz gekoppelt, wodurch die Daten in den zentralen Server eines Netzbetreiberunternehmens eingelesen werden.Fig. 1 shows the device in the form of a sleeve acting as a sensor. It consists of an annular, openable sleeve, with which a sheath 6 can be enclosed, which contains one or more conductors 7. In this figure, the sheath 6 contains both three phase conductors and a concentric outer conductor. The casing 6 can include a shield in the form of a copper braid. The annular sleeve shown here consists of two half-shells 1, 2 as fork fingers, which are connected to the fork root by a hinge 3 with an electrical connection 4. On the opposite side of the hinge 3, a cuff closure 5 is arranged, which releasably engages when the two half-shells 1, 2 are closed. For assembly, the cuff is placed around a sheath 6 in the open state as shown. The two fork fingers are spread apart. When these fork fingers have reached the end position, they enclose the casing 6 around their entire circumference in such a way that the sleeve is held securely on the casing 6 by the two half-shells 1, 2 coming to lie along the circumferential line of the casing 6. Instead of two half-shells 1, 2, such a measuring device or cuff can also consist of a single, elastic piece that is divided at one point, or of more than two cuff parts that can be moved relative to one another and which, in the closed state, comprise the casing 6 and can be plugged together for this purpose. As soon as the cuff closure 5 has engaged, the device can independently and permanently measure the current flows of the individual conductors 7 inside the sheath 6. The data from the measurement are fed via connection 4 on the cuff to a computer system (microcontroller), which carries out the evaluation and uses them to calculate the currents in the individual conductors. This computer system is coupled to a communication network by an intelligent communication device, as a result of which the data are read into the central server of a network operator company.

[0021] Um die Funktionsweise der Strommessung für diese Vorrichtung zu verstehen, wird in Fig. 2 die Ring-Manschette mit teilweiser Innenansicht dargestellt. Ersichtlich sind die einzelnen Magnetfeldsensoren 8, deren jeweilige MittelachsenIn order to understand the functioning of the current measurement for this device, the ring sleeve is shown in FIG. 2 with a partial interior view. The individual magnetic field sensors 8 and their respective central axes can be seen

CH 709 416 B1 entlang einer zwischen dem inneren und äusseren Gabelzangenrand mittig verlaufenden Kreislinie angeordnet sind. Dabei handelt es sich um eindimensionale Feldsensoren in Form von Platten oder Plättchen, welche in üblichen Strommessungsverfahren eingesetzt werden. Sie weisen daher eine Front- und eine etwas kleinere Rückplatte auf. Im Folgenden wird für ihre Ausrichtung stets auf die Frontplatte Bezug genommen. Diese Magnetfeldsensoren 8 nehmen in der vorliegend abgebildeten Anordnung wechselweise eine von zwei verschiedenen Ausrichtungen orthogonal zueinander ein, wobei ihre Plattenebenen mit der Umfangslinie jeweils einen spitzen Winkel einschliessen. Bei den Magnetfeldsensoren handelt es sich um Sensoren, die ein Magnetfeld auf beliebige Art und Weise vermessen können. Als Beispiel sind HallSensoren oder magnetoresistive Sensoren zu nennen.CH 709 416 B1 are arranged along a circular line running centrally between the inner and outer fork edge. These are one-dimensional field sensors in the form of plates or platelets, which are used in conventional current measurement processes. They therefore have a front and a slightly smaller back plate. In the following, reference is always made to the front panel for its alignment. In the arrangement shown here, these magnetic field sensors 8 alternately assume one of two different orientations orthogonal to one another, their plate planes each enclosing an acute angle with the circumferential line. The magnetic field sensors are sensors that can measure a magnetic field in any way. Hall sensors or magnetoresistive sensors are just one example.

[0022] Die Fig. 3 veranschaulicht in schematischer Darstellung anhand einer Querschnittsansicht eine weitere wechselweise Anordnung von Magnetsensoren 8, wobei die sie umgebende Ring-Manschette in dieser Ansicht ausgeblendet ist. Die drei Leiter 7 in der Mitte sind von sechzehn Sensoren 8 umgeben, dargestellt als Polygone, deren Frontplatten wechselweise einmal radial zum Zentrum der Manschette und einmal orthogonal dazu ausgerichtet sind. Die schwarzen Pfeile deuten in die jeweiligen Richtungen, in der die eindimensionalen Sensoren 8 das Magnetfeld hauptsächlich detektieren. Diese richtungskomplementären Daten liefern in ihrer Gesamtheit eine Bestandsaufnahme der Magnetfelder über den gesamten Kabelquerschnitt. Entsprechend kann bei zweidimensionalen Feldsensoren, die in zwei Richtungen sensitiv sind, auf eine wechselweise Ausrichtung verzichtet werden.3 illustrates in a schematic representation, using a cross-sectional view, a further alternate arrangement of magnetic sensors 8, the ring sleeve surrounding it being hidden in this view. The three conductors 7 in the middle are surrounded by sixteen sensors 8, shown as polygons, the front plates of which are alternately oriented radially to the center of the sleeve and once orthogonally thereto. The black arrows point in the respective directions in which the one-dimensional sensors 8 mainly detect the magnetic field. All of these directionally complementary data provide an inventory of the magnetic fields across the entire cable cross-section. Accordingly, in the case of two-dimensional field sensors which are sensitive in two directions, an alternate alignment can be dispensed with.

[0023] In Fig. 4 sind verschiedene Datenbilder dargestellt, erzeugt mit verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Messvorrichtung für ein und dieselbe Kabelkonfiguration. Dort, wo die Magnetfeldlinien dicht nebeneinander stehen, sind schwarze Bereiche zu erkennen, entsprechend den gemessenen Werten für die Magnetfeldstärken. Es ist hier zu beachten, dass zu den einen jeweils intensiv eingefärbten Flächen um die Sensoren 8, welche positive Werte für die gemessenen Magnetfelder repräsentieren, Komplementärflächen gehören, die hier ebenso schwarz eingefärbt sind, jedoch entsprechend negative Werte für die Magnetfelder repräsentieren. Negative Werte sind so zu interpretieren, dass die jeweiligen Stellen für die Messung nicht relevant sind. Nur die Bereiche mit positiven Messwerten (tatsächliche Stromflüsse) werden in der Rechnung erfasst. In der Figur oben rechts zum Beispiel ist die Antennencharakteristik bei einem für diese Leiterkonfiguration optimalen Setup mit sechzehn eindimensionalen, wechselweise mit einem positiven und negativen 45°-Winkel zur Radialen ausgerichteten Magnetfeldsensoren 8 zu erkennen. Auf eine über die Abbildung gelegte Kompassrose bezogen weisen die schwarzen Bereiche zwischen 260° und 015° positive Magnetfeldwerte auf, während im übrigen Kompassbereich die schwarzen Bereiche durchwegs negative Magnetfeldwerte repräsentieren. In einem farbigen Bild können die Plus/Minus-Werte mit unterschiedlichen Farben unterscheidbar gemacht werden. Ein sehr ähnliches Bild, nämlich jenes oben links, ergibt sich, wenn stattdessen nur halb so viele, also 8 Sensoren in doppelt so grossen Abständen angeordnet sind, die aber je ein Kreuzprofil bilden und deshalb in zwei Dimensionen detektieren können. Entsprechend kann das Messbild eines Setups mit wechselweise orthogonal zueinander ausgerichteten Sensoren an N Positionen stets mit demjenigen Messbild eines Setups mit zweidimensionalen Sensoren an N/2 Positionen verglichen werden kann. Als weiterer Vergleich sind die Messwertergebnisse für zwei leicht veränderte Sensoranordnungen in den Abbildungen links und rechts unten dargestellt. Im Fall von 16 eindimensionalen Sensoren mit komplett radialer Ausrichtung einer Senkrechten auf den Sensorfrontplatten ergibt sich das Messbild links unten und im Fall einer tangentialen Ausrichtung der Senkrechten auf den Sensorfrontplatten ergibt sich das Messbild rechts unten.In Fig. 4 different data images are shown, generated with different design options of the measuring device for one and the same cable configuration. Where the magnetic field lines are close together, black areas can be seen, corresponding to the measured values for the magnetic field strengths. It should be noted here that the intensely colored areas around the sensors 8, which represent positive values for the measured magnetic fields, have complementary areas, which are also colored black here, but correspondingly represent negative values for the magnetic fields. Negative values are to be interpreted in such a way that the respective digits are not relevant for the measurement. Only the areas with positive measured values (actual current flows) are recorded in the calculation. In the figure at the top right, for example, the antenna characteristic can be seen in a setup with sixteen one-dimensional magnetic fields sensors 8 that are optimally aligned for this conductor configuration, alternately with a positive and negative 45 ° angle to the radial. In relation to a compass rose placed over the illustration, the black areas between 260 ° and 015 ° have positive magnetic field values, while in the rest of the compass area the black areas represent negative magnetic field values throughout. In a colored image, the plus / minus values can be made distinguishable with different colors. A very similar picture, namely the one on the top left, results if instead only half as many, i.e. 8 sensors are arranged at twice the distance, but each form a cross profile and can therefore detect in two dimensions. Accordingly, the measurement image of a setup with mutually orthogonally aligned sensors at N positions can always be compared with that measurement image of a setup with two-dimensional sensors at N / 2 positions. As a further comparison, the measured value results for two slightly changed sensor arrangements are shown in the figures below left and right. In the case of 16 one-dimensional sensors with a completely radial alignment of a vertical on the sensor front panels, the measurement image is obtained at the bottom left and in the case of a tangential alignment of the vertical system on the sensor front panels, the measurement image is obtained at the bottom right.

[0024] Die optimale Anordnung der Magnetfeldsensoren 8 innerhalb der Manschetten-Halbschalen 1,2 ist abhängig von der jeweiligen Lage der Leiter 7 innerhalb der Ummantelung 6. Somit sind verschiedene Anordnungen der Sensoren 8 mit Ausrichtungen in beliebigen Richtungen möglich. Die Sensoren 8 können in ihren Ausrichtungen entlang beliebiger Achsen verstellbar sein. Bei bekannter Position der Stromleiter 7, beispielsweise bei geführten Leiterschienen, kann daher mit einer fixen Anordnung von Sensoren 8 gemessen werden. Bei supponierter Lage der Leiter 7 kann die optimale Sensoranordnung empirisch aus den ermittelten Daten bestimmt werden. Die Anordnung der Magnetfeldsensoren 8 ist hierzu in zweierlei Weise verstellbar: Sowohl die Positionierung der Sensoren 8 entlang der Umfangslinie der Manschetten-Halbschalen 1, 2 als auch der Winkel zwischen der Senkrechten auf die Platten und der Tangente an die Umfangslinie der Gabelfinger an der spezifischen Sensorposition ist verstellbar. Durch die unterschiedlichen Anordnungen und Ausrichtungen der Sensoren 8 werden verschiedene Messwerte erfasst und von einem Rechnersystem, welches als MikroController wirken kann, schliesslich zu einem ganzheitlichen Bild zusammengefügt.The optimal arrangement of the magnetic field sensors 8 within the sleeve half-shells 1, 2 is dependent on the respective position of the conductor 7 within the sheathing 6. Thus, different arrangements of the sensors 8 with orientations in any direction are possible. The orientations of the sensors 8 can be adjusted along any axes. If the current conductor 7 is in a known position, for example in the case of guided conductor rails, it can therefore be measured with a fixed arrangement of sensors 8. If the position of the conductors 7 is assumed, the optimal sensor arrangement can be determined empirically from the determined data. The arrangement of the magnetic field sensors 8 can be adjusted in two ways: both the positioning of the sensors 8 along the circumferential line of the sleeve half-shells 1, 2 and the angle between the perpendicular to the plates and the tangent to the circumferential line of the fork fingers at the specific sensor position is adjustable. Due to the different arrangements and orientations of the sensors 8, different measured values are recorded and finally combined by a computer system, which can act as a microcontroller, to form a holistic picture.

[0025] Eine mögliche Anordnung der Magnetfeldsensoren 8 auf der Umfangslinie der Manschette kann also so gewählt sein, dass für bestimmte Platten eine Senkrechte auf der jeweiligen Frontplatte radial zum Zentrum des von der Manschette gebildeten Ringes zeigt, und einige Magnetfeldsensoren auf einer Umfangslinie der Manschette so ausgerichtet sind, dass eine Senkrechte auf der Frontplatte mit der Umfangslinie der Manschette einen spitzen Winkel einschliesst.A possible arrangement of the magnetic field sensors 8 on the circumferential line of the cuff can thus be chosen so that for certain plates a vertical on the respective front plate shows radially to the center of the ring formed by the cuff, and some magnetic field sensors on a circumferential line of the cuff are aligned so that a vertical line on the front plate forms an acute angle with the circumferential line of the cuff.

[0026] In einer weiteren Variante kann die Anordnung so gewählt sein, dass die Platten der Magnetfeldsensoren 8 auf einer Umfangslinie der Manschette in Umfangsrichtung abwechslungsweise so angeordnet sind, dass eine Senkrechte auf der Frontplatte mit der Umfangslinie der Manschette gegen das Manschettenzentrum hin einen spitzen Winkel einschliesst, und die Frontplatte des nächstfolgenden Magnetfeldsensors 8 auf der Umfangslinie der Manschette so ausgerichtet ist, dass eine Senkrechte auf der Frontplatte mit der Umfangslinie der Manschette von der Manschette weg gerichtet einen spitzen Winkel einschliesst, usw.In a further variant, the arrangement can be chosen so that the plates of the magnetic field sensors 8 are alternately arranged on a circumferential line of the cuff in the circumferential direction so that a vertical on the front plate with the circumferential line of the cuff against the cuff center towards an acute angle includes, and the front plate of the next magnetic field sensor 8 is aligned on the circumferential line of the cuff such that a vertical on the front plate with the circumferential line of the cuff directed away from the cuff includes an acute angle, etc.

[0027] In jedem Fall werden die Daten aller Magnetfeldsensoren 8 einem Rechnersystem zugeführt, welches die Auswertung der Daten vornimmt und daraus die Ströme in den einzelnen Leitern 7 berechnet.In any case, the data of all magnetic field sensors 8 are fed to a computer system which undertakes the evaluation of the data and calculates the currents in the individual conductors 7 therefrom.

CH 709 416 B1 [0028] Die Fig. 5 zeigt die Vorrichtung mit ihren Magnetfeldsensoren 8 im Einsatz, gezeigt am Beispiel einer Ummantelung 6 mit vier Leitern 7 in ihrem Innern, nämlich drei Phasenleitern und einem konzentrischen Aussenleiter. Die drei Phasenleiter 7 sind einzeln sowie zusätzlich gegen den konzentrischen Aussenleiter isoliert. Die Strommessung in den jeweiligen Leitern 7 erfolgt durch die in den beiden Manschetten-Halbschalen 1,2 befindlichen Magnetfeldsensoren 8. Ist die Manschette einmal so angebracht worden, bedarf sie keiner Verschiebung mehr, es sei denn zu Wartungszwecken an der Manschette selbst. Die Magnetfeldstärken werden durch die Magnetfeldsensoren 8 permanent gemessen und an das Rechnersystem übertragen, das die relevanten Stromstärken in den einzelnen Leitern 7 ermittelt. Somit arbeitet dieser Stromsensor weitestgehend selbstständig.CH 709 416 B1 FIG. 5 shows the device with its magnetic field sensors 8 in use, shown using the example of a sheath 6 with four conductors 7 inside, namely three phase conductors and a concentric outer conductor. The three phase conductors 7 are individually insulated and additionally insulated from the concentric outer conductor. The current measurement in the respective conductors 7 is carried out by the magnetic field sensors 8 located in the two sleeve half-shells 1, 2. Once the sleeve has been attached in this way, it no longer needs to be shifted, except for maintenance purposes on the sleeve itself. The magnetic field strengths permanently measured by the magnetic field sensors 8 and transmitted to the computer system, which determines the relevant current strengths in the individual conductors 7. Thus, this current sensor works largely independently.

[0029] Die Funktionsweise, nach welcher letztlich der Strom mit dieser Vorrichtung gemessen wird, folgt dem Ampèreschen Durchflutungsgesetz: Wenn durch einen Leiter ein Strom fliesst, verursacht dies ein Magnetfeld, welches in eindeutiger Weise mit dem Strom im Leiter korreliert. Misst man bei mehreren Leitern das resultierende Magnetfeld an genügend vielen Positionen, so lassen sich die dafür notwendigen Ströme und Positionen der Leiter eindeutig bestimmen. Durch Vorannahmen über die möglichen Leiterpositionen wird die Anzahl der notwendigen Messpunkte auf eine praktikable Anzahl reduziert. Eine geeignete Positionierung von Magnetfeldsensoren ermöglicht es, die Störanfälligkeit des Systems gegen äussere Störströme zu minimieren. Die in dieser Weise empirisch ermittelten Daten liefern die Messwerte M, die andererseits mit einem linearisierten Modell aus den (unbekannten) effektiven Strömen I und der die Geometrie der Konfiguration wiedergebenden Matrix W zu errechnen sind. Deshalb wird in einem Algorithmus zur Stromberechnung ein Ansatz für die Matrix W geschaffen und ein Stromfluss simuliert, um die so erhaltenen Werte mit der tatsächlichen Messung zu vergleichen. Um den Fehler zwischen fiktiven und realen Messwerten zu minimieren, werden die Parameter der Ansatzmatrix schrittweise so verändert, dass der Fehler durch ein Iterationsverfahren sein globales Minimum einnimmt. Unter der Annahme, dass sich die Positionen der Einzelleiter gegenüber der Messvorrichtung nicht weiter ändern, entspricht das globale Fehlerminimum der Konfiguration mit den realen Leiterpositionen, wodurch sich die Ströme eindeutig berechnen lassen.The mode of operation, according to which the current is ultimately measured with this device, follows the Ampère's law of through-flow: If a current flows through a conductor, this causes a magnetic field, which correlates uniquely with the current in the conductor. If the resulting magnetic field is measured at a sufficient number of positions in the case of several conductors, the currents and positions of the conductors required for this can be clearly determined. By making assumptions about the possible conductor positions, the number of necessary measuring points is reduced to a practical number. Appropriate positioning of magnetic field sensors makes it possible to minimize the system's susceptibility to interference from external interference currents. The data determined empirically in this way provide the measured values M, which on the other hand can be calculated using a linearized model from the (unknown) effective currents I and the matrix W representing the geometry of the configuration. For this reason, an algorithm for the current calculation creates an approach for the matrix W and simulates a current flow in order to compare the values obtained in this way with the actual measurement. In order to minimize the error between fictitious and real measurement values, the parameters of the approach matrix are changed step by step so that the error assumes its global minimum through an iteration process. Assuming that the positions of the individual conductors do not change any further compared to the measuring device, the global minimum of error corresponds to the configuration with the real conductor positions, as a result of which the currents can be clearly calculated.

[0030] Fig. 6 zeigt eine Verteilkabine 9 mit geöffneter Fronttüre. Dabei ist der vom gestrichelten Rahmen umrandete Ausschnitt in einer Vergrösserung dargestellt. Man sieht im unteren Teil die unversehrte Ummantelung 6 und die angelegte Sensor-Vorrichtung mit ihren zwei Halbschalen 1, 2 sowie im oberen Teil die zur Montage separierten Einzelleiter 7. Der Stromsensor wird im Einsatz gezeigt, d.h. mit Anschlusskabel 10 zur Kommunikationseinrichtung. Insgesamt bedarf es also nur einiger weniger solcher Vorrichtungen mit Magnetfeldsensoren 8 in ihrem Innern, um die Zustandsinformationen der gesamten Verteilkabine 9 und somit der an ihr angeschlossenen Endverbrauchergruppen zu erhalten.Fig. 6 shows a distribution cabin 9 with the front door open. The section surrounded by the dashed frame is shown in an enlargement. In the lower part you can see the undamaged casing 6 and the sensor device with its two half-shells 1, 2 and in the upper part the individual conductors 7 separated for assembly. The current sensor is shown in use, i.e. with connection cable 10 to the communication device. Overall, therefore, only a few such devices with magnetic field sensors 8 are required in their interior in order to obtain the status information of the entire distribution cabin 9 and thus of the end user groups connected to it.

[0031] Dank der so gewonnenen Daten kann der Netzbetrieb direkt auf deren Basis erfolgen. Alle Messwerte können aus einer Verteilkabine 9 gewonnen werden, worauf sie in einem Mikrocontroller ausgewertet und über Fernkommunikation in einen zentralen Server zur Weiterbearbeitung eingespeist werden. Damit wird den Stromanbietern ein Tool für die Netzplanung im Niederspannungsbereich angeboten. Die zuverlässige Datenübermittlung auf der Niederspannungsebene zwischen Hauptverteilungsbereich und Endverbraucher dient dann erstens zum Optimieren des Netzbetriebs und zweitens zur bedarfsgerechten Ausbauplanung des Netzes mit optimierten Investitionskosten.Thanks to the data obtained in this way, network operation can take place directly on the basis thereof. All measured values can be obtained from a distribution cabin 9, whereupon they are evaluated in a microcontroller and fed into a central server for further processing via remote communication. This offers electricity providers a tool for network planning in the low-voltage range. The reliable data transmission on the low-voltage level between the main distribution area and the end user then serves firstly to optimize the network operation and secondly to expand the network as required with optimized investment costs.

[0032] Aufgrund der ermittelten und verfügbar gemachten Daten kann das Netzmanagement im Niederspannungsbereich effiziente Instandhaltungskonzepte mit optimierten Instandhaltungskosten erarbeiten. Eine solche Reliability Centered Maintenance (zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung) stützt sich auf ausfallorientierte, intervallbasierte oder periodische bis hin zu zustandsorientierter Instandhaltungsstrategien.On the basis of the data determined and made available, the network management in the low-voltage range can develop efficient maintenance concepts with optimized maintenance costs. Such Reliability Centered Maintenance is based on failure-based, interval-based or periodic to condition-based maintenance strategies.

Ziffernverzeichnis [0033]Numerical index [0033]

Erste Halbschale der ManschetteFirst half-shell of the cuff

Zweite Halbschale der ManschetteSecond half-shell of the cuff

Scharnier der ManschetteHinge of the cuff

Elektrischer Anschluss der ManschetteElectrical connection of the cuff

Manschettenverschlusscuff closure

Ummantelungjacket

Leiterladder

Magnetfeldsensormagnetic field sensor

VerteilkabineVerteilkabine

Anschlusskabelconnection cable

CH 709 416 B1CH 709 416 B1

Claims (11)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7), wobei die Ummantelung (6) einen oder mehrere isolierte Leiter (7) einschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass1. A method for the permanent, non-contact measurement of currents in sheathed conductors (7), the sheath (6) including one or more insulated conductors (7), characterized in that a) um die Ummantelung (6) eine Manschette angelegt wird, sodass sie die Ummantelung (6) mit ihren inliegenden Leitern (7) ringförmig umschliesst, und in welcher Manschette um ihren Umfang verteilt mehrere Magnetfeldsensoren (8) angeordnet und ausgerichtet sind,a) a sleeve is placed around the jacket (6), so that it surrounds the jacket (6) with its conductors (7) in a ring, and in which sleeve several magnetic field sensors (8) are arranged and aligned around their circumference, b) die aufgrund des in den umschlossenen, isolierten Leitern (7) fliessenden Stromes erzeugten Magnetfelder durch die Magnetfeldsensoren (8) vermessen und als elektronische Daten erfasst werden,b) the magnetic fields generated by the current flowing in the enclosed, insulated conductors (7) are measured by the magnetic field sensors (8) and recorded as electronic data, c) mittels empirisch zuvor ermittelter Algorithmen zur Relation zwischen den Stromstärken in den einzelnen Leitern (7) und den dadurch erzeugten Magnetfeldern die effektiv fliessenden Stromstärken in den einzelnen Leitern (7) errechnet werden, als Daten-Grundlage für die Bewirtschaftung von Stromverteilungsnetzen und Weiterleitung an einen Server.c) the empirically determined algorithms for the relationship between the currents in the individual conductors (7) and the magnetic fields generated thereby, the effectively flowing currents in the individual conductors (7) are calculated as a data basis for the management of power distribution networks and forwarding a server. 2. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7), wobei die Ummantelung (6) einen einzelnen oder mehrere isolierte Leiter (7) einschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass sie als öffenbare Manschette ausgebildet ist, mit welcher die Ummantelung (6) umschliessbar ist, und in welcher Manschette über ihren Umfang verteilt mehrere Magnetfeldsensoren (8) in Form von Platten angeordnet sind, auf Basis der durch diese Magnetfeldsensoren (8) ermittelten Magnetfelder die effektiv fliessenden Stromstärken in den einzelnen Leitern (7) errechenbar sind, durch empirisch zuvor ermittelte Algorithmen zur Relation zwischen den Stromstärken in den einzelnen Leitern (7) und den dadurch erzeugten Magnetfeldern.2. Device for the permanent, contactless measurement of current strengths in sheathed conductors (7), the sheath (6) including a single or more insulated conductors (7), characterized in that it is designed as an openable sleeve with which the sheath ( 6) can be enclosed, and in which sleeve several magnetic field sensors (8) are arranged in the form of plates distributed over their circumference, on the basis of the magnetic fields determined by these magnetic field sensors (8) the effectively flowing current strengths in the individual conductors (7) can be calculated, using algorithms previously determined empirically for the relationship between the current strengths in the individual conductors (7) and the magnetic fields generated thereby. 3. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (8) starr relativ zum Umfang der Manschette verteilt angeordnet sind.3. Device for the permanent, contactless measurement of currents in coated conductors (7) according to claim 2, characterized in that the magnetic field sensors (8) are arranged rigidly distributed relative to the circumference of the sleeve. 4. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (8) längs des Umfangs der Manschette in derselben verschiebbar angeordnet sind.4. Device for the permanent, non-contact measurement of current strengths in coated conductors (7) according to claim 2, characterized in that the magnetic field sensors (8) are arranged displaceably along the circumference of the sleeve in the same. 5. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (8) längs des Umfangs der Manschette in verschiedenen Ausrichtungen und um beliebige Achsen verstellbar angeordnet sind.5. A device for the permanent, contactless measurement of current strengths in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the magnetic field sensors (8) are arranged along the circumference of the sleeve in different orientations and adjustable about any axis. 6. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten der Magnetfeldsensoren (8) auf einer Umfangslinie der Manschette in Umfangsrichtung abwechslungsweise so angeordnet sind, dass eine Senkrechte auf eine Platte mit der Tangente an die Umfangslinie der Manschette an der Stelle, wo die Platte angeordnet ist, übereinstimmt, und die Platte des nächstfolgenden Magnetfeldsensors (8) auf der Umfangslinie der Manschette so ausgerichtet ist, dass eine Senkrechte auf die Platte zur Tangente an die Umfangslinie der Manschette an der Stelle, wo die Platte angeordnet ist, orthogonal verläuft.6. Device for the permanent, contactless measurement of currents in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the plates of the magnetic field sensors (8) are arranged alternately on a circumferential line of the sleeve in the circumferential direction so that a perpendicular on a plate with the tangent to the circumferential line of the sleeve at the point where the plate is arranged, and the plate of the next magnetic field sensor (8) on the circumferential line of the sleeve is aligned so that a perpendicular to the plate to the tangent the circumferential line of the cuff is orthogonal at the location where the plate is located. 7. Vorrichtung zum permanenten berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einige Platten der Magnetfeldsensoren (8) auf einer Umfangslinie der Manschette so ausgerichtet sind, dass eine Senkrechte auf diese Platten radial zum Zentrum des von der Manschette gebildeten Ringes zeigen, und einige Platten der Magnetfeldsensoren (8) auf einer Umfangslinie der Manschette so ausgerichtet sind, dass eine Senkrechte auf diese Platten mit der Tangente an die Umfangslinie der Manschette an der Stelle, wo die Platten angeordnet sind, einen spitzen Winkel einschliesst.7. Device for the permanent non-contact measurement of currents in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 4, characterized in that some plates of the magnetic field sensors (8) are aligned on a circumferential line of the sleeve so that a perpendicular to these plates radially point to the center of the ring formed by the cuff, and some plates of the magnetic field sensors (8) are aligned on a circumferential line of the cuff so that a perpendicular to these plates with the tangent to the circumferential line of the cuff at the location where the plates are arranged , includes an acute angle. 8. Vorrichtung zum permanenten berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten der Magnetfeldsensoren (8) auf einer Umfangslinie der Manschette in Umfangsrichtung abwechslungsweise so angeordnet sind, dass eine Senkrechte auf eine Platte mit der Tangente an die Umfangslinie der Manschette an der Stelle, wo die Platte angeordnet ist, gegen das Manschettenzentrum hin einen spitzen Winkel einschliesst, und die Platte des nächstfolgenden Magnetfeldsensors (8) auf der Umfangslinie der Manschette so ausgerichtet ist, dass eine Senkrechte auf diese Platte mit der Tangente an die Umfangslinie der Manschette an der Stelle, wo die Platte angeordnet ist, von der Manschette weg gerichtet einen spitzen Winkel einschliesst.8. Device for the permanent non-contact measurement of current strengths in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the plates of the magnetic field sensors (8) are arranged alternately on a circumferential line of the sleeve in the circumferential direction so that a perpendicular a plate with the tangent to the circumferential line of the cuff at the point where the plate is arranged forms an acute angle towards the cuff center, and the plate of the next magnetic field sensor (8) is aligned on the circumferential line of the cuff in such a way that a perpendicular on this plate with the tangent to the circumferential line of the cuff at the point where the plate is arranged, away from the cuff, forms an acute angle. 9. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ringförmige Manschette mit zwei Halbschalen (1, 2) ausgebildet ist, die um ein Scharnier (3) aufschwenkbar und somit offenbar ist, und die im geöffneten Zustand um eine Ummantelung (6) mit einem oder mehreren darin geführten Leitern (7) schliessbar ist, sodass sie diesen oder diese Leiter (7) ringförmig umschliesst.9. Device for the permanent, contactless measurement of current strengths in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 8, characterized in that it is designed as an annular sleeve with two half-shells (1, 2) which is arranged around a hinge (3) can be swung open and is thus evident, and which can be closed in the open state around a sheath (6) with one or more conductors (7) guided therein, so that it surrounds this or these conductors (7) in a ring. 10. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ringförmige Manschette ausgebildet ist, die aus einem elastischen Material gefertigt ist und an einer Stelle durchtrennt ist, und die durch Erweiterung der Durchtrennung aufspreizbar und somit offenbar ist, und im geöffneten Zustand um eine Ummantelung (6) mit einem oder mehreren Leitern (7) darin schliessbar ist, sodass sie diesen oder diese Leiter (7) ringförmig umschliesst.10. The device for the permanent, contactless measurement of currents in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 8, characterized in that it is designed as an annular sleeve, which is made of an elastic material and is severed at one point, and which can be expanded by expanding the severing and is thus evident, and can be closed in the open state by a sheath (6) with one or more conductors (7) therein, so that it surrounds this or these conductors (7) in a ring. CH 709 416 B1CH 709 416 B1 11. Vorrichtung zum permanenten, berührungslosen Messen von Stromstärken in ummantelten Leitern (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ringförmige Manschette ausgebildet ist, die aus zwei oder mehr Teilen zu einem Ring zusammensteckbar ist, und die im geöffneten oder getrennten Zustand um eine Ummantelung (6) mit einem oder mehreren Leitern (7) darin schliessbar ist, sodass sie diesen oder diese Leiter (7) ringförmig umschliesst.11. The device for permanent, non-contact measurement of currents in coated conductors (7) according to one of claims 2 to 8, characterized in that it is designed as an annular sleeve which can be plugged together from two or more parts to form a ring, and which in Open or separated state around a sheath (6) with one or more conductors (7) can be closed therein, so that it surrounds this or these conductors (7) in a ring. CH 709 416 B1CH 709 416 B1 CH 709 416 B1 CH 709 416 B1
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