-
Die
Erfindung betrifft ein Mehrfachstromzählermodul.
-
Zur
Erfassung des Stromverbrauchs in einem Gebäude werden Stromzähler
eingesetzt, die als Direktzähler oder Impulszähler
ausgebildet sein können. Mit derartigen Stromzählern
wird der Stromverbrauch, gegebenenfalls auch die verbrauchte elektrische
Leistung, gemessen. Im einfachsten Fall besitzt der Stromzähler
eine Anzeige, auf der die gesamte verbrauchte elektrische Energie
abgelesen werden kann. Daneben sind Stromzähler bekannt, die
die gemessene Energie oder Leistung über eine Leitungsverbindung
an ein von dem Stromzähler entfernt angeordnetes Gerät übertragen
können.
-
Um
den Verbrauch von elektrischer Energie zu senken, ist es zunächst
erforderlich, den Stromverbrauch zu erfassen, um wirksame Maßnahmen zur
Energieeinsparung vornehmen zu können. Bei gewerblich genutzten
Gebäuden ist es wünschenswert, die einzelnen elektrischen
Verbraucher separat zu erfassen, um die einzelnen Verbräuche
einer Kostenstelle zuordnen zu können. Dazu wird bisher
für jede Gruppe von Verbrauchern ein einzelner, separater
Stromzähler verwendet. Bei einem gewerblich genutzten Gebäude
kann beispielsweise jeweils ein Stromzähler für
die Beleuchtung, die Klimaanlage, Elektrogeräte in einer
Küche oder für elektrisch angetriebene Produktionsmaschinen
vorgesehen sein. Nachteilig ist dabei, dass herkömmliche
Stromzähler sehr viel Platz in einer Elektroverteilung,
die normalerweise in einem Installationsschrank eingebaut ist, benötigen.
Besonders unübersichtlich wird die Erfassung des Stromverbrauchs
bei größeren, mehrstöckigen Gebäuden,
da die Stromleitungen über weite Strecken bis zum Installationsschrank
geführt werden müssen.
-
Daneben
hat es sich in der Praxis als nachteilig herausgestellt, dass bei
herkömmlichen Stromzählern die Stromleitung unterbrochen
und über die Kontakte des Stromzählers geführt
werden muss. Diese Kontaktierung ist nicht nur zeitaufwändig,
sondern birgt auch eine potentielle Fehlerquelle, da sich Schrauben
lockern können, sodass eine zeitraubende Fehlersuche erforderlich
wird.
-
Nachteilig
ist ebenfalls, dass als Direktzähler ausgebildete Stromzähler üblicherweise
nur für Stromstärken bis 63 Ampere vorgesehen
sind. Darüber müssen so genannte Wandlerzähler
eingesetzt werden, die ebenfalls einen großen Platzbedarf
verursachen und bei denen ebenfalls das Problem des zeitaufwändigen
Anschlusses besteht.
-
Herkömmliche
Stromzähler sind hinsichtlich ihrer Schnittstellen beschränkt.
In den meisten Fällen ist – wenn überhaupt – lediglich
eine einzige Schnittstelle vorgesehen, die jedoch nicht für
alle Anwendungszwecke geeignet ist. Dementsprechend greift man in
der Praxis in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzzwecks
auf unterschiedliche Stromzähler zurück, wodurch
der Planungsaufwand stark erhöht wird. Als weiterer Nachteil
ist die Tatsache anzusehen, dass die Genauigkeit herkömmlicher
Stromzähler gewissen Schwankungen unterliegt, sodass es
schwierig ist, den Verbrauch einzelner Verbraucher prozentgenau
zu ermitteln. Eine weitere Schwierigkeit entsteht dadurch, dass
Stromzähler normalerweise an eine 400 V-Spannungsversorgung
angeschlossen werden müssen. Der dadurch entstehende Installationsaufwand
ist hoch, da eine Vorsicherung eingebaut werden muss.
-
Aus
der
DE 10 2007
017 985 A1 ist ein Stromzähler bekannt, der den
erfassten Stromverbrauch über einen Kommunikationskanal
an den Energieversorger übermittelt, sodass das manuelle
Ablesen durch den Nutzer entfällt. Auch wenn dadurch bereits
eine gewisse Verbesserung erreicht wird, besteht weiterhin der Nachteil,
dass mit einem einzigen Stromzähler lediglich der Gesamtverbrauch
einer Wohnung oder eines Gebäudes gemessen werden kann,
sodass keine Informationen über einzelne Stromverbraucher
oder einzelne Verbrauchsarten gewonnen werden können.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mehrfachstromzählermodul
anzugeben, mit dem der Stromverbrauch unterschiedlicher Verbraucher
erfasst werden kann und das gleichzeitig einen geringen Installationsaufwand
erfordert.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe ist ein Mehrfachstromzählermodul
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
-
Das
erfindungsgemäße Mehrfachstromzählermodul
umfasst:
- – ein Gehäuse;
- – mehrere in dem Gehäuse angeordnete Messstellen,
die jeweils zum berührungslosen Erfassen physikalischer
Größen eines durch eine Leitung fließenden
Stroms ausgebildet sind;
- – eine Eingabevorrichtung um jeder Messstelle ein Identifikationsmerkmal
zuzuordnen;
- – einen Controller zum Speichern und Verarbeiten der
an den einzelnen Messstellen erfassten physikalischen Größen
und des jeweiligen Identifikationsmerkmals; der zum Berechnen der
verbrauchten Energie aus den physikalischen Größen
ausgebildet ist;
- – ein Kommunikationsbaustein, um die von dem Controller
berechneten physikalischen Größen und das jeweils
zugeordnete Identifikationsmerkmal über eine Kommunikationsschnittstelle
einer Auswerteeinheit als Ausgabedaten zur Verfügung zu
stellen.
-
Das
erfindungsgemäße Mehrfachstromzählermodul
umfasst ein kompaktes Gehäuse, sodass der Platzbedarf in
einem Installationsschrank wesentlich geringer ist im Vergleich
zur Verwendung herkömmlicher separater Stromzähler.
In dem Gehäuse sind mehrere Messstellen angeordnet, mit
denen physikalische Größen des durch eine Leitung fließenden
Stroms berührungslos gemessen werden können. Auf
diese Weise entfällt das aufwändige und fehleranfällige
Unterbrechen der Stromleitungen. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen
Eingabevorrichtung kann jeder Messstelle ein Identifikationsmerkmal
zugeordnet werden, das beispielsweise die Bedeutung einer Kostenstelle
hat. Der erfindungsgemäß vorgesehen Controller
speichert und verarbeitet die an den einzelnen Messstellen erfassten
physikalischen Größen, um daraus weitere physikalische Größen
abzuleiten, beispielsweise die verbrauchte Energie oder die Leistung
oder den zeitlichen Verlauf dieser Größen. Da
die Erfassung der physikalischen Größen unmittelbar
in dem Mehrfachstromzählermodul erfolgt, kann eine wesentlich
höhere Messgenauigkeit erreicht werden im Vergleich zur
Verwendung separater Stromzähler.
-
Gemäß einer
Weiterentwicklung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine
Messstelle eine Rogowski-Spule aufweist, durch die eine Leitung
führbar ist. Mit einer derartigen Rogowski-Spule kann eine
besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden. Insbesondere kann
eine Rogowski-Spule bei dem erfindungsgemäßen
Mehrfachstromzählermodul um eine das Gehäuse durchsetzende
Ausnehmung herum angeordnet sein, durch die eine Leitung führbar
ist. Die Ausnehmungen in dem Gehäuse sind vorzugsweise
kreisförmig ausgebildet. Bei der Installation genügt
es somit, die zu messende Stromleitung durch die in dem Gehäuse
des Mehrfachstromzählermoduls vorgesehene Ausnehmung durchzuführen. Auf
ein Unterbrechen der Leitungen und ein umständliches und
fehleranfälliges Kontaktieren kann hingegen verzichtet
werden.
-
Es
liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass eine Messstelle des erfindungsgemäßen
Mehrfachstromzählermoduls zum Erfassen des Stroms, der Spannung
und gegebenenfalls des Phasenwinkels als physikalische Größen
ausgebildet ist. Aus diesen physikalischen Grundgrößen
können abgeleitete Größen errechnet werden,
beispielsweise die verbrauchte elektrische Leistung, die verbrauchte
elektrische Energie und dergleichen.
-
Es
ist zweckmäßig, dass eine Messstelle des erfindungsgemäßen
Mehrfachstromzählermoduls zum Erfassen der physikalischen
Größen in festgelegten oder festlegbaren Zeitintervallen
ausgebildet ist. Auf diese Weise werden in festgelegten Zeitintervallen
die Messwerte erfasst und entweder direkt von der Messstelle oder
für alle Messstellen in dem Controller erfasst. Der Controller
dient dabei als Datenlogger und speichert die erfassten Messdaten,
die zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden können.
Allen erfassten Messdaten wird dabei eine Zeitinformation zugeordnet,
um die Messdaten zeitabhängig auswerten zu können.
Daher können einzelne zeitlich begrenzte Ereignisse untersucht
und ausgewertet werden, zusätzlich können Stromverbräuche über
längere, festgelegte Zeiträume ermittelt werden.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Mehrfachstromzählermodul
kann es auch vorgesehen sein, dass die Spannungsversorgung durch
wenigstens eine der zu messenden Leitungen bereitgestellt wird. Insbesondere
kann die Spannungsversorgung mittels Einsteckschrauben bereitgestellt
werden, die in die zu messenden Leitungen durch Einschrauben gebohrt
werden können, wodurch die Spannungsvorsorgung für
das Mehrfachstromzählermodul sichergestellt wird. Die Einsteckschrauben
sind in dem Gehäuse im Bereich der Ausnehmungen befestigt
und werden nach dem Durchführen der Leitung in diese eingeschraubt.
Die Leitung kann mit einer Kabeltülle versehen sein, sodass
sie sich in der Mitte der Ausnehmung befindet.
-
Der
in dem Mehrfachstromzählermodul vorgesehene Kommunikationsbaustein
kann eine Schnittstelle für einen M-Bus und/oder wenigstens
einen Impulsausgang aufweisen. Über den M-Bus bzw. den
Impulsausgang können Daten der Messstellen und/oder des
Controllers an ein entferntes Gerät übertragen
werden. Andererseits kann das Mehrfachstromzählermodul
von dem entfernten Gerät über den Kommunikationsbaustein
ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der
Kommunikationsbaustein einen Webserver aufweisen, um die Ausgabedaten
der Auswerteeinheit zur Verfügung zu stellen. Dabei wird
es besonders bevorzugt, dass der Webserver mit der Auswerteeinheit über
ein Modem, ein DSL-Modem oder ein GSM-Modem verbindbar oder verbunden
ist. Die Daten können auch über das Internet,
insbesondere in den Formaten Http, Https oder FTP versendet bzw.
abgerufen werden. Als weiteres Format für die zu übertragenden
Daten kommt XML in Frage. Die zu versendenden oder abzurufenden
Daten können wahlweise verschlüsselt oder unverschlüsselt übertragen
werden. Die Möglichkeit der Datenübertragung über
das Internet erweitert die Kommunikationsmöglichkeiten
zwischen dem Mehrfachstromzählermodul und der externen
Auswerteeinheit.
-
Es
liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die bei dem erfindungsgemäßen
Mehrfachstromzählermodul vorgesehene Eingabevorrichtung
als Drehschalter ausgebildet ist. Mit dem Drehschalter kann jeder
Messstelle ein Identifikationsmerkmal zugeordnet werden, um sämtliche
von dieser Messstelle erfassten physikalischen Größen
zu kennzeichnen, wobei das Identifikationsmerkmal eine Kostenstelle bezeichnen
kann. Es ist zweckmäßig, wenn jede Messstelle
eine derartige Eingabevorrichtung aufweist. Die Einstellung des
Identifikationsmerkmals ist besonders einfach, wenn die Eingabevorrichtung
als Drehschalter ausgebildet ist. Alternativ kann die Eingabevorrichtung
auch als Tastschalter ausgebildet sein, ebenfalls ist eine Zehnertastatur
denkbar.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Mehrfachstromzählermodul
kann es vorgesehen sein, dass das mittels der Eingabevorrichtung
eingegebene Identifikationsmerkmal an einer Anzeige anzeigbar ist.
Die Anzeige kann als Siebensegmentanzeige, als LCD-Anzeige oder
als Punktmatrixanzeige ausgebildet sein.
-
Es
ist möglich, mehrere erfindungsgemäße Mehrfachstromzählermodule über
eine Datenleitung miteinander zu verbinden. Die Mehrfachstromzählermodule
können wahlweise sternförmig oder strangförmig
(in Reihe) verbunden sein. Wenn mittels der Eingabevorrichtungen
der Mehrfachstromzählermodule das gleiche Identifikationsmerkmal
eingegeben wird, das einer Kostenstelle entspricht, wird automatisch
die Summe des Stromverbrauchs dieser Kostenstelle gespeichert und
ausgewertet, indem die von den einzelnen Mehrfachstromzählermodulen
ermittelten Verbräuche addiert werden. Somit kann der Gesamtverbrauch
einer Kostenstelle ermittelt werden, der mittels mehrerer oder vieler
Mehrfachstromzählermodule erfasst worden ist.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen
sind schematische Darstellungen und zeigen:
-
1 ein
erfindungsgemäßes Mehrfachstromzählermodul
in einer Draufsicht;
-
2 das
Mehrfachstromzählermodul von 1 in einer
perspektivischen Ansicht;
-
3 eine
Seitenansicht des Mehrfachstromzählermoduls von 1;
und
-
4 eine
Schaltungsplatine für das Mehrfachstromzählermodul.
-
Wie
am besten in den 1 und 2 zu erkennen
ist, umfasst das Mehrfachstromzählermodul 1 ein
im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 2, das
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für drei Messstellen
vorgesehen ist. Die Oberseite 3 des Gehäuses 2 weist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmige
Ausnehmungen 4 auf, die in Dreiergruppen angeordnet sind.
Durch diese Ausnehmungen 4 werden die Phasen L1, L2, L3
einer zu messenden Stromleitung geführt, um physikalische Größen
mit hoher Genauigkeit zu messen. Die Ausnehmungen 4 erstrecken
sich jeweils senkrecht zur Oberseite 3 bis zur Rückseite
des Gehäuses 2. Die Messung der physikalischen
Größen erfolgt mit in 1 nicht
sichtbaren Rogowski-Spulen, die eine berührungslose Messung
des Stroms ermöglichen. Jeweils drei zueinander gehörenden
Ausnehmungen 4 ist eine als Drehschalter 5 ausgebildete
Eingabevorrichtung zugeordnet, um jeder Messstelle 6, 7, 8 ein
Identifikationsmerkmal zuordnen zu können. Das jeweils
eingestellte Identifikationsmerkmal ist auf einer als Siebensegmentanzeige 9 ausgebildeten
Anzeige sichtbar.
-
Pro
Messstelle 6, 7, 8 erfasst ein integrierter Schaltkreis
mit einem Analog-Digital-Wandler Ströme, Spannungen und
Phasenwinkel des durch die Leitungen in den Ausnehmungen 4 fließenden Stroms.
Aus diesen berührungslos erfassten physikalischen Größen
können abgeleitete physikalische Größen
errechnet werden wie die Energie oder die Leistung. Ein in 1 schematisch
dargestellter, in dem Gehäuse 2 angeordneter Controller 10 ist
mit den Messstellen 6, 7, 8 verbunden
und speichert und verarbeitet die an den einzelnen Messstellen erfassten
physikalischen Größen. Zu jeder erfassten physikalischen
Größe wird auch das mittels der Drehschalter 5 eingestellte
Identifikationsmerkmal gespeichert.
-
Die
Ausnehmungen 4 der Messstelle 8 weisen Einsteckschrauben 11 auf,
die von der in 3 gezeigten Seitenfläche 12 des
Gehäuses 2 zugänglich sind. An dieser
Seite weist das Gehäuse 2 Öffnungen 13 auf, über
die die Einsteckschrauben 11 zugänglich sind,
um diese mit einem Schraubwerkzeug in ein durch die Ausnehmung 4 geführtes
Kabel zu bohren. Über diese Kontaktierung wird die Spannungsversorgung
für das Mehrfachstromzählermodul 1 sichergestellt,
indem die benötigte Spannung den zu messenden Leitungen
entnommen wird. Die entsprechenden Kabel werden dazu mit einer Kabeltülle versehen,
sodass sie sich im Zentrum der Ausnehmung 4 befinden. Eine
weitere Ausnehmung 14 mit einer Einsteckschraube 11 ist
für den Neutralleiter (N) vorgesehen.
-
Auf
der Oberseite 3 des Gehäuses 2 befinden
sich zwei Buchsen 15, um das Mehrfachstromzählermodul 1 an
ein Netzwerk anzuschließen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann mittels der Buchsen 15 der Anschluss an einen M-Bus
realisiert werden, wobei die Buchsen 15 als Eingang und Ausgang
dienen. Weiterhin sind zwei Anschlüsse 16, 17 vorhanden,
um externe Wandlerzähler anzuschließen, die bei
Stromstärken größer als 63 A verwendet
werden. Zusätzlich weist das Mehrfachstromzählermodul 1 einen
Impulsausgang 18 auf, um die Messwerte einer externen Auswerteeinheit
in Impulsform zur Verfügung zu stellen.
-
In 2 erkennt
man, dass das Gehäuse 2 U-förmig ausgebildete
Montagevorsprünge 19 aufweist, die sich an der
Oberseite 3 und der gegenüberliegenden Rückseite
erstrecken, um das Gehäuse 2 am Einbauort festzuschrauben.
-
4 zeigt
schematisch die in dem Mehrfachstromzählermodul 1 eingebaute
Schaltungsplatine 20 vor der Montage der elektrischen und
elektronischen Bauteile. Die Platine weist eine Mehrzahl von Löchern 21 auf,
deren Position und Größe jeweils an die entsprechende
Ausnehmung 4 angepasst ist. Die zu messenden Leitungen
sind somit durch die Ausnehmungen 4 und die Löcher 21 in
der Schaltungsplatine 20 geführt.
-
Nach
dem Einbau des Mehrfachstromzählermoduls 1 in
einen Installationsschrank werden die zu messenden Leitungen durch
die Ausnehmungen 4 geführt. Die Spannungsversorgung
für das Mehrfachstromzählermodul 1 wird über
die Messstelle 8, die die Einsteckschrauben 11 aufweist,
realisiert.
-
Die
einzelnen Messstellen 6, 7, 8 erfassen berührungslos
mittels der Rogowski-Spulen Strom, Spannung und den Phasenwinkel,
um aus diesen physikalischen Größen die verbrauchte
elektrische Energie zu ermitteln. Der Controller 10 speichert
und verarbeitet die an den einzelnen Messstellen 6, 7, 8 erfassten
physikalischen Größen in festgelegten Zeitintervallen.
Jeder physikalischen Größe wird dabei ein Identifikationsmerkmal,
beispielsweise eine Zahl, zugeordnet, das mittels des Drehschalters 5 eingestellt
werden kann. Diese Einstellung wird normalerweise direkt beim Einbau
des Mehrfachstromzählermoduls vorgenommen und muss anschließend
nicht wieder geändert werden. Über eine Messstelle
können auch mehrere Verbraucher überwacht werden, indem
die zugehörigen Leitungen durch die Messstelle geführt
werden. Bezogen auf das in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsbeispiel
kann die Messstelle 6 beispielsweise für die Beleuchtung,
die Messstelle 7 für die Messung des Stromverbrauchs von
Klimaanlagen und die Messstelle 8 für die Messung
des Stromverbrauchs von elektrischen Geräten in einem gewerblich
genutzten Gebäude verwendet werden.
-
Die
Controller 10 speichert und verarbeitet die von den einzelnen
Messstellen erfassten Messdaten, sodass diese über einen
Kommunikationsbaustein, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als
Webserver 22 ausgebildet ist, über eine Kommunikationsschnittstelle
einer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden können.
Das Mehrfachstromzählermodul 1 ist über
den Webserver 22 mit einer externen Auswerteeinheit verbunden,
die entsprechenden Netzwerkkabel werden dazu in die Buchsen 15 gesteckt.
Bei anderen Ausführungen kann die Verbindung des Webservers 22 mit
der externen Auswerteeinheit auch drahtlos erfolgen, beispielsweise über
ein GSM-Modem.
-
Die
Auswerteeinheit kann ein PC oder eine Leitstelle sein, an der vielfältige
Datenanalysen vorgenommen werden können. Einerseits kann über
die Kommunikationsschnittstelle auf die von dem Controller gespeicherten
Daten zugegriffen werden, darüber hinaus kann der Webserver 22 Daten
oder bestimmte Datenauswertungen über die Kommunikationsschnittstelle
an die externe Auswerteeinheit senden. Der Webserver 22 kann
auch so konfiguriert werden, dass er beim Eintritt bestimmter Ereignisse automatisch
eine Meldung an die Auswerteeinheit sendet. Ein solches Ereignis
kann die Überschreitung oder die Unterschreitung eines
bestimmten Werts für den Stromverbrauch sein. Mittels der
Auswerteeinheit können die aktuellen Messwerte auch in Echtzeit
verfolgt werden. Alternativ kann die Auswerteeinheit auch ein Mobiltelefon
sein, an das die Daten gesendet werden. Die Daten können
dann auf dem Mobiltelefon ausgewertet und eingesehen werden. Da
für die Daten ein Standardformat verwendet wird, beispielsweise
XML, Http oder dergleichen, ist für die Auswertung und
Darstellung der Daten keine besondere Zusatzsoftware erforderlich,
sodass die Darstellung der Daten mit einem herkömmlichen
Webbrowser eines PCs oder mit einem dafür geeigneten Mobiltelefon
oder einem Organizer erfolgen kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007017985
A1 [0007]