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Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Strommessung in einem Schaltschrank.
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In Schaltschränken, beispielsweise zur Stromverteilung oder zur Anlagensteuerung, besteht häufig das Erfordernis, die Höhe eines fließenden Stroms zu bestimmen. Zu diesem Zweck sind beispielsweise Messeinrichtungen zur Strommessung bekannt, die konform zu weiteren im Schaltschrank eingesetzten Schalt- oder Messeinrichtungen auf eine Hutschiene im Schaltschrank aufgerastet werden können, wobei die Messeinrichtung Anschlusskontakte aufweist, über die der zu messende Strom durch die Messeinrichtung geführt wird. Alternativ sind Messeinrichtungen bekannt, die in gleicher Weise auf Hutschienen aufgesetzt werden können und die eine Stromzange oder -öse bereitstellen, durch die ein Draht geführt wird, um den durch den Draht fließenden Strom über das von ihm erzeugte Magnetfeld zu messen. In beiden Fällen erfordern die Messeinrichtungen freien Platz auf einer Hutschiene.
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Photovoltaikanlagen, nachfolgend abkürzend PV-Anlagen genannt, die an oder auf Gebäuden, insbesondere Wohnhäusern, installiert sind, sind bislang größtenteils auf eine Einspeisung in ein öffentliches Energieversorgungsnetz ausgelegt. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein separater Stromzähler vorgesehen, der die Menge des eingespeisten Stroms zur Ermittlung einer vom Energieversorgungsunternehmen gezahlten Einspeisevergütung ermittelt. Die Installation einer solchen PV-Anlage verlangt entsprechend auch innerhalb eines Schaltschranks der Hausinstallation einen großen Installationsaufwand.
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Mit sinkender Höhe der Einspeisevergütung werden zunehmend auch Photovoltaikanlagen interessant, die ausschließlich zur Deckung eines Eigenverbrauchs bestimmt sind und nicht zur Einspeisung in das öffentliche Energieversorgungsnetz. Bei Installation einer derartigen PV-Anlage kann entsprechend auf die aufwendigere Installation mit separatem Zähler für die Menge der eingespeisten Energie verzichtet werden. Es ist jedoch sicherzustellen, dass von der PV-Anlage nur so viel Strom bereitgestellt wird, wie von Verbrauchern der Hausinstallation auch aktuell verbraucht wird, so dass keine überschüssige Energie in das Stromversorgungsnetz eingespeist wird bzw. das überschüssige Energie nur in einem tolerierten Umfang eingespeist wird.
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Der erlaubte Toleranzbereich hat teilweise technische Gründe. Ein zumindest kurzzeitiges Einspeisen ist in manchen Situationen nicht oder nur schwer zu vermeiden, beispielsweise wenn eine insbesondere größere Last abrupt abgeschaltet wird. In diesem Fall benötigt die PV-Anlage nach der Abschaltung eine gewisse Regeldauer, um den neuen Gleichgewichtszustand wieder einzuregeln. Dabei kann es unmittelbar nach Abschaltung zu einer nicht ganz zu vermeidenden kurzzeitigen Einspeisung kommen. Unabhängig davon handhaben Energieversorgungsunternehmen, die Energieversorgungsnetze betreiben, das Kriterium, keine überschüssige Energie einzuspeisen, unterschiedlich. Bei einigen Energieversorgungsunternehmen ist ein Einspeisen auf jeder der vorhandenen Phasen untersagt, mit Ausnahme des zuvor genannten technisch nicht zu verhindernden Einspeisens. Andere Unternehmen lassen ein Einspeisen im Umfang eines kleinen Prozentsatzes der Leistung, für die der entsprechende Hausanschluss ausgelegt ist, zu. Wieder andere Unternehmen legen die in Summe auf allen Phasen fließende Leistung zugrunde: Solange in Summe mehr Leistung auf einer oder mehreren Phasen bezogen wird, als auf anderen Phasen eingespeist wird, ist ein Einspeisen zulässig.
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Um die genannten Kriterien bei der Einspeisung erfüllen zu können, sind Messeinrichtungen zur Strommessung im Schaltschrank der Hausinstallation vorgesehen, die von einer Steuereinrichtung der PV-Anlage, die beispielsweise in einem Wechselrichter der PV-Anlage angeordnet sein kann, ausgewertet werden und die PV-Anlage entsprechend so (ab-) regeln, dass keine Einspeisung in das Energieversorgungsnetz erfolgt.
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Auch für diesen Einsatzzweck würden die bekannten Messeinrichtungen zur Strommessung in einem Schaltschrank zusätzlichen Platz im Schaltschrank und insbesondere zusätzlichen Platz auf einer Hutschiene im Schaltschrank benötigen, der im Regelfall nicht vorhanden ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Installation einer PV-Anlage erst nach Fertigstellung eines Hauses und dessen elektrischer Installation erfolgt, ein bestehendes Gebäude also mit einer PV-Anlage ausgerüstet wird.
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Die Schriften
EP 1387454 A1 ,
DE 10 2004 042719 A1 ,
US 2004 / 0 155 645 A1 ,
DE 10 2006 059 384 A1 ,
EP 2408073 A1 und
DE 10 2012 111617 A1 offenbaren Stromerfassungsvorrichtungen, deren Detektion mittels induktiver oder Shunt-basierter Stromsensoren erfolgt. Die
WO 00 / 30 228 A1 offenbart einen als Einschubkassette ausgebildeten Leistungsschalter mit einem Stromsensor. Die
EP 2 498 365 A1 beschreibt ein System zu Leistungsverteilung zwischen unterschiedlichen Wohneinheiten in einem eine Energieerzeugungsanlage aufweisendem Mehrfamilienhaus.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messeinrichtung zur Strommessung in einem Schaltschrank bereitzustellen, die kompakt ist und nur geringe Platzanforderungen im Schaltschrank stellt und die möglichst unaufwendig installiert, insbesondere nachgerüstet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Messeinrichtung zur Strommessung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Messeinrichtung zur Strommessung in einem Schaltschrank weist mindestens eine interne Stromschiene und einen als Shunt ausgebildeten Stromsensor auf. Die Messeinrichtung ist als eine Kammschiene ausgebildet ist, in die der mindestens eine Stromsensor integriert ist. Die Messeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Shunt von einem verjüngten Abschnitt der mindestens einen Stromschiene gebildet ist.
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Kammschienen dienen einer einfachen und fehlersicheren Verbindung von Komponenten eines Schaltschranks. Sie können als vorkonfektionierte Verbinder angesehen werden, um beispielsweise Strom von einem Fehlerstromschutzschalter zu Überstromsicherungen oder anderen Schaltschrankkomponenten zu führen. Dabei können in einer Kammschiene unterschiedliche Leiter, z.B. ein Neutralleiter und ein- oder mehrere Phasenleiter, geführt werden. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Messeinrichtung als Kammschiene ausgebildet ist, kann sie einfach eine herkömmliche Kammschiene ersetzen und somit ohne grundlegende Änderungen der Anordnung der Komponenten im Schaltschrank eingesetzt werden. Auch ein nachträglicher Austausch einer herkömmlichen Kammschiene durch die Messeinrichtung ist dadurch problemlos möglich. Indem der mindestens eine Shunt von einem verjüngten Abschnitt der mindestens einen Stromschiene gebildet ist, kann die Stromschienen besonders einfach hergestellt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Messeinrichtung weist mit der mindestens einen internen Stromschiene elektrisch verbundene Anschlusskontakte auf, die auf einer Seite der Messeinrichtung aus einem Gehäuse der Messeinrichtung herausragen. Die Anschlusskontakte können dabei Stift- oder Gabelkontakte sein. Auf diese Weise kann das gleiche Anschlussbild wie bei herkömmlichen Kammschienen und damit Kompatibilität mit diesen erreicht werden.
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Besonders bevorzugt kann die Stromschiene mit Anschlusskontakten und ggf. auch mit dem Shunt einstückig, beispielsweise als Stanzteil oder als Stanz-/Biegeteil, gefertigt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messeinrichtung ist der mindestens eine Stromsensor als ein Magnetfeldsensor ausgeführt, insbesondere als ein Hall-Sensor oder eine Rogowski-Spule. Es kann so ein Magnetfeld detektiert werden, das durch den in der Stromschiene fließenden Strom erzeugt wird. Eine Strommessung über das vom Strom erzeugte Magnetfeld ist vorteilhafterweise verlustfrei. Der Magnetfeldsensor kann auf der mindestens einen Stromschiene und/oder den Anschlusskontakten angeordnet sein oder diese U-förmig umgreifen, wodurch eine Integration von Stromschiene und Magnetfeldsensor erfolgt, die einen kompakten Aufbau der Messeinrichtung erlaubt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Messeinrichtung einen integrierten Messverstärker und/oder Messumformer auf. Dadurch erfolgt eine Aufbereitung der gemessenen Stromwerte unmittelbar in der Messeinrichtung. Auf zusätzliche Komponenten, die in dem Schaltschrank anzuordnen wären, kann so verzichtet werden. Zudem wird eine Überlagerung von Störsignalen auf die Messwerte minimiert, da die vom Stromsensor zum Messverstärker und/oder Messumformer führenden Leitungen, die relativ kleine Signale übermitteln, möglichst kurz gehalten werden können. Bevorzugt weist die Messeinrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur Übertragung von Messdaten und/oder Steuerbefehlen auf.
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Bevorzugt kann neben der Strommessung auch eine Spannungsmessung durchgeführt werden und eine übertragene Wirk-, Blind-, und/oder Scheinleistung bestimmt werden. Eine Abregelung beispielsweise eines Wechselrichters kann so unmittelbar auf der Basis von übertragenen Leistungen erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine derartige Messeinrichtung im Zusammenhang mit einer Photovoltaik Anlage (PV-Anlage), die zur Eigenenergienutzung eingerichtet ist, verwendet. Bevorzugt wird die Messeinrichtung dabei zur Messung eines von einem Energieversorgungsnetz in eine Hausinstallation fließenden Stroms zur Steuerung der PV-Anlage, einer Batterieladung oder einer Ansteuerung von Verbrauchern verwendet. Bei einer zur Eigenenergienutzung eingerichteten PV-Anlage ist ein Einspeisen in ein Energieversorgungsnetz zu unterbinden. Durch Messung eines von einem Energieversorgungsnetz in eine Hausinstallation fließenden Stroms kann ermittelt werden, ob es notwendig ist, Maßnahmen zu ergreifen, durch die ein Einspeisebetrieb verhindert wird oder auf ein toleriertes Maß reduziert wird. Solche Maßnahmen können in der Reduzierung des von der PV-Anlage erzeugten Stroms liegen, aber auch darin bestehen, den von der PV-Anlage gespeisten lokalen Stromverbrauch zu erhöhen. So kann beispielsweise Strom in eine lokale Speichereinrichtung (Batterie) geleitet werden oder es können Verbraucher gezielt hinzugeschaltet werden. Diese Maßnahmen können ggf. auch sehr kurzfristig vorgenommen werden, um eine Einspeisung auch auf einer Zeitskala zu unterbinden, die im Bereich der Ausregelzeiten des Wechselrichters liegt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von fünf Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 einen schematischen Blockschaltplan einer Hausinstallation mit einer PV-Anlage;
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer anmeldungsgemäßen Messeinrichtung, angeordnet in einem Schaltschrank;
- 3a, 3b zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der Messeinrichtung der 2 in Schnittdarstellungen;
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung, angeordnet in einem Schaltschrank; und
- 5 die Anordnung von Stromschienen bei der Messeinrichtung der 4 in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Hausinstallation in einem Blockschaltbild, wobei eine PV-Anlage vorhanden ist.
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Stromleitungen von einem Energieversorgungsnetz 1 werden an einem Hausübergabepunkt 2, der in der Figur als gestrichelte Linie dargestellt ist, einer Hausinstallation 3 übergeben. Diese umfasst einen Stromverbrauchszähler 4, der üblicherweise zusammen mit hier nicht dargestellten Sicherungseinrichtungen wie Überstromsicherungen und Fehlerstromschutzschaltern in einem Schaltschrank angeordnet sind. Im Rahmen einer Hausinstallation wird der Schaltschrank üblicherweise auch als Sicherungskasten bezeichnet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl das Energieversorgungsnetz 1 als auch die Hausinstallation dreiphasig ausgeführt mit einem Neutralleiter N und drei Phasenleitern L1, L2, L3. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein zusätzlicher Erdungsleiter hier nicht dargestellt. Innerhalb der Hausinstallation ist eine Mehrzahl von Verbrauchern vorhanden, von denen hier beispielhaft drei einphasige Verbraucher 5 dargestellt sind.
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Weiterhin ist als Teil der der Hausinstallation 3 eine PV-Anlage vorhanden, die einen PV-Generator 6 und einen damit verbundenen Wechselrichter 7 umfasst. Der PV-Generator 6 kann beispielsweise eine Mehrzahl von auf dem Dach angeordneten PV-Modulen aufweisen. Der Wechselrichter 7 ist üblicherweise in Nähe des Schaltschranks oder eventuell auch im Schaltschrank angeordnet. Der Wechselrichter 7 ist mit Ausgangsanschlüssen ebenfalls an die Leiter der Hausinstallation 3 angeschlossen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wechselrichter 7 einphasig ausgelegt und hier an dem Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N angeschlossen. Es ist jedoch auch eine dreiphasige Auslegung des Wechselrichters 7 möglich.
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Der Wechselrichter 7 ist somit anders als bei zur Einspeisung geeigneten PV-Anlagen nicht über einen separaten Einspeisezähler mit dem Energieversorgungsnetz 1 verbunden. In der dargestellten Ausgestaltung ist die PV-Anlage somit zur Erzeugung von elektrischer Energie, die unmittelbar von den Verbrauchern 5 verbraucht wird, eingerichtet. Eine Einspeisung in das Energieversorgungsnetz 1 ist nicht vorgesehen und kann insbesondere auch gezielt unterdrückt werden.
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Um zu verhindern, dass die PV-Anlage mehr Strom bereitstellt, als von den an die Phasenleitung L2 angeschlossenen Verbrauchern 5 verbraucht wird, ist eine Steuereinrichtung 8 zur Leistungsregulierung des Wechselrichters 7 vorgesehen. Bei Bedarf regelt die Steuereinrichtung 8 die Leistung des Wechselrichters 7 so ab, dass vom Wechselrichter 7 nicht mehr Strom bereitgestellt wird, als von den entsprechenden Verbrauchern 5 aktuell auch verbraucht wird. Dabei kann vorgesehen sein, die vom PV-Generator 6 bereitgestellte Leistung über eine Änderung eines Arbeitspunktes des PV-Generators 6 entweder in Richtung seiner Leerlaufspannung oder seiner Kurzschlussspannung zu drosseln. Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass vom Wechselrichter 7 überschüssige Leistung des PV-Generators 6 in eine Energiespeicheranordnung, beispielsweise ein Batteriespeicher (in 1 nicht dargestellt), übertragen wird. Weiterhin kann bei einem Überangebot von verfügbarer elektrischer Leistung seitens des PV-Generators 6 auch vorgesehen sein - entweder manuell oder automatisch gesteuert - gezielt weitere Verbraucher anzuschalten, damit sich der aktuelle Verbrauch an elektrischer Leistung erhöht. Unabhängig davon, ob eine Leistungsreduzierung der vom PV-Generator 6 gelieferten Leistung nun über eine Änderung des Arbeitspunktes des PV-Generators 6 erfolgt oder eine Leistungsanpassung zwischen erzeugter und benötigter Leistung dadurch erfolgt, dass Strom vom PV-Generator 6 in die Speichereinrichtung übertragen wird oder aber zusätzliche elektrische Verbraucher an- oder abgeschaltet werden, stellt die Steuereinrichtung 8 sicher, dass vom Wechselrichter 7 nur der von dem Verbraucher 5 beziehungsweise von den Verbrauchern 5 benötigte Strom in die Leiter der Hausinstallation 3 übertragen wird. Zu diesem Zweck ist eine Messeinrichtung 10 vorgesehen, die auf zumindest der Phase L2 und optional auch auf den Phasen L1 und L3 einen vom Zähler 4 in die Hausinstallation 3 fließenden Strom misst. Dabei wird nicht nur die Größe des fließenden Stroms, sondern auch seine Richtung bestimmt. Als Richtung ist bei einem Wechselstrom die Richtung eines Nettoleistungsflusses zu verstehen.
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Eine Ermittlung des Leistungsflusses kann im allgemeinsten Fall durch eine parallel zur Strommessung vorgenommene Spannungsmessung und eine Multiplikation von Strom- und Spannungswerten erfolgen. Durch die parallel erfolgende zeitabhängige Erfassung beider Größen wird implizit auch eine relative Phasenlage zwischen Strom- und Spannung berücksichtigt. Es sind jedoch auch vereinfachte Methoden denkbar. Beispielsweise kann die Höhe der Spannung als im Wesentlichen konstant angenommen werden, da Spannungsschwankungen in Energieversorgungsnetzen typischerweise kleiner als +/-10% sind. Es genügt dann die Messung der Stromhöhe (Amplitude oder Effektivwert) und eine Information darüber, ob der Strom in Phase zur Spannung ist oder um 180° phasenversetzt ist. Eine Einteilung in eine dieser beiden Phasenlagen ist letztendlich ausreichend zur Bestimmung der Richtung des Leistungsflusses. Um eine Einspeisung in jedem Fall wirksam auszuschließen, ist es sinnvoll, einen Wert am unteren Ende des angenommenen Spannungsbereichs, innerhalb dessen die Spannung im Energieversorgungsnetz typischerweise schwankt, anzunehmen.
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Eine (Ab-) Regelung der PV-Anlage kann nun so erfolgen, dass für jeden der Phasenleiter L1, L2, L3 ein Leistungsfluss von der Hausinstallation 3 in Richtung des Energieversorgungsnetzes 1 unterbunden wird. Dies entspricht einer relativ harten Forderung, nämlich, dass gleich welcher Phasenleiter L1, L2, L3 betrachtet wird, stets ein Leistungsfluss in Richtung des Energieversorgungsnetzes 1 für diesen Phasenleiter L1, L2, L3 ausgeschlossen wird. Alternativ hierzu ist jedoch auch eine (Ab-) Regelung der PV-Anlage derart möglich, dass ein Netto-Leistungsfluss in Richtung des Energieversorgungsnetzes 1 ausgeschlossen wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein Leistungsfluss auf einem Phasenleiter L1 in Richtung des Energieversorgungsnetzes 1 erfolgen, wenn dieser zumindest von Leistungsflüssen in den jeweils anderen Phasenleitern (hier: L2, L3) aus dem Energieversorgungsnetz 1 in Richtung der Hausinstallation 3 kompensiert wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass zumindest in Summe über alle Phasenleiter L1, L2, L3 kein Leistungsfluss in Richtung des Energieversorgungsnetzes 1 erfolgt und somit ein Netto-Leistungsfluss in Richtung des Energieversorgungsnetzes 1 ausgeschlossen ist. Je nach Anforderungen des Netzbetreibers kann eine Einspeisung auch in bestimmtem Maß oder für bestimmte Zeitspannen zulässig sein.
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Obwohl in 1 eine dreiphasige Ausführungsform mit drei Phasenleitern L1, L2, L3 dargestellt ist, ist die Erfindung nicht auf eine ausschließlich dreiphasige Anbindung des Hausanschlusses an das Energieversorgungsnetz 1 beschränkt. So ist auch ein Anschluss mit einer beliebig anderen Anzahl von Phasenleitern L1 - Ln möglich, wobei n die Anzahl der Phasenleiter angibt. Insbesondere für Gebäude mit einer begrenzten Anzahl an elektrischen Verbrauchern 5 oder einer begrenzten Leistungsaufnahme aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz 1 ist auch ein elektrischer Anschluss des Gebäudes über lediglich einen Phasenleiter L1 (neben dem Neutralleiter N) möglich.
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2 zeigt eine anmeldungsgemäße Ausgestaltung einer Messeinrichtung 10, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der 1 eingesetzt werden kann.
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Die Messenrichtung 10 ist in einem Schaltschrank 20 angeordnet, von dem hier beispielhaft eine Hutschiene 21 wiedergegeben ist. Auf die Hutschiene 21 ist ein Fehlerstromschutzschalter 22 sowie eine Mehrzahl von Überstromsicherungen 23 aufgesetzt. Der Fehlerstromschutzschalter 22 und die Überstromsicherung 23 weisen jeweils Anschlussklemmen 24 auf, an denen Zu- oder Ableitungen von diesen Komponenten angeschlossen sind. Die Anschlussklemmen 24 können beispielsweise Schraub- oder Klemmanschlüsse sein.
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Die Messeinrichtung 10 ist dabei anmeldungsgemäß als eine sogenannte Kammschiene ausgebildet. Kammschienen dienen einer einfachen und fehlersicheren Verbindung von Komponenten eines Schaltschranks. Kammschienen können als vorkonfektionierte Verbinder angesehen werden. Beispielsweise sind Kammschienen bekannt, bei denen Stift- oder Gabelanschlüsse nebeneinander in einem typischen Anschlussabstand (auch Anschlussraster genannt) der Komponenten des Schaltschranks 20 (z. B. Fehlerstromschutzschalter 21 oder Überstromsicherungen 23) angeordnet sind. Die Anschlussstifte oder - gabeln ragen in einer Anschlussebene aus der Kammschiene heraus, sind innerhalb der Kammschiene jedoch in unterschiedlichen, übereinanderliegenden Ebenen geführt. So können in einer Kammschiene unterschiedliche Leiter, z.B. ein Neutralleiter und ein- oder mehrere Phasenleiter, geführt werden. Eine typische Anwendung einer Kammschiene ist beispielweise die mehrpolige Verbindung des Fehlerstromschutzschalters 22 zu benachbart angeordneten Überstromsicherungen 23.
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Die Messeinrichtung 10 weist in einem länglichen Gehäuse 11 angeordnete Stromschienen 12 auf, die zu einer Seite hin aus dem Gehäuse 11 herausragende Anschlusskontakte 13 aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Stromschiene 12 in der 2 vollständig dargestellt. Zwei weitere Stromschienen liegen unterhalb der vollständig dargestellten Stromschiene 12. Sie sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur im Bereich ihrer Anschlusskontakte dargestellt. Aus den 3a und 3b ist die Anordnung mehrerer Stromschienen in den übereinanderliegenden Ebenen jedoch ersichtlich.
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Die 3 zeigt in den Teilbildern a und b jeweils einen Schnitt durch eine mögliche Ausgestaltung der in 2 gezeigten Messeinrichtung. Es sind hier jeweils drei Stromschienen 12 vorgesehen, die übereinander angeordnet sind, wobei die Anschlusskontakte 13 der oberen und unteren der Stromschienen 12 so gekröpft sind, dass alle Anschlusskontakte 13 in derselben Ebene liegen.
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Über die Stromschienen 12 werden unterschiedliche Schaltschrankkomponenten miteinander elektrisch verbunden. Wie in 2 zu erkennen, ist dabei ein Abschnitt der Stromschiene 12 mit kleinerem Querschnitt ausgeführt und bildet so einen Shunt 14, also einen Strommesswiderstand. Der Shunt 14 stellt einen in die Kammschiene integrierten Strommesssensor dar. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Stromschienen 12, die mit ihr verbundenen Anschlusskontakte 13 und der Shunt 14 einstückig als Stanzteil oder Stanz-/Biegeteil gefertigt sein. Als Material kann Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet werden.
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Gegenüber von den Anschlusskontakten 13 sind Anschlussstifte 15 ausgebildet, auf die eine Platine 16 aufgesteckt oder mit den Anschlussstiften 15 verlötet ist. Die über dem Shunt 14 abfallende Spannung, die ein Maß für den in der Stromschiene 12 fließenden Strom ist, wird so auf die Platine 16 geführt und kann dort ausgewertet werden. Beispielsweise kann auf der Platine 16 zu diesem Zweck ein Messverstärker und/oder ein Messumformer angeordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, neben der Höhe des Stroms, seine Richtung bzw. Phasenlage relativ zu einer an dem jeweiligen Phasenleiter anliegenden elektrischen Spannung zu bestimmen. Auch ist es möglich, durch eine parallele Spannungsmessung der an dem Phasenleiter anliegenden elektrischen Spannung eine übertragene Wirk-, Blind-, oder Scheinleistung zu ermitteln.
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Es sind zusätzlich in der 2 und 3 nicht dargestellte Ausgangsanschlüsse vorgesehen, über die die Messwerte zur weiteren Verwendung abgegriffen werden können. Die Ausgangsanschlüsse können beispielsweise in Form eines Steckers oder einer Buchse am Gehäuse 11 zugänglich sein. Über diesen Stecker bzw. diese Buchse kann auch eine Versorgungsspannung für den Messverstärker und den Messumformer zugeführt werden.
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Wie in der 3a dargestellt ist, kann eine Platine 16 auf der den Anschlusskontakten 13 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, mehrere Platinen 16 im Gehäuse 11 unterzubringen, wie in 3b gezeigt. Hier ist neben einer den Anschlusskontakten 13 gegenüberliegenden Platine 16 eine weitere Platine 16 oberhalb und eine weitere Platine 16 unterhalb der Stromschienen 12 angeordnet.
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Die 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 10. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in diesen Figuren gleiche oder gleich wirkende Elemente wie in den 2 und 3. In 4 ist die Messeinrichtung 10 in einem Schaltschrank 20 in gleicher Weise wie in 2 in einer Draufsicht dargestellt. In 5 ist die Anordnung von Stromschienen 12 innerhalb der Messeinrichtung 10 in einer Seitenansicht wiedergegeben, wobei auf die Darstellung des Gehäuses 11 verzichtet wurde.
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Im Grundaufbau entspricht die Messeinrichtung 10 dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird vorliegend jedoch anstelle des Shunts 14 (vgl. 2) ein Magnetfeldsensor 17, z. B. ein Hallsensor, zur Strommessung verwendet. An jeder der hier beispielhaft drei Stromschienen 12 ist ein Magnetfeldsensor so angeordnet, dass das von dem durch die jeweilige Stromschiene 12 fließenden Strom erzeugte Magnetfeld gemessen und somit auf den in der jeweiligen Stromschiene 12 fließenden Strom zurückgerechnet werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Magnetfeldsensoren 17 über flexible, insbesondere biegbare Folienleiter an die Platine 16 angeschlossen. Die Magnetfeldsensoren 17 (hier: die Hallsensoren) sind insbesondere flach gestaltete Komponenten und - beispielsweise über einen Klebeprozess - an den Seitenflächen der Stromschienen 12 befestigt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Montage der Platine(n) 16, der Magnetfeldsensoren 17 und der Stromschienen 12 miteinander.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Magnetfeldsensoren 17 durch Rogowski-Spulen realisiert, die die jeweilige Stromschiene 12 U-förmig umgeben. Hierbei können die Rogowski-Spulen beispielsweise in unmittelbarer Nähe derjenigen Anschlusskontakte 13 der Stromschienen 12 angeordnet sein, die mit dem Fehlerstromschutzschalter 22 verbunden werden. Sie können auch im weiteren Verlauf der Stromschiene 12 angeordnet sein. Da jedoch der insgesamt in dem Phasenleiter L1, L2, L3 fließende Strom detektiert werden soll und zur (Ab-)Regelung der PV-Anlage verwendet werden soll, ist die Strommessung in jedem Fall zwischen dem Fehlerstromschutzschalter 22 und der ersten an dem jeweiligen Phasenleiter L1, L2, L3 nach dem Fehlerstromschutzschalter 22 folgenden Überstromsicherung 23 vorzunehmen.
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Zur Übertragung von Messdaten der Messeinrichtung 10 an die Steuerung 8 und entsprechenden Steuerbefehlen seitens der Steuerung 8 an den Wechselrichter 7 ist eine Kommunikation zwischen diesen Komponenten erforderlich. Diese Kommunikation kann auf verschiedene Art und Weise, beispielsweise über separat verlegte Kabel, über eine Funkverbindung oder aber über eine Powerline-Kommunikation (PLC - Power Line Communication) unter Nutzung bestehender leistungsführender elektrischer Leiter erfolgen. Die Messdaten können dabei digital oder analog übertragen werden. Die Steuerung 8 kann innerhalb des Gehäuses 11 der Messeinrichtung 10 untergebracht oder Bestandteil der Messeinrichtung 10 sein. Sie kann jedoch auch innerhalb des Gehäuses des Wechselrichters 7, oder aber in einem separaten Gehäuse vorliegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieversorgungsnetz
- 2
- Hausübergabepunkt
- 3
- Hausinstallation
- 4
- Stromverbrauchszähler
- 5
- Verbraucher
- 6
- PV-Generator
- 7
- Wechselrichter
- 8
- Steuereinrichtung
- 10
- Messeinrichtung
- 11
- Gehäuse
- 12
- Stromschiene
- 13
- Anschlusskontakt
- 14
- Shunt
- 15
- Anschlussstift
- 16
- Platine
- 17
- Magnetfeldsensor
- 20
- Schaltschrank
- 21
- Hutschiene
- 22
- Fehlerstromschutzschalter
- 23
- Überstromsicherung
