DE102013110152A1

DE102013110152A1 - Stromzählereinrichtung

Info

Publication number: DE102013110152A1
Application number: DE102013110152.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Mangelberger; Oliver Mangelberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2014-04-24
Also published as: DE102012109468B3; EP2717021A2

Abstract

Stromzählereinrichtung, umfassend wenigstens eine Messeinrichtung (3, 4) die zum berührungslosen Erfassen physikalischer Größen eines durch eine Leitung (5, 9) fließenden Stroms ausgebildet ist, wobei der Messeinrichtung (3, 4) ein Identifikationsmerkmal zugeordnet oder zuordenbar ist, und wobei die Messeinrichtung (3, 4) in einem von mindestens einer Ausnehmung (21), durch die eine zu messende Leitung (5, 9) führbar ist, durchsetzten Gehäuse (22) angeordnet ist, eine Zentraleinrichtung (2), die zum Auslesen der mindestens einen Messeinrichtung (3, 4) ausgebildet ist und einen Kommunikationsbaustein (12) umfasst, mindestens einen Controller (10), der im Gehäuse (22) der wenigstens einen Messeinrichtung (3, 4) oder in der Zentraleinrichtung (2) angeordnet ist, zum Speichern und Verarbeiten der von der mindestens einen Messeinrichtung (3, 4) erfassten physikalischen Größen und des jeweiligen Identifikationsmerkmals, der zum Berechnen der verbrauchten Energie aus den physikalischen Größen ausgebildet ist, wobei der Kommunikationsbaustein (12) zur Bereitstellung der von dem Controller (10) berechneten physikalischen Größen und des jeweils zugeordneten Identifikationsmerkmals über eine Kommunikationsschnittstelle als Ausgabedaten für eine Auswerteeinheit (13) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Messeinrichtung (3, 4) und die Zentraleinrichtung (2) als separate Module ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromzählereinrichtung, umfassend wenigstens eine Messeinrichtung die zum berührungslosen Erfassen physikalischer Größen eines durch eine Leitung fließenden Stroms ausgebildet ist, wobei der Messeinrichtung ein Identifikationsmerkmal zugeordnet oder zuordenbar ist, und wobei die Messeinrichtung in einem von mindestens einer Ausnehmung, durch die eine zu messende Leitung führbar ist, durchsetzten Gehäuse angeordnet ist; eine Zentraleinrichtung, die zum Auslesen der mindestens einen Messeinrichtung ausgebildet ist und einen Kommunikationsbaustein umfasst, mindestens einen Controller, der im Gehäuse der wenigstens einen Messeinrichtung oder in der Zentraleinrichtung angeordnet ist, zum Speichern und Verarbeiten der von der mindestens einen Messeinrichtung erfassten physikalischen Größen und des jeweiligen Identifikationsmerkmals, der zum Berechnen der verbrauchten Energie aus den physikalischen Größen ausgebildet ist, wobei der Kommunikationsbaustein zur Bereitstellung der von dem Controller berechneten physikalischen Größen und des jeweils zugeordneten Identifikationsmerkmals über eine Kommunikationsschnittstelle als Ausgabedaten für eine Auswerteeinheit ausgebildet ist.
Zum Erfassen eines Stromverbrauchs werden Stromzähler eingesetzt, die häufig als Direktzähler oder Impulszähler ausgebildet sind. Ein solcher Zähler misst den verbrauchten Strom, beziehungsweise häufig auch die verbrauchte elektrische Leistung. Viele Stromzähleinrichtungen sind mit einer Anzeigevorrichtung ausgerüstet, um ein direktes Ablesen des verbrauchten Stroms zu ermöglichen. Daneben sind jedoch auch Stromzähler bekannt, die gemessene Energie oder Leistung über eine Leitungsverbindung an ein von dem Stromzähler entfernt angeordnetes Gerät übertragen können.
Während in Privathaushalten Stromzählereinrichtungen hauptsächlich zum Ermitteln der verbrauchten Energie eingesetzt werden, um eine Abrechnung zu ermöglichen, ist ein wichtiger Einsatzzweck von Stromzählereinrichtungen im gewerblichen Umfeld auch die Steigerung der Energieeffizienz und die Kostenersparnis. Es ist in diesem Fall wünschenswert, einzelne elektrische Verbraucher separat oder in Gruppen zu erfassen, um sie einer Kostenstelle zuordnen zu können. So kann beispielsweise der Stromverbrauch von Beleuchtung, Klimaanlage oder elektrisch angetriebenen Maschinen getrennt bestimmt werden. Nachteilig sind hier der große Platzbedarf herkömmlicher Stromzähler, sowie die Notwendigkeit, diese einzeln abzulesen. Zudem sind für diese Stromzähler zusätzliche Kontakte notwendig, die eine zusätzliche Fehlerquelle darstellen. Auch ist die maximal messbare Stromstärke von Direktzählern begrenzt.
Aus der DE 10 2009 024 301 A1 ist ein Mehrfachstromzählermodul bekannt, das viele der beschriebenen Nachteile herkömmlicher Stromzähler beseitigt. Hier findet die Strommessung kontaktfrei statt, indem die zu messenden Leitungen durch Ausnehmungen des Gehäuses des Geräts geführt werden. Es kann Leistung, Strom und Phase ermittelt werden, die Daten können gespeichert und zur Auswertung an eine externe Auswerteeinheit weitergegeben werden. Zur Weitergabe der Daten steht hier eine Vielzahl von Protokollen zu Verfügung. Zum Einsatz dieses Moduls ist jedoch ein relativ großer Bereich einer Verteileranlage notwendig. Dies ist bei der Konzeption neuer Verteileranlagen leicht zu berücksichtigen, insbesondere bei der Nachrüstung älterer, teilweise eng bestückter, Anlagen ist ein Einsatz dieser Module jedoch häufig nicht auf einfache Weise möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromzählereinrichtung anzugeben, die flexibel in neue und bestehende elektrische Installationen integrierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Stromzählereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens eine Messeinrichtung und die Zentraleinrichtung als separate Module ausgebildet sind.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, statt eines Mehrfachstromzählermoduls durch das eine Vielzahl von Leitungen geführt wird, eine Vielzahl einzelner Messeinrichtungen zu nutzen, die frei an den zu messenden Leitungen positionierbar sind, wodurch der Messort flexibel gewählt werden kann. Da eine kompakte Bauform der Messeinrichtung gewünscht ist, ist deren Komplexität begrenzt. Daher umfasst die Stromzählereinrichtung zusätzlich eine Zentraleinrichtung. Diese Zentraleinrichtung ist für die Kommunikation mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen ausgebildet, wobei die Kommunikation vorzugsweise über einen seriellen Bus und nicht über einzeln zu verlegende Leitungen zwischen Stromzählereinrichtung und Zentraleinrichtung stattfindet. Da jede Messeinrichtung ein individuelles Identifikationsmerkmal hat, kann jede Messeinrichtung auch dann individuell angesprochen und ihre Messdaten analysiert werden, wenn mehrere Messeinrichtungen über einen Bus ausgelesen beziehungsweise angesteuert werden. Im Falle des Betriebs über einen digitalen, insbesondere einen seriellen, Bus ist ein besonders einfacher Anschluss möglich, da eine Vielzahl von Messeinrichtungen mit einer einzigen Leitung mit der Zentraleinrichtung verbunden werden kann. Es ist auch möglich, die Messeinrichtungen mit dieser Leitung mit Strom zu versorgen.
Die Messeinrichtungen der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung können an beliebigen zu messenden Leitungen und an einem beliebigen Ort der zu messenden Leitung angeordnet werden. Dabei können die Messeinrichtungen insbesondere an ein-, zwei- oder dreiphasigen Versorgungsleitungen angeordnet werden, wobei es sowohl möglich ist, getrennte Messeinrichtungen für die einzelnen Phasen vorzusehen, als auch mehrere Ausnehmungen für mehrere Leitungen, insbesondere die Leitungen, die den verschiedenen Phasen einer zwei- bzw. dreiphasigen Stromversorgung zugeordnet sind, in einzelnen Messeinrichtungen vorzusehen. In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, die physikalischen Größen direkt durch eine Messung an Leitungen in Bereichen einer mit Strom zu versorgenden Einrichtung oder in einem Kabelschacht zu messen. In der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung sind Messeinrichtungen daher vorteilhaft nicht an Relais, Leistungsschutzschaltern, Schützen oder anderen elektromechanischen Bauelementen befestigt sondern können an beliebigen Positionen entlang der Leitung angeordnet werden.
Da eine Zentraleinrichtung verwendet wird, bleiben trotz Verwendung dezentraler Messeinrichtungen die Vorteile einer zentralen Datenerfassung, der zentralen Datenhaltung und der zentralen Datenbereitstellung und -weiterleitung erhalten. So kann aus der Zentraleinrichtung, die als ein einzelnes Gerät durch eine Vielzahl von Protokollen ansprechbar ist, schnell eine Übersicht über die Verbrauchsdaten einer Vielzahl von Geräten ausgelesen werden. Ergänzend oder alternativ kann die Zentraleinrichtung gesammelte Daten auch an eine oder mehrere Auswerteeinheiten senden. Zur Erfassung der einzelnen physikalischen Größen sowie des Energieverbrauchs ist ein Controller vorgesehen. Dieser kann entweder in den einzelnen Messeinrichtungen angeordnet sein oder in der Zentraleinrichtung. Mit Hilfe dieses Controllers ist es auch möglich, die physikalischen Größen und den Energieverbrauch in regelmäßigen Zeitabständen aufzunehmen und damit einen Zeitverlauf des Energieverbrauchs beziehungsweise anderer physikalischer Größen zu erhalten. Ein solcher zeitlicher Verlauf des Energieverbrauchs ermöglicht es beispielsweise, Spitzen des Leistungsverbrauchs festzustellen, und bei Bedarf die Steuerung der Verbraucher anzupassen, um diese Spitzen zu vermeiden. Es kann auch festgestellt werden, ob Spitzen des Stromverbrauchs in Zeiten liegen, in denen Strom besonders günstig oder besonders teuer ist. Auch hilft eine zeitliche Auftragung um Sparpotentiale zu erkennen. So kann bei Energieverbrauch außerhalb der Geschäftszeiten beispielsweise festgestellt werden, ob es sich bei den Energie verbrauchenden Geräten um Geräte handelt, die auch nachts laufen müssen, oder ob es sich beispielsweise um Beleuchtung handelt.
Der Kommunikationsbaustein der Zentraleinrichtung erlaubt einen Zugriff auf die gesammelten Daten und/oder ein aktives Senden der Daten über eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen. Damit ist eine leichte Integration in eine bestehende Mess- und Regelarchitektur möglich. Als Auswerteeinheit kann auch ein Computer oder ein Smartphone/Tablet-PC dienen. Dieser kann beispielsweise über ein LAN, ein WLAN oder Bluetooth mit der Zentraleinrichtung verbunden sein, es ist aber auch ein bidirektionaler Zugang über das Internet, insbesondere durch Virtual Private Networks möglich. Es ist möglich, dass eine Auswerteeinheit stetig Daten von der Zentraleinheit abholt, die Daten können aber auch auf der Zentraleinheit gespeichert und nur bei Bedarf ausgelesen werden. Ergänzend oder alternativ ist es möglich Daten, insbesondere ereignisbasiert, an eine oder mehrere Auswerteeinheiten zu senden. Dabei können insbesondere asynchrone Kommunikationsprotokolle, wie beispielsweise e-Mail oder SMS genutzt werden. In der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung wird somit ein hierarchisch aufgeteiltes System genutzt, bei dem Messwerte oder innerhalb der Messeinrichtungen bestimmte physikalische Größen durch eine separat von den Messeinrichtungen ausgebildete Zentraleinrichtung gesammelt werden, wobei die Zentraleinrichtung die Daten für eine ebenfalls separat ausgebildete Auswerteeinheit bereitstellt. Dabei kann die Bereitstellung passiv erfolgen, wobei die Auswerteeinheit die Daten von der Zentraleinrichtung abfragt, oder indem Daten aktiv insbesondere ereignisbasiert an die Auswerteeinrichtung gesendet werden. Dieser dreigliedrige Aufbau hat den Vorteil, dass zum einen mit einer einzelnen Auswerteeinheit eine Vielzahl von Zentraleinrichtungen angesprochen werden kann und somit eine Vielzahl von Stromzähleinrichtungen verwaltet werden können. Zugleich kann jedoch auf eine Zentraleinrichtung auch durch eine Vielzahl verschiedener Auswerteinheiten zugegriffen werden. So kann beispielsweise bei der Wartung vor Ort eine mobile Auswerteeinheit genutzt werden, gleichzeitig ist es jedoch auch möglich, die Daten der Zentraleinrichtung, beispielsweise über ein Firmennetzwerk, für eine Vielzahl von Rechnern bereitzustellen.
Vorteilhaft kann ergänzend vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung zur direkten Kommunikation mit einer Auswerteeinheit ausgebildet ist. Dabei kann insbesondere über TCP/IP und/oder Bluetooth ein Auslesen von Messdaten der Messeinrichtung und/oder ein Einstellen des Identifikationsmerkmals, der Phasenlage und/oder weiterer Parameter erfolgen.
Dabei kann die Leitung in der Ausnehmung bewegbar angeordnet sein. Die Leitung kann dabei derart durch die Ausnehmung der Messeinrichtung geführt sein, dass die Leitung, frei oder nach Überwinden einer Reibkraft, entlang der Aufnahme bewegbar ist, bzw. so, dass die Messeinrichtung frei oder nach Überwinden einer Reibkraft entlang der Leitung verschiebbar ist. Verläuft die Leitung in diesem Fall im Wesentlichen senkrecht zur Schwerkraftrichtung, so liegt die Messeinrichtung mit einer Seitenfläche der Aufnahme auf der Leitung auf und bleibt, solange keine äußeren Kräfte auf die Messeinrichtung wirken, in dieser Position. Ist die Leitung gegenüber der Waagerechten geneigt, ist es möglich, dass sich die Messeinrichtung nach dem Anbringen an der Leitung noch bewegt, bis sie in einer durch die Schwerkraft vorgegebenen Position fixiert ist. Die Position der Messeinrichtung an der Leitung kann in diesem Fall dadurch fixiert werden, dass die Reibkraft zwischen Messeinrichtung und Leitung erhöht wird, beispielsweise indem eine durch die Ausnehmung geführte Leitung durch ein Federelement geklemmt wird.
Es ist auch möglich, dass die Messeinrichtung ausgebildet ist, die Leitung bezüglich der Messeinrichtung durch Reib- oder Klemmkräfte zu haltern. Die Reibkraft kann so gewählt sein, dass die Position der Messeinrichtung an der Leitung bzw. der Leitung in der Messeinrichtung bei Vibrationen oder unabsichtlichen Berührungen gleich bleibt, jedoch mit geringem Kraftaufwand weiterhin eine relative Verschiebung zwischen Messeinrichtung und Leitung möglich ist. Eine solche Reibkraft kann erzeugt werden, indem der Durchmesser der Ausnehmung ähnlich wie der Durchmesser der Leitung gewählt ist, oder indem zumindest eine Umlenkung der Leitung innerhalb der Messeinrichtung erfolgt, oder indem zumindest Teilbereiche der Innenfläche der Ausnehmung aus einem elastischen Material gebildet sind, das durch eine durch die Ausnehmung geführte Leitung komprimiert wird, und/oder dadurch dass ein Federelement eine insbesondere raue Fläche gegen eine durch die Ausnehmung der Messeinrichtung geführte Leitung drückt.
Alternativ oder ergänzend kann der Messeinrichtung ein Befestigungselement zugeordnet sein, um die Leitung bezüglich der Messeinrichtung zu fixieren.
Üblicherweise wird es gewünscht, bei einer Befestigung der Messeinrichtung an einer Leitung die Isolation der Leitung nicht zu beschädigen. Zudem soll die Befestigung wieder lösbar sein. Es ist daher möglich, dass das Befestigungselement ein Klemmelement ist. Durch das Klemmelement kann die Leitung insbesondere gegen eine Innenfläche der Ausnehmung gedrückt werden oder die Leitung kann zwischen mehreren Bestandteilen des Klemmelements eingeklemmt sein. So kann das Klemmelement beispielsweise elastische Lamellen aufweisen, die entlang der der Leitung zugewandten Innenfläche der Ausnehmung angeordnet sind und in Richtung des Zentrums der Ausnehmung drückbar sind.
Eine Klemmung ist auch möglich, indem eine Schraube derart an der Messeinrichtung angeordnet ist, dass das Ende der Schraube durch Eindrehen der Schraube kontrolliert in die Ausnehmung eingeführt werden kann, wobei die Schraube ausnehmungsseitig insbesondere abgeflacht ist oder eine Platte aufweist. In diesem Fall kann die Schraube vor Einführen des Kabels aus der Ausnehmung herausgedreht werden und nach Einführen des Kabels kann dieses durch Hineindrehen der Schraube festgeklemmt werden.
Die Ausnehmung kann auch eine klappbare Seitenwand aufweisen, wobei nach einem Aufklappen der Seitenwand ein Kabel senkrecht zur Längsrichtung des Kabels in die Ausnehmung einlegbar ist, so dass das Kabel nach dem Schließen der klappbaren Seitenwand geklemmt ist.
Neben der Anordnung von Befestigungselementen in der Ausnehmung ist es selbstverständlich auch möglich, Befestigungselemente an anderen Teilen des Gehäuses der Messeinrichtung anzuordnen und eine Leitung beispielsweise durch Einklemmen der Leitung vor Eintritt in die Ausnehmung zu befestigen.
Eine Befestigung der Messeinrichtung am Kabel kann auch erfolgen, indem eine Schraube, die an der Messeinrichtung befestigt ist, leicht in die Isolation der Leitung eingeschraubt wird, ohne einen Kontakt mit dem stromführenden Teil der Leitung herzustellen, oder indem eine Leitung beispielsweise mehrfach oder mit einer Vielzahl von Richtungswechseln durch das Gehäuse der Messeinrichtung geführt ist, so dass einer Relativbewegung von Leitung und Messeinrichtung hohe Reibkräfte entgegenstehen.
Durch die Befestigung der Messeinrichtung an der Leitung kann die Messeinrichtung ortsfest an einer beliebigen Position der Leitung angebracht werden. Umgekehrt ist es jedoch auch möglich, die Messeinrichtung selbst an einem Gegenstand, beispielsweise einer Wand eines Schaltschranks, zu befestigen und durch das Befestigungselement die Leitung selbst zu haltern.
Das Befestigungselement ist nicht elektrisch leitend mit dem stromführenden Teil der Leitung verbunden. Das Befestigungselement stellt eine rein mechanische Kopplung zwischen Befestigungselement und Leitung bzw. Befestigungselement und Messeinrichtung her, bildet jedoch keinen elektrischen Kontakt zu den stromführenden Teilen dieser Elemente. Damit sind insbesondere elektrische, elektronische oder elektromechanische Bauelemente, wie beispielsweise Relais, Leistungsschutzschalter oder Schütze, keine Befestigungselemente.
Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass das Befestigungselement separat von der Messeinrichtung ausgebildet ist. Eine Befestigung der Messeinrichtung an der Leitung ist beispielsweise durch Kleber, Klebeband, Kabelbinder oder Drahtschlaufen möglich. Eine Fixierung der Leitung bezüglich der Messeinrichtung ist auch dadurch möglich, dass die Positionen der Messeinrichtung und der Leitung unabhängig voneinander gegenüber einer Befestigungsposition festgelegt werden. Beispielsweise kann die Messeinrichtung an einer Wand eines Schaltschranks befestigt sein und die Leitung kann insbesondere im unmittelbaren Umfeld der Messeinrichtung durch eine Schelle oder eine Klemme, die in diesem Fall das der Messeinrichtung zugeordnete Befestigungselement bildet, an der Wand befestigt sein. Die Messeinrichtung der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung kann damit sehr flexibel an beliebigen Stellen genutzt werden, an denen eine Messung einer physikalischen Größe des die Leitung durchfließenden Stroms gewünscht ist.
Vorteilhaft kann zur ortsfesten Befestigung der Leitungen in der Aufnahme oder zur Erzeugung einer definierten Reibkraft ein Federelement vorgesehen sein. So kann das Befestigungselement als in oder an der Ausnehmung angeordnetes Federelement ausgeführt sein. Dabei können zumindest Teile der Begrenzung der Ausnehmung durch ein Federelement gebildet sein oder durch das Federelement in Richtung des Zentrums der Ausnehmung bewegbar sein.
Die erfindungsgemäße Stromzählereinrichtung ermöglicht eine flexible Anordnung der Messeinrichtung in einem beliebigen Bereich einer stromdurchflossenen Leitung, für die eine physikalische Größe ermittelt werden soll. Vorteilhaft kann eine Messeinrichtung an nicht elektrisch aktiven Elementen eines Schaltschranks, beispielsweise an Hutschienen oder Wänden des Schaltschranks, an einer Gebäudewand, an durch eine Leitung mit elektrischer Energie versorgten Geräten oder Ähnlichem angeordnet sein.
Eine kontaktfreie Messung des Stromes, der durch eine Leitung fließt, ist insbesondere durch eine Messung des die Leitung umgebenden Magnetfelds möglich. Es ist daher möglich, dass die wenigstens eine Messeinrichtung wenigstens eine Rogowski-Spule umfasst, die um die das Gehäuse durchsetzende Ausnehmung herum angeordnet ist und/oder dass die Messeinrichtung wenigstens eine Hallsonde aufweist.
Hallsonden können sowohl zur Messung statischer als auch zur Messung dynamischer Magnetfelder genutzt werden. Sollen also mit der Stromzähleinrichtung Gleichströme gemessen werden, so ist die Verwendung von Hallsonden vorteilhaft. In Hallsonden wird eine Verschiebespannung aufgrund eines Stroms, der durch die Hallsonde geschickt wird, und der senkrechten Komponenten des die Hallsonde durchsetzenden Magnetfelds gemessen. Zum Erreichen einer optimalen Messgenauigkeit werden die Hallsonden so angeordnet, dass sie senkrecht zum Magnetfeld stehen. Bei optimaler Anordnung liegt der Leiter in der Ebene, auf der auch die Hallsonde liegt. Da das Magnetfeld des Leiters stark abstandsabhängig ist, ist es vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Hallsonden symmetrisch um die Aufnehmung im Gehäuse angeordnet ist.
Soll ein Wechselstrom gemessen werden, ist die Verwendung einer Rogowski-Spule vorteilhaft. Eine Rogowski-Spule ist eine toroidförmige Spule ohne ferromagnetischen Kern. Fließt ein Wechselstrom durch den Leiter, so ist dieser von einem magnetischen Wechselfeld umgeben. Damit ändert sich der Fluss durch die Spule, wodurch eine Spannung induziert wird. Das Integral dieser Spannung ist zum Leiterstrom proportional. Um eine Abhängigkeit der Strommessung von der Lage des Leiters innerhalb der Ausnehmung des Gerätes zu vermeiden, ist es möglich, eine Rogowski-Spule ohne einen Luftspalt zu verwenden. Zur Berechnung der verbrauchten Energie ist es vorteilhaft, dass die wenigstens eine Messeinrichtung zum Erfassen des Stroms und gegebenenfalls des Phasenwinkels als physikalische Größen ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Spannung sowie die Phase des Spannungsverlaufs mit der Zentraleinrichtung gemessen oder voreingestellt werden. Damit kann aus Spannung und Strom die Leistung berechnet werden und durch Integrieren ebenfalls die verbrauchte Energie. Die Berücksichtigung der Phase erlaubt es zwischen Wirk- und Blindleistung zu unterscheiden. Da bei gewerblichen Verbrauchern auch Kosten für die Nutzung von Blindleistung anfallen können, durch die jedoch kein Nutzwert entsteht, kann die Stromzählereinrichtung somit genutzt werden, um die Blindleistung zu verringern und damit Kosten zu sparen.
Die wenigstens eine Messeinrichtung kann auch zum Erfassen der physikalischen Größen in festgelegten oder festlegbaren Zeitintervallen ausgebildet sein. Damit können Informationen über den zeitlichen Verlauf des Gesamtverbrauchs sowie den Verbrauch von Einzelgeräten beziehungsweise Gerätegruppen gewonnen werden, ohne dass stets durch eine Auswerteeinrichtung auf die Stromzählereinrichtung zugegriffen werden muss. So kann durchgehend der zeitlich aufgelöste Energieverbrauch aufgezeichnet und bei Bedarf überprüft werden. Die Auswerteeinrichtung kann hierfür eine Vielzahl von Auswertemöglichkeiten bereitstellen. So kann schnell festgestellt werden, wann, wie häufig und wie lange welche Geräte beziehungsweise Gerätegruppen genutzt werden. Zudem können unnötige Verbraucher leichter erkannt werden. Ein solcher zeitlicher Verlauf des Energieverbrauchs kann auch genutzt werden, um Leistungsspitzen zu vermeiden, indem beispielsweise Nutzungszeiten von Geräten abgestimmt werden. Zudem kann versucht werden, Leistungsspitzen in Zeitfenster zu verschieben, in denen günstigerer Strombezug möglich ist.
Die Zentraleinrichtung kann zur digitalen Ansteuerung und zum digitalen Auslesen der mindestens einen Messeinrichtung ausgebildet sein, vorzugsweise über einen M-Bus, XML, TCP/IP, LAN oder einen Modbus. Die Kommunikation über einen digitalen Bus erlaubt es, eine Vielzahl von Messeinrichtungen über nur eine Busleitung zu betreiben. Bei der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung ist es auch wichtig, dass ein bewährtes und zuverlässiges Kommunikationsinterface genutzt wird. Hier haben sich M-Bus, Modbus, TCP/IP, LAN und XML bewährt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Standardbusses ist es, dass Komponenten, die eine Kommunikation über diesen Bus ermöglichen, leicht verfügbar sind. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, beliebige andere digitale kabelgebundene oder kabellose Protokolle wie z. B. LON zu verwenden. Auch eine analoge Ansteuerung und ein analoges Auslesen der Messeinrichtungen sind möglich.
Um die flexible Positionierbarkeit der Messeinrichtungen optimal nutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn auf ein Kommunikationskabel zwischen Zentraleinrichtung und Messeinrichtung verzichtet werden kann. Daher ist es möglich, dass die Messeinrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit der Zentraleinrichtung, insbesondere über W-LAN und/oder Bluetooth, ausgebildet ist. Insbesondere wenn zur Kommunikation mit der Zentraleinrichtung eine drahtlose Kommunikation genutzt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung ausgebildet ist, mit einer Batterie betrieben zu werden. Da den einzelnen Messeinrichtungen ein Identifikationsmerkmal zugeordnet oder zuordenbar ist, ist es in diesem Fall möglich einer vorhandenen Zentraleinrichtung weitere Messeinrichtungen zuzuordnen. Die Messeinrichtungen müssen in diesem Fall nur an einer zu messenden Leitung installiert und einer Zentraleinrichtung zugeordnet werden. Eine Zuordnung zu einer Zentraleinrichtung kann erfolgen, in dem das Identifikationsmerkmal der Messeinrichtung in der Zentraleinrichtung gespeichert wird, an der Messeinrichtung ein Identifikationsmerkmal gewählt wird, das einer Zentraleinrichtung zugeordnet ist, oder durch ein automatisches Erkennungsprotokoll, beispielsweise in dem innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Abstands jeweils eine bestimmte Taste an Zentraleinrichtungen und der Messeinrichtung betätigt wird, die Zuordnung automatisch ermittelt wird. Die Bestimmung des Identifikationsmerkmals und/oder die Zuordnung der Messeinrichtung zu einer Zentraleinrichtung kann auch durch die Auswerteeinheit, ein Smartphone, einen Tablett-PC, einen anderen Computer oder ein anderes Kommunikationsgerät erfolgen. Dies ist insbesondere durch Bluetooth, WLAN oder eine andere Form der Drahtloskommunikation möglich.
Bei der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung kann eine Vielzahl von Messeinrichtungen genutzt werden. Um eine klare Zuordnung der einzelnen Messeinrichtungen zu Verbrauchern oder Verbrauchergruppen zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn für jede zu messende Leitung eine Zuordnung der gemessenen Leitung zu einer Gruppe und/oder eine Phasenlage entweder an der zugeordneten Messeinrichtung und/oder durch die Steuereinrichtung einstellbar ist. Gegenüber fest vergebenen Zuordnungen haben einstellbare Zuordnungen zwei wesentliche Vorteile. Zum einen können, besonders bei großen Installationen, zunächst alle Messmodule in beliebiger Reihenfolge verbaut werden, wobei die Zuordnung anschließend erfolgen kann. Zum anderen ist es auch möglich, die Zuordnung mit einem Bezeichner zu versehen. Damit ist auch in dem Fall, wenn die Zentraleinrichtung oder die Auswerteeinrichtung ausgetauscht wird, weiterhin eine klare Zuordnung einzelner Verbraucher oder Verbrauchergruppen möglich. Einstellbare Phasen der Messeinrichtungen ermöglichen den Betrieb von baugleichen Messeinrichtungen für mehrere Phasen bei einer dreiphasigen Strommessung und ebenfalls die Strommessung in zweiphasigen Netzen. Damit wird herstellerseitig die Anzahl der verschiedenen Messeinrichtungen reduziert und kundenseitig entsteht der Vorteil, dass die Messeinrichtungen vielseitiger verwendbar sind.
Die Zentraleinrichtung kann zudem eine Schnittstelle zur Verbindung mit weiteren Zentraleinrichtungen weiterer Stromzählereinrichtungen aufweisen. Damit kann über einen Kommunikationsbaustein der Zugriff auf mehr Messeinrichtungen ermöglicht werden, als an einer Zentraleinheit angeschlossen werden können. Damit ist es möglich, Komponenten wie einen Router einzusparen.
Ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung ist die Kommunikation mit der Auswerteeinheit. Um eine möglichst flexible Integration in eine bestehende Infrastruktur zu ermöglichen, kann der Kommunikationsbaustein mindestens eine Schnittstelle aus der Gruppe M-Bus, Modbus, USB und Ethernet zum Anschluss der Auswerteeinheit aufweisen und/oder zur Drahtloskommunikation mit der Auswerteeinheit über WLAN und/oder Bluetooth ausgebildet sein. Damit ist die Nutzung verschiedener Auswerteeinheiten möglich. So kann beispielsweise ein Servicetechniker vor Ort die Stromzählereinrichtung mit einem mobilen Auswertegerät, das über Bluetooth kommuniziert, auslesen. Gleichzeitig kann es aber auch möglich sein, dass die Stromzählereinrichtung weiterhin fest mit dem Firmennetz verbunden ist. Damit entstehen für weitere Nutzer keine Einschränkungen der Nutzung, während lokal die Nutzung einer mobilen Auswerteeinheit möglich ist. Die Vielzahl der möglichen Schnittstellen beziehungsweise drahtlosen Kommunikationsmöglichkeiten erlaubt auch eine flexible Integration in bestehende Kommunikationsinfrastruktur. So kann beispielsweise ein Fehlen einer drahtgebundenen Kommunikationsverbindung am Messort leicht durch die Verwendung einer WLAN-Verbindung ausgeglichen werden. Andererseits kann die Zentraleinrichtung auch an bestehende M-Bus- oder Modbus-Verbindungen angebunden werden. Gerade auch im Wartungsbereich kann es vorteilhaft sein, die Zentraleinrichtung über USB oder eine Drahtloskommunikation, beispielsweise über Bluetooth, anzusprechen. Selbstverständlich ist auch eine Vielzahl anderer Nutzungen dieser Protokolle denkbar.
Eine besonders flexible Nutzung der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung ist möglich, wenn der Kommunikationsbaustein einen Webserver aufweist, um die Ausgabedaten der Auswerteeinheit zur Verfügung zu stellen. Damit kann beispielsweise ein weltweiter Zugriff auf die Daten über das Internet möglich sein, insbesondere geschützt innerhalb eines Virtual Privat Networks. Auch die Bedienführung kann hier sehr einfach gestaltet werden, da eine Internetseite als Benutzerinterface genutzt werden kann und der Benutzer damit keine neuen gerätespezifischen Bedienmuster erlernen muss. Andererseits ist es jedoch auch möglich, dass der Webserver mit einem weiteren Webserver kommuniziert, der Daten einer Vielzahl von Stromzählereinrichtungen sammelt und auswertet. Damit kann es beispielsweise möglich sein, über eine einzelne Internetseite Zugriff auf alle Stromzählereinrichtungen eines weltweit agierenden Unternehmens zu geben. Selbstverständlich ist hier auch eine Differenzierung von Zugriffsrechten möglich. Selbstverständlich ist auch die Nutzung von anderen Internetprotokollen möglich. So können beispielsweise in regelmäßigen Abständen oder ereignisorientiert e-Mails, SMS oder andere Nachrichten mit zusammengefassten Informationen verschickt werden.
Hier ist es besonders vorteilhaft, wenn der Webserver mit der Auswerteeinheit über ein Modem, ein DSL-Modem, ein GSM-Modem, ein UMTS-Modem oder via LAN verbindbar oder verbunden ist.
Die Messeinrichtung kann in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet sein. Durch ein solches Gehäuse können insbesondere bei der Nutzung einer Rogowski-Spule als Sensor besonders kompakte Abmessungen der Messeinrichtung erreicht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung ist es wie bereits erwähnt nicht notwendig, die Messeinrichtungen fest an bestimmten Stellen anzuordnen, sondern sie können an jedem Punkt des zu messenden Kabels angeordnet sein. Insbesondere um dennoch in Bereichen mit einer Vielzahl von Kabeln einen geordneten Aufbau der Stromzählereinrichtung zu erreichen, ist es möglich, dass das Gehäuse der Messeinrichtung auf wenigstens einer, vorzugsweise zwei insbesondere gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses jeweils ein Kopplungselement zum formschlüssigen Koppeln der Messeinrichtung mit einer weiteren Messeinrichtung aufweist. Dabei kann das erste der Kopplungselemente eine gegengleich zur Form des zweiten Kopplungselements ausgebildete From aufweisen. Durch die Kopplungselemente ist es möglich, dass mehrere Messeinrichtungen durch einfaches Stecken miteinander verbunden werden können, um größere Blöcke aus mehreren Messeinrichtungen zu bilden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Stromzähleranordnung, umfassend wenigstens eine Leitung und eine beschriebene Stromzählereinrichtung, wobei die Leitung durch die Ausnehmung des Gehäuses der Messeinrichtung geführt ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematisch Übersicht einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung mit angeschlossener Auswerteeinheit,
2 eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung,
4 eine andere Ansicht der Messeinrichtung von 3,
5 eine geschnittene Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung,
6 eine geschnittene Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung,
7 eine geschnittene Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung,
8 ein Beispiel der ortsfesten Anordnung der in 3 gezeigten Messeinrichtung an einer Leitung, und
9 eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung,
10 eine Anordnung aus mehreren der in 9 gezeigten Messeinrichtungen, und
11 ein siebtes Beispiel der Messeinrichtung einer erfindungsgemäßen Stromzählereinrichtung.
1 zeigt schematisch eine Übersicht der Stromzählereinrichtung 1 mit angeschlossener Auswerteeinheit 13, die als Laptop ausgebildet ist. Alternativ sind auch Smartphones, Tablet-PCs oder andere Computer oder Datenverarbeitungsanlagen nutzbar. Die Stromzählereinrichtung 1 umfasst eine Zentraleinrichtung 2 sowie mehrere Messeinrichtungen 3, 4. Die Messeinrichtungen 3, 4 sind an Leitungen 5, 9 angeordnet und über ein Flachbandkabel 7 mit einem Anschluss 8 der Zentraleinrichtung 2 verbunden. Die Zentraleinrichtung 2 der Stromzählereinrichtung 1 ist über das Internet 32 mit der Auswerteeinheit 13 verbunden. Der Energieverbrauch wird sowohl an einzelnen Leitungen 5 sowie an Leitungen 9, die gemeinsam eine dreiphasige Stromversorgung bilden, gemessen. An den einphasigen Leitungen 5 sind Messeinrichtungen 3 mit einer einzelnen Ausnehmung angeordnet. An den Leitungen 9 ist eine Messeinrichtung 4 mit drei Ausnehmungen vorgesehen, wobei jede der Ausnehmungen zu einer der Leitungen 9 und damit einer der Phasen korrespondiert. Alternativ wäre es möglich, an den Leitungen 9 jeweils eine einzelne Messeinrichtung 3 anzuordnen. Die Nutzung einer gemeinsamen Messeinrichtung 4 für die drei Phasen einer dreiphasigen Stromversorgung ermöglicht einen klaren Aufbau der Stromzählereinrichtung.
Die Messeinrichtungen 3, 4 sind dazu ausgebildet, in einem festen zeitlichen Abstand Stromstärke und -phase zu messen. Zudem ist jeder Messeinrichtung 3, 4 ein Identifikationsmerkmal, das die Messeinrichtung einem Verbraucher oder einer Verbrauchergruppe zuordnet, sowie eine Phasenlage der Spannung zugeordnet. Die Verbindung zwischen Messeinrichtungen 3, 4 und Zentraleinrichtung 2 erfolgt über einen Modbus. Alternativ wäre auch eine Verbindung über TCP/IP möglich. Die einzelnen Messeinrichtungen 3, 4 sind über Anschlüsse 11 und das Flachbandkabel 7 mit dem Anschluss 8 der Zentraleinrichtung verbunden. Die dreiphasig ausgebildete Messeinrichtung 4 weist drei Anschlüsse 11 auf. Über diese Verbindung kommuniziert der in der Zentraleinrichtung 2 angeordnete Controller 10 mit den einzelnen Messeinrichtungen 3, 4 und kann die Werte der Stromstärke und der Phase aufnehmen. Im Controller 10 wird mit der bekannten Spannung und der den Messeinrichtungen 3, 4 zugeordneten jeweiligen Phase die Wirk- und Blindleistung berechnet. Zudem wird durch Integration über ein einstellbares Zeitfenster zeitlich aufgelöst der Energieverbrauch berechnet. Der Controller 10 ist mit einem Kommunikationsbaustein 12 verbunden. Der Kommunikationsbaustein 12 stellt eine Vielzahl an Verbindungsmöglichkeiten zur Verfügung. Die Kommunikation mit der Auswerteeinheit 13 erfolgt über einen in den Kommunikationsbaustein 12 integrierten Webserver 14. Der Webserver 14 ist über einen in den Kommunikationsbaustein 12 integrierten Ethernetanschluss 15 und einem Ethernetkabel 16 mit dem Internet 32 verbunden und kommuniziert über das Internet 32 mit einem DSL-Modem 18, das über Ethernet mit der Auswerteeinheit 13 verbunden ist. Die Verbindung des Webservers mit dem Internet kann alternativ über eine DSL-Verbindung erfolgen. Die Kommunikation über das Internet kann herkömmlich oder geschützt durch ein Virtual Privat Network erfolgen. Als zusätzliche oder alternative Auswerteeinheit ist auch ein Smartphone oder Tablet-PC 17 nutzbar, der drahtlos mit dem Internet verbunden ist.
Die Zentraleinrichtung 2 weist zudem eine Vielzahl weiterer Anschlüsse 19 auf. Über diese weiteren Anschlüsse 19 kann die Zentraleinrichtung 2 mit einer Stromversorgung verbunden werden, die die zu messenden Leitungen 5, 9 speist. Damit kann die Zentraleinrichtung die Amplitude und/oder Phase der Spannung wenigstens einer der Leitungen 5, 9 ermitteln. Diese erlauben zudem die Verbindungen mit weiteren Zentraleinheiten, um mehrere Stromzählereinrichtungen zu verbinden, zum anderen den Anschluss weiterer Auswerteeinheiten über USB, M-Bus, TCP/IP, LAN und Modbus. Zur Anbindung an andere Kommunikationsinfrastrukturen, beziehungsweise zu Wartungszwecken stehen auch Einrichtungen zur drahtlosen Kommunikation 20 zur Verfügung. Hierüber ist eine Kommunikation mit Mobilfunkgeräten über GSM oder UMTS sowie eine Anbindung über Bluetooth und WLAN möglich.
2 zeigt eine geschnittene Ansicht der Messeinrichtung 3 der Stromzählereinrichtung 1. Die Leitung 9 ist durch eine Ausnehmung 21 des Gehäuses 22 geführt. Um die Ausnehmung 21 ist eine Rogowski-Spule 28 angeordnet. Durch das magnetische Wechselfeld der Leitung 9, die Wechselstrom führt, wird in der Rogowski-Spule 28 eine Wechselspannung induziert. Durch Integration der induzierten Spannung in einer Ausleseelektronik 23 kann eine Größe bestimmt werden, die proportional zur Stromstärke ist. Zudem kann die Phase des Stroms ermittelt werden. Die in der Ausleseelektronik 23 ermittelten Messwerte werden von einer Datenverarbeitungseinrichtung 24 gespeichert und verarbeitet. Damit ist insbesondere eine Pufferung der Messwerte möglich, bis sie an die Zentraleinrichtung 2 übertragen werden. Auch können somit Daten in festen Zeitintervallen aufgenommen werden, ohne dass Steuersignale von der Zentraleinrichtung 2 an die Messeinrichtung 3 übertragen werden müssen. Die Kommunikation mit der Zentraleinrichtung 2 erfolgt über einen Modbus-Anschluss 11, der über einen Schnittstellentreiber 25 angebunden ist. Die Stromversorgung der Messeinrichtung 3 erfolgt ebenfalls über den Anschluss 11.
Die Messeinrichtung 3 ist auf die Leitung 9 aufgeschoben, wobei die Messeinrichtung 3 an der Leitung 9 durch Reibung (Haftreibung) fixiert ist. Erst wenn eine Kraft auf die Messeinrichtung 3 ausgeübt wird, die größer als die Reibung ist, kann die Messeinrichtung 3 entlang der Leitung 9 bzw. die Leitung 9 entlang der Messeinrichtung 3 verschoben werden. Zur Führung der Messeinrichtung 3 an der Leitung 9 sind an der Innenfläche 26 der Ausnehmung 21 drei Befestigungselemente 6, die als Federelemente ausgebildet sind, vorgesehen, die entlang der Innenfläche 26 der Ausnehmung 21 angeordnet sind. Die Elastizität der Federelemente ist so gewählt, dass die Leitung 9 mit leichtem Druck durch die Ausnehmung 21 geführt werden kann, gleichzeitig jedoch eine ausreichend große Reibungskraft durch die Federelemente auf die Leitung 9 ausgeübt wird, dass die Messeinrichtung 3 bezüglich der Leitung 9 fixiert ist.
3 zeigt eine Messeinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Stromzählereinrichtung. Der elektronische Aufbau der Messeinrichtung entspricht dem Aufbau der in 2 gezeigten Messeinrichtung. Ergänzend ist an der Messeinrichtung in 3 ein Taster 27 vorgesehen, der es einem Benutzer ermöglicht, durch Drücken des Tasters das Identifikationsmerkmal der Messeinrichtung 3 einzustellen. Durch eine lange Betätigung des Tasters 27 kann die Eingabe aktiviert werden und anschließend kann durch mehrmaliges Drücken des Tasters 27 das Identifikationsmerkmal umgeschaltet werden. Der Taster 27 ist hierfür mit einem digitalen Eingang der Datenverarbeitungseinrichtung 24 verbunden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 24 kann anschließend die über den Modbus-Anschluss 11 bereitgestellten Datenpakete mit dem durch den Taster 27 vorgegebenen Identifikationsmerkmal markieren. Zusätzlich ist an der Messeinrichtung 3 eine RGB-Leuchtdiode 41 vorgesehen. Die RGB-Leuchtdiode wird durch die Datenverarbeitungseinrichtung 24 angesteuert und zeigt durch Helligkeits- und/oder Farbwechsel Funktionen und Zustände der Messeinrichtung 3 an. Der rohrförmige Aufbau des Gehäuses 22 der Messeinrichtung 3 ist der geometrischen Form der in der Messeinrichtung 3 integrierten Rogowski-Spule 28 angepasst. Dadurch sind besonders kompakte Abmessungen der Messeinrichtung möglich.
In der in 3 gezeigten Messeinrichtung sind keine Klemmelemente vorgesehen und es wird kein zusätzlicher Druck auf Leitung 9 ausgeübt, um die Reibung zwischen Leitung 9 und Messeinrichtung 3 zu erhöhen. Verläuft Leitung 9 nicht waagerecht, wie in 4 gezeigt, wird die Messeinrichtung 3 bereits bei geringen Erschütterungen ohne zusätzliche Kräfte in eine Lage minimaler potenzieller Energie bewegt, wie in 4 gezeigt ist. Dies beeinträchtigt die Messfunktion der Messeinrichtung 3 nicht, da die durch die Messeinrichtung 3 gemessenen Messgrößen ausschließlich von dem durch die Leitung 9 erzeugten magnetischen Feld und damit vom Strom, der im Bereich der Messeinrichtung 3 durch Leitung 9 fließt, abhängig sind. Der Stromfluss ist entlang der gesamten Leitung 9 konstant.
Dennoch ist es häufig gewünscht, die Position einer Messeinrichtung 3 bezüglich der Leitung 9 bzw. umgekehrt festzulegen. Eine Festlegung der relativen Position von Messeinrichtung und Leitung 9 ist durch eine direkte Befestigung der Leitung 9 in der Ausnehmung 21 der Messeinrichtung 3 möglich. Die 5, 6 und 7 zeigen diverse Befestigungselemente, die dies ermöglichen. Die in den 5, 6 und 7 gezeigten Schnitte schneiden die Messeinrichtung 3 in Bereichen, in denen keine elektronischen Bauteile angeordnet sind. Diese Schnittebenen wurden zur besseren Übersichtlichkeit gewählt.
5 zeigt eine Messeinrichtung 3, bei der im Gehäuse 22 eine Öffnung mit einem Innengewinde 30 vorgesehen ist, in die eine Schraube 29 mit einem Befestigungselement 31, das als eine gegenüber der Schraube 29 drehbare Endplatte ausgebildet ist, eingebracht ist. Gegenüber der Gehäuseöffnung sind an der Innenfläche 26 der Ausnehmung 21 zwei symmetrisch zur Schraube 29 angeordnete Befestigungselemente 6, die als Federelemente ausgebildet sind, angebracht. Zum Einführen einer Leitung in die Ausnehmung 21 wird die Schraube 29 aus dem Gehäuse 22 gedreht, maximal soweit, bis die Endplatte an der Innenfläche 26 der Ausnehmung 21 anschlägt. Dann kann eine Leitung in die Ausnehmung 21 eingeführt werden. Wird die Schraube 29 nun soweit in das Gehäuse eingedreht, dass über die Leitung ein leichter Druck auf die Federelemente ausgeübt wird, so ist die Position der Messeinrichtung 3 gegenüber der Leitung durch Reibkräfte festgelegt. Die Größe der Reibkräfte ist durch die Stellung der Schraube 29 einstellbar. Wird die Schraube 29 weiter in die Ausnehmung 21 geschraubt, so können die Reibkräfte zwischen der Leitung und Endplatte bzw. Federelementen soweit erhöht werden, dass die relative Position von Leitung und Messeinrichtung 3 derart festgelegt ist, dass keine weitere Verschiebung möglich ist.
6 zeigt eine weitere Möglichkeit zum Aufbau des Befestigungselements. Am Gehäuse 22 sind im Bereich der Ausnehmung 21 die elastischen Befestigungselemente 33 angeordnet. Wird nun eine Leitung in Richtung des Pfeils 36 in die Ausnehmung 21 eingeführt, werden Befestigungselemente 33, die als Lamellen ausgebildet sind, in Richtung der Innenfläche 26 der Ausnehmung 21 gedrückt. Damit klemmen die Enden der Lamelle die Leitung. Sind solche Lamellen an beiden Seiten der Ausnehmung 21 des Gehäuses 22 vorgesehen, stehen einer relativen Bewegung zwischen Messeinrichtung 3 und Leitung in beide Richtungen Reib- und Klemmkräfte entgegen. Erst nach Überwindung dieser Klemmkräfte ist eine Relativbewegung zwischen der Messeinrichtung 3 und der nicht gezeigten Leitung möglich.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Reibung zwischen der Leitung 9 und der Innenfläche 26 der Ausnehmung 21 soweit erhöht ist, dass die relative Position von Leitung 9 und Messeinrichtung festgelegt ist. Durch die Formgebung des Gehäuses 22 bzw. der Ausnehmung 21 wird die Leitung 9 mehrfach umgelenkt, wodurch eine Bewegung der Leitung 9 in Längsrichtung verhindert wird. Ein Einbringen der Leitung 9 in die Messeinrichtung 3 kann erfolgen, indem die Ausnehmung 21 zumindest abschnittsweise einseitig in Richtung senkrecht zur Bildebene offen ist. Damit kann die Leitung 9 senkrecht zur Bildebene in die Ausnehmung 21 eingelegt werden und anschließend durch ein oder mehrere Sicherungselemente, die eine Bewegung der Leitung senkrecht zur Bildebene einschränken, befestigt werden.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Festlegung der relativen Position von Messeinrichtung und Kabel durch ein separates Befestigungselement. Die in 8 gezeigte Messeinrichtung 3 ist wie die in 3 gezeigte Messeinrichtung aufgebaut. Zusätzlich ist an der Messeinrichtung 3 eine Öse 36 vorgesehen, durch die das als Kabelbinder ausgeführte Befestigungselement 38 geführt werden kann. Am Anschluss 11 ist ein Kabel 37 angeschlossen, das die Messeinrichtung 3 mit der Zentraleinrichtung 2 verbindet. Durch die ortsfeste Verbindung des Kabels 37 mit der Leitung 38, und der Öse 36 durch den Kabelbinder, relativ nah am Anschluss 11, ist die relative Position der Messeinrichtung 3 bezüglich der Leitung 9 innerhalb enger Grenzen festgelegt. Die Festlegung der relativen Position kann in dieser einfachen Ausführung weiter verbessert werden, indem durch Federelemente in der Ausnehmung 21 die Reibung zwischen Leitung 9 und Messeinrichtung 3 erhöht wird.
9 und 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel, um Messeinrichtungen der Stromzählereinrichtung auch dann geordnet an einem Leitungsstrang anzuschließen, wenn die einzelnen Messeinrichtungen ausschließlich an den Leitungen befestigt sind. Hierzu sind an der in 9 gezeigten Messeinrichtung 3 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 22 der Messeinrichtung 3, die nicht durch die Ausnehmung 21 durchsetzt sind, Kopplungselemente 39, 40 ausgebildet, die eine Kopplung der Messeinrichtung 3 mit weiteren Messeinrichtungen erlauben. Mittels dieser Kopplungselemente können mehrere Messeinrichtungen zusammengefügt werden, um die einzelnen Phasen einer mehrphasigen Stromversorgung zu messen oder auch um eine Vielzahl von Leitungen in einer geordneten Anordnung zu messen. Das Kopplungselement 39 bildet dabei einen Vorsprung, der in die durch das Kopplungselement 40 einer weiteren Messeinrichtung gebildete Ausnehmung eingreifen kann. Die Kopplungselemente 39 und 40 sind derart geformt, dass ein Einführen des vorstehenden Kopplungselements 39 in die Ausnehmung, die durch das Kopplungselement 40 gebildet wird, in Richtung der Ausnehmung möglich ist. Die einzelnen Messeinrichtungen können zusammengesteckt werden und sind anschließend durch Reibung miteinander verbunden.
10 zeigt eine Anordnung mehrerer der in 9 gezeigten Messeinrichtungen 3, wodurch ein kompakter Block gebildet wird.
11 zeigt ein weiteres Beispiel der Messeinrichtung einer Stromzählereinrichtung. Der mechanische Aufbau der Messeinrichtung 3 entspricht der in 2 gezeigten Messeinrichtung, das heißt das Gehäuse 22 ist durch eine Ausnehmung 21 durchbrochen, durch die eine Leitung 9 geführt ist, die durch die Befestigungselemente 6, die als Federelemente ausgeführt sind, gehaltert ist. Elektronisch ist die in 11 gezeigte Messeinrichtung 3 jedoch in drei wesentlichen Punkten anders aufgebaut. Die Strommessung erfolgt in der Messeinrichtung 3 durch Hallsonden 42 und nicht durch eine Rogowski-Spule. Zudem wird die Messeinrichtung 3 durch die Batterie 46 mit Energie versorgt. Die Kommunikation erfolgt drahtlos über Bluetooth. Dazu ist eine Antenne 48 und ein Antennentreiber 47 vorgesehen.
Die Strommessung erfolgt in der Messeinrichtung 3 ebenfalls durch die Messung des durch den durch die Leitung 9 fließenden Strom erzeugten Magnetfelds. Ein durch die Leitung 9 fließender Strom erzeugt ein radial um die Leitung 9 verlaufendes Magnetfeld, das jeweils senkrecht auf den Oberflächen der Hallsonden 42 steht. Durch die Hallsonden 42 wird senkrecht zur Bildebene ein konstanter Strom geführt. Aufgrund des Halleffektes werden die Ladungsträger des senkrecht zur Bildebene durch die Hallsonden 42 fließenden Stromes abgelenkt. Dadurch fällt jeweils zwischen einer Referenzleitung 43 und einer Signalleitung 44 eine Spannung ab, die durch die Ausleseelektronik 45 erfasst und ausgewertet wird. Vorteilhaft ist die Nutzung von Hallsonden zur Strommessung insbesondere dann, wenn auch Gleichströme erfasst werden sollen. Prinzipiell ist die Nutzung einer einzelnen Hallsonde 42 zur der Messung des durch die Leitung 9 fließenden Stroms ausreichend. Durch die Nutzung von vier Hallsonden 42 in Messeinrichtung 3 ist es jedoch möglich, dass eine geringfügige Verschiebung der Leitung 9 bezüglich der Messeinrichtung in der Bildebene erkannt wird und der daraus resultierende Messfehler für die Stromstärke korrigiert wird.
Selbstverständlich ist es möglich, die unterschiedlichen Ausführungsformen für Messeinrichtung 3 beliebig zu kombinieren. So kann gewählt werden, ob zur Magnetfeldmessung eine Rogowski-Spule, Hallsonden oder beides genutzt wird. Ebenso ist es möglich, beliebige Kombinationen aus kabelgebundenen und/oder kabellosen Verbindungsmöglichkeiten für eine Zentraleinrichtung vorzusehen. Zusätzlich können an der Messeinrichtung 3 auch Kommunikationsmittel für eine direkte Kommunikation mit einer Auswerteeinrichtung vorgesehen sein. Auch die Art der Stromversorgung kann frei gewählt werden, so dass die Messeinrichtung 3 entweder kabelgebunden mit Strom versorgt wird oder die Energieversorgung durch eine Batterie 46 erfolgt.
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 102009024301 A1 [0004]

Claims

Stromzählereinrichtung, umfassend wenigstens eine Messeinrichtung (3, 4) die zum berührungslosen Erfassen physikalischer Größen eines durch eine Leitung (5, 9) fließenden Stroms ausgebildet ist, wobei der Messeinrichtung (3, 4) ein Identifikationsmerkmal zugeordnet oder zuordenbar ist, und wobei die Messeinrichtung (3, 4) in einem von mindestens einer Ausnehmung (21), durch die eine zu messende Leitung (5, 9) führbar ist, durchsetzten Gehäuse (22) angeordnet ist, eine Zentraleinrichtung (2), die zum Auslesen der mindestens einen Messeinrichtung (3, 4) ausgebildet ist und einen Kommunikationsbaustein (12) umfasst, mindestens einen Controller (10), der im Gehäuse (22) der wenigstens einen Messeinrichtung (3, 4) oder in der Zentraleinrichtung (2) angeordnet ist, zum Speichern und Verarbeiten der von der mindestens einen Messeinrichtung (3, 4) erfassten physikalischen Größen und des jeweiligen Identifikationsmerkmals, der zum Berechnen der verbrauchten Energie aus den physikalischen Größen ausgebildet ist, wobei der Kommunikationsbaustein (12) zur Bereitstellung der von dem Controller (10) berechneten physikalischen Größen und des jeweils zugeordneten Identifikationsmerkmals über eine Kommunikationsschnittstelle als Ausgabedaten für eine Auswerteeinheit (13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Messeinrichtung (3, 4) und die Zentraleinrichtung (2) als separate Module ausgebildet sind.
Stromzählereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5, 9) in der Ausnehmung (21) bewegbar angeordnet ist.
Stromzählereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (3, 4) ausgebildet ist die Leitung (5, 9) bezüglich der Messeinrichtung (3, 4) durch eine Reib- oder Klemmkraft zu haltern.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinrichtung (3, 4) ein Befestigungselement (6, 31, 33, 38) zugeordnet ist, um die Leitung (5, 9) bezüglich der Messeinrichtung (3, 4) zu fixieren.
Stromzählereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (6, 31, 33, 38) als in oder an der Ausnehmung (21) angeordnetes Federelement ausgebildet ist.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Messeinrichtung (3, 4) wenigstens eine Rogowski-Spule (28) umfasst, die um die das Gehäuse (22) durchsetzende Ausnehmung (21) herum angeordnet ist und/oder dass die Messeinrichtung (3, 4) wenigstens eine Hallsonde aufweist.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Messeinrichtung (3, 4) zum Erfassen der physikalischen Größen in festgelegten oder festlegbaren Zeitintervallen ausgebildet ist.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinrichtung (2) zur digitalen Ansteuerung und zum digitalen Auslesen der mindestens einen Messeinrichtung (3, 4) ausgebildet ist, vorzugsweise über einen M-Bus, XML, TCP/IP, LAN oder einen Modbus.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (3, 4) zur Drahtloskommunikation mit der Zentraleinrichtung (2), insbesondere über WLAN und/oder Bluetooth, ausgebildet ist.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede zu messende Leitung (5, 9) eine Zuordnung der gemessenen Leitung (5, 9) zu einer Gruppe und/oder eine Phasenlage entweder an der zugeordneten Messeinrichtung (3, 4) und/oder durch die Zentraleinrichtung (2) einstellbar ist.
Stromzählereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) der Messeinrichtung (3, 4) auf wenigstens einer, vorzugsweise zwei insbesondere gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (22) jeweils ein Kopplungselement (39, 40) zum formschlüssigen Koppeln der Messeinrichtung (3, 4) mit einer weiteren Messeinrichtung (3, 4) aufweist.
Strommessanordnung, umfassend wenigstens eine Leitung (5, 9) und eine Stromzählereinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitung durch die Ausnehmung (21) des Gehäuses (22) der Messeinrichtung (3, 4) geführt ist.