DE112015005866B4

DE112015005866B4 - Energiemesssystem mit Sensoren ohne äußere Stromversorgung

Info

Publication number: DE112015005866B4
Application number: DE112015005866.4T
Authority: DE
Inventors: Dirk Beiner; Mihail Mastroyiannis
Original assignee: Energybox Ltd
Current assignee: Energybox Ltd
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: US20160187396A1; GB2548725A; GB2548725B; WO2016107736A1; DE112015005866T5; GB201707778D0; US9658264B2

Abstract

Energiemesssystem (100) zum Bestimmen elektrischer Lasten einer Verteilertafel (112), wobei das Energiemesssystem (100) aufweist:eine Vielzahl von Sensoren (120) zum Erfassen einer elektrischen Last von einer Vielzahl von Schutzschaltern (114) und Bereitstellen von entsprechenden Sensordaten, wobei die Vielzahl von Sensoren (120) in der Nähe der Vielzahl von Schutzschaltern (114) der Verteilertafel (112) angeordnet ist;ein Datenverarbeitungssystem zum Umwandeln der Sensordaten der Vielzahl von Sensoren (120) in elektrische Last-Informationen für eine Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen, die von entsprechenden Schutzschaltern (114) geschützt werden; undeine Energiesammelvorrichtung zum Versorgen der Vielzahl von Sensoren (120), wobei die zumindest eine Energiesammelvorrichtung vor einer Schutzabdeckung (420) der Verteilertafel (112) angeordnet ist, welche die Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen schützt, wobeidie Energiesammelvorrichtung aufweist:zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element, dessen Kernquerschnitt größer als eine Stirnfläche (212) von jedem der Schutzschalter (114) ist; undeine Spule (452), die zum Sammeln elektrischer Energie von einer Vielzahl von Schutzschaltern (114) und/oder entsprechenden elektrischen Schaltkreisen eingerichtet ist.

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung ist mit den folgenden parallel anhängigen Anmeldungen verwandt: Die parallel anhängige US-Anmeldung Nr. 14/586,740 , eingereicht am 30. Dezember 2014 (Anwaltszeichen Nr. EBL-003), mit Titel „Energiemesssystem und Verfahren zu dessen Kalibrierung“ („Energy metering system and method for its calibration“), und die parallel anhängige US-Anmeldung Nr. 14/586,696 , eingereicht am 30. Dezember 2014 (Anwaltszeichen EBL-002) mit Titel „Visualisierung elektrischer Lasten“ („Visualization of electrical loads“) offenbaren weitere Aspekte des erfindungsgemäßen, hier offenbarten Energiemesssystems. Die Anmeldung EBL-002 stellt weitere Details hinsichtlich der Kalibrierung und des Betriebs des Sensorsystems bereit. Die Anmeldung EBL-003 stellt weitere Details hinsichtlich der Visualisierung von Sensordaten bereit, die durch das Messsystem erhalten werden. Die Offenbarung dieser Anmeldungen ist durch Bezugnahme in der vorliegenden Schrift aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Energiemesssysteme mit einer Vielzahl von Sensoren. In bestimmten Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Energiemesssystem mit einer Vielzahl von Sensoren ohne externe Stromversorgung zur Installation an einer Verteilertafel, das in der Lage ist, elektrische Lasten schaltkreisbasiert zu bestimmen. Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen Sensorvorrichtungen und Sicherungskästen, beispielsweise eine Sensorvorrichtung und einen Sicherungskasten, welche elektrische Energie für den Betrieb von Sensoren bereitstellen.
HINTERGRUND
Bei herkömmlichen Energieverteilernetzen wird der Energieverbrauch eines Ortes (Englisch „site“, Deutsch auch: „Abnehmer“) typischerweise an einem zentralen Versorgungspunkt gemessen, z.B. zwischen einer Versorgungsleitung eines Energieversorgers und der ersten Verteilertafel eines gegebenen Orts, z.B. einem einzelnen Gebäude oder einem eigenständigen Teil eines Gebäudes wie etwa einer Wohnung oder dergleichen. Auf diese Weise kann die gesamte an diesem bestimmten Ort verbrauchte elektrische Energie gemessen werden, unabhängig von dem elektrischen Verteilersystem des gegebenen Orts.
Herkömmliche Energiemesssysteme zeichnen die Gesamtnutzung an elektrischer Energie lokal auf. Derartige Energiemesssysteme müssen regelmäßig vom Verbraucher, dem Energieversorger oder einem Dienstleister abgelesen werden. In jüngster Zeit wurden sogenannte intelligente bzw. smarte Messvorrichtungen in verschiedenen Ländern eingeführt. Bei einem intelligenten Messsystem teilt eine intelligente Messvorrichtung einem Versorgungsunternehmen, z.B. dem Energieversorger oder Dienstleister, die Menge an verbrauchter Energie an einem bestimmten Ort mit. In manchen Fällen wird die verbrauchte Energie nur auf Anfrage mitgeteilt, z.B. zur Ausstellung einer Verbrauchsabrechnung. Andere intelligente Messsysteme gestatten eine regelmäßigere Rückmeldung von Energieverbrauchsdaten, z.B. jeden Tag oder jede Stunde. Jedenfalls wird die durch derartige Energiemessvorrichtungen verbrauchte Energie von einer elektrischen Versorgungsleitung, an welche sie angeschlossen ist, bereitgestellt.
Das regelmäßige Mitteilen des Energieverbrauchs an das Versorgungsunternehmen gestattet die Implementierung neuer Abrechnungsmodalitäten. Zum Beispiel können Verbraucher von einem Energieversorger mit niedrigeren Preisen belohnt werden, falls sie übermäßigen Energieverbrauch in Zeiten hoher Nachfrage vermeiden, und stattdessen ihren Energieverbrauch auf Zeiträume geringerer Nachfrage verlagern, wie etwa nachts.
Obgleich solche Systeme auf makroskopischer Ebene hilfreich sind, sind Energiemesssysteme, welche den Energieverbrauch eines vergleichsweise großen Orts an einem einzelnen Punkt messen, in vielen Fällen nicht ausreichend, um den Energieverbrauch eines einzelnen Nutzers im Detail zu analysieren. Zum Beispiel mag ein Nutzer feststellen, dass er oder sie zu einer bestimmten Tageszeit eine überdurchschnittliche Menge an Energie verbraucht, jedoch nicht in der Lage sein, festzustellen, wo im Haus oder der Wohnung diese Energie verbraucht wird.
Um dieses Problem zu lösen, wurden Vorrichtungen entwickelt, welche die Messung der elektrischen Last einer bestimmten Vorrichtung gestatten. Solche Vorrichtungen können entweder fest an relevanten Punkten eines Energieverteilernetzwerks installiert sein oder als Zwischenvorrichtung bereitgestellt sein, eingesteckt zwischen einer Wandsteckdose und einer zu überwachenden Vorrichtung. Obgleich diese Vorrichtungen zur Identifizierung von elektrischen Vorrichtungen, die eine besonders hohe elektrische Last verursachen, hilfreich sind, sind solche Vorrichtungen häufig schwer zu installieren und zu betreiben. Darüber hinaus verbrauchen solche Vorrichtungen zumindest einen Teil der dem Kunden in Rechnung gestellten elektrischen Energie, was es wenig attraktiv macht, sie dauerhaft zu installieren.
US 2013 / 0 271 895 A1 betrifft ein Strommesssystem für einen Sicherungskasten.
US 2012 / 0 062 249 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung eines Leistungsfaktors beispielsweise an Sicherungen, Maschinen oder dergleichen.
US 2014 / 0 210 453 A1 betrifft ein Sensorarray mit mehreren Stromsensoren für Leistungsmess- und Managementsysteme zur Installation in einem Sicherungskasten. WO 2012 / 099 588 A1 betrifft ein System zum Überwachen und Steuern des Verbrauchs von Geräten.
WO 2012 / 007 831 A2 betrifft eine Ferndatenerfassung für eine Schalttafel. Strom- und/oder Zeitdaten der Schalttafel werden von einem oder mehreren intelligenten Leistungsschaltern mit eingebauter Datenerfassung gesammelt.
US 2013 / 0 329 331 A1 betrifft einen Leistungsschalter, der Zustands- und Fehlerinformationen drahtlos an ein Hauptenergieüberwachungsmodul übermittelt.
US 2012 / 0 001 617 A1 betrifft ein System zur Messung und Überwachung von elektrischem Wechselstrom oder Gleichstrom, der durch elektrische Leiter fließt. Das System umfasst einen oder mehrere Stromsensoren, einen Empfänger und einen oder mehrere Kalibrierungssignalgeneratoren, die in Steckdosen eingesteckt oder anderweitig damit gekoppelt werden können.
US 2003 / 0 216 877 A1 betrifft ein Strommesssystem, das einen Trägerstreifen beinhaltet, wobei der Trägerstreifen so angeordnet ist, dass er einem stromführenden Leiter zugeordnet ist, wobei, wenn ein elektrischer Strom durch den Leiter fließt, der durch den Leiter fließende elektrische Strom ein Magnetfeld mit einem magnetischen Fluss erzeugt. Ein Hall-Effekt-Sensor erzeugt ein elektrisches Signal als Reaktion auf den Magnetfluss.
In diesem Zusammenhang besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Energiemesssysteme und damit verbundene Vorrichtungen anzugeben, die es einem Energieverbraucher oder einem Versorgungsunternehmen gestatten, eine genauere Einschätzung des elektrischen Stromverbrauchs an einem bestimmten Ort zu erhalten. Bevorzugt sollte das Energiemesssystem selbst so wenig Energie wie möglich verbrauchen und einfach installierbar und betreibbar sein.
DARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Energiemesssystem zum Bestimmen elektrischer Lasten einer Verteilertafel bereitgestellt. Das Energiemesssystem weist eine Vielzahl von Sensoren auf, die in der Nähe einer Vielzahl von Schutzschaltern der Verteilertafel zum Erfassen einer elektrischen Last der Vielzahl von Schutzschaltern und zum Bereitstellen entsprechender Sensordaten angeordnet sind. Das Energiemesssystem weist ferner ein Datenverarbeitungssystem auf zum Umwandeln der Sensordaten der Vielzahl von Sensoren in elektrische Lastinformationen für die Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen, die durch entsprechende Schutzschalter geschützt werden. Das Energiemesssystem weist ferner zumindest eine Energiesammelvorrichtung zur Versorgung der Vielzahl von Sensoren auf, wobei die zumindest eine Energiesammelvorrichtung vor einer Schutzabdeckung der Verteilertafel, welche die Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen abdeckt, angeordnet ist. Die Energiesammelvorrichtung weist zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element auf, dessen Kernquerschnitt größer als eine Stirnfläche von jedem der Schutzschalter ist, und eine Spule, die zum Sammeln elektrischer Energie von einer Vielzahl von Schutzschaltern und/oder entsprechenden elektrischen Schaltkreisen eingerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Sensorvorrichtung offenbart, die an einer Fläche bzw. Oberfläche eines Gehäuses von zumindest einem Schutzschalter anzuordnen ist. Die Sensorvorrichtung beinhaltet zumindest eine Sensorschaltung zum Erfassen einer elektrischen Last von zumindest einem elektrischen Schaltkreis, die von dem zumindest einen Schutzschalter geschützt wird, und eine Energiesammelvorrichtung, die mit der zumindest einen Sensorschaltung verbunden ist und eingerichtet ist, von dem zumindest einen Schutzschalter emittierte elektrische Energie zu sammeln, um die zumindest eine Sensorschaltung mit der gesammelten Energie zu versorgen. Die Sensorvorrichtung weist auf: zumindest zwei Sensorschaltungen, wobei die Sensorvorrichtung eingerichtet ist, an einer Fläche eines Gehäuses von zumindest zwei benachbarten Schutzschaltern angeordnet zu werden, und wobei die Energiesammelschaltung mit den zumindest zwei Sensorschaltungen verbunden ist und eingerichtet ist, elektrische Energie zu sammeln, die von den zumindest zwei Schutzschaltern emittiert wird, um die zumindest zwei Sensorschaltungen mit der gesammelten Energie zu versorgen, wobei die zumindest zwei Sensorschaltungen in getrennten Gehäusen angeordnet sind, die durch einen flexiblen Streifen verbunden sind, und wobei die Energiesammelvorrichtung zumindest eine flexible, leitfähige Spule aufweist, die sich zumindest teilweise durch die getrennten Gehäuse und den flexiblen Streifen zum Sammeln elektrischer Energie von den zumindest zwei Schutzschaltern erstreckt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Sicherungskasten offenbart, der eine Vielzahl von Schutzschaltern beherbergt. Jeder Schutzschalter weist zumindest einen Anschluss zum Verbinden eines zu schützenden Schaltkreises und zumindest ein Bedienelement auf. Der Sicherungskasten weist eine Schutzabdeckung auf, die innerhalb des Sicherungskastens angeordnet ist, wobei die Schutzabdeckung das Innere des Sicherungskastens in einen Betriebsbereich, der vor der Schutzabdeckung angeordnet ist, und einen Installationsbereich, der hinter der Schutzabdeckung angeordnet ist, unterteilt, wobei die Schutzabdeckung zumindest eine Öffnung zur Aufnahme der Vielzahl von Schutzschaltern derart aufweist, dass der zumindest eine Anschluss von jedem Schutzschalter in dem Installationsbereich angeordnet ist und sich das zumindest eine Bedienelement von jedem Schutzschalter durch die zumindest eine Öffnung in den Betriebsbereich erstreckt. Der Sicherungskasten weist ferner zumindest eine Energiesammelvorrichtung zum Sammeln von elektrischer Energie auf, die von dem zumindest einen Schutzschalter der Vielzahl von Schutzschaltern emittiert wird, wobei die Energiesammelvorrichtung in dem Betriebsbereich des Sicherungskastens angeordnet ist. Die Energiesammelvorrichtung weist zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element, dessen Kernquerschnitt größer als eine Stirnfläche eines einzelnen Schutzschalters der Vielzahl von Schutzschaltern ist, und eine Spule, die zum Sammeln elektrischer Energie von zumindest einer Gruppe von Schutzschaltern aus der Vielzahl von Schutzschaltern angeordnet ist, auf.
Die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen die Implementierung eines Energiemesssystems zum Bestimmen elektrischer Lasten einzelner Schaltkreise einer Verteilertafel. Gemäß den Ausführungsformen werden die Sensoren, die für die Detektion einer elektrischen Last der Schutzschalter benötigt werden, von einer oder mehr Energiesammelvorrichtungen versorgt, die eingerichtet sind, Energie zu sammeln, die von den Schutzschaltern emittiert wird.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente unterschiedlicher Ausführungsformen verwendet. Die beigefügten Zeichnungen beinhalten:

1 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Energiemesssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 veranschaulicht eine Gruppe von Schutzschaltern mit entsprechenden Sensoreinrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 veranschaulicht einen Querschnitt durch einen mit einer Sensoreinrichtung bestückten Schutzschalter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
4 veranschaulicht einen Sicherungskasten mit einem Energiemesssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Energiemesssystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Energiemesssystem 100 weist drei Teilsysteme auf, nämlich ein Sensor-Teilsystem 110, ein Datensammel-Teilsystem 140 und ein Datenanalyse-Teilsystem 170. In anderen Ausführungsformen können mehrere dieser Teilsysteme entfallen, kombiniert werden oder in weitere Teilsysteme unterteilt werden. Zum Beispiel ist es möglich, dass das Analyse-Teilsystem 170 nicht vor Ort beim Kunden vorhanden ist, sondern als Cloud-basierter Webdienst durch ein Versorgungsunternehmen implementiert ist.
Gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird das Sensor-Teilsystem 110 unmittelbar auf eine herkömmliche, elektrische Verteilertafel 112 montiert oder in einen aufnehmenden Sicherungskasten. In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Verteilertafel 112 zwei Reihen vertikal angeordneter Schutzschalter 114 auf. Natürlich können die Schutzschalter 114 in anderen Ausführungsformen horizontal oder mit einer unterschiedlichen Anzahl von Reihen und Spalten angeordnet werden. Jeder Schutzschalter 114 ist innerhalb der Verteilertafel 112 mit einer Versorgungsleitung verbunden und mit einem der mehreren Schaltkreise eines bestimmten Orts, wie etwa einer Wohnung oder einem Haus. Zum Beispiel kann ein erster Schutzschalter 114 mit einem ersten Schaltkreis verbunden sein, der die Wandsteckdosen eines Schlafzimmers mit elektrischer Energie versorgt. Ein zweiter Schutzschalter 114 kann mit einem zweiten Schaltkreis zur Versorgung der Wandsteckdosen einer Küche mit elektrischer Energie verbunden sein. Ein dritter Schutzschalter 114 kann unmittelbar mit einem bestimmten, leistungsstarken Elektrogerät verbunden sein, beispielsweise einem Ofen, einem Heizgerät oder einer Klimaanlage.
Um Lastinformationen für jeden einzelnen Schaltkreis zu erhalten, ist in der beschriebenen Ausführungsform ein Sensor 120 an jedem der Schutzschalter 114 montiert. Jeder Sensor 120 ist zum Erfassen der Stärke des Magnetfelds in dem Bereich des jeweiligen Schutzschalters 114 eingerichtet, etwa des Magnetfelds, das durch eine Schutzspule oder ein anderes internes Bauteil des Schutzschalters 114 emittiert wird. Insbesondere kann ein synchrones 1-Chip-3-Achsen Digitalmagnetometer eingesetzt werden, welches zur Bestimmung von Bauteilen eines Magnetfelds oder eines Flusses in drei verschiedenen Raumrichtungen eingerichtet ist. Derartige Sensoren sind beispielsweise aus US-Anmeldung US 2013/0229173 A1 von Paul Bertrand bekannt, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Schrift aufgenommen ist.
Zur erleichterten Installation können mehrere der Sensoren 120 kombiniert werden, um eine Sensorvorrichtung in Gestalt eines Sensorstreifens zu bilden. Bevorzugt können die einzelnen Sensoren 120 eines Sensorstreifens gemäß einer genormten Beabstandung von Schutzschaltern 114 beabstandet angeordnet sein. Um Abweichungen in der Beabstandung der Schutzschalter 114 aufzunehmen, kann ein flexibler Streifen verwendet werden, um die einzelnen Sensoren 120 zu verbinden. Alternativ können einzelne Sensorvorrichtungen verwendet werden. Die Reihe der Sensoren kann ebenfalls Platzhalter-Sensoren aufweisen, also Vorrichtungen mit kompatiblen elektrischen Anschlüssen und räumlichen Abmessungen wie die oben beschriebenen Sensoren 120. Derartige Platzhalter-Sensoren können zwischen Sensoren 120 an Orten platziert sein, an denen kein Schutzschalter 114 vorhanden ist. Darüber hinaus kann ein einzelnes Gehäuse einer Sensorvorrichtung zwei oder mehr Sensoren 120 aufweisen, falls Doppel- bzw. Tandem-Schutzschalter an der Verteilertafel 112 installiert sind.
In der beschriebenen Ausführungsform besitzt jede Sensorvorrichtung einen assoziierten Mikrocontroller zum Betreiben des Sensors 120. Dies kann das Sicherstellen eines passenden Zeitpunkts jeder Messung hinsichtlich eines externen Taktsignals umfassen. Der Mikrocontroller kann ebenfalls eine Datenvorverarbeitung durchführen, etwa die Digitalisierung analoger Messergebnisse sowie das Verwerfen offensichtlich falscher Messungen. Falls Sensorstreifen oder Sensorgehäuse mit mehr als einem Sensor 120 eingesetzt werden, kann ein einzelner Mikrocontroller von mehreren Sensoren 120 geteilt werden. Der Strom zum Betrieb des Mikrocontrollers wird durch eine Energiesammelvorrichtung bereitgestellt, die in den Sensorvorrichtungen integriert ist, wie später unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher erläutert werden wird.
Bei einer Ausführungsform werden die Sensorvorrichtungen an die einzelnen Schutzschalter 114 vermittels eines Klebestreifens oder einer Klebeschicht an der Rückseite eines Gehäuses der Sensorvorrichtungen befestigt. Andere Befestigungsmittel wie etwa elastische Clips, die eingerichtet sind, auf ein genormtes Gehäuse eines Schutzschalters 114 geklippt zu werden, oder ein Rahmen, der über den Schutzschalter 114 beinhaltend Sensorelektronik und einen Bereich zur Platzierung einzelner Markierungen oder Beschriftungsinformationen gelegt wird, können eingesetzt werden. Solche mechanischen Befestigungsmittel stellen eine gleichbleibende Platzierung eines Sensors 120 auf einem Schutzschalter 114 an einem spezifischen Ort sicher, der beispielsweise einem Emissionshotspot eines Magnetfelds entspricht. Die genaue Platzierung der Sensoren 120 an einer wohldefinierten Position verbessert die Vergleichbarkeit von Messungen, die von unterschiedlichen Sensoren 120 erhalten werden. Es kann ebenfalls dazu beitragen, das Sammeln von Energie wie unten genauer beschrieben zu optimieren.
Die einzelnen Sensoren 120 sind durch ein internes Bussystem, das in 1 nicht erkennbar ist, verbunden. Bei dem Bussystem kann es sich um ein Parallel-Bussystem handeln mit einer Vielzahl von parallelen Busleistungen, die an jede der Reihen von Sensoren 120 angeschlossen sind. Alternativ kann das Bussystem ebenfalls als Verkettung eingerichtet sein, also zum Weiterleiten von Daten von einem Sensor 120 zum nächsten. In der beschriebenen Ausführungsform kombiniert das Bussystem beide Architekturen. Insbesondere ist ein erster Teil des Bus aufweisend Daten- und Taktleitungen parallel mit allen Sensoren 120 geschaltet. Unter anderem erlaubt dies die Synchronisierung des Betriebs aller Sensoren 120 des Sensor-Teilsystems 110. Ein zweiter Teil des Bus weist Adressleitungen zum Verbinden aller Sensoren 120 einer Reihe von Sensoren in Form einer Verkettung, wodurch jeder der Sensoren 120 nacheinander der Reihenfolge nach angesprochen werden kann.
An einem Ende von jeder Reihe von Sensoren 120 sind Verbindungskabel 122 und 124 mit dem ersten Sensor 120 dieser Spalte verbunden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungskabel 122 und 124 mit einem Anschluss- bzw. Klemmenkasten 126 verbunden. Wie oben bezüglich der Sensoren 120 genauer beschrieben ist der Anschlusskasten 126 bevorzugt an der Verteilertafel 112 vermittels eines Klebestreifens, einer Klebschicht oder einer magnetischen Befestigung derart angebracht, dass er ohne Öffnen der Verteilertafel 112 und ohne Spezialwerkzeug angebracht werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann der letzte Sensor 120 einer ersten Reihe von Sensoren 120 unmittelbar mit einem ersten Sensor 120 einer weiteren Reihe von Sensoren 120 verbunden sein, so dass alle Sensoren 120 eine einzige Kette von Sensoren 120 bilden.
Das Sensor-Teilsystem 110 kann weitere Bauteile aufweisen, die in 1 nicht erkennbar sind. Zum Beispiel kann das Sensor-Teilsystem 110 einen Bewegungsdetektor aufweisen, der die Gegenwart einer Person in der Nähe der Verteilertafel erkennt, oder einen Vordertürensensor, der einen Öffnungszustand einer Abdeckungstür eines Sicherungskastens erkennt, der die Verteilertafel 112 umschließt. Derartige zusätzliche Sensordaten können von dem Energiemesssystem 100 eingesetzt werden, um die Lastmessung zu unterbrechen, falls Wartungsarbeiten an der Verteilertafel 112 durchgeführt werden, die zu falschen Messergebnissen führen können. Alternativ können Daten von solchen Sensoren auch dazu verwendet werden, um eine Rekalibrierung des Energiemesssystems 100 auszulösen, wie in der parallel anhängigen Anmeldung EBL-003 beschrieben. Zudem können unterschiedliche Kalibrierungsdatensätze für unterschiedliche Betriebsumgebungen gespeichert werden, z.B. mit offenem oder geschlossenem Sicherungskasten. In diesem Fall können Daten von einem Türsensor verwendet werden, um die Kalibrierungsdatensätze entsprechend zu wechseln, um die Messergebnisse zu verbessern. Ferner kann das System 100 eine Benachrichtigung an einen Nutzer oder Administrator erzeugen, um hervorzuheben, dass die Tür geöffnet wurde oder offenstehen gelassen wurde.
Das Sensor-Teilsystem 110, aufweisend die Sensoren 120, die Verbindungskabel 122 und 124 sowie den Anschlusskasten 126 ist mit einem Datensammel-Teilsystem 140 vermittels eines Versorgungskabels 130 verbunden. Insbesondere ist das Versorgungskabel 130 an einem Ende in den Anschlusskasten 126 eingesteckt, und an dem anderen Ende in eine lokale Datenaggregationsvorrichtung 142.
In der beschriebenen Ausführungsform ist die Datenaggregationsvorrichtung 142 in einem Gehäuse vom Wechselstromadaptertyp mit einem Steckverbinder zum Einstecken der Datenaggregationsvorrichtung 142 in eine herkömmliche Wandsteckdose 144 integriert. Das Einstecken der Datenaggregationsvorrichtung 142 in die Wandsteckdose 144 schaltet das Datensammel-Teilsystem 140 ein. Ferner verbindet das Einstecken der Datenaggregationsvorrichtung 142 in die Wandsteckdose 144 ebenfalls die Datenaggregationsvorrichtung 142 mit einem Schaltkreis, der von der Verteilertafel 112 abzweigt. Dies wiederum ermöglicht, dass die automatische Kalibrierung des Energiemesssystems wie in der parallel anhängigen Anmeldung EBL-003 beschrieben erfolgt.
Obgleich in 1 nicht gezeigt, kann die Datenaggregationsvorrichtung weitere Schnittstellen zum Anschließen anderer Sensoren an das System 100 aufweisen. Zum Beispiel kann die Datenaggregationsvorrichtung 142 einen Steckverbinder oder eine Drahtlosschnittstelle zum Sammeln von Daten von anderen Nutz- oder Haustechniksensoren aufweisen, etwa Gasmesszähler, Wassermesszähler, oder Heizungsmesszähler. Diese Daten können ebenfalls zusammen mit den elektrischen Lastinformationen aufgezeichnet werden, um eine kombinierte Strommessung und Abrechnung für diesen Standort zu ermöglichen.
In der Ausführungsform von 1 ist das Daten-Teilsystem 140 in der Nähe der Verteilertafel 112 angeordnet, z.B. im selben Raum, jedoch außerhalb der Verteilertafel 112 oder einem umgebenden Sicherungskasten selbst. Das Datenanalyse-Teilsystem 170 ist an einem anderen Ort angeordnet. Zum Beispiel können die Verteilertafel 112, das Sensor-Teilsystem 110 und das Datensammel-Teilsystem 140 in einem Keller, einer Garage oder einem anderen schwer erreichbaren Ort im Gebäude installiert werden. Das Datenanalyse-Teilsystem 170 kann hingegen in einem Korridor bzw. Flur, einem Büro oder einem Wohnzimmer innerhalb dieses Gebäudes installiert werden. In anderen Ausführungsformen können das Datensammel-Teilsystem 140 und/oder das Datenanalyse-Teilsystem 170 in die Verteilertafel 112 integriert werden.
Um eine Datenanbindung zwischen dem Datensammel-Teilsystem 140 und dem Datenanalyse-Teilsystem 170 aufzubauen, weist die Datenaggregationsvorrichtung 142 ein Drahtlosübertragungssystem 146 auf, etwa eine Wi-Fi Anbindung gemäß der Familie der IEEE-Norm 802.11. In der Ausführungsform von 1 weist das Datenanalyse-Teilsystem 170 ein Remote-Endgerät 172 mit einem entsprechenden Drahtlosübertragungssystem 174 auf. Alternativ können die Datenaggregationsvorrichtung 142 und das Remote-Endgerät 172 auch vermittels einer direkten Kabelverbindung oder einem anderen geeigneten Datenübertragungssystem verbunden werden. Insbesondere falls die Datenaggregationsvorrichtung 142 in die Verteilertafel 112 integriert ist, kann eine Stromleitungskommunikation verwendet werden, um Probleme mit Drahtlos-Datenkommunikation von innerhalb des Sicherungskastens zu vermeiden. Ferner können die Datenaggregationsvorrichtung 142, das Endgerät 172 und/oder andere zur Datenverarbeitung eingesetzte Teile zum Datenaustausch mit einem Datennetzwerk, wie etwa dem Internet verbunden werden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das Remote-Endgerät 172 mithilfe einer Rückplatte 176 an einer Wand befestigt, die ebenfalls das Endgerät 172 durch Drahtlos-Stromübertragung mit elektrischer Energie versorgt. Alternativ kann das Endgerät 172 ebenfalls eine eingebaute Energieversorgung aufweisen oder an eine externe Stromversorgung vermittels eines Kabels angeschlossen sein. Die elektrische Energie wird von einem AC/DC Adapter 178 zugeführt, der mit der Rückplatte 176 vermittels eines Versorgungskabels 180 verbunden ist. Der AC/DC Adapter 178 kann ebenfalls in eine Steckdose an einem Ort, wo das Endgerät 172 installiert werden soll, eingesteckt werden.
In der beschriebenen Ausführungsform führt das Endgerät 172 den größten Teil der Datenverarbeitung des Energiemesssystems 100 durch. Insbesondere empfängt es Sensordaten bezüglich der Stärke eines Magnetfelds in dem Bereich der einzelnen Schutzschalter 114, die von den Sensoren 120 bereitgestellt werden, sowie eine Referenzstromstärke und eine Referenzspannung, die von der Datenaggregationsvorrichtung 142 bestimmt werden. Das Verarbeiten der empfangenen Daten durch das Endgerät 172 wird genauer in der parallel anhängigen Anmeldung EBL-003 beschrieben. In alternativen Ausführungsformen wird ein Teil der oder die gesamte Verarbeitung durch einen anderen Teil des Datenverarbeitungssystems durchgeführt, z.B. das Sensor-Teilsystem 110 oder das Datensammelsystem 140. Darüber hinaus kann ein Teil der oder die gesamte Verarbeitung ebenfalls durch eine externe Einrichtung über Netzwerk durchgeführt werden, z.B. einen durch ein Versorgungsunternehmen bereitgestellten Cloud-Dienst.
In einer anderen Ausführungsform werden die Lastinformationen, die von dem Endgerät 172 erhalten werden, auch an einen Cloud-Dienst weitergeleitet, der in einem Datennetzwerk, insbesondere dem Internet (nicht dargestellt) angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann das Endgerät mit dem Datennetzwerk vermittels einer Netzwerkkomponente, z.B. einem Modem, einem Router, oder einer Drahtlosdaten-Netzwerkzugriffsvorrichtung verbunden werden.
Alternativ kann die Datenaggregationsvorrichtung die Lastinformationen direkt an den Cloud-Dienst weiterleiten. In diesem Fall kann das Endgerät die Lastdaten eher von dem Cloud-Dienst als von der Datenaggregationsvorrichtung herunterladen. Der Cloud-Dienst, der von dem Versorgungsunternehmen wie etwa dem Energieversorger oder einem externen Dienstleister bereitgestellt werden kann, weist eine Datenbank zum Speichern elektrischer Lastinformationen auf. In der beschriebenen Ausführungsform weist die Datenbank aktuelle und zurückliegende Lastinformationen aller Elektrizitäts-Verbraucher, die ein kompatibles Energiemesssystem 100 besitzen, auf. Zudem kann die Datenbank auch weitere Lastinformationen speichern, zum Beispiel Lastinformationen, die von herkömmlichen intelligenten Messvorrichtungen, gemeldet werden.
2 veranschaulicht eine Gruppe von vier Schutzschaltern 114. Beispielsweise kann die Gruppe von Schutzschaltern 114 in der Verteilertafel 112 gemäß 1 angeordnet werden. Wie in 2 zu erkennen ist, ist jeder Schutzschalter 114 in einem getrennten Gehäuse 210 angeordnet. Das Gehäuse 210 besitzt eine Stirnfläche 212. Ein Bedienelement 214 des Schutzschalters 114, z.B. ein Schalter zum Trennen oder Konnektieren eines entsprechenden Schaltkreises oder Resetten des Schutzschalters 114, ist an der Stirnfläche 212 angeordnet. Gegenüber der Stirnfläche 212 ist eine Ausnehmung 216 in dem Gehäuse 210 zur Platzierung des Schutzschalters 114 auf einer entsprechenden Verteilerschiene ausgebildet. Darüber hinaus weist jeder Schutzschalter 114 einen weiteren Anschluss zum Verbinden des Schutzschalters 114 mit einem entsprechenden elektrischen Schaltkreis auf. Die Verbindungsanschlüsse des Schutzschalters 114 sind auf der Rückseite des Gehäuses 210 angeordnet und deshalb in 2 nicht erkennbar.
In einer typischen Installation erstreckt sich die Stirnfläche 212 mit dem Bedienelement 214 durch eine Schutzabdeckung einer Verteilertafel 112. Hingegen sind die übrigen Teile des Schutzschalters 114, beinhaltend die Ausnehmung 216 und den Anschluss zum Verbinden des Schutzschalters mit einem elektrischen Schaltkreis, aus Gründen der elektrischen Sicherheit hinter einer Schutzabdeckung angeordnet.
Wie in 2 veranschaulicht kann eine Sensorvorrichtung 220 an der Stirnfläche 212 von jedem der Schutzschalter 114 platziert werden. Jeder Sensorvorrichtung 220 besitzt eine Grundfläche, die bevorzugt nicht größer als die Stirnfläche 212 des Schutzschalters 114 ist. In der beschriebenen Ausführungsform ist eine Seite der Sensorvorrichtung 220, die auf dem Schutzschalter 114 platziert werden soll, mit einer Klebeschicht zur Befestigung dieser an der Stirnfläche 212 ausgestattet.
3 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine einzelne Sensorvorrichtung 220, die auf einem Schutzschalter 114 angebracht wird. Wie zu erkennen ist durchdringt ein Magnetfeld, das von Teilen des Schutzschalters 114, z.B. einer Steuerspule 302 des Schutzschalters 114, emittiert wird, ein Gehäuse 310 der Sensorvorrichtung 220. Eine Magnetflussspule 312 ist in dem Magnetfeld innerhalb des Gehäuses 310 angeordnet. In der beschriebenen Ausführungsform dient die Magnetflussspule 312 zwei Zwecken. Als erste Funktion wandelt die Magnetflussspule 312 zumindest einen Teil der durch das Magnetfeld des Schutzschalters 114 übertragenen Energie in elektrische Energie um, um die Sensorvorrichtung 220 zu betreiben. Darüber hinaus kann die Magnetflussspule 312 ebenfalls verwendet werden, um die Stärke des Magnetfelds zu messen. Das Messen der Stärke der Magnetfelder erlaubt es dem Energiemesssystem 100, die elektrische Last eines Schaltkreises, der mit dem entsprechenden Schutzschalter 114 verbunden ist, zu bestimmen.
Falls eine gemeinsame Spule 312 zum Erfassen und Energiesammeln eingesetzt wird, kann die Sensorvorrichtung 220 die Magnetflussspule 312 entweder zum Energiesammeln oder zum Messen der Stärke des Magnetfelds zu unterschiedlichen Zeiten re-konfigurieren. Auf diese Weise kann eine negative Auswirkung des Energiesammelns auf die Messergebnisse vermieden werden. In der beschriebenen Ausführungsform erfassen alle Sensoren 120 die Stärke des Magnetfelds im gleichen Augenblick und mit fester Frequenz. Zum Beispiel kann die Frequenz und exakte zeitliche Abstimmung der Messungen durch ein Synchronisierungssignal bestimmt werden, welches über das Bussystem an alle Sensoren 120 übertragen wird. Zu diesen Zeitpunkten kann die Magnetflussspule 312 mit einem Messschaltkreis verbunden sein. In Zeiträumen hingegen, in denen keine Messungen erfolgen, kann die Magnetflussspule 312 mit einer Energiesammelschaltung verbunden sein. Energie, die während dieser Zeiträume gesammelt wird, kann zum Betreiben der Sensorvorrichtung 220 zu anderen Zeitpunkten in einem internen Energiespeicher, etwa einem Kondensator, gespeichert werden.
In anderen Ausführungsformen kann eine Spule, ein Kondensator oder eine andere Energiesammelkomponente zum Wandeln der magnetischen Energie in elektrische Energie und eine getrennte Sensiervorrichtung verwendet werden. Zum Beispiel kann ein synchrones 1-Chip-3-Achsen Digitalmagnometer, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, verwendet werden. In diesem Fall kann das Energiesammeln kontinuierlich durchgeführt werden, um die Menge der gesammelten Energie zu maximieren. Alternativ kann das Energiesammeln auch während Messungen wie oben beschrieben unterbrochen werden, um jedwede Störung zu minimieren.
In jedem Fall kann die Sensorvorrichtung 220 einen kleinen Mikrocontroller aufweisen, der eingerichtet ist, die erhaltenen Messergebnisse über einen Datenbus an eine Übertragungsvorrichtung wie etwa die lokale Datenaggregationsvorrichtung 142 zu übertragen. Der Mikrocontroller von jeder Sensorvorrichtung 220 wird durch die Spule 312, die innerhalb des Gehäuses 310 angeordnet ist, mit Strom versorgt, so dass keine externe Betriebsenergie von der Sensorvorrichtung 220 benötigt wird.
In der unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform weist jede Sensorvorrichtung 220 die Schaltungen auf, um einen einzelnen Sensor 120 zu implementieren. Jedoch kann in einer anderen Ausführungsform Schaltungstechnik, um die Funktionalität von mehreren Sensoren 120 zu implementieren, innerhalb einer einzelnen Sensorvorrichtung 220 oder Gehäuse 310 integriert sein. Insbesondere im Falle von Sensorstreifen sowie Doppelt- bzw. Tandem-Schutzschaltern, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann nur eine einzelne Spule 312 verwendet werden, um Energie von mehreren benachbarten Schutzschaltern 114 zu sammeln. Eine solche Konfiguration besitzt den Vorteil, dass selbst ein Sensor 120, der auf einem vorübergehend oder permanent nicht-funktionstüchtigem Schutzschalter platziert ist, immer noch mit einer ausreichenden Betriebsenergie versorgt werden kann, und somit eine Überwachung des nicht-funktionstüchtigen Schaltkreises erlaubt.
Eine solche Überwachung von nicht-funktionstüchtigen Schaltkreisen kann ebenfalls durch die einzelnen Sensorvorrichtungen 220, die unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben wurden, vermittels Stromverteilerleitungen implementiert werden, die in den Verbindungsbus integriert sind. In diesem Fall wird Energie, die von einer ersten Sensorvorrichtung 220 gesammelt wird, über den Bus an eine zweite Sensorvorrichtung 220 übermittelt, die nicht in der Lage ist, ausreichend Energie für ihren eigenen Betrieb zu sammeln. Auf diese Weise kann Energie zwischen vorgegebenen Gruppen der Sensorvorrichtung 220, etwa allen Sensoren 120, die an einer einzelnen Reihe von Schutzschaltern 114 verbaut sind, geteilt werden.
4 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines Energiemesssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 4 einen Sicherungskasten 400 aufweisend eine Verteilertafel 112 und eine Vorderabdeckung in Form einer Türe 410. Die Verteilertafel 112 weist eine Schutzabdeckung 420 auf. Die Schutzabdeckung 420 weist drei Öffnungen 422, 424, und 426 auf. Jede der Öffnungen 422, 424, und 426 ist zur Aufnahme bzw. zum Beherbergen einer Reihe 442, 444 und 446 von zehn Schutzschaltern 114 eingerichtet. Zum Beispiel kann jede der drei Reihen 442, 444, und 446 von Schutzschaltern 114 mit einer Verteilerleiste verbunden werden, die mit einer anderen Phase eines elektrischen Drei-Phasen-Versorgungsnetzwerks verbunden ist.
Wie oben unter Bezugnahme auf 2 erläutert, wird ein Sensor 120 auf jedem der Schutzschalter 114 platziert. Die Sensoren 120 von jeder der drei Reihen 442, 444 und 446 sind durch ein Bussystem, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, verbunden. Ferner sind die Sensoren 120 von jeder Reihe 442, 444 und 446 durch ein Verbindungskabel 432, 434 oder 436 mit einem Anschlusskasten 126 verbunden, der an bzw. auf der Schutzabdeckung 420 platziert ist.
Anders als bei der unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform wird gemäß der Ausführungsform aus 4 ein gemeinsames Energiesammelmodul 450 an einer Innenseite der Tür 410 oder einer anderen Frontabdeckung bereitgestellt. Das Energiesammelmodul 450 weist eine Spule 452 zum Sammeln elektrischer Energie in dem Bereich der Energieverteilertafel 112 auf. In der in 4 dargestellten Ausführungsform nimmt die Spule 452 elektrische Energie auf, die hauptsächlich von der mittleren Reihe 444 der Schutzschalter 114 emittiert wird. In einer anderen Ausführungsform jedoch deckt die Spule 452 im Wesentlichen die gesamte Innenseite der Tür 410 ab und nimmt magnetische Energie auf, die von allen der Schutzschalter 114 der Verteilertafel 112 emittiert wird.
Das Energiesammelmodul 450 weist ferner eine Leiterplatte 454 auf. Die Leiterplatte 454 weist eine Schaltung zur Konditionierung und Speicherung von Energie auf, die durch die Spule 452 aufgenommen wurde. Die Energie, die von der Energiesammelschaltung der Leiterplatte 454 bereitgestellt wird, wird durch ein weiteres Verbindungskabel 456 zurück an den Anschlusskasten 126 übertragen. Der Anschlusskasten 126 leitet dann elektrische Energie an die einzelnen Sensoren 120 vermittels Verbindungskabeln 432, 434 und 436 weiter.
Anders herum werden Daten, die von den Sensoren 120 gesammelt werden, durch die Verbindungskabel 432, 434 und 436 an den Anschlusskasten 126 übertragen und weiter durch das Verbindungskabel 456 am die Leiterplatte 454. In der beschriebenen Ausführungsform weist die Leiterplatte 454 ebenfalls eine Übertragungsschaltung zur Drahtlosübertragung der gesammelten Daten an eine entsprechende Basisstation des Energiemesssystems 100 auf, etwa dem Endgerät 172, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Bevorzugt ist eine Übertragungsantenne der Übertragungsschaltung an der Außenseite der Tür 410 angeordnet. Die Übertragungsschaltung wird ebenfalls mit einer Betriebsenergie von der Energiesammelschaltung versorgt.
Wie bezüglich der Ausführungsformen der 1 bis 4 beschrieben sind die verschiedenen Komponenten des beschriebenen Energiemesssystems 100 besonders einfach zu installieren, selbst durch einen Verbraucher. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Verteilertafel 112 zu öffnen, dessen Schutzabdeckung 420 zu entfernen oder einen Draht eines Energieverteilernetzwerks abzutrennen, um die Installation durchzuführen. Dies beseitigt die Gefahr eines elektrischen Schlags und das Erfordernis nach Fachmännern bzw. zertifizierten Technikern.
Beispielsweise können, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die einzelnen Sensorvorrichtungen 220, die zur Überwachung der von den entsprechenden Schutzschaltern 114 abzweigenden Schaltkreise verwendet werden, auf einfache Weise an der Vorderseite der Schutzschalter 114 vermittels eines doppelseitigen Klebebands oder Klettverschluss befestigt werden.
Das bedeutet, dass das Energiemesssystem 100 eine sogenannte Plug-and-Play-Lösung darstellt, weshalb kein Abbau der Verteilertafel 112 erforderlich ist und praktisch durch jedermann, einschließlich einzelner Verbraucher installiert werden kann. Alles, was für die Installation erforderlich ist, ist die Anbringung der Sensoren 120 an die Schutzschalter 114, die vergleichsweise einfache Verbindung der Sensorvorrichtungen 220 an den Anschlusskasten 126 und die Datenaggregationsvorrichtung 142 bzw. das Energiesammelmodul 450. Insbesondere falls mehrere Verteilertafeln in einem einzelnen Gebäude platziert sind, z.B. eine pro Stockwerk, Wohnung oder Gewerbeeinheit, vereinfachte die Möglichkeit der beliebigen Platzierung der Sensorvorrichtungen 220 ohne Berücksichtigung der Energieversorgung weiter ihre weitverbreitete Anwendung.
Das oben beschriebene Energiemesssystem 100 erlaubt die Implementierung neuartiger Anwendungen wie etwa der fein aufgeteilten Analyse des Stromverbrauchs eines bestimmten Orts, Untereinheit, Nutzer, Schaltkreis, oder elektrischen Vorrichtung.
Beispielsweise kann der Energieverbrauch in unterschiedlichen Räumen eines Gebäudes oder einer Wohnung analysiert werden. Darüber hinaus können verdächtige Aktivitäten automatisch durch Erkennen eines hohen Stromverbrauchs zu ungewöhnlichen Zeiten oder an einem ungewöhnlichen Ort erkannt werden. Eine weitere Anwendung liegt in der mittelbaren Erkennung der Gegenwart oder Abwesenheit von Personen in einem bestimmten Teil eines Gebäudes auf Grundlage des elektrischen Stromverbrauchs.
Ferner, auf Grundlage eines Vergleichs von Lastinformationen eines bestimmten Orts mit denjenigen von anderen Orten oder Durchschnittswerten können einem Verbraucher Vorschläge gemacht werden, um seinen eigenen Energieverbrauch zu verringern oder somit die Erzeugung von Treibhausgasen zu verringern. Auf ähnliche Weise kann ein Nutzer ebenfalls Informationen zu einem individuellen Budget, beispielsweise durch das Endgerät 172 oder einen Internetdienst, bereitstellen. In diesem Fall kann das Energiemesssystem 100 die Aufmerksamkeit eines Nutzers auf einen hohen Energieverbrauch lenken, bevor das angegebene Budget überschritten ist, wodurch es dem Verbraucher ermöglicht wird, seinen Energieverbrauch innerhalb des vereinbarten Budgets zu halten. Zudem kann ein Lieferant den Strombedarf eines bestimmten Kunden auf Grundlage vergangener Aufzeichnungen dieser Kunden und potentieller weiterer Informationen, etwa Wetter- und Temperaturdaten, vorhersagen.
Zudem kann ein Energieverbrauch im Laufe der Zeit mit hoher Auflösung, z.B. pro Minute, Sekunde, oder sogar noch häufiger, z.B. mit einer Frequenz von 100 Hz oder mehr, überwacht werden. Durch die Überwachung Schaltkreis-spezifischer Lastinformationen über der Zeit können ungewöhnliche Ereignisse wie Fehler oder Verschleiß von Vorrichtungen erkannt werden, indem ein plötzlicher oder langsamer Abfall oder Anstieg von assoziierten elektrischen Lasten erkannt wird. Mit immer höheren Tastfrequenzen, wie etwa mehreren kHz, kann eine Oberwellenanalyse der Einschaltcharakteristik von einzelnen elektrischen Geräten durchgeführt werden, was es ermöglich, einzelne Vorrichtungen zu identifizieren, selbst wenn diese mit dem gleichen Schaltkreis verbunden sind. Eine solche Analyse kann auf Grundlage einer Fouriertransformation der erhaltenen Stromwerte erfolgen.
Obgleich das Energiemesssystem 100 unter Bezugnahme auf verschiedene, gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird die Aufmerksamkeit auf die Tatsache gelenkt, dass das beschriebene System auf verschiedene Weise verändert werden kann, ohne von den erfindungsgemäßen hier offenbarten Konzepten abzuweichen. Insbesondere können, obgleich ein Energiemesssystem mit Sensoren zur Detektion eines Magnetfelds beschrieben wurde, andere Sensierungstechnologien eingesetzt werden, etwa die Detektion eines elektrischen Felds oder eines Stroms durch einen Stromwandler (CT).
Bezugszeichenliste

100: Energiemesssystem
110: Sensor-Teilsystem
112: Verteilertafel
114: Schutzschalter
120: Sensor
122: Verbindungskabel
124: Verbindungskabel
126: Anschlusskasten
130: Versorgungskabel
140: Datensammel-Teilsystem
142: Datenaggregationsvorrichtung
144: Wandsteckdose
146: Drahtlosübertragungssystem
170: Datensammel-Teilsystem
172: Remote-Endgerät
174: Drahtlosübertragungssystem
176: Rückplatte
178: AC/DC Adapter
180: Versorgungskabel
210: Gehäuse (des Schutzschalters)
212: Stirnfläche
214: Bedienelement
216: Ausnehmung
220: Sensorvorrichtung
302: Steuerspule
310: Gehäuse (der Sensorvorrichtung)
312: Magnetflussspule
400: Sicherungskasten
410: Tür
420: Schutzabdeckung
422, 424, 426: Öffnung
432, 434, 436: Verbindungskabel
442, 444, 446: Reihe
450: Energiesammelmodul
452: Spule
454: Leiterplatte
456: Verbindungskabel

Claims

Energiemesssystem (100) zum Bestimmen elektrischer Lasten einer Verteilertafel (112), wobei das Energiemesssystem (100) aufweist: eine Vielzahl von Sensoren (120) zum Erfassen einer elektrischen Last von einer Vielzahl von Schutzschaltern (114) und Bereitstellen von entsprechenden Sensordaten, wobei die Vielzahl von Sensoren (120) in der Nähe der Vielzahl von Schutzschaltern (114) der Verteilertafel (112) angeordnet ist; ein Datenverarbeitungssystem zum Umwandeln der Sensordaten der Vielzahl von Sensoren (120) in elektrische Last-Informationen für eine Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen, die von entsprechenden Schutzschaltern (114) geschützt werden; und eine Energiesammelvorrichtung zum Versorgen der Vielzahl von Sensoren (120), wobei die zumindest eine Energiesammelvorrichtung vor einer Schutzabdeckung (420) der Verteilertafel (112) angeordnet ist, welche die Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen schützt, wobei die Energiesammelvorrichtung aufweist: zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element, dessen Kernquerschnitt größer als eine Stirnfläche (212) von jedem der Schutzschalter (114) ist; und eine Spule (452), die zum Sammeln elektrischer Energie von einer Vielzahl von Schutzschaltern (114) und/oder entsprechenden elektrischen Schaltkreisen eingerichtet ist.
Energiemesssystem (100) nach Anspruch 1, wobei eine Sensorvorrichtung (220), die zumindest einen Sensor (120) der Vielzahl von Sensoren (120) aufweist, an einer Stirnfläche (212) eines entsprechenden Schutzschalters (114) angebracht ist, und wobei die Sensorvorrichtung (220) zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element aufweist, welches zum Sammeln von elektrischer Energie von dem jeweiligen Schutzschalter (114) und/oder einem entsprechenden elektrischen Schaltkreis eingerichtet ist.
Energiemesssystem (100) nach Anspruch 2, wobei das zumindest eine induktive und/oder kapazitive Element ferner als Sensorelement des zumindest einen Sensors (120) zum Detektieren eines magnetischen und/oder elektrischen Felds in dem Bereich des entsprechenden Schutzschalters (114) eingerichtet ist.
Energiemesssystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest zwei Sensoren (120) der Vielzahl von Sensoren (120) in einer ersten Sensorvorrichtung (220) kombiniert sind, und wobei die durch das induktive und/oder kapazitive Element der ersten Sensorvorrichtung (220) gesammelte Energie genutzt wird, um die zumindest zwei Sensoren (120) der ersten Sensorvorrichtung (220) mit Strom zu versorgen.
Energiemesssystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die von allen Sensorvorrichtungen (220) gesammelte Energie von einer Versorgungsleitung (130) bereitgestellt wird, um eine Datenübertragungsschaltung, die mit der Vielzahl von Sensoren (120) verbunden ist, mit einer Betriebsenergie zu versorgen.
Energiemesssystem (100) nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine induktive und/oder kapazitive Element der zumindest einen Energiesammelvorrichtung an einer Tür (410) eines Sicherungskastens (400) angeordnet ist, der die Verteilertafel (112) beherbergt.
Energiemesssystem (100) nach Anspruch 6, wobei die zumindest eine Spule (452) einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen einer Breite und/oder Höhe der Tür (410) des Sicherungskastens (400) entspricht, der die Verteilertafel (112) beherbergt.
Energiemesssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 und 6 bis 7, wobei die zumindest eine Spule (452) der zumindest einen Energiesammelvorrichtung eingerichtet ist, alle Sensoren (120) des Energiemesssystems mit einer Betriebsenergie zu versorgen.
Energiemesssystem (100) nach Anspruch 8, wobei das zumindest eine induktive und/oder kapazitive Element der zumindest einen Energiesammelvorrichtung ferner eingerichtet ist, eine Datenübertragungsschaltung, die mit der Vielzahl von Sensoren (120) verbunden ist, mit einer Betriebsenergie zu versorgen.
Sensorvorrichtung (220), die an einer Fläche eines Gehäuses (210) von zumindest einem Schutzschalter (114) anzuordnen ist, die Sensorvorrichtung (220) aufweisend: zumindest eine Sensorschaltung zum Sensieren einer elektrischen Last von zumindest einem elektrischen Schaltkreis, der von dem zumindest einen Schutzschalter (114) geschützt wird; und eine Energiesammelschaltung, die mit der zumindest einen Sensorschaltung verbunden ist und eingerichtet ist, elektrische Energie zu sammeln, die von dem zumindest einen Schutzschalter (114) emittiert wird, um die zumindest eine Sensorschaltung mit der gesammelten Energie zu versorgen; zumindest zwei Sensorschaltungen, wobei die Sensorvorrichtung (220) eingerichtet ist, an einer Fläche eines Gehäuses (210) von zumindest zwei benachbarten Schutzschaltern (114) angeordnet zu werden, und wobei die Energiesammelschaltung mit den zumindest zwei Sensorschaltungen verbunden ist und eingerichtet ist, elektrische Energie zu sammeln, die von den zumindest zwei Schutzschaltern (114) emittiert wird, um die zumindest zwei Sensorschaltungen mit der gesammelten Energie zu versorgen, wobei die zumindest zwei Sensorschaltungen in getrennten Gehäusen (310) angeordnet sind, die durch einen flexiblen Streifen verbunden sind, und wobei die Energiesammelvorrichtung zumindest eine flexible, leitfähige Spule (312) aufweist, die sich zumindest teilweise durch die getrennten Gehäuse und den flexiblen Streifen zum Sammeln elektrischer Energie von den zumindest zwei Schutzschaltern (114) erstreckt.
Sensorvorrichtung (220) nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine Sensorschaltung eine halbleiterbasierte Steuerschaltung aufweist, und wobei die zumindest eine Energiesammelschaltung zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element aufweist, das zum Sammeln elektrischer Energie von dem zumindest einen Schutzschalter (114) eingerichtet ist, um die Steuerschaltung zu versorgen.
Sensorvorrichtung (220) nach Anspruch 10 oder 11, aufweisend zumindest ein Magnetfeld-Detektionselement, das mit der Sensorschaltung und der Energiesammelschaltung verbunden ist, wobei das Magnetfelddetektionselement eingerichtet ist, eine Stärke eines Magnetfelds in dem Bereich des zumindest einen Schutzschalters (114) zu messen, und einen Teil einer magnetischen Energie des Magnetfelds in elektrische Energie umzuwandeln.
Sensorvorrichtung (220) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner aufweisend eine Energiespeichervorrichtung, die zum Versorgen der Sensorschaltung mit einer Betriebsenergie in Intervallen eingerichtet ist, wenn die Sensorschaltung eine elektrische Last von zumindest einer elektrischen Schaltung sensiert, wobei die Energiesammelschaltung ferner eingerichtet ist, das Sammeln von Energie in diesen Intervallen zu unterbrechen, wenn die Sensorschaltung eine elektrische Last von zumindest einer elektrischen Schaltung sensiert.
Sicherungskasten (400) zum Beherbergen einer Vielzahl von Schutzschaltern (114), wobei jeder Schutzschalter (114) zumindest einen Anschluss zum Verbinden eines zu schützenden Schaltkreises und zumindest ein Bedienelement (214) aufweist, der Sicherungskasten (400) aufweisend: eine Schutzabdeckung (420), die innerhalb des Sicherungskastens angeordnet ist, wobei die Schutzabdeckung (420) das Innere des Sicherungskastens in einen Betriebsbereich, der vor der Schutzabdeckung (420) angeordnet ist, und einen Installationsbereich, der hinter der Schutzabdeckung (420) angeordnet ist, unterteilt, wobei die Schutzabdeckung (420) zumindest eine Öffnung zum Beherbergen der Vielzahl von Schutzschaltern (114) derart aufweist, dass der zumindest eine Anschluss von jedem Schutzschalter (114) in dem Installationsbereich angeordnet ist und sich das zumindest eine Bedienelement von jedem Schutzschalter (114) durch die zumindest eine Öffnung in den Betriebsbereich erstreckt; und zumindest eine Energiesammelvorrichtung zum Sammeln elektrischer Energie, die von zumindest einem Schutzschalter (114) der Vielzahl von Schutzschaltern (114) emittiert wird, wobei die Energiesammelvorrichtung in dem Betriebsbereich des Sicherungskastens angeordnet ist, wobei die Energiesammelvorrichtung zumindest ein induktives und/oder kapazitives Element, dessen Kernquerschnitt größer als eine Stirnfläche (212) eines einzelnen Schutzschalters (114) der Vielzahl von Schutzschaltern (114) ist, und eine Spule (452), die zum Sammeln elektrischer Energie von zumindest einer Gruppe von Schutzschaltern (114) aus der Vielzahl von Schutzschaltern (114) angeordnet ist, aufweist.
Sicherungskasten (400) nach Anspruch 14, wobei der Sicherungskasten (400) eine Tür (410) zum Abdecken des Betriebsbereichs aufweist, wobei das zumindest eine induktive und/oder kapazitive Element der zumindest einen Energiesammelvorrichtung an einer Innenseite der Tür (410) des Sicherungskastens (400) angeordnet ist.
Sicherungskasten (400) nach Anspruch 15, wobei die zumindest eine Spule (452) einen Außendurchmesser besitzt, der im Wesentlichen einer Breite und/oder Höhe der Tür (410) des Sicherungskastens (400) entspricht.
Sicherungskasten (400) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner aufweisend eine Datenübertragungsschaltung, die zumindest teilweise an einer Außenseite des Sicherungskastens (400) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Energiesammelvorrichtung ferner eingerichtet ist, der Datenübertragungsschaltung eine Betriebsenergie bereitzustellen.