DE202010008832U1 - Device for detecting the electrical power, in particular the active power and / or the electrical work of a consumer - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zur Erfassung der Wirkleistung und/oder der elektrischen Arbeit eines Verbrauchers (2.3), der mit einem Kabel (2.2), welches mehrere Leiter/Kabeladern aufweist, an einen Stromkreis angeschlossen ist, wobei am Kabel (2.2) ein Gehäuse (G) mit einem oder mehreren die elektrischen Verbrauchswerte des an dieses Kabel (2.2) angeschlossenen Verbrauchers (2.3) ermittelnden Messsensor(en) (2.1) installiert ist, wobei der Strom über einen getei mit den Leitern konkaktierte Schneidklemmen (1.2) abgenommen werden und das Gehäuse (G) Mittel aufweist, welche das Kabel (2.2)/die Kabeladern des Kabels (2.2) im Gehäuse (G) lagefixieren.Device for detecting the active power and / or the electrical work of a consumer (2.3), which is connected to a circuit with a cable (2.2) which has several conductors / cable cores, with a housing (G) on the cable (2.2) one or more measuring sensor (s) (2.1) which determine the electrical consumption values of the consumer (2.3) connected to this cable (2.2) is installed, the current being taken off via an insulation displacement connector (1.2) partially contacted with the conductors and the housing (G ) Has means which fix the cable (2.2) / the cable cores of the cable (2.2) in the housing (G) in position.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der elektrischen Leistung, insbesondere der Wirkleistung und/oder der elektrischen Arbeit eines Verbrauchers.The invention relates to a device for detecting the electrical power, in particular the active power and / or the electrical work of a consumer.
Aus der Druckschrift
Soll die elektrische Leistung ohne eine Unterbrechung des Stromkreises gemessen werden, kommen sogenannte Zangenamperemeter zum Einsatz. Diese messen den bei einem durchflossenen Leiter um diesen herum entstehenden Magnetfluss mittels des Transformatorprinzips. Derartige Lösungen werden beispielsweise in den Druckschriften
Der erfasste Magnetfluss ist proportional zum fließenden Strom. Die in den vorgenannten Druckschriften verwendeten Methoden haben mehrere Nachteile.The detected magnetic flux is proportional to the flowing current. The methods used in the aforementioned publications have several disadvantages.
Zum einen darf immer nur jeweils eine Ader von einem Zangenamperemeter umfasst werden. Bei handelsüblichen elektrischen Kabeln sind Hin- und Rückleiter in einem Kabel geführt, deren Magnetfluss genau entgegengesetzt ist und sich daher aufhebt. Weiterhin kann mittels eines Zangenamperemeters nur der elektrische Strom gemessen werden, aus dem dann mittels bekannter Spannung eine Leistungsabschätzung vorgenommen werden kann. Da die Phasenlage zwischen Spannung und Strom nicht bekannt ist, können keine hinreichend genauen Aussagen zur Wirkleistung des elektrischen Verbrauchers getroffen werden.On the one hand, only one vein may always be covered by one nipper ammeter. With commercially available electrical cables, the return conductor is routed in a cable whose magnetic flux is exactly opposite and therefore picks up. Furthermore, only the electrical current can be measured by means of a Zangenamperemeters from which then a power estimate can be made by means of known voltage. Since the phase relationship between voltage and current is not known, it is not possible to make sufficiently accurate statements about the active power of the electrical load.
Bauartbedingt kann es weiterhin zu Ungenauigkeiten beim Einsatz von Zangenamperemetern kommen, da der umfasste Leiter nicht immer genau im rechten Winkel durch die Messzange geführt wird. Hochgenaue Messungen sind daher nicht möglich.Due to the design, inaccuracies may still occur in the use of pliers amperemeters, since the included conductor is not always guided exactly at right angles through the measuring pliers. High-precision measurements are therefore not possible.
Eine in einem Stromkabel geformte drahtlos steuerbare Leistungssteuerungsvorrichtung ist aus der Druckschrift
Ein Nachteil aller vorgenannten Lösungen besteht darin, dass diese Lösungen nicht einfach in ein Stromkabel im Sinne der Nachrüstung zur Erfassung der durch einen Verbraucher abgegriffenen Wirkleistung integrierbar sind.A disadvantage of all the above solutions is that these solutions are not easily integrated into a power cable in the sense of retrofitting for detecting the tapped by a consumer active power.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe bei handelsüblichen Leitern einfach, sicher und sehr genau die elektrische Leistung, insbesondere die Wirkleistung bzw. die elektrische Arbeit eines angeschlossenen Verbrauchers ermittelt werden kann, ohne diesen Verbraucher vom Stromkreis zu trennen.The object of the invention is to provide a device available with the help of standard conductors simple, safe and very accurate electrical power, in particular the active power and the electrical work of a connected load can be determined without this consumer from the circuit to separate.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.This object is achieved with the features of the first protection claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Erfassung der Wirkleistung und/oder der elektrischen Arbeit eines Verbrauchers, der mit einem Kabel, welches mehrere Kabeladern aufweist, an einen Stromkreis angeschlossen ist, gelöst, wobei am Kabel ein Gehäuse mit einem oder mehreren die elektrischen Verbrauchswerte des an dieses Kabel angeschlossenen Verbrauchers ermittelnden Messsensor(en) installiert ist und wobei der Strom über einen geteilten Strommesswandler und die Spannung durch mit den Leitern konkaktierte Schneidklemmen abgenommen werden und das Gehäuse Mittel aufweist, welche das Kabel/die Kabeladern des Kabels im Gehäuse lagefixieren.This object is achieved by a device for detecting the active power and / or the electrical work of a consumer, which is connected to a cable having a plurality of cable wires, connected to a circuit, wherein the cable is a housing with one or more of the electrical consumption of the and the current being dissipated via a split current transducer and the voltage through insulation displacement terminals concatenated with the conductors, and the housing has means for fixing the cable / cable cores of the cable in the housing.
Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Installation der Einrichtung/des Gehäuses am Stromkabel des Verbrauchers möglich, ohne den Stromkreis zu unterbrechen und den Verbraucher vom Stromkreis zu trennen.As a result, a simple and inexpensive installation of the device / the housing on the power cable of the consumer is possible without interrupting the circuit and disconnect the consumer from the circuit.
Der/die Messsensoren übertragen die ermittelten Werte bevorzugt an einen Datensammler und/oder an einer Anzeigevorrichtung im Gehäuse.The measuring sensor (s) preferably transmit the determined values to a data collector and / or to a display device in the housing.
Die ermittelten Daten werden bevorzugt per Datenfernübertragung oder mittels Datenkabel von den Messsensoren an den Datensammler übertragen. Die elektrischen Verbrauchswerte können dann ausgewertet und einem Monitor angezeigt werden. Weiterhin können die Daten auch in einem Datenspeicher (z. B. für Auswertungen) gespeichert werden. Analog ist es auch möglich, die Verbrauchswerte auch an einer Anzeige, die am Gehäuse der Einrichtung integriert ist, zu visualisieren.The data obtained are preferably transmitted by remote data transmission or by data cable from the measuring sensors to the data collector. The electrical consumption values can then be evaluated and displayed on a monitor. Furthermore, the data can also be stored in a data memory (eg for evaluations). Analog it is also possible, the Consumption values also on a display, which is integrated on the housing of the device to visualize.
Zur Installation der Einrichtung wird das Kabel im Bereich der Befestigung des Gehäuses zumindest teilweise entmantelt, wobei jedoch die innere Isolation der einzelnen Kabeladern des Kabels bestehen bleibt.To install the device, the cable is at least partially stripped in the attachment of the housing, but the inner insulation of the individual cable strands of the cable remains.
Das Gehäuse besteht aus zwei Gehäuseschalen besteht, die zur Installation am Kabel geöffnet/aufgeklappt und nach Fixierung des Kabels geschlossen/zusammengepresst sind. Die Gehäuseschalen sind dazu bevorzugt über ein oder mehrere Scharniere klappbar.The housing consists of two housing shells that are opened / opened for installation on the cable and closed / compressed after fixing the cable. The housing shells are preferably foldable via one or more hinges.
Weiterhin verfügt das Gehäuse bzw. die Gehäuseschalen über eine an das Kabel angepasste Kabeldurchführung welche das Kabel am Außenumfang im geschlossenen/montierten Zustand dicht umfasst, so dass eine Zugbelastung auf den sich im Gehäuse befindlichen Kabelbereich weitestgehend vermieden wird und das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz vermieden wird.Furthermore, the housing or the housing shells has a cable bushing adapted to the cable which tightly encloses the cable on the outer circumference in the closed / mounted state, so that a tensile load on the cable area located in the housing is largely avoided and the penetration of moisture and dirt is avoided becomes.
Zusätzlich ist das Gehäuse durch entsprechende Dichtungen vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Verschmutzung geschützt.In addition, the housing is protected by appropriate seals against the ingress of moisture and / or contamination.
Zur Erfassung des im Leiter fließenden Stromes wird in dem Gehäuse ein bevorzugt in Längsrichtung des Gehäuses geschnittener Stromübertrager (insbesondere in Form eines geteilten Zangenamperemeters) angeordnet, der im geschlossenen Zustand des Gehäuses einen geschlossenen Magnetkreis bildet und um eine Kabelader des Kabels greift und als Strommesswandler zur Erfassung des Stromes, der durch diesen Leiter fließt, dient. Die Mittel zur Lagefixierung der Kabelader gewährleisten dabei, dass die Kabelader in einem im Wesentlichen rechten und fixierten Winkel (in Längsrichtung/entlang der Längsachse des Gehäuses) durch den Strommesswandler führt.For detecting the current flowing in the conductor, a preferably in the longitudinal direction of the housing cut current transformer (in particular in the form of a shared Zangenamperemeters) arranged in the housing forms a closed magnetic circuit in the closed state of the housing and engages around a cable core of the cable and as a current transducer to Capture of the current flowing through this conductor serves. The means for fixing the position of the cable core thereby ensure that the cable core leads through the current measuring transducer at a substantially right and fixed angle (in the longitudinal direction / along the longitudinal axis of the housing).
Zur direkten Erfassung der Spannung sind in dem Gehäuse Spannungsschneidklemmen in der Art angebracht, dass diese im geschlossenen Gehäusezustand in die elektrische Isolation zweier Kabeladern schneiden und damit eine elektrische Spannung direkt von diesen Kabeladern abnehmbar ist.For direct detection of the voltage voltage cutting terminals are mounted in the housing in such a way that they intersect in the closed housing state in the electrical insulation of two cable cores and thus an electrical voltage directly from these cable cores is removable.
Die elektrische Spannung dient als Messeingangsgröße zur Ermittlung von Wirk-, Schein- und Blindleistung des angeschlossenen Verbrauchers und/oder zur Versorgung der Messelektronik dient.The electrical voltage serves as a measuring input quantity for determining effective, apparent and reactive power of the connected consumer and / or for supplying the measuring electronics.
Die Anschlüsse des Stromwandlers sowie die über die Schneidklemmen abgenommene Nennspannung werden von einer elektrischen Schaltung verarbeitet, die ebenfalls in das Gehäuse Integriert ist.The connections of the current transformer as well as the rated voltage removed via the insulation displacement terminals are processed by an electrical circuit which is also integrated in the housing.
Dabei wird aus der Nennspannung die Niederspannung zum Betrieb der Auswerte- und Funkelektronik generiert wird und/oder die Nennspannung wird über einen Spannungsteiler sowie die Anschlüsse des Stromwandlers direkt an einem Analog-Digital-Wandler angeschlossen.In this case, the low voltage for the operation of the evaluation and radio electronics is generated from the nominal voltage and / or the nominal voltage is connected via a voltage divider and the terminals of the current transformer directly to an analog-to-digital converter.
Die digitalen Ausgangssignale des/der Analog-Digital-Wandler werden in einem Mikroprozessor, der ebenfalls im Gehäuse angeordnet ist, zu den elektrischen Größen Wirk-, Schein- und Blindleistung verknüpft und daraus der elektrische Leistungsfaktor/die Wirkleistung des an das Kabel angeschlossenen Verbrauchers bestimmt. Dabei wird im Analog-Digital-Wandler der genaue Wert der Nennspannung bestimmt.The digital output signals of the analog-to-digital converters are linked in a microprocessor, which is also arranged in the housing, to the electrical quantities active, apparent and reactive power and from this determines the electrical power factor / active power of the consumer connected to the cable , The exact value of the rated voltage is determined in the analog-to-digital converter.
Die ermittelten elektrischen Werte (elektrische Leistung/Wirkleistung) wird vom Mikroprozessor zu einem Datensammler übertragen, was bevorzugt mit oder ohne Kabel, im letzgenannten Fall über ein an den Mikroprozessor angeschlossenes Funkmodul erfolgt.The determined electrical values (electrical power / active power) is transmitted from the microprocessor to a data collector, which is preferably carried out with or without cable, in the latter case via a radio module connected to the microprocessor.
Vorteilhafter Weise wird in die Elektronik ein aufladbarer Akkumulator integriert, der über eine Ladeschaltung bei anliegender Nennspannung geladen wird und im Falle nicht vorhandener Nennspannung die Stormversorgung des Mikroprozessors und des Funkmoduls übernimmt.Advantageously, a rechargeable accumulator is integrated in the electronics, which is charged via a charging circuit with applied nominal voltage and in the case of non-existing nominal voltage, the power supply of the microprocessor and the radio module takes over.
Bevorzugt sind Mikroprozessor, Analog-Digital-Wandler und Funkmodul in einen integrierten Schaltkreis integriert.Preferably, microprocessor, analog-to-digital converter and radio module are integrated in an integrated circuit.
Weiterhin können in dem Gehäuse eine oder mehrere Statusanzeigen angeordnet sein. Insbesondere sollten folgende Statusanzeigen vorgesehen sein:
- – eine Status-LED, die eine anliegende Nennspannung signalisiert,
- – eine Status-LED, die anzeigt, dass die Funkverbindung stabil ist und
- – eine Status LED, die den Stromfluss anzeigt.
- A status LED signaling an applied nominal voltage,
- A status LED indicating that the radio connection is stable and
- - a status LED that indicates the flow of electricity.
Weiterhin kann in dem Gehäuse, insbesondere über den Mikroprozessor gesteuert, eine LCD-Anzeige zur Visualisierung der aktuellen Verbrauchswerte des angeschlossenen Verbrauchers integriert sein, die bevorzugt im Inneren des Gehäuses angeordnet und über einen durchsichtigen Teil des ansonsten isolierenden Gehäuses, welches insbesondere aus Kunststoff besteht, sichtbar ist.Furthermore, in the housing, in particular controlled by the microprocessor, an LCD display for visualizing the current consumption of the connected consumer may be integrated, which is preferably arranged inside the housing and a transparent part of the otherwise insulating housing, which consists in particular of plastic is visible.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmalig möglich, eine Einrichtung zur Erfassung der elektrische Leistung, insbesondere der verbrauchten Wirkleistung oder elektrischen Arbeit eines elektrischen Verbrauchers, nachträglich in ein Stromkabel zu installieren, ohne den Verbraucher vom Netz zu trennen. Um die elektrischen Verbrauchswerte möglichst genau zu erfassen, müssen dabei sowohl die anliegende Spannung als auch der fließende Strom parallel und zeitsynchron gemessen werden, was mit der erfindungsgemäßen Lösung erstmalig sehr einfach möglich ist.With the solution according to the invention it is possible for the first time, a device for detecting the electrical power, in particular the consumed Active power or electrical work of an electrical consumer, to be subsequently installed in a power cable without disconnecting the consumer from the mains. In order to capture the electrical consumption values as accurately as possible, both the applied voltage and the flowing current must be measured in parallel and time-synchronized, which is the first time very simply possible with the inventive solution.
Zum Messen der Spannung werden die stromführenden Leiter direkt kontaktiert werden, was über zwei Schneidklemmen, die automatisch beim Schließen des Gehäuses an den jeweiligen Leiter gedrückt und dadurch mit diesem kontaktiert werden, realisiert wird. Für das Messen des Stromes wird ein Strommessgerät (Zangenamperemeter) verwendet, welches jedoch zum Einlegen des Leiters bei geöffnetem Gehäuse längs getrennt ist und beim Schließen des Gehäuses ebenfalls geschlossen wird.To measure the voltage, the current-carrying conductors are contacted directly, which is realized via two insulation displacement terminals, which are automatically pressed against the respective conductor when the housing is closed and thus contacted with it. For measuring the current, a current measuring device (pliers ammeter) is used, which is however longitudinally separated for insertion of the conductor with the housing open and is also closed when closing the housing.
Diese Kombination aus Mitteln zum direktem konstruktionsbedingtem Abgriff/Ertastung der Spannung und aus Mitteln zur unterbrechungsfreien Strommessung, die alle in einem einfach nachrüstbaren Gehäuse integriert werden, sind das Wesentliche Element der vorliegenden Erfindung.This combination of direct design tapping / voltage sensing means and uninterruptible current measuring means, all integrated in a simple retrofit housing, is the essential element of the present invention.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann somit auf einfache Art und Weise nachgerüstet werden.The device according to the invention can thus be retrofitted in a simple manner.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and associated drawings.
Es zeigen:Show it:
Die Einrichtung besteht gemäß
Gemäß
Zum einen wird aus der Nennspannung mittels eines Schaltreglers
On the one hand, the nominal voltage is reduced by means of a switching regulator
Alle elektrischen Werte werden über ein Funkprotokoll F über einen an den Mikroprozessor angeschlossenen Funkmodul
Um auch im Falle einer ausfallenden Nennspannung weiterhin Werte an den Datensammler
Mikroprozessor
(Ein Beispiel dafür ist das Bauelement ZW301 des Herstellers Sigma Designs (ehem. Zensys). Dieser Chip unterstützt das Funkprotokoll Z-Wave, dessen Spezifikation die Übertragung der oben genannten elektrischen Verbrauchsgrößen ermöglicht und gleichzeitig die Datenintegrität über die Luft sowie die Adressierung der einzelnen Funksensoren abbildet.(An example of this is the ZW301 device from the manufacturer Sigma Designs (formerly Zensys).) This chip supports the Z-Wave radio protocol, whose specification is the transmission of the above said electrical consumption variables and simultaneously maps the data integrity over the air and the addressing of the individual wireless sensors.
Über drei Status-LEDs
Der Messsensor
Das Stromkabel/Kabel
Die Gehäuseschalen G1, G2 verfügen an ihren Enden über eine angepasste Kabeldurchführung
Im Gehäuseinneren befinden sich ein geschnittener Stromübertrager/Strommesswandler
Eine erste Kabelführung
Die Kabelader
Beide Gehäusehälften G1, G2 sind über Scharniere S miteinander schwenkbar verbunden.Both housing halves G1, G2 are connected to each other via hinges S pivotally.
Einige Schnittdarstellungen durch die geschlossenen Gehäusehälften G1 und G2 des Gehäuses G sind in den
Den Kabelführungen
In
Die in den
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es auf einfache Art und Weise möglich, eine Einrichtung zur Erfassung der Leistungsdaten eines Verbrauchers zu ermitteln, ohne den Verbraucher vom Netz zu trennen, wodurch eine einfache Nachrüstung möglich ist.With the solution according to the invention, it is possible in a simple manner to determine a device for detecting the performance data of a consumer, without disconnecting the consumer from the network, whereby a simple retrofitting is possible.
Das Stromkabel des Verbrauchers wird einfach in einem bestimmten Bereich entmantelt, ohne die Ummantelung der einzelnen Adern zu entfernen, die einzelnen Kabeladern werden in dem Gehäuse fixiert, dieses geschlossen und fertig!The power cable of the consumer is simply stripped in a certain area, without removing the sheath of the individual wires, the individual cable wires are fixed in the housing, this closed and ready!
In dem insbesondere klappbaren oder zusammensteckbaren Gehäuse sind ein Stromwandler und eine entsprechende Auswerteelektronik integriert, wobei deren Spannungsversorgung batteriebetrieben sein kann oder nennspannungsbetrieben mit Schneidklemmen erfolgt. Die Messwertausgabe erfolgt auf einfache Art und Weise über ein Kabel oder über Funk. Dabei ist es in beiden Fallen möglich, die Messwerte auch in der Einrichtung zwischenzuspeichern.In the particular hinged or zusammensteckbaren housing a current transformer and a corresponding evaluation are integrated, the power supply can be battery powered or rated voltage operated with insulation displacement terminals. The measured value output takes place in a simple way via a cable or via radio. In both cases it is possible to temporarily store the measured values in the device as well.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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