DE102007044166B4 - Arrangement for measuring current yield and / or consumption variables in a low-voltage network, together with the associated method - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Messung von Stromertrags- und/oder Verbrauchsgrößen in einem Niederspannungsnetz mit mindestens einer vor und/oder nach einem Verteilerpunkt (1) an einer Leitung (2) eines Stromkreises (3) installierten Messeinheit (4), umfassend einen kontaktlosen Stromwandler (5) zur Erfassung eines Stromflusses und einen internen Messsignalumsetzer (6) in Verbindung mit einem Erfassungsgerät (7a) mit einem Messwertspeicher und einer Schnittstelle (8) für einen bidirektionalen Datenaustausch mit einer externen Datenerfassungs- und Auswerteeinheit (9) dadurch gekennzeichnet, dass der Messsignalumsetzer (6) als ein durch ein in dem Erfassungsgerät (7a), welches extern von der Messeinheit (4) angeordnet ist, befindliches Schieberegister (10) für ein Messintervall aktivierter A/D-Wandler (11) zum Erzeugen eines digitalisierten Messsignals in Form einer digitalisierten Sinuswelle ausgebildet ist, welches Erfassungsgerät (7a) einen Speicher- und Vergleicherschaltkreis (7) mit einem Vergleichsglied (12) zum Abtasten des digitalisierten Messsignals und Ermitteln eines maximalen Signalwertes innerhalb des Messintervalls enthält.Arrangement for measuring current yield and / or consumption variables in a low-voltage network with at least one measuring unit (4) installed before and / or after a distribution point (1) on a line (2) of a circuit (3), comprising a contactless current transformer (5) for detecting a current flow and an internal measuring signal converter (6) in conjunction with a detection device (7a) with a measured value memory and an interface (8) for bidirectional data exchange with an external data acquisition and evaluation unit (9), characterized in that the measuring signal converter (6 as a shift register (10) for a measurement interval activated A / D converter (11) in the detection device (7a) which is arranged externally of the measuring unit (4) for producing a digitized measurement signal in the form of a digitized sine wave is formed, which detection device (7a) is a memory and comparator circuit (7) with a ver contains equalizer (12) for sampling the digitized measurement signal and determining a maximum signal value within the measurement interval.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Stromertrags- und/oder Verbrauchsgrößen in einem Niederspannungsnetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an arrangement for measuring current yield and / or consumption variables in one Low-voltage network according to the preamble of claim 1.
Niederspannungsnetze werden in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung mit einphasigen oder dreiphasigen Spannungen im Bereich von 230 V bzw. 400 V bis zu einer Obergrenze von 1000 V betrieben. Sie dienen in der Regel zur Versorgung von Endverbrauchern und sind in verschiedenen Arten ausgebildet. Niederspannungsnetze beginnen in der Regel an einer Transformatorenstation in unmittelbarer Nähe von Wohn- oder Gewerbegebieten, in denen die Spannung der überregionalen Hochspannungsnetze von 10 kV bzw. 20 kV für ein Drehstromnetz mit einer Phasenspannung von 230 V gegen einen geerdeten Sternpunkt und einer Außenleiterspannung von 400 V zwischen jeweils zwei Außenleitern transformiert werden.Low voltage networks become dependent from the particular application with single-phase or three-phase voltages in the range of 230 V or 400 V up to an upper limit of 1000 V operated. They are usually used to supply end consumers and are trained in different ways. Low voltage networks usually start at a transformer station in the immediate vicinity near Residential or commercial areas in which the tension of the supraregional High-voltage networks of 10 kV or 20 kV for a three-phase system with one Phase voltage of 230 V against a grounded star point and a Phase voltage 400 V between each two outer conductors are transformed.
Sonderformen derartiger Netze sind Niederspannungs-Industrienetze mit einer Spannung von 400 V, 500 V bzw. 700 V, bzw. Großgebäudenetze, die an ein Mittelspannungsnetz angeschlossen sind und über einen eigenen Transformator verfügen, der in das interne Niederspannungsnetz einspeist. Niederspannungsnetze werden auch zur Nachrichtenübertragung, insbesondere zur Übertragung so genannter Rundsteuersignale oder in einigen Ländern zur Übertra gung höherfrequenter Datensignale mittels eines Trägerfrequenzmodems benutzt.special shapes Such networks are low voltage industrial networks with a voltage of 400 V, 500 V or 700 V, or large-scale networks connected to a medium-voltage network are connected and over have their own transformer, which feeds into the internal low-voltage grid. Low voltage networks will also be used for messaging, in particular for transmission so-called ripple control signals or in some countries for transmis tion higher-frequency Data signals by means of a carrier frequency modem used.
Über Verteilerpunkte zweigt das Niederspannungsnetz in kleinere Unternetze auf, welche die Verbraucherstromversorgung im engeren Sinne bilden. Beispiele hierfür sind die Stromversorgungen in einem Wohnhaus. Innerhalb des Unternetzes befinden sich weitere Unterverteiler, insbesondere an Steigleitungen angeschlossene Etagenverteiler, Verteiler für abgeschlossene Unterbereiche, insbesondere Wohnungen oder andere Raumkomplexe.About distribution points The low voltage network branches into smaller subnets, which constitute the consumer power supply in the narrower sense. Examples therefor are the power supplies in a residential building. Within the subnet There are other sub-distributors, especially on risers connected floor distributors, distributors for closed sub-areas, in particular apartments or other room complexes.
Eine Messung von Verbrauchsgrößen in derartigen Unternetzen erfolgt üblicherweise durch in die Unternetze geschaltete elektrisch kontaktierte Drehstromzähler (so genannte Ferraris-Zähler). Diese befinden sich an zweckmäßigen Punkten, z. B. in einem Schaltschrank eines Hauses, und führen für einzelne Mietparteien, Wohnungen und dergleichen Einheiten eine Verbrauchsmessung aus. Eine Verbrauchsmessung mit einer solchen Vorrichtung für noch kleinere Teilbereiche lohnt wegen des damit verbundenen Aufwandes nicht und wird in der Regel auch nicht ausgeführt.A Measurement of consumption variables in such Subnets usually take place by electrically connected three-phase current meters connected in the sub-networks (see above) called Ferraris counter). These are at convenient points, z. B. in a cabinet of a house, and lead for individual tenants, apartments and the like units a consumption measurement. A consumption measurement with such a device for even smaller areas worthwhile because of the associated effort not and is usually not executed.
In
der gattungsbildenden Druckschrift
Die
Die
Druckschrift
Verbrauchsmessungen für einzelne Verbraucher, d. h. für einzelne Stromanschlüsse und Steckdosen, sind auch mit so genannten Energiekostenmessgeräten möglich. In Abhängigkeit von deren Ausführungsform werden diese entweder in einen Stromanschluss, d. h. in eine Steckdose, eingesteckt, oder mittels Stromzangen für eine gewisse Zeit an einzelne Leitungen angeklemmt.consumption measurements for individual Consumers, d. H. For individual power connections and sockets, are also possible with so-called energy cost meters. In dependence of their embodiment These are either in a power connection, d. H. into a socket, plugged in, or by means of current clamps for a certain time to individual Cables connected.
Derartige Lösungen befriedigen allerdings keineswegs. Es können nur kurzzeitige Messungen an einer Entnahmestelle oder einem Verteiler vorgenommen werden. Eine korrekte Ermittlung und Darstellung des Stromverbrauchs auf der Ebene des jeweiligen Teilnetzes oder sogar eine Aufzeichnung des Verbrauchs über einen längeren Zeitraum sind unmöglich. Energiekostenmessgeräte, die sich in Steckdosen einstecken lassen und gewisse Speicherfunktionen für Messwerte aufweisen können, sind nur für jeweils eine Steckdose vorgesehen und können zur Berechnung oder zum Verfolgen eines Stromverbrauchs in einem beliebig ausgebildeten Teilnetz mit mehreren Verbrauchern nicht verwendet werden.However, such solutions by no means satisfy. Only short-term measurements can be made at a sampling point or a distributor. A correct determination and presentation of the power consumption at the level of the respective subnet or even a recording of the consumption over a longer period of time are impossible. Energy cost meters, which can be plugged into sockets and have some storage functions for measured values are only intended for one outlet and can not be used to calculate or track power consumption in an arbitrarily configured subnetwork with multiple consumers.
Derartige Vorrichtungen sind auch nicht zweckmäßig, wenn ein Stromertrag einer lokalen Stromquelle im Niederspannungsnetz, etwa eines Generators oder einer Solaranlage in oder an einem Gebäude, gemessen oder über einen längeren Zeitraum verfolgt werden soll.such Devices are also not useful when a power yield of a local power source in the low voltage network, such as a generator or a solar system in or on a building, measured or over a longer Period should be tracked.
Aus den genannten Nachteilen und Problemen ergibt sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Anordnung zur Messung von Stromertrags- und/oder Verbrauchsdaten in einem Niederspannungsnetz anzugeben, mit der grundsätzlich auf beliebigen Ebenen, Teilbereichen, Verbrauchs- bzw. Einspeisestellen des Niederspannungsnetzes Verbrauchsgrößen und/oder Stromertragsgrößen auf eine einfache, kostengünstige und kontinuierliche Weise gemessen werden können. Eine langfristige Verfolgung dieser Größen soll dabei möglich sein.Out the disadvantages and problems mentioned results in the invention underlying task, an arrangement for measuring electricity yield and / or consumption data in a low-voltage network, with the principle of any Levels, sub-areas, consumption points or feed-in points of the low-voltage network Consumption sizes and / or Electricity yield variables on one simple, inexpensive and can be measured continuously. A long-term pursuit of these sizes possible be.
Die Aufgabe wird zunächst mit einer Anordnung zur Messung von Stromertrags- und/oder Verbrauchsdaten in einem Niederspannungsnetz gelöst. Die Anordnung enthält mindestens eine vor und/oder nach einem Verteilerpunkt des Niederspannungsnetzes an einer Leitung eines Stromkreises installierte Messeinheit. Diese umfasst einen kontaktlosen Stromwandler zur Erfassung eines Stromflusses und einen internen Messsignalumsetzer in Verbindung mit einem Erfassungsgerät mit einem Messwertspeicher und einer Schnittstelle für einen bidirektionalen Datenaustausch mit einer externen Datenerfassungs- und Auswerteeinheit.The Task is first with an arrangement for measuring current yield and / or consumption data in a low-voltage network solved. The Arrangement contains at least one before and / or after a distribution point of the low-voltage network measuring unit installed on a line of a circuit. These includes a contactless current transformer for detecting a current flow and an internal measurement signal converter in conjunction with a detection device with a Measured value memory and an interface for bidirectional data exchange with an external data acquisition and evaluation unit.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Anordnung dadurch aus, dass der Messsignalumsetzer als ein durch ein Schieberegister, das in dem Erfassungsgerät, welches extern von der Messeinheit angeordnet ist, für ein Messintervall aktivierter A/D-Wandler zum Erzeugen eines digitalisierten Messsignals in Form einer digitalisierten Sinuswelle ausgebildet ist. Dabei enthält das Erfassungsgerät einen Speicher- und Vergleicherschaltkreis mit einem Vergleichsglied zum Abtasten des digitalisierten Messsignals und Ermitteln eines maximalen Signalwertes innerhalb des Messintervalls.Draws according to the invention the arrangement is characterized in that the Meßsignalumsetzer as a by a shift register included in the detection device, which is arranged externally of the measuring unit, activated for a measuring interval A / D converter for generating a digitized measurement signal in the form of a digitized Sine wave is formed. The detection device contains a Memory and comparator circuit with a comparison element for Sampling the digitized measurement signal and determining a maximum Signal value within the measuring interval.
Grundgedanke der Erfindung ist es, an zweckmäßig ausgewählten, aber an sich beliebig gewählten Leitungen des Niederspannungsnetzes eine Anordnung aus mindestens einer kontaktlos arbeitenden Messeinheit und einem Erfassungsgerät anzuordnen, die den Stromfluss in der Leitung und damit den Stromverbrauch bzw. den Stromertrag misst und die dabei registrierten Messwerte an eine externe Datenerfassungs- und Auswerteeinheit übertragt. Der Datenaustausch zwischen Messeinheit und Datenerfassungs- und Auswerteeinheit erfolgt bidirektional. Die Messeinheit bzw. das Erfassungsgerät werden von der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit angesprochen und zum Auslesen der ermittelten Messdaten abgefragt.basic idea The invention is to be suitably selected, but in itself arbitrarily chosen Lines of the low voltage network an arrangement of at least a contactless measuring unit and a detection device to arrange the current flow in the line and thus the power consumption or measures the current yield and the measured values registered to it external data acquisition and evaluation unit transmits. The data exchange between measuring unit and data acquisition and evaluation takes place bidirectional. The measuring unit or the recording device are addressed by the data acquisition and evaluation and to the Reading out the determined measurement data queried.
Jede Messeinheit enthält einen kontaktlosen, von der Leitung galvanisch isolierten Stromwandler. Eine elektrisch leitende Kontaktierung ist nicht notwendig. Die Messeinheit kann grundsätzlich an jeder beliebigen Stelle innerhalb des Niederspannungsnetzes angeordnet sein, so dass an diesem Punkt Stromertrags- bzw. Verbrauchsgrößen ermittelt werden können.each Measuring unit contains a contactless, electrically insulated from the line current transformer. An electrically conductive contact is not necessary. The Measuring unit can in principle arranged anywhere within the low-voltage network be, so that at this point determined Stromertrags- or consumption quantities can be.
Der Messsignalumsetzer ist zweckmäßigerweise als ein durch ein Schieberegister aktivierter A/D-Wandler ausgebildet. Dieser setzt das analoge Stromsignal des Stromwandlers ein digitales Messsignal um.Of the Measuring signal converter is expediently as an activated by a shift register A / D converter. This sets the analog current signal of the current transformer digital Measuring signal to.
Der Messwertspeicher ist als ein von dem Schieberegister aktivierter Speicher- und Vergleicherschaltkreis zum Ermitteln und Speichern eines Messwertes in Form eines in einem Abtastintervall ermittelten Maximalwertes ausgebildet. Das Schieberegister löst an der Messeinheit eine Vielzahl von Einzelmessungen zum Abtasten des durch den Stromwandler gelieferten und durch den A/D-Wandler digitalisierten Messsignals aus. Der dabei ermittelte Maximalwert des digitalisierten Messsignals bildet den von der Messeinheit ermittelten Messwert.Of the Measured value memory is activated as one of the shift register Memory and comparator circuit for determining and storing a measured value in the form of a Scanning interval determined maximum value formed. The shift register dissolves the measuring unit a variety of individual measurements for scanning the supplied by the current transformer and digitized by the A / D converter Measuring signal off. The thereby determined maximum value of the digitized Measuring signal forms the measured value determined by the measuring unit.
Die Schnittstelle an dem Erfassungsgerät für den bidirektionalen Datenaustausch ist zweckmäßigerweise eine serielle Schnittstelle, insbesondere eine RS232-, RS422- oder eine USB-Schnittstelle. Die Übertragungsprotokolle für derartige Schnittstellen sind für eine bidirektionale Datenübertragung standardisiert.The Interface to the detection device for bidirectional data exchange is expediently a serial interface, especially an RS232, RS422 or a USB interface. The transmission protocols for such Interfaces are for standardized bidirectional data transmission.
Die externe Datenerfassungs- und Auswerteeinheit ist zweckmäßigerweise ein mit einer Abfrage- und Auswertesoftware ausgestattetes Computersystem, insbesondere ein Personalcomputer. Derartige Computersysteme sind üblicherweise mit allen erforderlichen Schnittstellen zur Datenübertragung ausgestattet.The External data acquisition and evaluation is expediently a computer system equipped with a query and evaluation software, in particular a personal computer. Such computer systems are common equipped with all necessary interfaces for data transmission.
Ein
auf die erfindungsgemäße Anordnung bezogenes
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben einer Anordnung zum Messen von Stromertrags- und/oder
Verbrauchsdaten in einem Niederspannungsnetz mit den genannten Merkmalen
zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:
Es wird
ein Anforderungssignal von der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit
an die jeweils eine Messeinheit gesendet. Daraufhin erfolgt ein
Abtasten einer durch den A/D-Wandler erzeugten digitalisierten Sinuswelle
eines vom Stromwandler gelieferten Messsignals und ein Speichern
eines dabei ermittelten Maximalwertes als Messwert. Als Antwort
wird der in dem Messwertspeicher des Speicher- und Vergleicherschaltkreises
gespeicherte Messwert über die
Schnittstelle an die externe Datenerfassungs- und Auswerteeinheit übertragen.
Es erfolgt ein Speichern und Umrechnen des Messwertes in momentane
und/oder zeitlich verfolgbare Stromertrags und/oder Verbrauchsgrößen, insbesondere
Leistung, Energieertrag, Energieverbrauch und/oder Kosten. Die berechneten
Ertrags-, bzw. Verbrauchsgrößen werden
in einer geeigneten Weise dargestellt und aufbereitet.A related to the inventive arrangement inventive method for operating an arrangement for measuring current and / or consumption data in a low-voltage network with the features mentioned is characterized by the following steps:
A request signal is sent from the data acquisition and evaluation unit to the respective one measurement unit. This is followed by scanning a digitizer generated by the A / D converter sine wave of a measurement signal supplied by the current transformer and storing a determined maximum value as a measured value. In response, the measured value stored in the measured value memory of the memory and comparator circuit is transmitted via the interface to the external data acquisition and evaluation unit. There is a storage and conversion of the measured value into current and / or temporally traceable power output and / or consumption variables, in particular power, energy yield, energy consumption and / or costs. The calculated yield or consumption quantities are displayed and prepared in a suitable manner.
Bei mehreren Messeinheiten erfolgt das Senden des Anforderungssignals nacheinander getaktet an jede einzelne Messeinheit.at several measuring units, the sending of the request signal clocked in succession to each individual measuring unit.
Es muss dabei keine ständige Messung der zu ermittelnden Größen erfolgen, vielmehr können die Messungen in wiederkehrenden Zeiträumen, insbesondere an gewissen Stichtagen, Tageszeiten oder bei Bedarf erfolgen.It it does not have to be permanent Measurement of the quantities to be determined, rather, the Measurements in recurring periods, especially at certain times Deadlines, times of day or when needed.
Zur Aufbereitung und Darstellung der berechneten Stromertrags- und/oder Verbrauchsgrößen wird zweckmäßigerweise ein interaktiver Netzplan, insbesondere in Form eines Gebäudegrundrisses, mit einer Anzeige der Stromkreise, Messeinheiten, Stromerzeuger und/oder Verbraucher erzeugt und die Stromertrags- und/oder Verbrauchsgrößen aufgeschlüsselt auf einzelne Räume und/oder einzelne Stromkreise des Gebäudegrundrisses angezeigt. Diese Visualisierung ermöglicht es, die gemessenen bzw. berechneten Größen schnell und einfach abzufragen, wobei für den Benutzer die Bereiche der jeweiligen Teilnetze und deren Verbraucher übersichtlich werden.to Preparation and presentation of the calculated electricity yield and / or Consumption sizes will expediently an interactive network, especially in the form of a building plan, with an indication of the circuits, units of measurement, generators and / or consumer generated and the power output and / or consumption sizes broken down to individual rooms and / or individual circuits of the building outline. These Visualization enabled it to query the measured or calculated quantities quickly and easily, being for the user the areas of the respective subnets and their consumers clearly become.
Zur Aufbereitung und Darstellung der berechneten Stromertrags- und/oder Verbrauchsgrößen kann auch auf die Erzeugung einer Stromertrags- und/oder eine Verbrauchsverlaufskurve mit einer Darstellung einer Änderung einer Stromertrags- und/oder Verbrauchsgröße über einer Folge von Zeitintervallen, insbesondere eine Darstellung einer Leistungsverlaufs- einer Energieverlaufs- oder einer Kostenverlaufskurve, zurückgegriffen werden. Zeitliche Entwicklungen der gemessenen bzw. berechneten Größen werden dadurch sichtbar.to Preparation and presentation of the calculated electricity yield and / or Consumption sizes can also to the generation of a current yield and / or a consumption curve with a representation of a change a current yield and / or consumption quantity over a series of time intervals, in particular a representation of a performance curve of an energy curve or a cost curve, resorted become. Temporal developments of the measured or calculated Become sizes visible through it.
Zweckmäßigerweise erfolgt außerdem eine Darstellung eines Gesamtstromertrages und/oder einer Gesamtverbrauchsgröße, insbesondere einer Stromstärke, eines Energiebetrages, einer Leistung und/oder Gesamtkosten mit einer Aufschlüsselung und Darstellung der Anteile der einzelnen Messeinheiten, insbesondere in Form eines Tortendiagramms bzw. Balkendiagramms. Damit können Anteile einzelner Stromquellen und vor allem einzelner Verbraucher an den Stromerträgen bzw. an den Verbrauchsdaten, übersichtlich dargestellt werden.Conveniently, takes place as well a representation of a total power output and / or a total consumption size, in particular a current, an amount of energy, a service and / or total costs a breakdown and Presentation of the shares of the individual measuring units, in particular in the form of a pie chart or bar chart. This can be shares individual power sources and especially individual consumers to the current income or on the consumption data, clearly arranged being represented.
Die
Messanordnung und das Verfahren zum Betreiben der Messanordnung
sollen im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es werden für
gleiche bzw. gleich wirkende Teile bzw. Verfahrensschritte die gleichen
Bezugszeichen verwendet. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten
In
dem hier vorliegenden Fall einer Wohnung ist an einer Steigleitung
innerhalb eines Hauses ein Verzweigungspunkt
Von
diesem Verzweigungspunkt zweigen die je einen Stromkreis
Aus
einem für
die Wohnung geltenden Installationsplan ist die Zuordnung der Leitungen
Die
externe Datenerfassungs- und Auswerteeinheit
Es
können
dabei Stromwandler für
verschiedene Messbereiche, beispielsweise Bereiche von 0 bis 20
A, 0 bis 50 A oder 0 bis 200 A verwendet werden. Im Ergebnis der
kontaktlosen Strommessung liefert der Stromwandler einen Span nungswert.
Dieser liegt in der Regel im Bereich von 0 bis 5 V. Ein Messsignalumsetzer
Ein
im Erfassungsgerät
Wie
in
Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel weist der A/D-Wandler eine Busbreite von 8 bit auf. Das vom Stromwandler gelieferte Eingangssignal, also die dort anliegende Spannung, wird dabei in einen entsprechenden digitalen Wert umgewandelt. Bei einer Busbreite von beispielsweise 8 bit liegt der dafür verfügbare Wertevorrat im Bereich von 0 bis 255. Bei einem Stromwandler im Messbereich von 0 bis 20 A ergibt sich bei einem Stromfluß von 20 A in der gemessenen Leitung und einer daraus resultierenden Spannung von 5 V als Messsignal ein digitaler Wert von 255.at an expedient embodiment For example, the A / D converter has a bus width of 8 bits. That from the current transformer delivered input signal, so the voltage applied there, is thereby converted into a corresponding digital value. At a Bus width of 8 bits, for example, is the available value stock in the range from 0 to 255. For a current transformer in the measuring range from 0 to 20 A results in a current flow of 20 A in the measured Line and a resulting voltage of 5 V as a measurement signal a digital value of 255.
Der
Speicher- und Vergleicherschaltkreis
Bei diesem Verfahrensablauf sendet die Datenerfassungs- und Auswerteeinheit ein Anforderungssignal in festen Intervallen, beispielsweise bei 16 Messeinheiten aller 2 Sekunden, ein Anforderungssignal. Die Lände dieses Intervalls ist prinzipiell beliebig und kann durch eine entsprechende Software festgelegt werden. Sie muss jedoch mindestens so lang sein, dass nacheinander für jede Messeinheit im betrachteten Teilnetz die beschriebenen Messschritte, d. h. das Digitalisieren und Abtasten des Messsignals, die Ermittlung des maximalen Signalwertes und die anschließende Übermittlung des Messwertes, ausführbar ist.In this procedure the data acquisition and evaluation unit sends an request signal at fixed intervals, for example at 16 measuring units every 2 seconds, a request signal. The country of this interval is in principle arbitrary and can be determined by an appropriate software. However, it must be at least as long that the described measuring steps, ie the digitizing and sampling of the measuring signal, the determination of the maximum signal value and the subsequent transmission of the measured value, can be carried out in succession for each measuring unit in the considered subnetwork.
Die Länge des Schieberegisters muss dabei der Anzahl der Messeinheiten im betrachteten Teilnetz entsprechen. Das Schieberegister aktiviert nacheinander jede Messeinheit für ein festgelegtes, für die Messung ausreichendes Abtastintervall, zweckmäßigerweise in der zeitlichen Länge von 1,5 Sinuswellen des im Teilnetz fließenden Wechselstroms.The Length of the Shift register must be the number of measuring units in the considered Subnet correspond. The shift register activates one after the other every measuring unit for a fixed, for the measurement sufficient sampling interval, expediently in the length of time of 1.5 sine waves of the alternating current flowing in the subnet.
Weil das Schieberegister die Messeinheiten nacheinander aktiviert, ist eine gesonderte Identifizierung der Messeinheiten dadurch nicht notwendig. Die von allen Messeinheiten ermittelten Messwerte werden in einer festgelegten Reihenfolge an die Datenerfassungs- und Auswerteeinheit gesendet. Dort erfolgt die Zuordnung der einlaufenden Messwerte zu den einzelnen Messeinheiten bzw. Messstellen aufgrund der im Schieberegister festgelegten und in einer Zuordnungstabelle logisch den einzelnen Messstellen zugeordneten Reihenfolge. So kann beispielsweise in der Zuordnungstabelle festgelegt sein, dass der durch das Schieberegister als Messwert Nummer 1 bestimmte Wert dem Wohnzimmer, der als Messwert Nummer 2 bestimmte Wert dem Kinderzimmer bzw. der als Messwert Nummer 5 bestimmte Wert der Küche bzw. den jeweiligen Teilnetzen zugeordnet ist.Because the shift register activates the measuring units one after the other a separate identification of the measuring units by not necessary. The measured values determined by all measuring units become in a defined order to the data acquisition and evaluation unit Posted. There, the assignment of the incoming measured values takes place the individual measuring units or measuring points on the basis of the shift register and in a mapping table logically the individual measuring points assigned order. For example, in the allocation table be set that by the shift register as the measured number 1 specific value to the living room, which determined number 2 as a reading Value of the nursery or the value determined as the measured value number 5 the kitchen or the respective subnets is assigned.
Bei
einer möglichen
Ausführungsform
ist das Speicherglied im Erfassungsgerät als ein Pufferspeicher ausgebildet,
der alle in einem gewissen Zeitraum ermittelten Messwerte zusammen
mit einer Zeitangabe zwischenspeichert und bei Abruf über die Schnittstelle
Das
Erfassungsgerät
kann extern programmierbar sein. Es ist dann möglich, Betriebsparameter, insbesondere
Grenzwerte, in dem Speicher der Messeinheit vorzugeben. Hierzu ist
ein programmierbarer Festwertspeicher
Eine
weitere mögliche
Erweiterung des Erfassungsgerätes
Als Datenerfassungs- und Auswerteeinheit kommt insbesondere ein üblicher Personal Computer zum Einsatz. Dieser verfügt über eine entsprechende Schnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation mit den Erfassungsgeräten und eine Datenerfassungs- und Auswertesoftware zum Verarbeiten der von den Messeinheiten übermittelten Messdaten. Dies sind insbesondere serielle Schnittstellen, vorzugsweise USB- oder RS-Schnittstellen für drahtgebundene Datenübertragungen, bzw. interne oder extern mit der Messeinheit verbundene Mittel zur drahtlosen Datenübertragung, insbesondere WLAN-Module.When Data acquisition and evaluation is in particular a common Personal computer used. This has a corresponding interface for bidirectional communication with the acquisition devices and a data acquisition and evaluation software for processing of transmitted to the measuring units Measurement data. These are in particular serial interfaces, preferably USB or RS interfaces for wired data transmissions, or internal or external means connected to the measuring unit for wireless data transmission, especially WLAN modules.
Das Anforderungssignal wird in einem festgelegten Zeittakt von der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit an das Erfassungsgerät gesendet und aktiviert den oben beschriebenen Messprozess. Das Senden des Anforderungssignals kann von einem Benutzer manuell gestartet bzw. beendet werden, oder automatisch über einen Timer zu einer festgesetzten Anfangs- und Endzeit ausgelöst bzw. abgebrochen werden.The The request signal is generated by the data acquisition unit at a specified time interval. and evaluation sent to the acquisition device and activates the above described measuring process. The sending of the request signal can be manually started or stopped by a user, or automatically over triggered a timer at a fixed start and end time be canceled.
Das timergesteuerte Senden des Anforderungssignals ist besonders dann zweckmäßig, wenn regelmäßig wiederkehrende Prozeduren zur Bestimmung eines Stromverbrauchs im Teilnetz ausgeführt werden sollen. Das vom Nutzer manuell ausgelöste Senden des Anforderungssignals erlaubt eine zu einem beliebigen Zeitpunkt ausführbare Bestimmung eines Momentanverbrauchs. Dies kann insbesondere dann nützlich sein, wenn der Energieverbrauch eines momentan aktiven elektrischen Verbrauchers mit höherer Leistungsaufnahme, beispielsweise eines neu installierten Computers oder einer neuen Zimmerbeleuchtung, bestimmt oder besonders energieintensive Netzgeräte sowie Leitungsdefekte ermittelt werden sollen.The timer-controlled transmission of the request signal is particularly useful when regularly recurring procedures for determining a power consumption to be executed in the subnet. The manually triggered by the user sending the request signal allows an executable at any time determination of instantaneous consumption. This can be particularly useful when the energy consumption of a currently active higher-power electrical load, such as a newly-installed computer or room lighting, is determined or particularly high power-intensive power supplies and line defects are to be determined.
Nach
dem Start des Messprozesses sendet die Datenerfassungs- und Auswerteeinheit
im festgelegten Zeittakt das Anforderungssignal an das Erfassungsgerät
Im
Ergebnis empfängt
die Datenerfassungs- und Auswerteeinheit
Die so ermittelten Strommesswerte ergeben dabei für jede Messstelle eine Stromverlaufskurve, der im Zeittakt der ausgesendeten Anforderungssignale neue Werte hinzugefügt werden. Kleine Zeittakte mit entsprechend kleinen Messintervallen erhöhen dabei die Genauigkeit und das Erkennen von schnellen Veränderungen im Stromverbrauch, die zum Beispiel durch das Zu- oder Abschalten von Geräten zustande kommen. Große Zeittakte mit entsprechend größeren Messintervallen verringern die Rechenzeit und den benötigten Speicherplatz und eignen sich zum Verfolgen von Verbrauchsgrößen über längere Zeiträume.The Thus determined current readings result in each case a current waveform curve, the new values are added at the time of the sent request signals. Small clock cycles with correspondingly small measuring intervals increase the accuracy and the recognition of rapid changes in power consumption, for example, by turning on or off of devices come about. Size Timing cycles with correspondingly larger measurement intervals reduce the computing time and space required and are suitable to track consumption variables over longer periods of time.
In
einem in der Figur mit dem Bezugszeichen
Die abgefragten Messwerte werden in einem offenen Array in einer Datenbankstruktur innerhalb der Datenverarbeitungs- und Auswerteeinheit gespeichert. Zur richtigen Einordnung und zum Aufruf der Messwerte in und aus der Datenbank wird auf die logische Zuordnungstabelle in der Datenverarbeitungs- und Auswerteeinheit zurückgegriffen.The queried metrics are in an open array in a database structure stored within the data processing and evaluation unit. For correct classification and for calling the measured values in and out the database is written to the logical mapping table in the data processing and evaluation unit used.
In
einem mit dem Bezugszeichen
Über entsprechende Anpassungen der Software in der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit sind ohne weiteres verschiedene Zeitpunkte bzw. Zeiträume für die Verbrauchsmessungen an ausgewählten Messeinheiten möglich, indem die erfassten Messwerte entsprechend unterdrückt, kumuliert oder auf eine andere Weise verarbeitet werden. So ist beispielsweise die Bestimmung eines Energieverbrauchs quasi permanent arbeitender elektrischer Geräte im Haushalt, wie zum Beispiel eines Kühlschranks, für regelmäßig wiederkehrende Verbrauchsermittlungen zweckmäßig, während der Verbrauch gewisser nur zeitweise aktiver elektrischer Geräte, wie zum Beispiel einer Waschmaschine, immer dann gemessen werden muss, wenn diese im Betrieb sind.About appropriate Adjustments to the software in the data acquisition and evaluation unit are without further different times or periods for the consumption measurements chosen Measuring units possible, by suppressing the acquired measured values accordingly, cumulative or otherwise processed. Such is for example the determination of an energy consumption quasi permanently working electrical appliances in the household, such as a refrigerator, for regularly recurring Consumption expedient during the Consumption of certain only temporarily active electrical devices, such as for example a washing machine, always has to be measured when they are in operation.
Über eine softwareseitig gegebene interne Zuordnungstabelle mit der logischen Zuordnung zwischen der Position der Messeinheit in der Signalreihenfolge der übertragenen Messwerte einerseits und dem vom Nutzer definierten Standort des elektrischen Verbrauchers mit der Bezeichnung des Verbrauchers andererseits, z. B. „fünftes Messsignal im Zeitintervall-Küchenverbraucher”, wird der an den einzelnen Messeinheiten ermittelte Energieverbrauch sofort eindeutig identifizierte Verbrauchern zugeordnet. Der Nutzer muss dabei grundsätzlich nicht mehr wissen, an welchem Ort sich der Verbraucher im Netz befindet. Dies setzt allerdings voraus, dass die Zuordnung zwischen elektrischem Verbraucher und Messeinheit die logischer Zuordnung innerhalb der Zuordnungstabelle nicht verändert wird.Over a on the software side given internal allocation table with the logical Assignment between the position of the measuring unit in the signal sequence the transmitted Measurements on the one hand and the user defined location of the electrical consumer with the name of the consumer on the other hand, z. B. "fifth measurement signal in the time interval kitchen consumer ", is the energy consumption determined at the individual measuring units immediately assigned to clearly identified consumers. The user must basically not know more about where the consumer is in the network. However, this assumes that the association between electrical Consumer and measurement unit the logical assignment within the Assignment table not changed becomes.
Es versteht sich, dass mehrere Stromverlaufskurven und Verbrauchswerte zusammengefasst werden können, um beispielsweise einen Gesamtenergieverbrauch des zu analysierenden Teilnetzes oder eines Abschnittes des Teilnetzes mit mehreren Verbrauchern zu bestimmen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Gesamtbeitrag aller elektrischen Geräte innerhalb eines Wohnzimmers, Kinderzimmers und Schlafzimmers zum Gesamtenergieverbrauch der Wohnung zu bestimmen ist. Dies lässt sich über entsprechende Anpassungen der Software leicht realisieren.It will be appreciated that multiple current waveforms and consumption values may be aggregated to determine, for example, a total energy consumption of the subnet to be analyzed or a portion of the subnetwork having multiple consumers. This is for example then the case when the total contribution of all electrical equipment within a living room, nursery and bedroom to the total energy consumption of the dwelling is to be determined. This can easily be achieved by adjusting the software accordingly.
Die Verbrauchsgrößen, wie zum Beispiel Ladung (in Amperestunden) und/oder Energieverbrauch (in Kilowattstunden) können als momentaner Wert oder als zeitliches Mittel für einen oder mehrere Verbraucher zusammengefasst ermittelt werden. Liegen Tarifinformationen für die Verbrauchsgrößen vor, kann eine Kostenberechnung ausgeführt werden. Zusammen mit einem kalkulatorischen Programm können die Kostenberechnungen für Prognosen verwendet werden, mit denen sich Voraussagen über zu erwartende Kosten in einem Abrechnungszeitraum gewinnen lassen.The Consumption variables, such as for example, charge (in ampere hours) and / or energy consumption (in kilowatt hours) as an instantaneous value or as a time average for one or more consumers be determined summarized. If tariff information for the consumption variables is available, can carried out a cost calculation become. Together with an imputed program, the Cost calculations for Forecasts can be used to make predictions about expected Get costs in a billing period.
Natürlich ist
auch eine einfache Anzeige der Messwerte
Die
errechneten Verbrauchsgrößen werden abschließend in
einem Verfahrensschritt
Die
Grundrissdarstellung ist interaktiv. Mit einem Mauszeiger
Alternativ
können
wie bereits vorhergehend ausgeführt,
elektrische Verbraucher des Zimmers selbst angewählt und deren Verbrauchsdaten
abgefragt werden. Die
Die
Verbrauchsdaten selbst können
auf verschiedene Weise angezeigt werden. In
Eine
weitere Möglichkeit
ist die Anzeige einer zeitlichen Verlaufskurve
Schließlich besteht
die Möglichkeit
einer Ausgabe der Verbrauchsgrößen in Textform.
Die Verwendung der Messelemente ist nicht auf Verbrauchsmessungen eingeschränkt. Es ist einsichtig, dass eine Verwendung der beschriebenen Konfigurationen auch dann möglich ist, wenn ein Stromertrag einer lokalen Spannungsquelle innerhalb des Niederspannungsnetzes zu erfassen und auszuwerten ist. Dies ist beispielsweise bei Photovoltaik-Anlagen, Notstromaggregaten und dergleichen weiteren Anordnungen möglich. In diesem Fall befinden sich die Messelemente an von den Spannungsquellen abführenden Leitungen und registrieren den dort auftretenden Stromfluss.The Use of the measuring elements is not limited to consumption measurements. It it is reasonable to assume that use of the described configurations also possible is when a current output of a local voltage source within of the low-voltage network is to be detected and evaluated. This is for example in photovoltaic systems, emergency generators and the like other arrangements possible. In this case are located the measuring elements are dissipated from the voltage sources Lines and register the current flow occurring there.
Die erwähnten Ausführungsformen lassen sich auch im Rahmen sicherungstechnischer Einrichtungen des Niederspannungsnetzes verwenden. Dies betrifft insbesondere die Signalisierung eines zu hohen, einen oberen Grenzwert übersteigenden Stromflusses in der überwachten Leitung, bzw. den Nachweis eines Leitungsdefektes mit einem endlichen, als off-Grenzwert bezeichneten Stromfluss bei vom Netz abgetrennten Verbrauchern.The mentioned embodiments can also be used in the context of safety equipment of the Use low-voltage network. This concerns in particular the Signaling of a current flow that is too high and exceeds an upper limit in the supervised Conduction, or the detection of a line defect with a finite, as off-limit designated current flow at disconnected from the grid Consumers.
Eine solche Anwendung lässt sich ohne weiteres mit der beschriebenen Anordnung realisieren. Hierzu genügt es, innerhalb der Software der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit Grenzwerte für den registrierten Stromfluss in jeder der Leitungen zu definieren. Wird einer der beiden Grenzwerte überschrit ten, dann wird auf der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit ein Warnsignal ausgegeben. Dabei wird insbesondere angezeigt, an welcher Messeinheit der irreguläre Stromfluss registriert worden ist.Such an application can be without white realize teres with the described arrangement. For this purpose, it is sufficient to define limit values for the registered current flow in each of the lines within the software of the data acquisition and evaluation unit. If one of the two limit values is exceeded, a warning signal is output on the data acquisition and evaluation unit. In particular, it is indicated on which measuring unit the irregular current flow has been registered.
Eine
andere Möglichkeit
zur Implementieren einer Grenzwertüberwachung mittels der vorgestellten
Ausführungsformen
ist ein Einspeichern von Grenzwerten in den Speicher- und Verteilungsschaltkreis
bzw. den Festwertspeicher des Erfassungsgeräts
Zur
Signalisierung eines irregulären
Stromflusses kann die Erfassungseinheit
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. An den dargestellten beispielhaften Ausführungsformen können im Rahmen fachlichen Handelns Änderungen vorgenommen werden, die ebenfalls in den Bereich des erfindungsgemäßen Grundgedankens fallen.Further embodiments emerge from the dependent claims. In the illustrated exemplary embodiments, in the Framework technical action changes be made, which is also within the scope of the inventive concept fall.
- 11
- Verzweigungspunktbranching point
- 22
- Leitungmanagement
- 33
- Stromkreis im Teilnetzcircuit in the subnet
- 3a3a
- AnschlusstelleAnschlusstelle
- 44
- Messeinheitmeasuring unit
- 55
- StromwandlerPower converter
- 66
- MesssignalumsetzerMeasuring signal converter
- 77
- Speicher- und VergleicherschaltkreisStorage- and comparator circuit
- 7a7a
- Erfassungsgerätacquisition device
- 88th
- serielle, bidirektionale Schnittstelleserial, bidirectional interface
- 8a8a
- Modul für drahtlose Datenübertragungmodule for wireless data transfer
- 99
- Datenerfassungs- und Auswerteeinheitdata collection and evaluation unit
- 1010
- Schieberegistershift register
- 1111
- A/D-WandlerA / D converter
- 1212
- Vergleichsgliedcomparator
- 1313
- Speichergliedmemory element
- 13a13a
- FestwertspeicherOnly memory
- 1515
- Anforderungssignal sendenrequest signal send
- 1616
- Messwert und Identifikationssignal übertragenreading and transmit identification signal
- 1717
- Messwertreading
- 1818
- Identifikationssignalidentification signal
- 1919
- Umrechnen in VerbrauchsgrößenConvert in consumption sizes
- 2020
- Verbrauchsgrößen aufbereiten, visualisierenTo process consumption variables, visualize
- 2222
- GrundrissdarstellungPlan view
- 2323
- Verlegte Leitungenshifted cables
- 23a23a
- Steckdosensockets
- 23b23b
- LegendeLegend
- 2424
- Mauszeigercursor
- 2525
- Verlaufskurvetrajectory
- 2626
- Tortengraphikpie chart
- 2727
- Auflistunglisting
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