Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen, wobei ein elektrischer Strom mithilfe eines induktiven Stromwandlers in Betrag und Phase gemessen wird.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung von elektrischen Spannungen, wobei eine elektrische Spannung mithilfe eines induktiven Spannungswandlers in Betrag und Phase gemessen wird.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Energiezähler, mit dem die Leistungsaufnahme eines Verbrauchers oder einer Vielzahl von Verbrauchern über eine Zeitspanne messbar ist.

Derartige Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen oder Spannungen finden beispielsweise im Bereich von Energiezählern zur Ermittlung des Energieverbrauches von Unternehmen oder Haushalten Verwendung. Nachfolgend umfasst der Begriff des Energiezählers immer auch Ausführungsvarianten anderer elektrischer Messeinrichtungen zur Durchführung von Strom- und/oder Spannungsmessungen, beispielsweise von Schutzrelais.

Häufig werden bei der Messung des elektrischen Stromes dabei Stromwandler genutzt, mit denen ein betragsmäßig großer Primärstrom in einen betragsmäßig kleineren Sekundärstrom gewandelt wird, sodass einfachere und kostengünstigere Messmittel verwendbar sind. Physikalisch betrachtet sind die hier betrachteten Stromwandler dabei Transformatoren, die im Beinahe- Kurzschlussbereich betrieben werden. Es handelt sich somit um induktive Messwandler, deren Aufgabe es ist, Ströme proportional und phasentreu zu übertragen, sodass diese für Messgeräte auf niedrigem Potential erfassbar sind. Insbesondere im Anwendungsfall für einen Energiezähler ist die Messgenauigkeit des Messsystems von erheblicher Bedeutung. Einen entscheidenden Einfluss auf die Messgenauigkeit des Energiezählers hat dabei der Stromwandler. Die Auswahl geeigneter Stromwandler erfolgt dabei nach dem aktuellen Stand der Technik gemäß in der Norm IEC 61869-1/2 festgelegter Klassen, für die bestimmte Klassengenauigkeiten vorgegeben sind. Vorgegeben sind für die Klassen dabei die maximalen Abweichungen in Betrag und Phase in Abhängigkeit des anliegenden Stromes in Prozent des Bemessungsstromes. Die Abweichung ist dabei und auch im Sinne dieser Schrift definiert als die Abweichung des tatsächlich messbaren Sekundärstromes im Vergleich mit dem idealen Sekundärstrom des Messsystems, der ohne weitere Abweichung in Betrag und ohne Phasenverschiebung dem gemäß des Windungszahlverhältnisses des Stromwandlers aus dem durch einen Primärleiter fließenden Primärstrom übersetzten Sekundärstrom entspricht.

Eine gängige Messmethode zur Ermittlung der Genauigkeit eines Stromwandlers ist dabei neben der Primärmethode die Sekundärspannungsmethode. Die Sekundärspannungsmethode, die auch als modellbasiertes Messverfahren bezeichnet wird, beruht auf Messungen, die von der Sekundärseite des Stromwandlers her durchgeführt werden. Die Sekundärspannungsmethode ist inzwischen in der Norm IEC 61869-2 als alternative Messung angeführt. Aus mehreren Messungen nach der Sekundärspannungsmethode lassen sich die Werte der Komponenten eines Ersatzschaltbildes des Stromwandlers bestimmen und so ein mathematisches Modell des Stromwandlers generieren.

Reale Stromwandler weisen Eisenverluste im Kern des Transformators und Verluste in den Kupferwicklungen auf, die zu einer Abweichung der Sekundärgröße im Vergleich mit einem idealen Stromwandler führen.

Zur Erreichung der vorgegebenen Klassengenauigkeiten für hochgenaue Stromwandler werden die Stromwandler durch die Auswahl und Auslegung der verwendeten Materialien, insbesondere des Kernmaterials des Transformators und den Querschnitt der Kupferleitungen, optimiert. Dazu werden beispielsweise verlustarme Eisenmaterialien, wie Nickeleisen, eingesetzt und die Querschnitte der Kupferleitungen der Wcklungen und/oder der Querschnitt des Kerns erhöht, wodurch die Kosten für derartige hochgenaue Stromwandler signifikant erhöht werden.

Darüber hinaus ist das Übertragungsverhalten der Stromwandler über den Messbereich nicht linear, sodass insbesondere im Fall von kleinen oder sehr großen Primärströmen erhebliche Abweichungen im Messergebnis auftreten. Ein möglicher Korrekturfaktor, wie beispielsweise in der internationalen Norm für Stromsensoren festgelegt, wird nicht vorgeschlagen oder definiert. Dies liegt daran, dass Stromwandler sich gerade nicht linear von 0 A bis zum angegebenen Bemessungsstrom verhalten. Ebenfalls sind die Fehlerwerte sehr stark von der Belastungsbürde, die in der Regel durch die Eingangsimpedanz des Messgerätes und den Widerstand der Zuleitung gegeben ist, des Stromwandlers abhängig. Diese variiert von Messgerät zu Messgerät. Auch die Impedanz der Zuleitung, die vornehmlich von der Länge und dem Querschnitt der Leitung abhängt, variiert von Anlage zu Anlage. Aus diesen Gründen ist der Einsatz eines einzelnen Korrekturfaktors zur Kompensation der vom Stromwandler bedingten Messfehler im Messgerät nicht praktikabel.

Die Abhängigkeit der Fehlerwerte von der Belastungsbürde bedeutet auch eine Besonderheit von induktiven Stromwandlern mit einem zu messenden Stromsignal als Ausgangssignal gegenüber induktiven Spannungswandlern mit einem zu messenden Spannungssignal als Ausgangssignal. Denn für Strom- oder Spannungssensoren mit einem zu messenden Spannungssignal als Ausgangssignal gelten zu Begrenzung des Messfehlers lediglich Anforderungen für eine Mindestimpedanz des Messeingangs (beispielsweise 20 kOhm bei Stromsensoren und 200 kOhm bei Spannungssensoren) ab der das Sekundärsignal der Sensoren nicht mehr beeinflusst wird, sodass die Erfassung von Korrekturfaktoren für derartige Sensoren wesentlich einfacher ist.

Auch die von den Herstellern entsprechender induktiver Messwandler nach normativen Vorgaben geprüften Genauigkeiten der Messwandler bei vorgegebenen Bürden (beispielsweise bei 25 % und bei 100% der Nennbürde) erlauben keinen unmittelbaren Rückschluss auf die Fehlerwerte bei abweichenden Bürden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen anzugeben, das eine verbesserte Messgenauigkeit über einen weiten Wertebereich des Primärstroms ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen aufweisend die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung von elektrischen Spannungen anzugeben, das eine verbesserte Messgenauigkeit über einen weiten Wertebereich der Primärspannung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Messung von elektrischen Spannungen aufweisend die Merkmale des Patentanspruchs 14 gelöst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Energiezähler anzugeben, mit dem eine genaue Messung des Stromes auch für weniger genaue Stromwandler ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Energiezähler aufweisend die Merkmale des Patentanspruchs 27 gelöst.

Die nachfolgend offenbarten Merkmale eines Verfahrens zur Messung von elektrischen Strömen sind sowohl einzeln als auch in allen ausführbaren Kombinationen Bestandteil der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen verwendet mindestens einen induktiven Stromwandler zur Bestimmung mindestens eines durch mindestens einen Primärleiter fließenden elektrischen Stroms, wobei der mindestens eine Stromwandler eine Primärseite und eine galvanisch von der Primärseite getrennte Sekundärseite aufweist. Mithilfe einer Messvorrichtung wird der sekundärseitige Strom gemessen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung elektrischer Ströme verwendet ein Messsystem, das mindestens einen Stromwandler, eine Messvorrichtung und eine Verbindungsleitung zwischen der Sekundärseite des Stromwandlers und einem Strommesseingang der Messvorrichtung aufweist, wobei mit dem Messsystem der durch mindestens einen Primärleiter fließende Strom bestimmbar ist.

Die vom elektrischen Aufbau des realen Messsystems verursachten Abweichungen des sekundärseitigen Stromes in Betrag und Phase im Vergleich mit einem idealen System werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen unter Verwendung eines mathematischen Modells zumindest des Stromwandlers kompensiert.

Das mathematische Modell eines Stromwandlers ist dabei durch ein elektrisches Ersatzschaltbild des Stromwandlers und die Werte der elektrischen Bauelemente des Ersatzschaltbildes gegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein im Hinblick auf die Verschaltung der elektrischen Bauelemente und deren Werte möglichst genaues elektrisches Ersatzschaltbild des Stromwandlers verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme wird das elektrische Ersatzschaltbild bzw. das Modell des Stromwandlers verwendet, um die Abweichung des Messstromes vom idealen Sekundärstrom in Betrag und Phase in Abhängigkeit des gemessenen Stromes zu bestimmen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt das Modell des Stromwandlers weiterhin die tatsächliche Bebürdung des Stromwandlers im Sinne der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung und/oder des Leitungswiderstands der Leitung vom Stromwandler zur Messvorrichtung.

Dazu weist das mathematische Modell des Stromwandlers zusätzliche Werte für die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung und/oder den Leitungswiderstand der Leitung vom Stromwandler zur Messvorrichtung auf.

In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Modell des Stromwandlers in einer auslesbaren digitalen Datei gespeichert.

In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Modell des Stromwandlers in einer XML-Datei, in einer XLS-Datei, in einer CSV-Datei oder in einem vergleichbaren Dateiformat gespeichert.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme ist dieses als ein Verfahren zur Kompensation mindestens eines Stromwandlers für einen Energiezähler ausgebildet.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein solches Messsystem bzw. ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung elektrischer Ströme zur Messung der Primärstrome von 1 bis 3 Phasen, d.h. der Ströme auf 1 bis 3 Primärleitungen, ausgelegt, wobei für jede Phase ein Stromwandler vorgesehen ist. Jedoch ist die Messung in Ausführungsformen der Erfindung auch für mehr als drei Phasen möglich.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Modell des mindestens einen in einem Messsystem verwendeten Stromwandlers in einem Verfahrensschritt mithilfe einer Übertragungsvorrichtung an die Messvorrichtung des Messsystems übertragen.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Modell des Stromwandlers für eine definierte Betriebstemperatur in einer Speichervorrichtung der Messvorrichtung hinterlegt und abrufbar. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Betriebstemperatur, für die das Modell des Stromwandlers hinterlegt ist, bei etwa 20°C.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modell des Stromwandlers für mehrere definierte Betriebstemperaturen in einer Speichervorrichtung der Messvorrichtung hinterlegt und abrufbar, sodass auch temperaturabhängige Fehlereinflüsse kompensierbar sind.

In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme wird bei der Montage des Messsystems der Typ des verwendeten Stromwandlers mithilfe einer Übertragungsvorrichtung ausgelesen. Dazu weisen die Stromwandler eines Typs eine eindeutige Kodierung auf. Diese Kodierung kann beispielsweise die Seriennummer sein, die zusätzlich in Form eines Barcodes oder eines QR-Codes auf das Gehäuse des Stromwandlers aufgedruckt sein kann. Diese Kodierung wird in einem Verfahrensschritt mithilfe der Übertragungsvorrichtung ausgelesen oder in diese eingegeben.

Weiterhin kann die Kodierung eines Stromwandlers auch eine Herstellerkennung enthalten.

Mithilfe des Übertragungsgerätes wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das mathematische Modell des jeweiligen Stromwandlers anhand der Kodierung aus einer auf einem Server bzw. Webserver hinterlegten Datenbank über eine geeignete Schnittstelle abgerufen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die auf dem Gehäuse des Stromwandlers aufgedruckte Kodierung neben der Seriennummer oder einem entsprechenden Identifikationskode, zusätzlich oder ausschließlich einen Link zum Download des Modells des Stromwandlers aus dem Internet.

Das mithilfe der Übertragungsvorrichtung abgerufene mathematische Modell des Stromwandlers wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über eine geeignete Schnittstelle an die Messvorrichtung übertragen.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mathematische Modell des Stromwandlers mithilfe der Übertragungsvorrichtung um Daten bezüglich der Leitungsimpedanz der Leitung zwischen Stromwandler und Messvorrichtung und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ergänzt. Die Übertragungsvorrichtung ist in einer Ausführungsform als ein Smartphone, ein Tablet oder als ein PC mit geeigneter auf der Übertragungsvorrichtung installierter Software ausgebildet.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mathematische Modell des Stromwandlers direkt an der Messvorrichtung um Daten bezüglich der Leitungsimpedanz der Leitung zwischen Stromwandler und Messvorrichtung und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ergänzt.

Beispielsweise weist die Messvorrichtung dazu geeignete Eingabemittel auf, die für das erfindungsgemäße Verfahren in der entsprechenden Ausführungsform genutzt werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das mathematische Modell des Stromwandlers auf der Messvorrichtung automatisch zumindest um die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ergänzt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das mathematische Modell des Stromwandlers bereits vor der Übertragung an die Messvorrichtung Werte für die Leitungsimpedanz der Leitung zwischen Stromwandler und Messvorrichtung und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung auf.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind dazu Standardwerte im mathematischen Modell des Stromwandlers hinterlegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung anhand der tatsächlich verwendeten Messvorrichtung vorgegeben, beispielsweise, indem diese anhand der Seriennummer der Messvorrichtung bzw. des Energiezählers oder der Auswahl der verwendeten Messvorrichtung bzw. des verwendeten Energiezählers aus einer vorgegebenen Liste automatisch ausgewählt wird. Darüber hinaus ist auch die Übermittlung einer gemessenen Eingangsimpedanz der Messvorrichtung und die Ergänzung des mathematischen Modells durch diesen übertragenen Wert möglich.

Die Ergänzung der Leitungsimpedanz der Leitung zwischen Stromwandler und Messvorrichtung kann durch Übertragung einer gemessenen Leitungsimpedanz, durch die Auswahl aus einer vorgegebenen Liste oder durch den aus einer Eingabe der Leitungslänge und des Querschnitts automatisch berechneten Wert erfolgen.

Die Ergänzung des mathematischen Modells des Stromwandlers um die Leitungsimpedanz der Leitung zwischen Stromwandler und Messvorrichtung und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung kann an dem Speicherort des mathematischen Modells des Stromwandlers, von dem dieses abrufbar ist, oder auf der Übertragungsvorrichtung implementiert sein.

In der Messvorrichtung wird in Ausführungsformen der Erfindung das mathematische Modell des Stromwandlers und ggf. der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung und/oder der Leitungsimpedanz der Leitung zwischen Stromwandler und Messvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert.

Wird mithilfe des Messsystems eine Strommessung durchgeführt, wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das mathematische Modell des mindestens einen Stromwandlers zur Messung von elektrischen Strömen aus der Speichervorrichtung geladen und die Messabweichung des mindestens einen gemessenen Stroms vom Sekundärstrom des idealen Messsystems mithilfe des mathematischen Modells kompensiert.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von elektrischen Strömen wird das bevorzugt um die Daten der jeweiligen Zuleitung und der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ergänzte mathematische Modell des mindestens einen Stromwandlers verwendet, um daraus eine Kompensationstabelle zu berechnen. Dabei kann sowohl zunächst die gesamte Kompensationstabelle oder nur Teile der Kompensationstabelle erzeugt werden.

In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kompensationstabelle mithilfe der Übertragungsvorrichtung erzeugt und nur die Kompensationstabelle wird ohne mathematisches Modell des Stromwandlers auf die Messvorrichtung übertragen.

Die in Ausführungsformen der Erfindung verwendete Kompensationstabelle gibt für einen auf der Sekundärseite des jeweiligen Stromwandlers gemessenen Sekundärstrom in Abhängigkeit einer zuvor festgelegten Bemessungsleistung des Stromwandlers auf der Basis des mathematischen Modells des Stromwandlers, bevorzugt ergänzt um die Daten der Zuleitungs- und/oder der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung, den Betrag und/oder die Phase des idealen sekundärseitigen Stromes an, sodass von diesem unter Verwendung des Wndungszahlverhältnisses des Stromwandlers auf den tatsächlichen primärseitigen Strom geschlossen werden kann. Die festgelegte Bemessungsleistung wird dabei durch den Wderstand der Zuleitung und das Messgerät ermittelt.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von elektrischen Strömen gibt die Kompensationstabelle für einen auf der Sekundärseite des jeweiligen Stromwandlers gemessenen Sekundärstrom in Abhängigkeit einer zuvor festgelegten Bemessungsleistung des Stromwandlers auf der Basis des mathematischen Modells des Stromwandlers, bevorzugt ergänzt um die Daten der Zuleitungs- und der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung, direkt den tatsächlichen Betrag und/oder die tatsächliche Phase des primärseitigen Stromes an.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird anstatt der diskreten Werte des gemessenen Sekundärstroms der jeweilige Effektivwert des gemessenen Sekundärstromes zur Kompensation und Berechnung des Primärstromes verwendet.

Da die Fehlerwerte in der Kompensationstabelle in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ebenfalls als Effektivwerte angegeben werden, können dann die aus den Messungen abgeleiteten Effektivwerte korrigiert werden.

In einer alternativen Ausführungsform werden hingegen die einzelnen Abtastwerte des Sekundärstromes, beispielsweise in dem entsprechenden für die Effektivwertberechnung herangezogenen Zeitintervall, einzeln korrigiert.

Zur Berechnung der Leistungsaufnahme mindestes eines an der mindestens einen Primärleitung angeschlossenen Verbrauchers werden in einer Ausführungsform der Erfindung für eine 50 Hz- Schwingung die Effektivwerte von Strom und Spannung multipliziert. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens werden die diskreten Werte von Strom und Spannung zu den Abtastzeitpunkten einzeln multipliziert.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung elektrischer Ströme ermöglicht durch die vorstehend offenbarten Merkmale die Verwendung kostengünstiger Stromwandler, da die Kompensation auch größerer Fehler mithilfe des mathematischen Modells des Stromwandlers erfolgt.

Unter der Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme sind über einen weiten Betriebsbereich hochgenaue Messsysteme realisierbar.

Der Messfehler des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt dabei von der Genauigkeit des Modells des Stromwandlers und der ggf. dem Modell hinzugefügten Daten der Zuleitung und/oder der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ab. Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von elektrischen Strömen in einem Energiezähler findet neben der Strommessung in der Regel auch eine Spannungsmessung statt. Im Falle von Mittel- und Hochspannungsanwendungen wird diese Spannung nicht direkt gemessen, sondern über einen Spannungswandler in einen niedrigeren Spannungsbereich gewandelt. In der Regel werden ab etwa 1000 V Spanungswandler eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen in einem Energiezähler daher mit einem analog implementierten Kompensationsverfahren für die mindestens eine zusätzlich zum mindestens einen elektrischen Strom gemessene elektrische Spannung ergänzt.

Dazu wird in einer Ausführungsform der Erfindung ein mathematisches Modell mindestens eines eingesetzten Spannungswandlers auf die Messvorrichtung aufgespielt und bei der Messung mindestens einer elektrischen Spannung direkt oder in Form einer erzeugten Kompensationstabelle zur Kompensation der mindestens einen gemessenen elektrischen Spannung verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kompensationstabelle zur Kompensation der mindestens einen elektrischen Spannung mithilfe der Übertragungsvorrichtung erzeugt und an die Messvorrichtung übertragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird je Phase mithilfe eines Stromwandlers ein elektrischer Strom und mithilfe eines Spannungswandlers eine elektrische Spannung gemessen und jeweils basierend auf den mathematischen Modellen der eingesetzten Strom- bzw. Spannungswandler, bevorzugt ergänzt um die Daten der jeweiligen Zuleitungen zur Messvorrichtung sowie die Eingangsimpedanzen der Messvorrichtung am Strom- und am Spannungsmesseingang, kompensiert.

Die nachfolgend offenbarten Merkmale eines erfindungsgemäßen Energiezählers sind sowohl einzeln als auch in allen ausführbaren Kombinationen Teil der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßer Energiezähler weist mindestens eine Messvorrichtung auf, die zur Messung mindestens eines elektrischen Stromes und mindestens einer elektrischen Spannung je Phase einer Leitung für elektrischen Strom ausgebildet ist. In einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Energiezähler eine Speichereinrichtung zur Speicherung des mathematischen Modells mindestens eines mit dem Energiezähler verbundenen Stromwandlers und/oder der zugeordneten Kompensationstabelle und in einer bevorzugten Ausführungsform weiterhin zur Speicherung des mathematischen Modells mindestens eines mit dem Energiezähler verbundenen Spannungswandlers und/oder der zugeordneten Kompensationstabelle auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Energiezähler eine Schnittstelle zur Übertragung der Daten des mindestens einen mathematischen Modells des bzw. der verbundenen Strom- und/oder Spannungswandler und/oder der zugeordneten Kompensationstabellen auf den Energiezähler auf.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine sekundärseitig gemessene Strom mithilfe des Energiezählers in Bezug auf den durch den jeweiligen Stromwandler in Verbindung mit der Impedanz der jeweiligen Zuleitung und der Eingangsimpedanz des jeweiligen Strommesseingangs der Messvorrichtung verursachten Fehler kompensierbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist darüber hinaus die mindestens eine sekundärseitig gemessene Spannung mithilfe des Energiezählers in Bezug auf den durch den jeweiligen Spannungswandler in Verbindung mit der Impedanz der jeweiligen Zuleitung und der Eingangsimpedanz des jeweiligen Spannungsmesseingangs der Messvorrichtung verursachten Fehler kompensierbar.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Energiezähler dazu eine Kompensationseinheit auf, mit der die jeweilige Messgröße basierend auf dem mathematischen Modell des jeweiligen Strom- bzw. Spannungswandlers kompensierbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die jeweilige Messgröße mithilfe einer jeweils zugeordneten Kompensationstabelle durch die Kompensationseinheit des Energiezählers kompensierbar.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die vorstehend offenbarten Merkmale des Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme, die vom Erfassen der Kodierung des Strom- und/oder Spannungswandlers bis zum Aufspielen des mathematischen Modells bzw. der mathematischen Modelle des Wandlers oder der Wandler Teil eines eigenständigen Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf eine Messvorrichtung. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt mithilfe einer Übertragungsvorrichtung eine typenbezogene Kodierung eines mit einem Energiezähler verbundenen oder mit diesem Energiezähler zu verbindenden Stromwandlers ausgelesen wird, dass in einem weiteren Verfahrensschritt mithilfe der ausgelesenen Kodierung ein mathematisches Modell des jeweiligen Stromwandlers von einem Webserver auf die Übertragungsvorrichtung heruntergeladen wird, dass in einem weiteren Verfahrensschritt das mathematische Modell des jeweiligen Stromwandlers über eine Schnittstelle an den Energiezähler übermittelt wird und dass das mathematische Modell des Stromwandlers in einem weiteren Verfahrensschritt in einer Speichereinrichtung des Energiezählers gespeichert wird.

Bezüglich der Ausprägung der Kodierung des Stromwandlers wird auf die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme verwiesen.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler ist dieses weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell des Stromwandlers mithilfe der Übertragungsvorrichtung um die Impedanz der Leitung zwischen dem Stromwandler und dem Energiezähler und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung des Energiezählers ergänzbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das mathematische Modell eines Stromwandlers direkt am Energiezähler um die Impedanz der Zuleitung und/oder der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung des Energiezählers ergänzbar.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler ist dieses auch dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell des Stromwandlers in einer digitalen Datei gespeichert ist.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler ist dieses auch dadurch gekennzeichnet, dass die typenbezogene Kodierung des Stromwandlers einen Downloadlink zum Download des mathematischen Modells des Stromwandlers enthält. Der Download des mathematischen Modells des Stromwandlers erfolgt in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler über eine Internetverbindung von einem Webserver.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler ist das mathematische Modell des Stromwandlers mithilfe der Sekundärspannungsmethode erzeugt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Stromwandlers auf einen Energiezähler um ein analog implementiertes Verfahren zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Spannungswandlers auf einen Energiezähler ergänzt.

In bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Spannungen wird zunächst die Impedanz der Zuleitung und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung bestimmt und mithilfe der Übertragungsvorrichtung an den Webserver übertragen. In Verbindung mit den ebenfalls mithilfe der Übertragungsvorrichtung an den Webserver übertragenen Daten zur Identifikation des verwendeten Stromwandlers oder Spannungswandlers wird auf dem Webserver das jeweilige mathematische Modell des Stromwandlers oder Spannungswandlers um die Impedanz der Zuleitung und/oder die Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ergänzt und eine für die jeweilige Kombination von Stromwandler bzw. Spannungswandler, Messvorrichtung bzw. Energiezähler und ggf. der Leitung zwischen Stromwandler oder Spannungswandler und Messvorrichtung angepasste Kompensationstabelle erzeugt. Diese individuelle Kompensationstabelle wird anschließend vom Webserver an die Übertragungsvorrichtung übermittelt, von der diese über eine Schnittstelle an den Energiezähler übermittelt und in einer Speichereinrichtung des Energiezählers gespeichert wird.

Die Übertragung der erzeugten Kompensationstabelle anstelle des mathematischen Modells auf den Energiezähler ermöglicht die Verwendung von Energiezählern mit einer geringeren Rechenleistung, da die Kompensationstabelle nicht auf diesem erzeugt werden muss.

In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Spannungen sind die mathematischen Modelle der Stromwandler oder Spannungswandler nicht auf einem Webserver sondern auf einem lokalen PC oder der Übertragungsvorrichtung selbst gespeichert und werden auf diesem anhand der erfassten Typenbezeichnung des Stromwandlers oder Spannungswandlers ausgewählt.

Sind die mathematischen Modelle auf einem lokalen PC gespeichert so wird die erfasste Typenbezeichnung des Stromwandlers oder Spannungswandlers ggf. in Verbindung mit der Impedanz der Zuleitung und/oder der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung von der Übertragungsvorrichtung über eine geeignete Schnittstelle, wie beispielsweise USB, Bluetooth oder WLAN, von der Übertragungsvorrichtung an den PC übermittelt und das entsprechende mathematische Modell oder die entsprechende auf dem PC aus dem mathematischen Modell erzeugte Kompensationstabelle vom PC an die Übertragungsvorrichtung übermittelt.

Sind die mathematischen Modelle auf der Übertragungsvorrichtung gespeichert, so wird auf der Übertragungsvorrichtung selbst anhand der Typenbezeichnung des Stromwandlers oder Spannungswandlers das entsprechende mathematische Modell ausgewählt und in

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem ausgewählten mathematischen Modell auf der Übertragungsvorrichtung die entsprechende

Kompensationstabelle erzeugt, wobei das mathematische Modell ggf. durch die Impedanz der Zuleitung und/oder der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung ergänzt wurde.

In den nachfolgenden Zeichnungen sind beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren und eines Anwendungsbeispiels für einen Energiezähler dargestellt. Es zeigen:

Figur 1: Eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung, die für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendbar ist,

Figur 2: Eine schematische Darstellung des elektrischen Ersatzschaltbildes eines

Stromwandlers,

Figur 3a: Eine beispielhafte Kompensationstabelle für den sekundärseitig gemessenen

Strom in Bezug auf den Betrag des Stromes,

Figur 3b: Eine beispielhafte Kompensationstabelle für den sekundärseitig gemessenen

Strom in Bezug auf die Phase des Stromes,

Figur 4: Eine Darstellung des gemessenen und des kompensierten sekundärseitigen

Stromes, Figur 5: Eine schematische Darstellung der messtechnischen Abtastung des sekundärseitigen Stromsignals,

Figur 6: Eine schematische Darstellung des elektrischen Ersatzschaltbildes eines

Spannungswandlers,

Figur 7: Ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung elektrischer Ströme und

Figuren 8a und 8b: Eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Aufspielen eines mathematischen Modells eines Strom- bzw. Spannungswandlers auf einen Energiezähler.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Anwendungsbeispiels für eine Messvorrichtung (1) mit einem Strommesseingang (2) und einen Spannungsmesseingang (3), wie beispielsweise die Messvorrichtung (1) eines Energiezählers (100).

An den Strommesseingang (2) mit der Eingangsimpedanz Z1 ist eine erste Zuleitung (4) angeschlossen, über die der Strommesseingang (2) mit der Sekundärseite eines in dieser Figur nicht gezeigten Stromwandlers (10) verbindbar ist. Primärseitig ist der Stromwandler (10) mit einer Primärleitung koppelbar, durch die der zu bestimmende Strom I fließt. An den Spannungsmesseingang (3) mit der Eingangsimpedanz Z2 ist eine zweite Zuleitung (5) angeschlossen, über die der Spannungsmesseingang (3) mit der Sekundärseite eines in dieser Figur nicht gezeigten Spannungswandlers (20) verbindbar ist. Die Primärseite des Spannungswandlers (20) ist mit der Primärleitung koppelbar, an der die zu bestimmende Spannung U anliegt.

Die mithilfe der Messvorrichtung (1) erfassten Messdaten für Strom und Spannung sind mithilfe einer Speichereinrichtung (6) zumindest vorläufig speicherbar, sodass mithilfe der Kompensationseinheit (7) eine Kompensation der Messdaten zur Bestimmung der kompensierten Primärgrößen I und U ausführbar ist.

Die Eingangsimpedanz Z1 des Strommesseingangs (2) ist niederohmig. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Eingangsimpedanz Z1 des Strommesseingangs (2) 1 Ohm. Der Zuleitungswiderstand ZL der ersten Zuleitung (4) beträgt insgesamt 1 ,5 Ohm (2x 0,75 Ohm). Die Eingangsimpedanz Z2 des Spannungsmesseingangs (3) ist hochohmig und beträgt in dem Beispiel 10 MOhm. In Figur 2 ist beispielhaft ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Stromwandlers (20) dargestellt, wie es in einem erfindungsgemäßen Verfahren dem mathematischen Modell eines Stromwandlers (20) zugrunde liegt.

Bei der Spannung Ui handelt es sich dabei um die Primärspannung und bei der Spannung U2 um die Sekundärspannung des Stromwandlers (20). Die Kernspannung des Stromwandlers (20) ist mit Uo gekennzeichnet. Die Spannung über der Sekundärwicklung des Stromwandlers (20) ist mit Uw bezeichnet. Bezüglich der Ströme bezeichnet den Primärstrom, I2 den Sekundärstrom, h‘ den ideal transformierten Primärstrom, Io den Magnetisierungsstrom, I _m den induktiven Anteil des Magnetisierungsstroms Io und IR den ohmschen Anteil des Magnetisierungsstroms Io. Mit Pi und P2 sind die Primäranschlüsse bezeichnet, während mit S1 und S2 die Sekundärklemmen bezeichnet sind. Ni bezeichnet die Anzahl der Primärwindungen und N2 die Anzahl der Sekundärwindungen des Stromwandlers (20). Das Windungszahlverhältnis wird dabei durch N1/N2 angegeben. Mit I_2s ist die Sekundärstreuinduktivität, mit RCT der Sekundärwicklungswiderstand, mit XB der induktive Anteil der Bürdenimpedanz, mit RB der ohmsche Anteil der Bürdenimpedanz, mit X _H die Hauptinduktivität des Kerns des Stromwandlers (20) und mit R _Fe der die Eisenverluste des Stromwandlers (20) repräsentierende Wderstand bezeichnet.

In Figur 3a ist eine beispielhafte Kompensationstabelle zur Kompensation des Betrags des gemessenen Stromes dargestellt, wie es in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung von elektrischen Strömen gemäß vorteilhafter Ausführungsformen verwendet wird. Im Zuge der Auslegung des Systems wird für den Stromwandler (20) eine Bemessungsleistung festgelegt.

In einem im weiteren detailliert erläuterten Anwendungsbeispiel beträgt der primäre Nennstrom 100 A, der sekundäre Nennstrom 1 A die Bemessungsnennleistung 10 VA, die Genauigkeitsklasse des Stromwandlers (20) 0,5 und die Bemessungsfrequenz des Primärstromes 50 Hz. Der zu erfassende aktuell anliegende Primärstrom betrage 10 A. Der Zuleitungswiderstand der Zuleitung (4) zwischen Stromwandler (20) und Strommesseingang (2) der Messvorrichtung (1) betrage zweimal 0,75 Ohm und die Eingangsimpedanz Z1 des Strommesseingangs (2) betrage 1 Ohm. Die Bemessungsleistung für den Beispiel-Stromwandler beträgt dann gemäß der Formel P = l ² xR: (1 A) ^{2 c} (2 ^c 0,75 Ohm +1 Ohm) = 2,5 VA.

Anhand des sekundärseitig gemessenen Stromwertes der beispielhaft 0,10039 A betrage und der Bemessungsleistung, die wie vorstehend berechnet in dem Beispiel 2,5 VA beträgt, kann aus der dargestellten Kompensationstabelle der Fehlerwert für den gemessenen Stromwert ab- bzw. ausgelesen werden. Das Sollübertragungsverhältnis des Stromwandlers (20) beträgt in dem Beispiel 100:1 , sodass aus dem kompensierten sekundärseitig gemessenen Stromwert, der nach der Kompensation des Fehlers in Höhe von 0,39 % mit 0,1 A beziffert ist, auf 10 A berechnet werden, was dem gemäß dem Beispiel tatsächlich aktuell durch den Primärleiter fließenden Primärstrom entspricht.

In Figur 3b ist eine analoge Kompensationstabelle für den Phasenfehler des gemessenen Stromes dargestellt. Die Kompensation des Phasenfehlers erfolgt dabei analog zur Kompensation des Betragsfehlers, indem aus der Kompensationstabelle anhand der zuvor bestimmten Bemessungsleistung und dem gemessenen Stromwert der Phasenfehler ab- bzw. ausgelesen wird.

Figur 4 zeigt die Sinuskurven des Sekundärstroms des Stromwandlers (20) aus dem vorstehend definierten Beispiel. Dargestellt ist der Verlauf des tatsächlich gemessenen Sekundärstromes und der des nachträglich kompensierten Stromsignals. Die Kompensation des gemessenen Stromsignals erfolgte dabei anhand der in den Figuren 3a und 3b dargestellten Kompensationstabellen in Betrag und Phase.

Figur 5 zeigt die tatsächliche Behandlung des Sekundärstroms durch die Messvorrichtung (1). Mit dieser wird der Sekundärstrom an diskreten Zeitpunkten abgetastet, die in der Figur durch die schwarzen Linien mit kreisrundem Kopf dargestellt sind. Aus den Abtastwerten ist der tatsächliche Stromverlauf rekonstruierbar. Eine unmittelbare Korrektur der diskreten Abtastwerte ist dabei in Ausführungsformen der Erfindung nicht möglich, da die Stromwerte in den entsprechenden Kompensationstabellen als Effektivwerte vorliegen. Um dann eine nachträgliche Korrektur der Abtastwerte vorzunehmen, wird in der Messvorrichtung der relevante Effektivwert über eine komplette Sinusschwingung berechnet. Dazu werden die Abtastwerte des Strommesseingangs (2) der Messvorrichtung (1) mit den zugehörigen Abtastwerten vom Spannungsmesseingang (3) mithilfe einer Speichervorrichtung (6) abgespeichert. In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird der Effektivwert über ein kürzeres Intervall abgeschätzt. Aus der Kompensationstabelle ist nun beispielsweise für den Betrag ablesbar, dass bei einem Effektivwert des sekundärseitig gemessenen Stromes in Höhe von 0,10039 A bei einer Bemessungsleistung von 2,5 VA letztendlich ein Soll-Sekundärstrom von 0,1 A vorliegt. Analog ist dann mit dem Phasenfehler bzw. der Kompensation des Phasenfehlers mithilfe der entsprechenden Kompensationstabelle zu verfahren.

In Figur 6 ist das elektrische Ersatzschaltbild eines Spannungswandlers (30) dargestellt, wie es als Grundlage eines mathematischen Modells eines Spannungswandlers (30) in Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Ui kennzeichnet dabei die Primärspannung, U2 die Sekundärspannung und Uo die Kernspannung des Spannungswandlers (30). kennzeichnet den Primärstrom, I2 kennzeichnet den Sekundärstrom, ' den transformierten Sekundärstrom, Io den Magnetisierungsstrom, l den induktiven Anteil des Magnetisierungsstroms Io und IR den ohmschen Anteil des Magnetisierungsstroms Io. Die Primäranschlüsse sind mit A/A und N/B und die Sekundärklemmen mit a/a und n/b gekennzeichnet. Ni gibt die Anzahl der Primärwindungen und N2 die Anzahl der Sekundärwindungen des Spannungswandlers (30) an. Das Windungszahlverhältnis des Spannungswandlers (30) ist durch N1/N2 gekennzeichnet. I_i _s bezeichnet die Primärstreuinduktivitäten, Ri den Primärwicklungswiderstand, I_2 _s die Sekundärstreuinduktivitäten, R2 den Sekundärwicklungswiderstand, XB den induktiven Anteil der Bürdenimpedanz, RB den ohmschen Anteil der Bürdenimpedanz, XH die Hauptinduktivität des Kerns, und R _Fe den die Eisenverluste des Spannungswandlers (30) repräsentierenden Widerstand.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte zum Aufspielen des mathematischen Modells eines Stromwandlers (20) auf einen Energiezähler (100). Mithilfe einer Übertragungsvorrichtung (40), die in dem Beispiel als ein Smartphone ausgebildet ist, wird die auf dem Stromwandler (20) angebrachte Kodierung (21) ausgelesen. Die Kodierung (21) des Stromwandlers (20) enthält in dem Beispiel eine Herstellerkennung und eine Seriennummer des Stromwandlers (20). Die mithilfe der Übertragungsvorrichtung (40) ausgelesenen Daten bezüglich des Stromwandlers (20) werden über eine Internetverbindung an einen Server (50) übertragen, von dem das mathematische Modell des entsprechenden Stromwandlers (20) mithilfe der Übertragungsvorrichtung (40) abgerufen wird. Das mathematische Modell des Stromwandlers (20) und/oder die zugehörigen Kompensationstabellen werden dann von der Übertragungsvorrichtung (40) über eine geeignete Schnittstelle an den Energiezähler (100) übertragen und in eine Speichervorrichtung (6) des Energiezählers (100) gespeichert.

In den Figuren 8a und 8b ist schematisch der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens für das Beispiel einer Kompensation für einen Stromwandler (20) und einen Spannungswandler (30) dargestellt. Nach der Produktion der entsprechenden Wandler werden mithilfe geeigneter Messungen mathematische Modelle der entsprechenden Wandler erzeugt, die beispielsweise durch deren elektrische Ersatzschaltbilder gegeben sein können. Diese mathematischen Modelle der Wandler werden in Form einer Datei auf einem Server oder einem ähnlich zugänglichen Datenspeicher abgelegt. Durch die Kopplung der mathematischen Modelle der entsprechenden Wandler mit den jeweiligen eindeutigen Bezeichnungen, beispielsweise der Seriennummer und/oder ein einer Herstellerkennung, sind die mathematischen Modelle entsprechend mit geeigneten Übertragungsvorrichtungen (40), die beispielsweise als ein Smartphone, Tablet oder PC ausgebildet sein können, abgerufen werden. Dazu sind in Ausführungsformen der Erfindung geeignete Software-Applikationen auf den entsprechenden Übertragungsvorrichtungen (40) installiert. Das mithilfe der Übertragungsvorrichtung (40) abgerufene Modell des Strom- und/oder Spannungswandlers ist dann mithilfe der Übertragungsvorrichtung (40) über eine geeignete Datenschnittstelle, wie beispielsweise USB, Bluetooth etc. an die Messvorrichtung (1) übertragbar. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mathematischen Modelle des Stromwandlers (20) und/oder des Spannungswandlers (30) durch die Eingabe der entsprechenden Widerstände der Zuleitungen und der Eingangsimpedanz der Messvorrichtung (1) mithilfe der Übertragungsvorrichtung (40) oder an der Messvorrichtung (1) selbst ergänzt, um eine erhöhte Genauigkeit der Kompensation zu erreichen. Die entsprechend konfigurierte Messvorrichtung (1) kompensiert das vom jeweiligen Wandler kommende Sekundärsignal mithilfe der Kompensationseinheit (7) unter Verwendung der jeweiligen Kompensationstabellen in Amplitude und/oder Phase. Die kompensierten Messwerte sind im Zusammenspiel mit Elektronik der Messvorrichtung (1) hochgenau. Durch die Kompensation der wandlerbedingten Fehlereinflüsse ist eine Verwendung hochgenauer Wandler nicht mehr unbedingt erforderlich, sodass entsprechend kostengünstigere Wandler einsetzbar sind. Die Genauigkeit der Messergebnisse hängt letztlich von der Genauigkeit der mathematischen Modelle ab.