DE112010001638B4 - Vorrichtung und Verfahren für Stromverbrauchsmessungen an Trennschalterpunkten - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren für Stromverbrauchsmessungen an Trennschalterpunkten Download PDF

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Abstract

Vorrichtung, umfassend: zumindest einen analogen Abschnitt mit einem Stromtransformator mit einem Transformatorkern, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montierbar ist, so dass er eine Primärwicklung des Stromtransformators darstellt, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung abgreift, die um den Transformatorkern gewickelt ist, und die abgegriffene Energie zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert, wobei der analoge Abschnitt ein analoges Signal in Abhängigkeit von dem Wechselstrom in der Stromleitung bereitstellt, und einen Impuls mit einer Frequenz, die von dem Wechselstrom in der Wechselstromleitung abhängt; einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist, wobei der Resonanzkondensator mit der Stromtransformatorspule in Resonanz wirkt, wobei die Kapazität des Resonanzkondensators derart gewählt ist, dass die Resonanz bei geringen Primärströmen maximal ist, einen Mikrocontroller, der an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um Energie für den Betrieb zumindest des Mikrocontrollers zu empfangen und um das analoge Signal und die Impulse zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist, um unter der Kontrolle des Mikrocontrollers Informationen abhängig von dem analogen Signal oder den Impulsen als Anzeige des Stromverbrauchs einer Last zu übertragen, die an die Stromleitung angeschlossen ist, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.

Description

  • Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen die Messung des Stromverbrauchs und insbesondere eine nicht invasive und eigengespeiste Messung elektrischen Stroms, der durch eine Stromleitung fließt, um eine Analyse des Stromverbrauchs auf einer Basis pro Trennschalter zu ermöglichen.
  • Aus der US 4,709,339 A ist eine Messeinrichtung in Gestalt eines Sensormodules offenbart, die zur Montage an einer Überlandleitung ausgebildet ist. Die Messdaten werden von den Modulen an eine Datenstation drahtlos übermittelt.
  • In einem typischen Elektrizitätsverteilersystem wird Strom durch einen Haupttrennschalter zugeleitet, an den eine Vorrichtung zur Messung des Stromverbrauchs des gesamten Stromnetzes angeschlossen ist. Für gewöhnlich jedoch ist dann die Hauptstromleitung an mehrere Trennschalter angeschlossen, die jeweils einen kleinen Abschnitt des Stromnetzes mit dessen spezifischem Strombedarf versorgen. Der Trennschalter ist auf die maximale Strommenge eingestellt, die von diesem Stromteilnetz verwendet werden könnte. In industriellen und gewerblichen Anwendungen könnten hunderte solcher Schalter installiert sein, von welchen jeder einen Abschnitt des Stromnetzes kontrolliert. Selbst an kleineren Orten, wie einem Haus, ist es nicht unüblich, dass Trennschalter in Zehnerbereichen vorhanden sind, die verschiedene Stromteilnetze kontrollieren.
  • Eine nicht invasive Messung von Strom durch einen Stromleiter folgt allgemein bekannten Prinzipien. Ein beliebiger Stromtransformator (CT) wird erzeugt, der die Primärwicklung als den Stromleiter enthält, während die sekundäre einen Ausgangsstrom liefert, der zur Anzahl von Wicklungen umgekehrt proportional ist. Für gewöhnlich werden solche Systeme zur Messung von Strömen in Umfeldern mit sehr hoher Spannung oder sehr hohem Strom verwendet, wie zum Beispiel in Gunn et al. in US Pat. Nr. 7,557,563 dargestellt. Diese Arten von Apparaturen sind für Hauptstromversorgungen nützlich. Eine Verwendung solcher Vorrichtungen, oder Strommesser für diesen Zweck, ist für die Messung relativ niedriger Ströme in einem Umfeld von mehreren Trennschaltern unzureichend. Das Vorsehen einer drahtlosen Telemetrie auf einer singulären Basis, wie von Gunn et al. vorgeschlagen, und andere Lösungen nach dem Stand der Technik weisen Mängel auf, wenn sie in einer geräuschvollen Umgebung betrieben werden.
  • In der Technik, die sich derzeit entwickelt, besteht ein Bedarf, der aus dem Trend zur Energieerhaltung resultiert, eine feinere Analyse des Stromverbrauchs zu ermöglichen. Dazu wäre eine Analyse zumindest auf einer Basis pro Trennschalter notwendig und solche Lösungen stehen derzeit nicht zur Verfügung. Ferner wäre eine Lösung vorteilhaft, die den Einbau in einen Trennschalterschrank bestehender Trennschalter ermöglicht. Es wäre daher günstig, die Einschränkungen nach dem Stand der Technik zur Behebung dieser Mängel zu überwinden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Trennschalter, der mit einem kompatiblen, eigengespeisten Stromsensor ausgestattet ist, der erfindungsgemäß verwendet wird.
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform des analogen Abschnitts des erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • 4 ist ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform des analogen Abschnitts des erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform des analogen Abschnitts des erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Kerns mit der Sekundärwicklung.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm der zwei Teile, die den Kern umfassen.
  • 8 ist ein schematisches Diagramm eines Gehäuses des erfindungsgemäß ausgeführten eigengespeisten Stromsensors.
  • 9 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des erfindungsgemäß verwendeten eigengespeisten Stromsensors.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäß konfigurierten Systems.
  • 11 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • 12 ist ein Schaltungsdiagramm einer vierten Ausführungsform des analogen Abschnitts des erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • 13 ist ein Schaltungsdiagramm einer fünften Ausführungsform des analogen Abschnitts des erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es sind Vorrichtungen und Verfahren zur Messung des Stromverbrauchs an gefragten Punkten, wie Trennschaltern, Maschinen und dergleichen vorgesehen. Daher sind Mittel zur Messung des Stromverbrauchs für jedes Stromteilnetz vorgesehen, das von einem Trennschalter kontrolliert wird. Jede Vorrichtung ist fähig, ihre jeweiligen Daten in einem Umfeld mehrerer solcher Vorrichtungen zu einer Verwaltungseinheit zu kommunizieren, die fähig ist, feinere Stromverbrauchsprofile zu liefern. Die Aufgaben der Messung relativ niederer Versorgungsströme, eines drahtlosen Betriebs in einem Umfeld einer großen Anzahl von Vorrichtungen und der Eigenspeisung werden besprochen.
  • Es wird nun auf 1 Bezug genommen, wo ein beispielhaftes und nicht einschränkendes System 100 mit einem kompatiblen eigengespeisten Stromsensor (SPPS) 110 ausgestattet ist, der erfindungsgemäß verwendet wird. Der SPPS 110 ist so gestaltet, dass er über oder unter den Trennschalter 120 passt, der eine Standardgröße aufweist, so dass er in die Stromtrennschalterkästen ohne Modifizierung passt. Das Gehäuse des SPPS 110 ist, wie unten ausführlicher besprochen, so gestaltet, dass es um die Stromleitung 130 geht, die zum Trennschalter 120 führt oder aus diesem hinaus verläuft. Der SPPS 110 ist so gestaltet, dass ein leichter Einbau an einer bestehenden Stelle oder sonst während der Konstruktion, wenn das gesamte Stromnetz verlegt wird, möglich ist.
  • Der SPPS enthält einen elektrischen Schaltkreis, wobei ein beispielhafter und nicht einschränkender Schaltkreis 200 in Form eines Blockdiagramms in 2 dargestellt ist. Der Schaltkreis 200 umfasst einen analogen Abschnitt 210, der an eine Mikrosteuerung 220 gekoppelt ist. Der analoge Abschnitt umfasst einen Stromtransformator 212 zum Transformieren von Strom aus der Stromleitung, zum Beispiel der Stromleitung 130, auf einen niedereren Strom. Der dort erfasste Strom wird für zwei Zwecke verwendet, der erste ist die Bereitstellung des Stroms, der für den Betrieb des SPPS 110 notwendig ist, und der zweite ist zur Erfassung des tatsächlichen Stromverbrauchs der Last, die an die Stromleitung 130 angeschlossen ist. Der Strom zum Impulswandler (C2PC) 214 wird zum periodischen Erzeugen eines Impulses verwendet, der zur Mikrosteuerungseinheit (MCU) 220 geleitet wird, und die Messung des Stromverbrauchs ermöglicht. Je häufiger die Impulse, umso höher der Stromverbrauch. Der Energy-Harvester 216 speichert Energie, die als Stromversorgung für den Schaltkreis des SPPS 110 verwendet wird. Er ist ferner fähig, ein Entladesignal von der Mikrosteuerung 220 zu empfangen, um eine absichtliche Entladung des Energy-Harvesters 216 zu ermöglichen und eine Überladung zu verhindern. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Zener-Diode (nicht dargestellt) zum Abklemmen der Spannung auf den gewünschten Pegel verwendet, wodurch eine Überladung verhindert wird.
  • Der Schaltkreis 200 umfasst ferner eine MCU 220, die aus mehreren Komponenten besteht. Ein Analog/Digital(A/D)-Wandler 225 ist an einen Signalprozessor 224 gekoppelt, der ferner an eine Medienzugriffssteuerung (Media Access Control – MAC) 222 gekoppelt ist, die das Kommunikationsprotokoll des SPPS unterstützt. Die MAC 222 stellt die Datenverbindungsschicht des 7-schichtigen Standardmodells eines Kommunikationssystems bereit. Dies beinhaltet die Schaffung von Daten-Frames in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon, die Zeitsteuerung ihrer Übertragung, Anzeige der Empfangsfeldstärke (Received Signal Strength Indication – RSSI), Bestätigungen, Taktsynchronisierung usw. Ein Zähler 227 wird durch ein Unterbrechungssignal angeregt, das vom analogen Abschnitt 210 empfangen wird, und ermöglicht das Zählen der Anzahl von Impulsen, die, wie oben festgehalten, zum verbrauchten Strom proportional ist, für eine bestimmte Zeiteinheit. Ein anderer A/D-Wandler 226 wird zum Messen des Ausgangs des Energy-Harvesters 216 verwendet und in einer Ausführungsform unter der Steuerung der MCU 220, um, falls notwendig, dessen Entladung zu veranlassen, wie unten näher erklärt wird. In einer anderen Ausführungsform, die unten näher erklärt wird, kann er zum Erfassen der Abschaltung der Last, die an die gemessene Stromleitung angeschlossen ist, verwendet werden. Ein Speicher 230 ist an die MCU 220 gekoppelt, der als SPM (Scratch Pad Memory) 230 wie auch als Speicher zum Speichern der zahlreichen Anweisungen verwendet werden kann, so dass er, wenn diese von der MCU 220 ausgeführt werden, die hierin besprochenen Verfahren ausführt. Der Speicher 230 kann einen Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), nicht flüchtigen Speicher (NVM), andere Speichertypen und Kombinationen davon enthalten.
  • Ein Hochfrequenz(RF)-Sender/Empfänger 240 ist an die MCU 220 und an eine Antenne 250 gekoppelt, um eine Ein- oder Zweiwegkommunikation mit einer Verwaltungseinheit herzustellen, wie in der Folge ausführlicher besprochen wird. In einer Ausführungsform der Erfindung unterstützt der RF-Sender/Empfänger 240 nur eine Übertragung, d.h., die Aufwärtsstreckenkommunikation. Der RF-Sender/Empfänger 240 könnte jedoch einen Empfängerabschnitt enthalten, um Funktionen wie zum Beispiel und ohne Einschränkung Erfassen eines Trägersignals, Taktsynchronisierung, Bestätigung, Herunterladen der Firmware und Herunterladen der Konfiguration zu unterstützen. Für gewöhnlich sollte dies ein unlizensierter ISM (für industrielle, wirtschaftliche und medizinische Zwecke) Band-Sender/Empfänger sein, der zum Beispiel und ohne Einschränkung bei 2,4 Ghz betreibbar ist. In einer Ausführungsform könnte eine Form von Spreizspektrummodulierungstechnik verwendet werden, zum Beispiel und ohne Einschränkung, Direktsequenzspreizspektrum (DSSS), um eine bessere Koexistenz mit anderen Systemen zu ermöglichen, die im selben Umfeld arbeiten. Die Kommunikationsrate, wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, sollte hoch genug sein, um eine Koexistenz einiger hundert SPPSs in demselben Stromschrank zu ermöglichen. Der Stromverbrauch des RF-Senders/Empfängers 240 sollte nieder genug sein, um den Einschränkungen der Energiegewinnung (Energy-Harvesting) zu entsprechen. Eine weitere Anforderung für den RF-Sender/Empfänger 240 ist die ausreichende Unterstützung eines Kommunikationsbereichs, um in einem Stromschrank zu arbeiten, z.B., 3–4 Meter metallische Reichweite. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung könnte die Reichweite bis zu einigen zehn Metern in Innenräumen erreichen. Dies ermöglicht die Anordnung von SPPSs auf einzelnen Vorrichtungen, z.B. auf Maschinen in einer Produktionslinie einer Fabrik, und einer minimalen Anzahl von Brückeneinheiten in dem Bereich. Der RF-Sender/Empfänger 240 verwendet vorzugsweise eine PHY-Standardschicht, die zum Beispiel und ohne Einschränkungen, IEEE 802.15.4, und/oder ein Kommunikationsprotokoll, zum Beispiel und ohne Einschränkung, Zigbee unterstützt. Die Verwendung solcher Standards ermöglicht eine einfache Integration in bestehende Systeme, die bereits drahtlose Hardware enthalten, zum Beispiel und ohne Einschränkungen, intelligente Messgeräte.
  • Gemäß den Prinzipien der Erfindung wird jedes Mal, wenn ein Impuls von der C2PC 214 eintrifft, ein Unterbrechungssignal zur MCU 220 gesendet. Abhängig von dem Empfang des Unterbrechungsimpulses wird die MCU 220 aktiviert und erhöht den Wert des Zählers 227. Die Energie, die in jedem Impuls gespeichert ist, ist größer als die Energie, die zum Aktivieren und Zählen notwendig ist, und somit ist noch immer Energie zum Laden des Energy-Harvesters 216 und/oder für eine Übertragung mit Hilfe des RF-Senders/Empfängers 250 vorhanden. Der Wert des Zählers 227 ist zur Gesamtladung proportional, die durch die primäre Leitung 130 gegangen ist, d.h., zum im Laufe der Zeit integrierten Strom. Der Wert im Zähler 227 wie auch andere Parameter werden im Speicher 230 des Systems gespeichert. Die MCU 220 ist fähig, einen oder mehrere der folgenden Übertragungsbedingungen periodisch zu prüfen. Eine solche Bedingung könnte eine oder mehrere der folgenden Bedingungen sein: Vorhandensein ausreichender Energie nach dem Verstreichen einer gewissen Zeit nach einer vorangehenden Übertragung, nach dem Sammeln gewisser Daten, wie signifikanter oder andersartiger, interessanter Daten, und anderer relevanter Bedingungen. Gemäß den Prinzipien der Erfindung für den Nachweis des Vorhandenseins einer ausreichenden Energiemenge zur Übertragung durch den A/D-Wandler 226, der an den Energy-Harvester 216 angeschlossen ist, ist das Erfassen möglich, ob seine Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat.
  • Nach der Bestimmung, dass eine Übertragung stattfinden soll, bereitet die MCU 220 eine zu sendende Nachricht vor. Die Nachricht ist für gewöhnlich ein einzelnes Datenpaket, das verschiedene Arten von Informationen enthalten kann und die einzigartige Identifizierung (UID) der SPPSs enthält, die einer Verwaltungseinheit ermöglicht, die empfangenen Stromdaten Daten, die zuvor von der Verwaltungseinheit bearbeitet wurden, in Bezug auf den SPPS positiv zuzuordnen. Der Wert des Zählers 227, möglicherweise mit einem Kalibrierungsfaktor multipliziert, der den Wert in eine normalisierte Ladungseinheit relativ zu anderen Sensoren umwandelt, zum Beispiel, Amperestunde (AH), könnte als Teil des Pakets angehängt sein. Der Kalibrierungsfaktor könnte in den SPPS 110 im NVM des Speichers 230 während der Kalibrierung des Schaltkreises 200 als Teil der abschließenden Überprüfung während der Herstellung programmiert werden. Dies garantiert den Ausgleich von Ungenauigkeiten, die für den Herstellungsprozess typisch sind. Der Kalibrierungsfaktor könnte ein unveränderlicher Wert für alle Einheiten oder ein spezifischer Kalibrierungsfaktor sein, der für jede Einheit spezifisch ist. Letztgenannter ist für die Behebung von Produktionstoleranzen des SPPS nützlich. Andere Informationen könnten, ohne Einschränkungen, verschiedene SPPS-Statusinformationen, Hardwareversion, Softwareversion, Warnungen, wie Überladung, Phaseninformationen, Durchschnittsstrom, Temperatur, Zeitdauerinformationen, Stromausfallsanzeige, z.B. nach Feststellung, dass die Last abgeschaltet wurde, und andere Systemparameter enthalten. Solche Parameter könnten bis zum Zeitpunkt der Übertragung im Speicher 230 und insbesondere in einem NVM-Teil des Speichers 230 gespeichert werden. Eine Berechnung des zyklischen Redundanzkodes (Cyclic Redundancy Code – CRC), eine vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur (Forward Error Correction – FEC) und/oder Datenredundanz könnten ferner einem Paket für eine Datenvalidierung an der Empfängerseite hinzugefügt werden. Wenn die Spannung des energiegewinnenden Schaltkreises als abnehmend bei hoher Rate bestimmt wird, d.h., die Stromleitungslast wurde abgeschaltet, sendet in einer Ausführungsform die Vorrichtung eine Nachricht, die den letzten Zählerwert enthält, da keine Energie mehr zur Verfügung stehen könnte, bis die Last wieder eingeschaltet wird.
  • Wenn die Bedingung(en) zum Übertragen erfüllt ist (sind), kann die MCU einen CSMA(Carrier Sense Multiple Access)-Mechanismus aktivieren, um eine Kollision zu vermeiden. Daher werden die folgenden Schritte ausgeführt. Erstens wird der Empfänger des RF-Senders/Empfängers 240 eingeschaltet. Zweitens erfasst der Empfänger, ob es gegenwärtig andere Übertragungen gibt. Dies ist besonders in dem Umfeld wichtig, in dem der SPPS arbeitet, das ein Umfeld reich an SPPSs ist, möglicherweise hunderte von ihnen enthält. Drittens wird nach der Bestimmung, dass die Luft frei ist, der Empfänger gesperrt und der Sender des RF-Senders/Empfängers 240 für die Übertragung freigegeben, um die Informationsnachricht zu senden; andernfalls wird der Empfänger gesperrt und der Schaltkreis 200 über ein willkürliches Zeitintervall in Ruhe versetzt, wonach der Schaltkreis 200 aktiviert und die Schrittabfolge wiederholt wird, bis die gewünschte Übertragung vollendet ist. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Sender nach Beendigung der Übertragung gesperrt und der Empfänger zum Empfang eines Bestätigungssignals von der Verwaltungseinheit freigegeben. In einer anderen Ausführungsform des Schaltkreises 200 sind die Informationsnachrichten kurz genug und die Intervalle zwischen Übertragungen lang genug, so dass Kollisionen höchst unwahrscheinlich sind. In einer solchen Ausführungsform könnte die Übertragung der Informationsnachricht ohne vorheriges Erfassen der Luft erfolgen, wodurch Energie gespart wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Empfänger nach der Übertragung aktiviert, um ein Taktsynchronisierungssignal zu empfangen. Dies ermöglicht eine Synchronisierung zwischen den Takten der MCU 220 und dem Verwaltungsserver 1050 (siehe 10), und wird in der Folge näher erklärt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stehen ausreichende Energiemengen im Schaltkreis 200 für einen kontinuierlichen und längeren Betrieb zur Verfügung. Dies ist dann möglich, wenn der Primärstrom über einem bestimmten Wert liegt. Die MCU 220 kann eingeschaltet bleiben und eine Signalverarbeitung an dem nicht gleichgerichteten Signal ausführen, das direkt vom Stromtransformator 212 kommt. Die gesammelten Informationen können daher häufiger übertragen werden. Dies ist zum Beispiel für Messungen nützlich, die sich auf Spitzenwerte, Durchschnittsströme, Phasenberechnung, Frequenzverschiebungsberechnung, vorübergehenden und unregelmäßigen Strom über kurze Zeitperiode und gesamte harmonische Verzerrung (Total Harmonic Distortion – THD) beziehen. Die Reservoirspannung eines Energy-Harvesters 216 wird konstant mit Hilfe eines A/D-Wandlers 226 der MCU 220 gemessen, um eine Überladung zu verhindern. Falls notwendig, wird eine Entladung des Energy-Harvesters 216 durch ein I/O-Port ausgeführt. Die Spannungsinformationen liefern ferner einen Hinweis auf die verfügbare Energie, um Übertragungen am Laufen zu halten, wenn kein Primärstrom vorhanden ist. Dies kann erfolgen, wenn sich der Trennschalter 120 ausklinkt oder auf andere Weise abgeschaltet wurde, oder wenn sonst kein Strom vom Stromteilnetz verbraucht wird, das durch den Trennschalter 120 geschützt ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein 3-Phasen-SPPS implementiert, der drei analoge Abschnitte 210 enthält, die jeweils an eine einzige MCU 220 gekoppelt sind, die ferner an den Sender/Empfänger (240) und eine Antenne (250) gekoppelt ist. Der Schaltkreis ist so konfiguriert, dass er drei analoge Abschnitte bearbeitet, so dass die einzelne MCU 220 den gesamten Betrieb eines 3-Phasen-SPPS bewältigen kann. Obwohl ein 3-Phasen-SPPS beschrieben ist, sollte klar sein, dass ein System, das mehrere analoge Abschnitte umfasst, für einen Einphasen- oder Mehrfachphasen-SPPS implementiert sein könnte, wodurch die Kosten eines solchen Mehrfach-Stromleitungssensors gesenkt werden.
  • Es wird nun auf 3 Bezug genommen, die ein beispielhaftes und nicht einschränkendes Schaltkreisdiagramm 300 einer ersten Ausführungsform des analogen Abschnitts 210 des erfindungsgemäßen eigengespeisten Schaltkreises 200 zeigt. Die Primärwicklung des Stromtransformators 310 ist die Stromleitung 130 und ihr Wechselstrom induziert Spannung und Strom im Stromtransformator 310. Der induzierte Strom resoniert mit dem Resonanzkondensator 320 zur Erzeugung einer ausreichenden Spannung, die durch die Diodenbrücke 330 geht. Wenn Schottky-Dioden verwendet werden, ist diese Spannung etwa 0,3 V. Am Ausgang der Diodenbrücke wird ein gleichgerichteter Gleichstrom geliefert, der den Erfassungskondensator 340 lädt, bis ein gewisser Schwellenwert V1H erreicht ist. Der Vergleichsschalter 360 erfasst V1H beim Erfassungskondensator 340 und erzeugt ein Steuersignal zur DC/DC-Steuerung 370, die ihrerseits den DC/DC-Schalter 375 aktiviert und die Spannung beim Hochkapazitäts-Ladekondensator 380 auf eine Hochspannung V2, für gewöhnlich bis zu 12 V, erhöht. Das Steuersignal wird auch als Unterbrechung zur Aktivierung der MCU 220 und Erhöhen eines Zählers 227 verwendet. Jede Entladung des Erfassungskondensators 340 stellt ein Quantum an AH dar, das durch den Hauptschaltkreis fließt. Die Frequenz der Impulse ist zum Primärstrom proportional und die Anzahl von Impulsen ist daher zu den gesamten AH proportional, die durch den Hauptschaltkreis fließen. Der Erfassungskondensator 340 wird durch den DC/DC-Induktor 350 in den Ladekondensator 380 entladen. Das DC/DC-Steuersignal von der DC/DC-Steuerung 370 bewirkt eine Unterbrechung der Entladung des Erfassungskondensators 340, sobald der Vergleichsschalter 360 einen niederen Schwellenwert V1L, zum Beispiel 0,5 V, beim Erfassungskondensator 340 erfasst. Die Spannung des Ladekondensators 380 wird durch den Linearregler 390 in eine konstante Gleichspannung, zum Beispiel je nachdem 3,3V oder 2V, geregelt, die der MCU 220, dem RF-Sender/Empfänger 240, der DC/DC-Steuerung 370 und dem Vergleichsschalter 360 zugeführt wird.
  • Beim Starten des Schaltkreises 300 wird der Ladekondensator 380 vom Erfassungskondensator 340 geladen, bis genug Energie im Ladekondensator 380 gespeichert ist, die eine ausreichende Spannung zur Aktivierung des Vergleichsschalters 360 und der DC/DC-Steuerung 370 liefert. Es gibt zwei Vorteile bei der Verwendung eines DC/DC-Wandlers: der Ladekondensator 380 kann auf eine Hochspannung verstärkt werden, wodurch ein Energiereservoir möglich wird, das für viele RF-Übertragungszyklen ausreichend ist; und es wird ein relativ niedriger V1H/V1L-Bereich ermöglicht, wodurch der Schaltkreis 300 bei sehr niederen Primärströmen arbeiten kann, indem er für gewöhnlich nur bis zu 1V beim Erfassungskondensator 340 erzeugt. Die Spannung des Ladekondensators 380 wird zum A/D-Wandler 226 der MCU 220 geleitet, wodurch eine absichtliche Entladung möglich ist, um eine Überladung zu verhindern. Die Entladung wird durch die MCU 220 durch Kontrolle des I/O-Anschlusses des Transistors 395 ermöglicht. In einer anderen Ausführungsform, wie ebenso zuvor besprochen, wird eine Zener-Diode (nicht dargestellt) für den Zweck einer Überladungssteuerung verwendet. In einer anderen Ausführungsform ist der A/D-Wandler 226 so konfiguriert, dass erfasst wird, ob die Last, die an die primäre Leitung angeschlossen ist, abgeschaltet wurde und somit Null Strom verbraucht. In diesem Fall fällt die Spannung beim Ladekondensator 380 bei einer hohen Rate, da dem Schaltkreis 200 keine Energie zugeführt wird. Der Sender sendet daher eine einzige Nachricht, die anzeigt, dass der Strom abgeschaltet wurde. Die Nachricht könnte ferner den letzten Zählerwert enthalten, der vor der Energieverarmung des Reservoirs abgetastet wurde. Der nicht gleichgerichtete Ausgang des Stromtransformators 310 ist an den A/D-Wandler 225 der MCU 220 gekoppelt, zum Beispiel unter Verwendung eines kleinen Erfassungswiderstands (nicht dargestellt), wodurch eine zusätzliche Signalverarbeitung und Messungen möglich sind, wenn ausreichend Energie im Schaltkreis 300 vorhanden ist. Zum Beispiel, und ohne Einschränkungen, könnten eine Phasenmessung oder Erfassung eines unregelmäßigen Verhaltens zu solchen Zeitpunkten erreicht werden. Durch Begrenzen der Spannung des Erfassungskondensators, wird die Spannung bei der CT-Spule 310 nieder gehalten und somit kann der Magnetkern unter seinem natürlichen Sättigungspunkt betrieben werden, was die Messgenauigkeit erhöht.
  • Der Resonanzkondensator 320 resoniert mit der Stromtransformatorspule, um eine ausreichend große Spannung zu erzeugen, die durch den Diodengleichrichter geht. Da die Magnetisierungskurve eines typischen Kerns bei niederen Primärströmen nicht linear ist, variiert die effektive Induktanz des Kerns mit dem Primärstrom. In einer Ausführungsform der Erfindung ist es günstig, den Wert des Resonanzkondensators so zu wählen, dass eine maximale Resonanz bei niederen Primärströmen erreicht wird. Dies lässt die erforderliche Spannung schwanken, so dass sie selbst bei sehr niederen Primärströmen durch die Diodenbrücke geht.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes und nicht einschränkendes Schaltkreisdiagramm 400 einer zweiten Ausführungsform des analogen Abschnitts 210 des erfindungsgemäßen eigengespeisten Sensors 110. Der Schaltkreis ist einfacher als der Schaltkreis 300, da er keine DC/DC-Steuerung verwendet. Wenn in dieser Ausführungsform der Erfassungskondensator 440 3 V erreicht, aktiviert der Vergleichsschalter 450 die Schalter 452 und 454. Die Aktivierung des Schalters 452 ermöglicht die Ladung des Ladekondensators 470 direkt vom Erfassungskondensator 440. Der Schalter 454 ändert die Schwellenwerte des Vergleichsschalters 450. Wenn der Erfassungskondensator 440 auf 2,2 V entladen wird, gibt der Vergleichsschalter die Kondensatoren frei, d.h., die Übertragung von Energie zum Ladekondensator 470 endet. Die Spannung beim Ladekondensator 470 wird zum Beispiel auf 2 V reguliert, die Spannung, die die VCC-Spannung der MCU 220 und des RF-Senders/Empfängers 240 ist. In vielen Fällen könnte der interne Spannungsregler der MCU 220 verwendet werden, da der Spannungsbereich minimal ist. Wenn die Spannung des Ladekondensators 470 die oben genannte Spannung ist, zum Beispiel 2 V, kann die MCU 220 aktiviert werden und Strom zur Impulszählung und Übertragung wie oben beschrieben abziehen. Die MCU 220 ermöglicht, dass der Ladekondensator 470 auf eine Spitzenspannung von zum Beispiel 2,2 V geladen wird. Die Überladung wird durch eine absichtliche Entladung wie in der vorangehenden Ausführungsform beschrieben verhindert. Da kein DC/DC verwendet wird, ist es in diesem Fall kritisch, die Spannung des Ladekondensators 470 niedriger zu halten als den unteren Schwellenwert des Erfassungskondensators 440, zum Beispiel 2,2 V, um ein Zurückfließen der Ladung zu verhindern. In einer anderen Ausführungsform, wie auch zuvor besprochen, wird eine Zener-Diode (nicht dargestellt) zur Überladungskontrolle verwendet. Eine optionale kleine Hilfsbatterie 460 wird verwendet, um den Vergleichsschalter 450 zu speisen, eine anfängliche Betriebsenergie zu liefern, wenn der Ladekondensator 470 nicht vollständig geladen ist, und ausreichend Energie für eine niedere Frequenz, zum Beispiel einmal täglich, zu liefern, die Übertragungen am Laufen hält, wenn kein Primärstrom vorhanden ist. Laufende Übertragungen sind wichtig, um dem System das Vorhandensein des Sensors anzuzeigen, selbst wenn kein Primärstrom vorhanden ist.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes und nicht einschränkendes Schaltkreisdiagramm 500 einer dritten Ausführungsform des analogen Abschnitts 210 des erfindungsgemäß eigengespeisten Sensors 110. In dieser Ausführungsform des analogen Abschnitts 210 gibt es nur einen großen Erfassungskondensator 540 und weder einen Ladekondensator noch eine DC/DC-Steuerung. Der Grund für die Verwendung weniger Komponenten in den in 4 und 5 dargestellten Schaltkreisen ist die Verringerung der Komponentenzahl und somit die Verkürzung der Stückliste (Bill-of-Materials – BOM) der Lösung. Im Schaltkreis 500 dient der Erfassungskondensator 540 auch als Energiequelle für üblicherweise eine einzige Übertragung. Daher ist der Erfassungskondensator 540 dieser Ausführungsform mit einer ziemlich großen Kapazität, zum Beispiel 1 mF, konstruiert. Gemäß den Betriebsprinzipien des Schaltkreises 500 erfasst der Vergleichsschalter 550, wann der Erfassungskondensator 540 geladen wird, zum Beispiel bis zu 4 V, und öffnet den Schalter 552 zum Linearregler 570. Der Linearregler 570 liefert eine regulierte Spannung, zum Beispiel einen 3 V Ausgang, wodurch die MCU 220 Strom abziehen kann, was zu einer Entladung des Erfassungskondensators 540 führt. Aufgrund der Aktivierung des Schalters 554 wird eine Entladung zu einer niedereren Referenzspannung, zum Beispiel 3V, vom Vergleichsschalter 550 erfasst und die Entladung gestoppt. Die MCU 220 kann Vorgänge ausführen, die den Erfassungskondensator 540 entladen, um den fortlaufenden Betrieb und die Übertragung, falls erforderlich, auszuführen. Die MCU 220 ist ferner imstande, die Spannung des Erfassungskondensators zu messen und diesen auf eine geringere Spannung, zum Beispiel 3 V, absichtlich zu entladen, wenn Vorgänge ausgeführt werden, die nicht die gesamte Energie verbrauchen. Eine optionale Batterie 560 wird verwendet, um eine Referenzspannung zum Vergleichsschalter 550 zu liefern, wie auch Übertragungen am Laufen zu halten, wenn der Primärstrom unter einem minimalen erfassbaren Strom ist. In einer anderen Ausführungsform, wie ebenso zuvor besprochen, wird eine Zener-Diode (nicht dargestellt) für den Zweck einer Überladungssteuerung verwendet. In einer anderen Ausführungsform, wie ebenso zuvor besprochen, wird kein Linearregler verwendet und der interne Regler der MCU regelt die Eingangsspannung.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Strommessung durch Messung der Spannungsänderungsrate beim Erfassungskondensator, z.B. Kondensatoren 540, 440 oder 340. Die Erfassungskondensatorspannung wird durch den A/D 226 gemessen. Die MCU 220 lässt dann den Kondensator durch einen Widerstand, zum Beispiel Widerstand 395, für eine feststehende Zeitperiode entladen, in der die MCU 220 auf einen niederen Strommodus gestellt werden kann. Der Spannungspegel des Erfassungskondensators wird nach dem Verstreichen der feststehenden Zeitperiode gemessen und die Spannungsdifferenz (ΔV) zwischen den zwei Messungen wird berechnet. ΔV besteht aus einem negativen unveränderlichen Teil, d.h., der Spannungsentladung durch den Widerstand 395, plus einem positiven variablen Teil, proportional zur Ladungsrate des Kondensators aufgrund des Primärstromflusses.
  • Der Schlüssel zum Betrieb des SPPS 110 ist, dass er imstande ist, mehrere kritische Aufgaben für seinen erfolgreichen Betrieb zu lösen. Drei Schlüsselfaktoren sind die Minimalstromerfassung des Stromtransformators 212, das Stromgleichgewicht des Schaltkreises 200 und die drahtlose Koexistenz in einem Umfeld mehrerer SPPSs 110, die mehrere hundert SPPSs enthalten können. Damit ein SPPS 110 eine nützliche Vorrichtung ist, ist es notwendig, dass er imstande ist, so niedrige Ströme wie möglich zu erfassen, die durch die primäre Zuführung 130 fließen. Die Konstruktion muss den begrenzten Raum berücksichtigen, der üblicherweise für eine Vorrichtung wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, einen SPPS 110 zur Verfügung steht, der zu den Dimensionsbegrenzungen des Trennschalters 120 passen muss. In anderen Ausführungsformen der Erfindung könnten andere Größeneinschränkungen gelten, aber diese sollten nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung verstanden werden. Die Induktanz der Sekundärwicklung ist ungefähr:
    Figure DE112010001638B4_0002
    wobei N die Anzahl von Wicklungen ist, μr die relative Permeabilität des magnetischen Materials ist, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Bandeisen, μ0 die Permeabilität des freien Raums ist, A der Querschnitt des Kerns ist, wie in der Folge unter Bezugnahme auf 6 und 7 näher besprochen wird, l die effektive Länge des Kerns ist. Für N = 1500, μr = 1000, μ0 = 4π10–7, A = 40 mm2, und l = 20 mm ist die Induktanz L = 5,5 Hy. Das Stromverhältnis zwischen dem Sekundärstrom Is und dem Primärstrom Ip ist für einen idealen Transformator ungefähr Ip/Is = N. Die Spannung bei der Sekundärspule ist gegeben durch Vs = IsωL = IpωL/N, und bei f = 50Hz ω = 2πf = 314 rad/sec. Daher ist Vs = IpωL/N = 1,15 Ip. Unter der Annahme eines 1 V Abfalls über dem Diodengleichrichter, zum Beispiel Diodengleichrichter 330, und einer Ladespannung von 1 V sind somit zumindest 2 V für einen Betrieb des Systems erforderlich. Somit gibt es ein Minimum an erfassbarem Strom von 2/1,15 = 1,7A Spitze = 1,2A RMS. Unter Verwendung des Resonanzkondensators, zum Beispiel des Resonanzkondensators 320, wird die Impedanz um einen Faktor 1/(XL – XC) gesenkt, wobei XL die Impedanz des Kerns und XC die Impedanz des Resonanzkondensators ist. Unter Annahme einer akkumulativen Toleranz von ±20% für die Kapazität und Induktanz wird im schlimmsten Fall eine 40% Erhöhung im Signal erhalten und somit ist der minimale erfassbare Strom in diesem beispielhaften Fall, 1,2 × 0,4 = 0,48 A, was eine minimale erfassbare Leistung von 105 VA bei 220 V darstellt. Bei 110 V 60 Hz ist der minimale erfassbare Strom im beispielhaften Fall 5/6 × 0,48 = 0,4 A und eine minimale erfassbare Leistung beträgt 44 VA. Da L zu N2 und zu A proportional ist und V zu l/N proportional ist, könnte der minimale erfassbare Strom durch Erhöhen von entweder N oder A gesenkt werden. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass der gesamte Kern und seine entsprechende Sekundärwicklung in die Größeneinschränkungen des SPPS 110 passen und eine Erhöhung von N oder A somit eine wesentliche Wirkung darauf haben könnte.
  • Damit der SPPS 110 eine betriebsfähige Vorrichtung wird, ist ferner wichtig sicherzustellen, dass eine ausreichende Strommenge durch den Betrieb der hier zuvor besprochenen Schaltkreise zur Verfügung steht. Es folgt eine beispielhafte und nicht einschränkende Analyse davon. Zunächst ist es wesentlich, die Energieanforderungen jeder der Schlüsselkomponenten zu verstehen: den Übertragungszyklus, den Zählzyklus und den logischen Betrieb. Falls diese Punkte nicht berücksichtigt werden, könnte dies zu nicht betriebsfähigen Schaltkreisen führen. In allen Fällen ist die Annahme ein 3 V Betrieb. Für den Übertragungszyklus wird ein Übertragungsstrom von 20 mA für eine Periode von 5 mSec verwendet. Ein Verarbeitungsstrom von 1 mA wird während der 10 mSec Aktivierungs- und Bearbeitungsperiode verwendet. Daher sind die Gesamtenergieanforderungen für den Übertragungszyklus: 3V × (20mA × 5msec + 1mA × 10msec) = 0,33mJ. Für den Zählzyklus wird ein Bearbeitungsstrom von 1 mA für eine Aktivierungs- und Bearbeitungsperiode von 5 mSec verwendet. Daher sind die Energieanforderungen für diesen Zählzyklus: 3V × 1mA × 5msec = 15μJ. Schließlich erfordert der logische Betrieb einen kontinuierlichen Strom von 50 μA, der zu einem kontinuierlichen Stromverbrauch von: 3V × 0,05mA = 150μW führt. Die Gesamtenergie muss zuverlässig vom Stromversorgungsschaltkreis, zum Beispiel Schaltkreis 300, zugeführt werden. Es ist daher notwendig, dass der Erfassungskondensator, zum Beispiel Erfassungskondensator 340, und der Ladekondensator, zum Beispiel Ladekondensator 380 ausreichende Energie für die Ausführung der gewünschten Vorgänge liefern. Die oben stehenden Annahmen sind für allgemeine Niederleistungs-MCUs und integrierte Funkfrequenzschaltkreise (RFICs) typisch.
  • Zur Behandlung des Energiegleichgewichts des Schaltkreises 200 muss sichergestellt werden, dass der Erfassungskondensator, zum Beispiel Erfassungskondensator 340, imstande ist, ausreichende Energie für den Zählzyklus zu liefern und dass der Ladekondensator, zum Beispiel Ladekondensator 380, imstande ist, genug Energie für mehrere Übertragungszyklen zu liefern. Beide werden in den folgenden beispielhaften und nicht einschränkenden Berechnungen angesprochen. Wenn der Erfassungskondensator C1 gleich 1 mF ist und auf V1 = 1V geladen und auf V2 = 0,5 V entladen ist, ist die Gesamtentladungsenergie: E = 0,5 C1 × (V1 2 – V2 2) = 375 μJ. Oben wurde gezeigt, dass der Zählzyklus 15 μJ benötigt, was weniger als 3% der verfügbaren Energie ist. Die verbleibende Energie wird für Übertragungszwecke zum Beispiel im Ladekondensator gesammelt. Unter der Annahme, dass ein Ladekondensator, zum Beispiel der Kondensator 380, einen Wert von 0,375 mF hat, der Kondensator auf V1 = 5 V geladen und auf V2 = 3 V entladen wird, ist die Gesamtenergie: E = 0,5 C2 × (V1 2 – V2 2) = 3 mJ. Eine frühere Berechnung hat gezeigt, dass der Übertragungszyklus etwa 0,33 mJ verbraucht und somit sind etwa neun Übertragungszyklen unter diesen Bedingungen möglich. Es ist nun möglich, die Anzahl von Zählzyklen zu bestimmen, die für eine Ladung des Ladekondensators mit der notwendigen Energiemenge erforderlich sind. Die verfügbare Energie ist 360 μJ und mit einer 50% DC/DC-Steuerungseffizienz sind es 180 μJ bei jedem Erfassungskondensatorimpuls. Durch Dividieren der Energiemenge, die für mehrere Übertragungszyklen erforderlich ist, z.B. 3 mJ, durch die Energiemenge, die jeden Zyklus geladen wird, z.B. 0,18 mJ, wird bestimmt, dass ungefähr 17 Erfassungskondensatorzyklen für das Laden des Ladekondensators mit der notwendigen Energie erforderlich sind.
  • Zur Sicherstellung eines korrekten Betriebs des Schaltkreises 200 muss ein positives Energiegleichgewicht für einen kontinuierlichen Systembetrieb selbst bei den niedrigsten Primärströmen sichergestellt werden. Es ist daher notwendig, die eingehende Leistung des Systems mit der ausgehenden Leistung des Systems zu vergleichen, wobei die letztgenannte kleiner als die erstgenannte sein muss. Für die eingehende Leistung wird bei einem Primärstrom Ip = 0,5 A und N = 1500 ein Sekundärstrom von Is = 0,33 mA erhalten. Unter Verwendung derselben Zahlen wie oben, d.h. eines Erfassungskondensators von 1 mF, einer Entladungsspannung von nur 0,5 V und einer Ladungsspannung von 1 V ist die Ladungszeit T = CΔV/Is = 1,5 Sec. Die verfügbare Energie von 375 μJ liefert daher 375/1,5 = 0,25 mW. Unter der Annahme einer 80% DC/DC-Effizienz ist die verfügbare eingehende Leistung 200 μW. Die ausgehende Leistung ist eine Kombination des kontinuierlichen logischen Betriebs, des Zählprozesses und der Übertragungen. Der kontinuierliche logische Betrieb erfordert 150 μW wie oben dargestellt. Die Zählverarbeitung erfordert 15 μJ für eine Periode von 375 mSec, was 40 μW äquivalent ist. Unter der Annahme einer Übertragung einmal pro Minute sind alle 60 Sekunden 360 μJ erforderlich, was 6 μW sind. Der Gesamtstromverbrauch ist daher 196 μW, also weniger als die verfügbaren 200 μW, wie oben erklärt. Es sollte festgehalten werden, dass ein höherer Primärstrom zu einem verbesserten Stromgleichgewicht führt, das eine Erhöhung der Übertragungsfrequenz, die Ausführung einer kontinuierlichen Signalverarbeitung, das Speichern von Energie für Zeiten, in welchen kein Primärstrom vorhanden ist, und Kombinationen davon ermöglicht.
  • 6 und 7 zeigen schematische Diagramme 600 und 700 eines Kerns, wobei die Sekundärwicklung und der Kern in zwei Teile getrennt sind. Der Kern besteht aus zwei Teilen 610 und 620, die voneinander trennbar sind, aber, wie in 7 dargestellt, so konstruiert sind, dass, wenn sie zusammengefügt sind, sichergestellt ist, dass sie einen guten Magnetfluss durch den Kern liefern, indem der Luftspalt zwischen den zwei Teilen auf ein Minimum, zum Beispiel 10 μm, verringert wird. Während eine beispielhafte Form der zwei Teile des Kerns dargestellt ist, dient diese nur der Erklärung und es sind andere Konstruktionen möglich, um die erforderlichen Ergebnisse zu erzielen. Es ist wichtig, wie oben erklärt, dass der Kern in die Dimensionen passt, die im SPPS 110 zugeordnet sind, so dass er in Verbindung mit einem Trennschalter gut in einen Elektrizitätsschrank passt. Die Sekundärwicklungen 630 des Stromtransformators 212 sind auf einen der Abschnitte des Kerns gewickelt, zum Beispiel Abschnitt 610, welcher der stationäre Abschnitt ist, der in dem beispielhaften und nicht einschränkenden Gehäuse 800 angeordnet ist, das in Bezug auf 8 dargestellt ist. In diesem Beispiel könnten dies zwei Wicklungen, die in Serie verbunden sind, von zwei unabhängigen Sekundärwicklungen sein (siehe 6). Der bewegliche Abschnitt des Kerns, zum Beispiel Abschnitt 620, wird im Abschnitt 810 des Gehäuses 800 angeordnet, der vom Abschnitt 820 des Gehäuse trennbar ist, in dem der Abschnitt 610 angeordnet ist. Wenn der Abschnitt 810 vom Abschnitt 820 getrennt wird, ist es möglich, diese um die Stromleitung 130 anzuordnen, so dass, wenn die Abschnitte 810 und 820 wieder verbunden werden, die Stromleitung 130 innerhalb des Kernumfangs liegt, wodurch der Stromtransformator 212 vollendet wird. Jedem SPPS 110 ist eine einzigartige Identifizierung (ID) zugeordnet, zum Beispiel eine MAC-Adresse, die 16 Bytes lang sein kann, die beim Gehäuse 800 zum Beispiel an Stelle 840 angebracht wird. Beim Einbau des SPPS wird die MAC-Adresse von einem Techniker, der das System installiert, zu Konfigurationszwecken gelesen. In einer Ausführungsform ist ein maschinenlesbarer Kode, z.B. ein Strichkode, vorgesehen, um ein automatisches Einlesen unter Verwendung einer Lesevorrichtung zu ermöglichen. Obwohl oben ein Kern beschrieben wurde, der aus zwei Abschnitten besteht, sollte festgehalten werden, dass andere Ausführungen für einen Kern möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung Abstand zu nehmen. In einer Ausführungsform wird ein Kern mit einem einzigen Abschnitt verwendet und in einem solchen Fall muss die Primärleitung durch das Loch im Kern eingesetzt werden. Zur Montage der SPPS-Vorrichtung könnte es notwendig sein, die Leitung zu trennen und diese den Kern einzufädeln.
  • Ein beispielhaftes und nicht einschränkendes Flussdiagramm 900, das in 9 dargestellt ist, beschreibt den Betrieb eines SPPS, der erfindungsgemäß verwendet wird. In S910 prüft der SPPS, zum Beispiel SPPS 110, ob ein Zählimpuls empfangen wurde, und wenn dies der Fall ist, fährt der Ablauf mit S920 fort; andernfalls fährt der Ablauf mit S910 fort. In S920 wird eine Zählung gemäß den zuvor hierin beschriebenen Prinzipien vorgenommen, die die Entladung des Erfassungskondensators, zum Beispiel des Kondensators 320 enthalten könnte. In S930 wird geprüft, ob ausreichend Energie zur Durchführung einer Übertragung vorhanden ist und wenn dies der Fall ist, fährt der Ablauf mit S940 fort; andernfalls fährt der Ablauf mit S910 fort. In S940 wird geprüft, ob es Zeit ist, durch den SPPS 110 zu senden, und wenn dies der Fall ist, fährt der Ablauf mit S950 fort; andernfalls fährt der Ablauf mit S910 fort. In S950 prüft der SPPS 110 das Umfeld auf eine weitere Übertragung, um Übertragungskollisionen wie oben besprochen zu vermeiden. In S960 wird geprüft, ob eine Sendung möglich ist, und wenn dies der Fall ist, fährt der Ablauf mit S980 fort; andernfalls wird in S970 eine beliebige Warteperiode bestimmt und der Ablauf fährt dann mit S930 fort. In S980 werden die Informationen gesendet, die vom SPPS 110 gewonnen wurden, wobei die gesendeten Informationen Daten wie oben besprochen enthalten. In S990 wird geprüft, ob der Betrieb fortgesetzt werden soll, und wenn dies der Fall ist, fährt der Ablauf mit S910 fort; andernfalls endet der Ablauf. Nach Beendigung der Übertragung kann ein optionaler Schritt für den Empfang von Rückmeldungen von der Einheit, die die vom Sender gesendeten Informationen empfängt, hinzugefügt werden. Solche Rückmeldungen könnten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Bestätigungsinformationen und/oder Synchronisierungsinformationen enthalten.
  • Es wird nun auf 10 Bezug genommen, in der ein beispielhaftes und nicht einschränkendes System 1000, das gemäß den Prinzipien der Erfindung konfiguriert ist, dargestellt ist. Das System umfasst mehrere SPPS 1010, die kommunikativ an eine Kommunikationsleitung 1020 gekoppelt sind. Der SPPS 1010 könnte in einem Stromschrank vor oder nach entsprechenden Trennschaltern angeordnet sein oder am Eingang zu spezifischen Stromverbrauchseinheiten. Der Verwaltungsserver ist mit einem Sender/Empfänger ausgestattet, der die Kommunikation mit den mehreren SPPS 1010 unter Verwendung eines oder mehrerer der oben besprochenen Kommunikationsschemata ermöglicht. Die Kommunikationsbrücke 1020 ist für eine Kommunikation mit jenen SPPSs 1010 konfiguriert, mit welchen sie für eine Zusammenarbeit konfiguriert ist, wobei zur Identifizierung ihre jeweiligen MAC-Adressen verwendet werden. Die Kommunikationsbrücke 1020 ist an ein Netzwerk 1030 gekoppelt, das, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein lokales Netzwerk (Local Area Netzwerk – LAN), ein Weitbereichsnetzwerk (Wide Area Netzwerk – WAN), ein Metrobereichsnetzwerk (Metro Area Netzwerk (MAN), das Internet, das World Wide Web (WWW), ähnliches und Kombinationen davon sein kann. Die Kommunikationsverbindung kann, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein WLAN (Wireless LAN), zum Beispiel 802.11 auch bekannt als WiFi, ein drahtloses Sensorbereichsnetzwerk, zum Beispiel 802.15.4, auch bekannt als Zigbee, eine Stromleitungskommunikation (PLC), oder ein Mobilfunk-zu-Modemnetzwerk, wie GPRS oder CDMA sein. In einer Ausführungsform der Erfindung sammelt die Kommunikationsbrücke die Daten von den mehreren Sensoren 1010-1 bis 1010-N, bevor diese zum Netzwerk gesendet werden. An das Netzwerk ist eine Datenbank 1040 zum Sammeln von Daten gekoppelt, die von der Kommunikationsbrücke 1020 gewonnen wurden. Die Kommunikationsbrücke 1020 könnte in jedem Schrank angeordnet werden und mehrere SPPS 1010 Kommunikationen vereinen. In einer Ausführungsform ist die Kommunikationsbrücke 1020 für die Phasenberechnung verantwortlich, die in der Folge ausführlicher besprochen wird. Ferner ist an das Netzwerk ein Verwaltungsserver 1050 gekoppelt, der auf der Basis der Daten, die in der Datenbank 1040 gesammelt sind, einem Klienten 1060 verarbeitete Informationen bezüglich der gesammelten Daten liefern kann, wie auch mit einer anderen Anwendungssoftware kommunizieren kann, zum Beispiel Gebäudemanagementsystemen (Building Management System (BMS). In einer Ausführungsform der Erfindung ist die minimale Wicklungsanzahl in der Sekundärspule 500.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kommunikationsbrücke 1020 fähig, Informationen in Bezug auf eine Phase zu liefern und das System zur Berechnung einer Phasenverschiebung zu befähigen. Die Kenntnis der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung wird zur Berechnung des Leistungsfaktors (cos φ) verwendet, um somit die reale aktive Leistung exakter zu bestimmen, die durch die Stromleitung fließt. Wenn bestimmt wird, dass ausreichend Energie im Energiereservoir 216 vorhanden ist, könnte die MCU 220 solange ausreichend Energie verfügbar ist oder bis der Betrieb vollendet ist, im kontinuierlichen Modus betriebsfähig werden. Die MCU 220 erfasst mit Hilfe eines AD-Wandlers 225 den Spitzenstrom des Stromtransformators 212. Der Zeitpunkt des Spitzenwertes relativ zu einem Takt, der zwischen dem Sensor und der Brückeneinheit synchronisiert ist, wird aufgezeichnet und, falls zutreffend, zur Kommunikationsbrücke 1020 gemäß den oben besprochenen Prinzipien übertragen. Die Kommunikationsbrücke 1020 ist ferner fähig, den Spitzenwert der Netzspannung, die den Sensoren am nächsten ist, durch zumindest einem Spitzenwertdetektor (nicht dargestellt) zu erfassen, der an die Kommunikationsbrücke 1020 und an eine Referenzstromleitung gekoppelt ist. Der Zeitpunkt des Spitzenwertes wird von der Kommunikationsbrücke 1020 kontinuierlich aufgezeichnet. Da die Takte der Kommunikationsbrücke 1020 und des Schaltkreises 200 synchronisiert sind, wie oben näher besprochen wurde, ist es nun für die Kommunikationsbrücke 1020 bei Empfang von Informationen vom Schaltkreis 200 möglich, abhängig von dem gemessenen Spitzenwert und Zeitpunkt die Phasenverschiebung zwischen der Referenzstromleitungsspannung und der Strommessung, die vom Schaltkreis 200 vorgenommen wurde, zu bestimmen. Es sollte festgehalten werden, dass die Verwendung eines Spitzenwertdetektors das System befähigt, gegenüber den Differenzen in der Stromversorgungsfrequenz, z.B. 60 Hz für die USA gegenüber 50 Hz in Europa, wie auch gegenüber jedem Fehler oder jeder Änderung in der Versorgungsspannungsfrequenz agnostisch zu werden.
  • Es wird nun auf 11 Bezug genommen, wo eine beispielhafte und nicht einschränkende zweite Ausführungsform eines SPPS 1100 dargestellt ist. Ein wesentlicher Unterschied könnte in der Mikrosteuerung 220 festgestellt werden, die keinen Impuls als Unterbrechungssignal verwendet, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen gezeigt wurde, zum Beispiel in 2. Ähnliche Komponenten wie jene von 2 werden hier nicht näher besprochen, falls dies nicht für eine nähere Erklärung notwendig ist. Die erkennbare Änderung liegt im analogen Abschnitt 1110, der einen Stromtransformator 212, einen Energy-Harvester 216, einen Schalter 1114 und einen Erfassungswiderstand 1112 umfasst. Im Normalbetrieb ist der Schalter 1114 so positioniert, dass eine Energiegewinnung durch den Energy-Harvester 216 möglich ist. Der Schalter 1114 wird periodisch, zum Beispiel unter der Steuerung der Mikrosteuerung 220, aktiviert, um die Sekundärwicklung des Transformators 212 durch den Erfassungswiderstand 1112 kurzzuschließen, der für gewöhnlich einen niederen Widerstand hat. Die Spannung beim Erfassungswiderstand 1112 wird vom ADC 225 abgetastet. Damit das System 1100 einen Spannungsspitzenwert erfassen kann, wird der Prozess mehrere Male in jedem Zyklus wiederholt. Der Schalter 1114 wechselt zwischen den zwei Positionen, so dass eine Energiegewinnung die meiste Zeit in einer ersten Position und die periodische Messung der Spannung in der zweiten Position möglich ist. Von der Abtastung wird über eine Reihe von Zyklen ein Durchschnitt gebildet und durch den Widerstandswert des Erfassungswiderstands 1112 dividiert, um den Stromwert zu erhalten. Der Stromwert wird dann mit einem Zeitintervall multipliziert, um den Gesamtladungswert, zum Beispiel in Amperestunden, zu erhalten. Ein Kalibrierungsfaktor, wie oben besprochen, kann ebenso in Bezug auf das System 1100 verwendet werden.
  • Der analoge Abschnitt könnte, wie in dem beispielhaften und nicht einschränkenden Schaltkreisdiagramm 1200 von 12 dargestellt, ausgeführt sein. Normalerweise sind die Schalter 1210 und 1220, die zwischen dem Resonanzkondensator 320 und dem Brückengleichrichter 330 angeschlossen sind, ausgeschaltet, so dass der energiegewinnende Kondensator 380 geladen wird. Die Spannung des energiegewinnenden Kondensators 380 ist begrenzt, um eine Überladung zu vermeiden, wie zuvor ausführlich in Bezug auf andere Ausführungsformen der Erfindung besprochen wurde. Vom Standpunkt der Energiegewinnung aus stellt 12 eine Ausführungsform ähnlich jener dar, die in 5 dargestellt ist, aber im Sinne des energiegewinnenden Schaltkreises sind ebenso Ausführungsformen ähnlich jenen möglich, die in 3 und 4 dargestellt sind. Zur Ausführung einer Messung schaltet die Mikrosteuerung 220 die Transistoren 1210 und 1220 mit Hilfe ihrer jeweiligen I/O Ports. Gemäß den Prinzipien der Erfindung werden die Schalter 1210 und 1220 gleichzeitig in entgegen gesetzten Phasen betrieben. Obwohl die Messung an einem einzigen Widerstand 1215 anstelle von zwei vorgenommen wird, dient die Verwendung der zwei Schalter und zwei Widerstände der Verhinderung einer Gleichstromlast beim Transformator 212. Dies ist notwendig, um eine Sättigung und Verzerrung der Messergebnisse zu verhindern. Der Fachmann würde erkennen, dass ein Schalter im positiven Teil des Zyklus leitet und der andere Schalter im negativen Teil des Zyklus leitet. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass Topologien unter Verwendung eines einzigen Schalters, der symmetrisch in beide Richtungen leiten kann, möglich sind, zum Beispiel unter Verwendung eines Paares von MOSFET-Transistoren, die in Serie geschaltet sind. Wenn die Schalter aktiv sind, fließt der Strom durch den passenden Erfassungswiderstand anstatt den energiegewinnenden Kondensator 380 zu laden. Gemäß der Erfindung haben die Erfassungswiderstände relativ zum Eigenwiderstand der Transformatorspule eine niedere Impedanz. Die ermöglicht einen annähernd kurzgeschlossenen Schaltkreisstromfluss, der die Spannung über dem Widerstand nieder genug hält, um somit einen minimalen Fluss über dem Kern aufrecht zu erhalten und eine Sättigung des Transformators 212 zu vermeiden. In einer Ausführungsform der Erfindung wartet die MCU 220 nach dem Einschalten der Erfassungswiderstände ein gewisses Zeitintervall, für gewöhnlich einige hundert Millisekunden, oder schaltet in einen Aus/Stromspar-Modus, bevor die Messung vorgenommen wird, so dass der Resonanzkondensator entladen kann. Dies garantiert eine hohe Genauigkeit und bessere Linearität der Messergebnisse. Gemäß den Prinzipien der Erfindung wird in Fällen, in welchen es möglich ist, zwei Spulen zu verwenden, eine erste Sekundärspule zur Messung der Spannung mit Hilfe des ADC 225 verwendet, während die zweite Sekundärspule (siehe vorangehende Beschreibungen von 6 und 8) für den Zweck der Energiegewinnung verwendet wird, wodurch die Notwendigkeit eines Umschaltens auf Kosten einer möglichen Vergrößerung der SPPS entfällt. Der Wert des Erfassungswiderstandes könnte leicht berechnet werden. Unter der Annahme, dass der SPPS für einen maximalen Primärstrom von 30 A konstruiert ist, wäre bei N = 1000 der maximale Kurzschlussstrom der Sekundärwicklung 30 mA. Wenn der maximale Eingang zum ADC 225 1 V ist, muss der Erfassungswiderstand 1112 30 Ω sein. Der Widerstand eines dünnen, z.B. 0,1 mm, Kupferdrahtes mit 1000 Wicklungen bei typischen Dimensionen des SPPS ist ungefähr 100 Ω. Unter Bezugnahme auf die Energiegleichgewichtsberechnung, die oben in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen erklärt wurde, kann eine ähnliche Energiemenge, die zuvor für den Zweck der Impulszählung berechnet wurde, hier für den Zweck der A/D-Aktivierung und Abtastung verwendet werden, so dass diese Ausführungsform sich im Sinne des Energieverbrauchs nicht signifikant von den vorangehenden unterscheidet. Daher steht eine ausreichende Energiemenge für einen korrekten Systembetrieb zur Verfügung, selbst wenn ein sehr niederer Primärstrom vorhanden ist.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform des analogen Abschnitts des Schaltkreises 1300, der in 13 dargestellt ist, wird ein Spannungsverdoppler 1340 verwendet. Tatsächlich kann der Brückengleichrichter, der zuvor in Bezug auf alle anderen Ausführungsformen beschrieben wurde, durch einen Spannungsvervielfacher ersetzt werden. Ein Fachmann wird sofort feststellen, dass der Spannungsvervielfacher ein Spannungsverdoppler, -verdreifacher, -vervierfacher oder jede andere Art von passiver Spannungsvervielfachungstopologie sein kann, ohne vom Umfang der Erfindung Abstand zu nehmen. Der beispielhafte und nicht einschränkende Schaltkreis 1300 zeigt eine einfache Ausführung eines Spannungsverdopplers 1340. Die Spannung beim energiegewinnenden Kondensator 380 ist das Doppelte der Spannung beim Transformator 310 nach einer Resonanz. In einigen Fällen ist die Verwendung eines Spannungsvervielfachers bei einem niedrigeren Strombereich vorteilhaft. Insbesondere unter Bezugnahme auf die Erfassungswiderstandstopologie vereinfacht der Spannungsvervielfacher auch die Erdung des Schaltkreises, da eine gemeinsame Erde an den energiegewinnenden Kondensator und den Erfassungswiderstand angeschlossen werden kann, während bei Verwendung des Brückengleichrichters eine Differentialspannungsmessung durchgeführt werden muss.
  • Die Prinzipien der Erfindung, wann immer anwendbar, werden als Hardware, Firmware, Software oder jede Kombination davon ausgeführt. Ferner ist die Software vorzugsweise als ein Anwenderprogramm ausgeführt, das nachweislich auf einer Programmspeichereinheit oder einem computerlesbaren Medium enthalten ist. Das Anwenderprogramm kann auf eine Maschine, die eine geeignete Architektur umfasst, hochgeladen und von dieser ausgeführt werden. Vorzugsweise ist die Maschine auf einer Computerplattform mit Hardware, wie einer oder mehreren zentralen Verarbeitungseinheiten (Central Processing Units – CPUs), einem Speicher und Eingang/Ausgang-Schnittstellen ausgeführt. Die Computerplattform könnte auch ein Betriebssystem und einen Mikroanweisungskode enthalten. Die verschiedenen, hierin beschriebenen Prozesse und Funktionen könnten entweder Teil des Mikroanweisungskodes oder Teil des Anwenderprogramms oder jede Kombination davon sein, die von einer CPU ausgeführt werden könnte, egal, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist. Zusätzlich könnten verschiedene andere periphere Einheiten an die Computer-Plattform angeschlossen sein, wie eine zusätzliche Datenspeichereinheit und eine Druckereinheit. Die zuvor beschriebenen Schaltkreise könnten durch zahlreiche Herstellungstechnologien ausgeführt werden, die in der Industrie allgemein bekannt sind, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, integrierter Schaltkreise (ICs) und einzelner Komponenten, die unter Verwendung von Oberflächenmontagetechniken (Surface Mount Technologies – SMT) und anderer Technologien montiert werden. Der Umfang der Erfindung sollte durch diese Packungs- und physische Ausführungsarten des SPPS 110 oder der Kommunikationsbrücke 1020 nicht als eingeschränkt verstanden werden.
  • Alle hier angeführten Beispiele und Bedingungen dienen einem pädagogischen Zweck, um dem Leser die Prinzipien der Erfindung und die Konzepte, die der Erfinder zur Weiterentwicklung der Technik beigetragen hat, verständlicher zu machen, und sind so zu verstehen, dass sie nicht auf solche spezifisch angeführten Beispiele und Bedingungen beschränkt sind. Ferner sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung wie auch deren spezifische Beispiele betreffen, sowohl ihre strukturellen wie auch funktionellen Äquivalente umfassen. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass solche Äquivalente sowohl gegenwärtig bekannte Äquivalente wie auch zukünftig entwickelte Äquivalente enthalten, d.h., sämtliche entwickelte Elemente, die dieselbe Funktion, unabhängig von der Struktur erfüllen.

Claims (27)

  1. Vorrichtung, umfassend: zumindest einen analogen Abschnitt mit einem Stromtransformator mit einem Transformatorkern, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montierbar ist, so dass er eine Primärwicklung des Stromtransformators darstellt, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung abgreift, die um den Transformatorkern gewickelt ist, und die abgegriffene Energie zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert, wobei der analoge Abschnitt ein analoges Signal in Abhängigkeit von dem Wechselstrom in der Stromleitung bereitstellt, und einen Impuls mit einer Frequenz, die von dem Wechselstrom in der Wechselstromleitung abhängt; einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist, wobei der Resonanzkondensator mit der Stromtransformatorspule in Resonanz wirkt, wobei die Kapazität des Resonanzkondensators derart gewählt ist, dass die Resonanz bei geringen Primärströmen maximal ist, einen Mikrocontroller, der an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um Energie für den Betrieb zumindest des Mikrocontrollers zu empfangen und um das analoge Signal und die Impulse zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist, um unter der Kontrolle des Mikrocontrollers Informationen abhängig von dem analogen Signal oder den Impulsen als Anzeige des Stromverbrauchs einer Last zu übertragen, die an die Stromleitung angeschlossen ist, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eines von: einer Diodenbrücke, die parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist; oder einen Spannungsvervielfacher, der parallel an die Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Transformatorkern einen ersten Abschnitt umfasst, auf den die Sekundärwicklung gewickelt ist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt zusammenpassen, so dass die Stromleitung von dem Transformatorkern durch den ersten Abschnitt und zweiten Abschnitt umgeben ist, um einen im Wesentlichen ununterbrochenen magnetischen Pfad um die Stromleitung zu erreichen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Wicklungen in der Sekundärwicklung größer als 500 ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend im analogen Abschnitt einen Erfassungskondensator und Schaltkreis zum periodischen Entladen des Erfassungskondensators, um eine Sättigung des Kerns zu vermeiden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller in einem kontinuierlichen Modus arbeitet, wenn ausreichend Energie vom analogen Abschnitt zur Verfügung steht, und im kontinuierlichen Modus kontinuierliche Messungen des analogen Signals ausführt, Informationen abhängig von den kontinuierlichen Messungen speichert und die Übertragung der Informationen unter Verwendung des Senders veranlasst.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die kontinuierlichen Messungen zumindest eine der folgenden enthalten: Spitzenwerterfassung, Phasenerfassung, Stromunterbrechung.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Empfänger, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Empfänger fähig ist, zumindest eines der folgenden auszuführen: Erfassen eines Trägersignals, Empfangen eines Bestätigungssignals, Empfangen von Synchronisierungsinformationen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicher Kalibrierungsinformationen der Vorrichtung enthält.
  11. System für eine Stromverwaltung, umfassend: zumindest einen eigengespeisten Stromsensor (SPPS), der um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung gekoppelt ist; eine Kommunikationsbrücke, die zur Kommunikation mit zumindest einem SPPS ausgebildet und des Weiteren an ein Netzwerk gekoppelt ist; einen Verwaltungsserver, der an das Netzwerk gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Informationen von der Kommunikationsverbindung des zumindest einen SPPS zu empfangen; und eine Datenbank, die an das Netzwerk gekoppelt ist, um zumindest die Informationen zu speichern; wobei der SPPS zumindest einen analogen Abschnitt hat, der einen Stromtransformator umfasst, der einen Transformatorkern umfasst, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montiert ist, wodurch er zu einer Primärwicklung des Stromtransformators wird, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung gewinnt, die um den Transformatorkern gewickelt ist und diese zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert und periodisch einen Impuls mit einer Frequenz bereitstellt, die vom Wechselstrom in der Wechselstromleitung abhängig ist; einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist, wobei der Resonanzkondensator mit der Stromtransformatorspule in Resonanz wirkt, wobei die Kapazität des Resonanzkondensators derart gewählt ist, dass die Resonanz bei geringen Primärströmen maximal ist, einen Mikrocontroller, der an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um gewonnene Energie zu empfangen, um zumindest ein analoges Signal, abhängig vom Wechselstrom in der Wechselstromleitung, und den Impuls zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der periodisch unter der Steuerung der Mikrocontroller Informationen bezüglich des Stromverbrauchs der Stromleitung senden kann, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.
  12. System nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: einen Klientenknoten, der an das Netzwerk gekoppelt und imstande ist, zumindest Informationen bezüglich des durch die Wechselstromleitung verbrauchten Stroms im Zusammenhang mit dem zumindest einen SPPS anzuzeigen.
  13. Verfahren zum Erfassen des Stromverbrauchs umfassend: Empfangen eines Impulses von einem Strom/Impuls-Wandler eines analogen Abschnitts eines eigengespeisten Stromsensors (SPPS); Zählen der Anzahl empfangener Impulse; Aktivieren eines Senders des SPPS zur Übertragung; Senden von Informationen bezüglich der gewählten Anzahl von Impulsen nach der Bestimmung, dass der SPPS ausreichend Strom zur Übertragung gesammelt hat; und Deaktivieren des Senders des SPPS; wobei der SPPS zumindest einen analogen Abschnitt hat, der einen Stromtransformator umfasst, der einen Transformatorkern umfasst, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montiert wird, wodurch er zu einer Primärwicklung des Stromtransformators wird, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung gewinnt, die um den Transformatorkern gewickelt ist, und diese zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert, und periodisch einen Impuls mit einer Frequenz bereitstellt, die vom Wechselstrom in der Wechselstromleitung abhängig ist; einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist, wobei der Resonanzkondensator mit der Stromtransformatorspule in Resonanz wirkt, wobei die Kapazität des Resonanzkondensators derart gewählt ist, dass die Resonanz bei geringen Primärströmen maximal ist; einen Mikrocontroller, der zur Aufnahme gewonnener Energie an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um zumindest ein vom Wechselstrom in der Wechselstromleitung abhängiges analoges Signal und den Impuls zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der periodisch unter der Steuerung des Mikrocontrollers Informationen bezüglich des Stromverbrauchs der Stromleitung senden kann, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, des Weiteren umfassend: Aktivieren eines Empfängers des SPPS zum Erfassen eines anderen Übertragungsträgersignals; Ermöglichen der Übertragung der Informationen, wenn ein Empfänger des SPPS kein anderes Übertragungsträgersignal erfasst; und Deaktivieren des Empfängers.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend: Empfangen eines Signals von einer Quelle.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Signal zumindest eines der Folgenden umfasst: ein Bestätigungssignal, Synchronisierungsinformationen.
  17. Verfahren zum Erfassen des Stromverbrauchs, umfassend: Empfangen eines ersten Signals abhängig von einem Primärstrom, der von einem Erfassungswiderstand eines analogen Abschnitts eines eigengespeisten Stromsensor (SPPS) erfasst wird; Aktivieren eines Senders des SPPS zur Übertragung; Übertragen von Informationen bezüglich des ersten Signals nach der Bestimmung, dass der SPPS ausreichend Strom zur Übertragung gesammelt hat; und Deaktivieren des Senders des SPPS; wobei der SPPS zumindest einen analogen Abschnitt hat, der einen Stromtransformator umfasst, der einen Transformatorkern umfasst, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montiert wird, wodurch er zu einer Primärwicklung des Stromtransformators wird, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung gewinnt, die um den Transformatorkern gewickelt ist, und diese zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert, und periodisch einen Impuls mit einer Frequenz bereitstellt, die von einem Strom in der Wechselstromleitung abhängig ist; einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist, wobei der Resonanzkondensator mit der Stromtransformatorspule in Resonanz wirkt, wobei die Kapazität des Resonanzkondensators derart gewählt ist, dass die Resonanz bei geringen Primärströmen maximal ist, einen Mikrocontroller, der an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um gewonnene Energie zu empfangen, um zumindest ein analoges Signal, abhängig vom Strom in der Wechselstromleitung, und den Impuls zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der periodisch unter der Steuerung der Mikrocontroller Informationen bezüglich des Stromverbrauchs der Stromleitung senden kann, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, des Weiteren umfassend: Aktivieren eines Empfängers, der mit dem SPPS verknüpft ist, zum Erfassen eines anderen Übertragungsträgersignals; Ermöglichen der Übertragung der Informationen, wenn ein Empfänger des SPPS kein anderes Übertragungsträgersignal erfasst; und Deaktivieren des Empfängers.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, des Weiteren umfassend: Empfangen eines zweiten Signals von einer Quelle.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Signal zumindest eines der folgenden umfasst: ein Bestätigungssignal, Synchronisierungsinformationen.
  21. Vorrichtung, umfassend: zumindest einen analogen Abschnitt, der einen Stromtransformator umfasst, der einen Transformatorkern umfasst, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montiert wird, wodurch er zu einer Primärwicklung des Stromtransformators wird, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung gewinnt, die um den Transformatorkern gewickelt ist, und diese zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert, und periodisch umschaltet, um eine Abtastung eines Stroms, der durch den Stromtransformator fließt, durch einen Erfassungswiderstand zu ermöglichen; einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist, wobei der Resonanzkondensator mit der Stromtransformatorspule in Resonanz wirkt, wobei die Kapazität des Resonanzkondensators derart gewählt ist, dass die Resonanz bei geringen Primärströmen maximal ist, einen Mikrocontroller, der an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um gewonnene Energie und zumindest ein analoges Signal abhängig vom Wechselstrom in der Wechselstromleitung durch den Erfassungswiderstand zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der fähig ist, unter der Kontrolle der Mikrocontroller Informationen abhängig vom Stromverbrauch einer Last, die an die Stromleitung angeschlossen ist, periodisch zu übertragen, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Umschalten die Verwendung eines ersten Schalters umfasst, der in der positiven Phase des AC-Zyklus betreibbar ist, und eines zweiten Schalters, der in der negativen Phase des AC-Zyklus betreibbar ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Erfassungswiderstand an eine Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist und einen Widerstand hat, der kleiner als der Widerstand der Sekundärwicklung ist.
  24. Vorrichtung umfassend: zumindest einen analogen Abschnitt, der einen Stromtransformator umfasst, der einen Transformatorkern umfasst, der so konfiguriert ist, dass er um eine Wechselstrom(AC)-Stromleitung montiert wird, wodurch er zu einer Primärwicklung des Stromtransformators wird, wobei der analoge Abschnitt Energie von einer Sekundärwicklung gewinnt, die um den Transformatorkern gewickelt ist, und diese zur Verwendung durch Komponenten der Vorrichtung speichert, unter Verwendung einer ersten Sekundärwicklung des Stromtransformators und eines Erfassungswiderstands, der an eine zweite Sekundärwicklung zum Erfassen des Stroms des Transformators gekoppelt ist; einen Mikrocontroller, der an den zumindest einen analogen Abschnitt gekoppelt ist, um gewonnene Energie und zumindest ein analoges Signal abhängig vom Wechselstrom in der Wechselstromleitung durch den Erfassungswiderstand zu empfangen; einen Speicher, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist; und einen Sender, der fähig ist, unter der Kontrolle der Mikrocontroller Informationen abhängig vom Stromverbrauch einer Last, die an die Stromleitung angeschlossen ist, periodisch zu übertragen, wobei der Mikrocontroller die Übertragung in Abhängigkeit davon startet, ob ausreichend Energie für die Übertragung vorhanden ist.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Erfassungswiderstand einen Widerstand hat, der kleiner als der Widerstand der Sekundärwicklung des Stromtransformators ist.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24, des Weiteren umfassend: einen Resonanzkondensator, der parallel zur Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 24, des Weiteren umfassend eines von: einer Diodenbrücke, die parallel an die Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist; oder einen Spannungsvervielfacher, der parallel an die Sekundärwicklung des Stromtransformators gekoppelt ist.
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