DE69505787T2 - Messverfahren zur messung kostenplichtigen elektrischen verbrauches von einem netz und elektronisches elektrizitätsmeter - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein elektronisches Elektrizitätsmeter, vorzugsweise zur Messung des Verbrauchs von Kleinverbrauchern von elektrischer Energie, wie etwa die Bewohner an den Rändern großer Städte und auf dem Land.
• Viele elektrische Energieversorger haben ernsthafte Schwierigkeiten bezüglich der großen Anzahl Verbraucher im Bereich einer unteren Rechnungsgrenze, die in Brasilien beispielsweise bei 30 kwh/Monat liegt (bekannt als Mindesteinzugstarif). Die Rechnung solcher Verbraucher reicht oft nicht, um den Versorgern ihre Investitionen zu bezahlen, die bei der Installation, hauptsächlich bezüglich der Installation von Elektrizitätsmetern, getätigt wurden. Das einfachste bekannte Meter, d. h. ein elektromechanisches Einphasenmeter, wie es in "Electrical Metermen's Handbook", 7. Ausgabe von 1965 durch das Edison Electric Institute beschrieben ist, ist ein Produkt einer über hundert Jahre alten Technik, das eine lange Zeitspanne von Verbesserungen und Kostenreduzierungen erfahren hat und nicht weiter für eine weitere Vereinfachung oder Kostenverringerung geeignet erscheint. Andererseits führen Meter, wie sie beispielsweise in dem französischen Patent FR-2.555.318 beschrieben sind und die elektronische Technologie verwenden, nicht zu einer Kostenreduktion, sondern nur zu der Vereinfachung der Implementation mehrer Funktionen bei verringertem Kostenanstieg, und dies hat nur ihre Anwendung bei Großverbrauchern gerechtfertigt.
• Dies beruht auf den relativ hohen Kosten der elektronischen Schaltungen zur Berechnung der elektrischen Energie und der Hilfsleistungs- und Schutzschaltungen, die die bekannten Meter kennzeichnen.
• Im Fall der Kostenverringerung für elektronische Schaltungen für die Berechnung der elektrischen Energie schlägt das französische Patent FR 2.694.405 eine Vereinfachung des Meßverfahrens vor, wodurch die Komplexität der Schaltungen und die Gesamtkosten verringert werden.
• Dieser Ansatz schließt die Abschätzung des elektrischen Verbrauchs bei Änderungen der gemessenen elektrischen Größe ein. Die normalerweise verwendete Größe ist die aktive Energie, die durch Integrieren über die Zeit der aktiven Leistung erhalten wird, die ihrerseits gegeben ist durch
• P = VI (Leistungsfaktor) oder P = VI cos φ, wobei:
• V die Spannungamplitude der elektrischen Hauptversorgung ist,
• I die elektrische Stromamplitude, die beruhend auf V durch die Last erzeugt wird; und
• φ der Phasenwinkel zwischen V und I (die elektrischen Signale in Abhängigkeit der Zeit entsprechend der Spannung bzw. dem Strom)
• Eine Vereinfachung des Meßverfahrens wird erhalten, indem der elektrische Verbrauch nur aus dem elektrischen Strom I oder aus der Kombination des elektrischen Stroms I und der Spannung V berechnet wird, wobei in beiden Fällen die Information bezüglich der Differenz im Phasenwinkel ~ ignoriert wird. Im ersten Fall, entsprechend nur der Verwendung des Stroms I, ist die Grundgröße gleich Ampere-Stunden (A. h) und dem letzten Fall ist es Volt-Ampere-Stunden (V. A. h.).
• Die Vernachlässigung der φ-Information führt zu einer beachtlichen Kostenverringerung bei den für die Messung verantwortlichen elektronischen Schaltungen, obwohl andere Messungen nötig werden, um die Verringerung der Kosten zu maximieren, d. h., um die zusätzlichen Hilfsmessungs- und Schutzschaltungen zu eliminieren, die den Stand der Technik charakterisieren, da es internationale Praxis ist, die Leitungsspannung als eine Leistungsversorgung für die elektronischen Schaltungen der Meter zu verwenden.
• Ein weiterer Aspekt, der bei der Analyse und der Konzeption der elektrischen Verbrauchsmessung bedeutend wurde, ist die Qualität der Energie.
• Moderne elektrische Energieversorgungssysteme, die heutzutage große verschaltete Netzwerke bilden, versorgen in vielen Fällen Millionen von Verbrauchern gleichzeitig. Diese Verbraucher haben die unterschiedlichsten Charakteristika, wie in dem Fall des Wohn/Gewerbe-Segments, wo der massive Einsatz elektrischer Hausgeräte, Computer und Leuchtstoffröhren auftritt, und in dem industriellen Segment, in dem große Lasten intermittent unter Verwendung elektronischer Schalter (vom Thyristor-Typ) verwendet werden.
• Das Endergebnis ist eine erhöhte Verschmutzung des Versorgungsnetzwerkes insbesondere im Bezug auf das Auftreten von Störfrequenzen in dem System, die Vielfache der Grundfrequenz (50 oder 60 Hz) betragen, die sog. Oberschwingungen, und eine Verringerung der Leistungsfaktorqualität der Versorgung selbst. In diesem Fall müssen Unregelmäßigkeiten der Versorgung der elektrischen Spannung, denen das System ausgesetzt ist, betrachtet werden.
• Überspannungen beispielsweise, die durch die Zufuhr elektrischer Spannungsamplituden oberhalb der maximalen vom System erlaubten elektrischen Spannung gekennzeichnet sind, verringert die Standzeit von Glühlampen und erhöhen unnötigerweise den Verbrauch elektrischer Motoren und elektronischer Hausgeräte. Im Fall von Unterspannungen (Spannungen unterhalb des erlaubten Minimums) treten eine beachtliche Verringerung der Effizienz von Motoren/Kompressoren, die beispielsweise bei Klimaanlagen und Kühlschränken verwendet werden, und ein Abfall der Lichteffizienz von Lampen auf.
• Angesichts dieser Beobachtungen ist es leicht einzusehen, daß die Bemühungen im Stand der Technik nicht zu einer einzelnen Lösung geführt haben, die gleichzeitig alle nötigen Qualitäten verwirklicht. Solche Qualitäten sind:
• - Erfüllen des obengenannten Aspekts bezüglich der Qualität der Energie sowohl auf der Verbraucherseite als auch auf der Zufuhrseite;
• - Kostenverringerung, die einen weiteren Einsatz erlaubt, wobei ein Markt von mehreren zehn Millionen Verbrauchern versorgt wird, welche das weltweite Versorgungssystem umfaßt.
• Dies wird aus der folgenden kurzen Diskussion eines typischen Ansatzes nach dem Stand der Technik deutlich.
Diskussion des Stands der Technik
• - Der Kostenaspekt wird in dem obengenannten französischen Patent FR-2694405 betrachtet, obwohl das Patent nicht die existierenden Möglichkeiten ausschöpft, abgesehen davon, daß es wichtige Aspekte bezüglich der Qualität der Versorgung ignoriert, beispielsweise Messungen bezüglich Oberspannungen und Unterspannungen des elektrischen Versorgungsnetzwerks;
• - ein Aspekt bezüglich der Qualität des Verbrauchs, der Leistungsfaktor, wird in dem US-Patent US-5198751 isoliert, über das Konzept eines reaktiven Volt-Ampere-Stunden-Meters (V. A. h) betrachtet. Dieser Ansatz betrachtet nur die bekannte Messung (aktive Energie), die weiterhin nötig ist, und erfüllt deshalb nicht das Prinzip geringer Kosten, noch liefert es Messungen bezüglich der Qualität der Versorgung (Oberspannungen und Unterspannungen) und der Anwesenheit von störenden Oberschwingungen im Netzwerk;
• - die DE-A-24 44 451 und EP-A-0432386 beziehen sich auf komplexe Meterimplementationen, die mittels einer großen Zahl von Unterschaltungen versuchen, die größtmögliche Menge Information bezüglich des elektrischen Verbrauchs und der Versorgungsbedingungen zu extrahieren. Dieser Ansatz führt unvermeidlich und natürlich zu teuren Lösungen mit begrenzter Anwendung und schwieriger Verwendung angesichts der hohen Menge gleichzeitiger Information bezüglich dem System, mit dem die Versorger gezwungen sind, zu arbeiten, um bei einem Endwert anzugelangen, der dem Verbraucher für die Dienstleistung der elektrischen Energieversorgung berechnet wird.
• - Das US-Patent US-5298856 erhöht weiterhin den Grad der Komplexität in Bezug auf das obengenannte Patent US- 5198751, in dem ein eingestelltes V. A. h.-Meter unter Verwendung verschiedener interner Tabellen festgelegt wird, die die Anwesenheit von störenden Oberfrequenzen betreffen, die in dem elektrischen Netzwerk vorliegen können. Es ist deshalb eine Lösung, die nicht den Aspekt bezüglich der Qualität der Versorgung (Oberspannung und Unterspannung) betrachtet und nur die bekannte Messung (aktive Energie) betrifft, abgesehen von der Verursachung hoher Kosten angesichts der Komplexität der Schaltungen.
• FR-A-2488998 beschreibt ein Meter, das einen Stromfluß über die Zeit integriert. Das beschriebene Meter führt keine permanente Messung des Stromes durch, stattdessen mißt (in tegriert) das Meter den Durchgang einer gegebenen Strommenge, für die ein Verbraucher im Voraus bezahlt hat, und betätigt dann einen Schalter zum Abschneiden der Stromzufuhr. Entsprechend FR-A-2488998 läuft das Meter mit einer konstanten Geschwindigkeit, wenn die Netzwerkspannung konstant ist, wobei nicht vorgeschlagen ist, daß eine Abhängigkeit der Netzwerkspannung ausgenutzt wird, um ein vorgegebene Einstellung der ausgeführten Integrationen durchzuführen.
• Mit dem Ziel eine Lösung vorzuschlagen, die die oben angesprochenen Anforderungen der Kostenreduzierung und der Abdeckung des Aspekts bezüglich der Qualität sowohl bei der Zuführung als auch beim Verbrauch zu erfüllen, schafft die Erfindung ein Meßverfahren und ein elektronisches Meter zur Berechnung des elektrischen Verbrauchs mit neuen Charakteristika im Vergleich zu den Lösungen des Stands der Technik.
• Erfindungsgemäß umfaßt ein Meßverfahren zur Messung des abrechenbaren elektrischen Verbrauchs aus einem elektrischen Netzwerk die Schritte:
• a) Durchführen einer permanenten Verbraucher-Strommessung;
• b) Integrieren des gemessenen Stromwerts über die Zeit, bis ein Wert (A. h.) bezüglich des elektrischen Verbrauchs des Verbrauchers erhalten wird;
• c) Einstellen der Integration des Schritts b) als Funktion der elektrischen Spannung des Netzwerks bis ein eingestellter Wert (Av. h) erhalten wird, der proportional einer vorangehend festgelegten Einheit des elektrischen Verbrauchs ist; und
• d) Berechnen der Anzahl der im Voraus festgelegten Einheiten, die erhalten wurden, um so einen Wert proportional dem elektrischen Verbrauch zu erhalten, der zu jedem gegebenen Moment abzurechnen ist.
• Die Korrektur des Schritts c) wird vorzugsweise in im Voraus festgelegten Proportionen in Übereinstimmung mit Abweichungsbändern der Spannung des Netzwerks von der Nominalspannung des Netzwerks durchgeführt. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten diese Bänder:
• - ein erstes Nominalspannungsband auf beiden Seiten der Nominalspannung des Netzwerks;
• - ein zweites Überspannungsband;
• - ein drittes ausgedehntes Spannungsband unterhalb des ersten Nominalspannungsbandes; und
• - ein viertes Unterspannungsband unterhalb des dritten ausgedehnten Spannungsbandes.
• Die Korrektur innerhalb des ersten Bandes kann linear innerhalb des ersten Bandes von einem ersten negativen Wert am unteren Ende des ersten Bandes zu einem ersten positiven Wert am oberen Ende des ersten Bandes ansteigen, die Korrektur innerhalb des zweiten Bandes kann konstant und gleich dem ersten positiven Wert sein, die Korrektur innerhalb des dritten ausgedehnten Spannungsbandes kann linear mit einer größeren Rate als in dem ersten Band ansteigen von einem zweiten negativen Wert an seinem unteren Ende zu dem ersten negativen Wert am oberen Ende ansteigen, und die Korrektur im vierten Band kann konstant sein, vorzugsweise 100% negativ.
• Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die lineare Anstiegsrate des dritten Bandes das doppelte der linearen Korrekturrate im ersten Band, wobei der erste positive Wert gleich +10% und der erste negative Wert gleich -10% ist.
• Des weiteren verwendet erfindungsgemäß ein elektronisches Elektrizitätsmeter zur Messung des abrechenbaren elektrischen Verbrauchs aus einem elektrischen Zufuhrnetzwerk ein Verfahren, das vorangehend definiert wurde, und umfaßt eine Schaltung ohne Leistungsquelle, die durch einen Stromwandler (TC) definiert ist, welcher angepaßt ist, um auf der Primärseite mit der Lastleistung des Verbrauchers verbunden zu sein, wobei der Wandler eine Sekundärwicklung hat, die zur Erzeugung eines Stroms angepaßt ist, welcher für den Strom der Lastleitung des Verbrauchers repräsentativ ist, eine Intergrierschaltung, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, um den Wert des Stroms in der Sekundärwicklung bezüglich der Zeit zu integrieren, Detektormittel zur Detektion, wenn der Integrationswert durch die Integrationsschaltung einen im Voraus festgesetzten Einheitswert erreicht, der als Einheit des elektrischen Verbrauchs abgerechnet werden kann, und ein Zählermittel, das mit dem Detektormittel verbunden ist, um die detektierten erhaltenen Einheiten des elektrischen Verbrauchs aufzusummieren.
Die Erfindung
• Entsprechend einem ersten Aspekt des Meßverfahrens ermöglicht die Erfindung eine vollständige Trennung zwischen dem Zufuhr- und Verbrauchersystem.
• Das verwendete Grundkonzept ist, daß das Versorgungssystem durch eine Spannung gekennzeichnet ist, die im elektrischen Netzwerk vorliegt, wohingegen der Verbraucher durch den elektrischen Strom definiert ist, der aus dem Zufuhrnetzwerk entnommen wird. Durch Integrieren des durch den Verbraucher entnommenen Stroms über die Zeit entsprechend einer relativen Einstellabhängigkeit des Wertes der durch das Netzwerksystem zugeführten Spannung ist es möglich, eine einzige Größe festzulegen, die einfach berechnet wird, welche zu einem im Konzept billigeren Meter führt und die die obengenannten Konzepte bezüglich der Energiequalität berücksichtigt.
• Die Integration des den Verbraucher kennzeichnenden elektrischen Stroms erlaubt, daß Aspekte, die mit der Erzeugung von Leistung und höheren harmonischen Frequenzen verbunden sind, abgedeckt werden, was zwei Grundpunkte der Qualität des Verbrauchs sind. Dies geschieht, da der Gesamtwert des elektrischen Stroms die Effizienz festlegt, mit der der Verbraucher das elektrische Netzwerk benutzt. Ein leicht verständliches Beispiel ist jenes eines nicht ausgeglichenen elektrischen Motors, der einen Leistungsfaktor größer als 1 aufgrund der induktiven Charakteristika seiner elektrischen Isolierung hat, was das Auftreten reaktiver Energie während seines Betriebs verursacht. Diese reaktive Energie ist Teil der Gesamtenergie, die nicht direkt mit der durch den Motor geleisteten Arbeit verbunden ist, was das Auftreten von Störkomponenten des elektrischen Stroms in dem Leiter des elektrischen Zufuhrnetzwerks verursacht. Anders gesagt, das Endergebnis ist ein Strom, der größer ist als jener, der zur Erfüllung der ursprünglichen Arbeitsanforderung nötig ist. Dies erhöht die Überlast des Zufuhrnetzwerks, wodurch seine Effizienz verringert wird und auch Schäden in den Leitern, Transformatoren und anderen Netzwerkkomponenten verursacht werden.
• Dasselbe trifft auf Lasten zu, die das Auftreten von Strömen mit höheren Oberfrequenzen in dem elektrischen Netzwerk verursachen. Solche Ströme und Störströme sind nicht der geleisteten Arbeit zugeordnet, sei es Licht, Heizung, Energieversorung elektronischer Ausrüstung oder ähnliches.
• Das Meßverfahren der Erfindung summiert gleichzeitig mit der Betrachtung der Integration des Gesamtstroms in Bezug auf die Zeit die aktiven und reaktiven sowie die harmonischen Teile, die durch den Verbraucher erzeugt werden. Dies führt natürlich zu einer besseren Qualität des Verbrauchs, da die Endkosten für ihn umso niedriger sind, je effizien ter die Netzwerkbenutzung durch den Verbraucher ist (Verursachung von weniger Störströmen).
• Angesichts der Betrachtung der Verbraucherstromintegration, wie es vorangehend beschrieben wurde, verbindet das erfindungsgemäße Verfahren die Einstellung solcher Integrationen mit den Spannungsbedingungen des Zufuhrsystems. Diese Einstellung oder Korrektur kann, wie erwähnt, vier Bereiche oder Bänder in Betracht ziehen, die den verschiedenen Betrieb des Versorgungssystems zugeordnet sind, wie es unten beschrieben und bezeichnet wird:
• - ein Nominalspannungsband für das Netzwerk;
• - ein Überspannungsband;
• - ein ausgedehntes Spannungsband des Netzwerks;
• - ein Unterspannungsband.
• Das erste Nominalband (Bereich) entspricht den normalen Grenzen der Änderung der Hauptspannung, die bereits in der Berechnung der elektrischen Lasten inkorporiert ist, welche durch elektrische Hausgeräte, Lampen und Motoren dargestellt sind.
• Der zweite Überspannungsbereich entspricht einem Band, das an der oberen Grenze des Nominalbandes beginnt.
• Der dritte ausgedehnte Bereich entspricht einem engen Band, das genau unterhalb der unteren Grenze des Nominalbandes angeordnet ist. In diesem Bereich kann der Betrieb von Lasten ineffizient ausgeführt werden, wie im Fall von Motoren und Kompressoren, aber ohne daß Betriebsrisiken dargeboten würden.
• Der vierte Unterspannungsbereich entspricht Situationen, in denen die Spannung kleiner als jene des ausgedehnten Bandes ist und in denen der Betrieb elektrischer Lasten aufgrund der sehr hohen Ineffizienz oder aufgrund einer Risikosituation vermieden werden sollte.
• Da diese Bereiche festgelegt sind, kann das vorliegend betrachtete Meßverfahren Information des Zufuhrsystemverhaltens zu der Verbraucherstromintegration hinzufügen. Diese Charakteristik unterscheidet die Erfindung von anderen Ansätzen im Stand der Technik, die eine direkte Berechnung der elektrischen Größen des Verbrauchs verwenden, wie etwa der aktiven Energie, der reaktiven Energie oder der auftretenden Energie, wodurch die Notwendigkeit der Trennung zwischen den Komponenten des Zufuhrsystems und des Verbrauchers vermieden ist. Sie unterscheidet sich auch von Techniken, die eine große Anzahl von elektrischen Größen gleichzeitig betrachten und die das Meßsystem teuer und den Tarifberechnungsprozeß zu einer komplizierten und spezialisierten Aufgabe machen, wie es bei den Patenten EP-A- 0432386 und. US-A-5298836 der Fall ist.
• Bevor eine detailliertere Beschreibung des Meßverfahrens, die den ersten Aspekt der Erfindung bildet, erfolgt, werden nun die Grundprinzipien eines zweiten Aspekts beschrieben, der sich auf die elektrische Schaltung zur Implementierung des Meters unter Verwendung neuer Techniken gegenüber dem Stand der Technik bezieht.
• Eines der neuen verwendeten Konzepte ist es, den Betrieb der elektronischen Schaltungen des Meters, das hier beschrieben wird, unter Verwendung einer internen Quelle beruhend auf dem Verbraucherstrom anstatt auf der elektrischen Spannung, die vom Versorgungsnetzwerk zugeführt wird, zu gestatten.
• Beruhend auf dieser Größe, dem elektrischen Strom, ist es möglich, verschiedenen einfache und preiswerte Typen für die Ausrüstung zu implementieren, die nichtsdestotrotz in der Lage sind, leicht und natürlich ihre Aufgabe zu bewerkstelligen:
• - Ein erstes Beispiel betrifft eine Ausrüstung, die, zusätzlich zu dem Inkorporieren des den ersten Aspekt der Erfindung darstellenden Meßverfahrens, nur den vom Verbraucher gezogenen elektrischen Strom mißt und aufzeichnet. Die vorgestellte Größe ist gleich A. h. (Ampere-Stunde), d. h. das Integral des Stroms über die Zeit. Eine Ausrüstung dieser Art wird angewendet, wenn aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen eine Notwendigkeit zur Betrachtung möglicher Spannungssituationen im Versorgungsnetzwerk besteht, für das die Einstellung bei der Stromintegration vorzunehmen ist. Dieser Fall dient dem Brennpunkt der Erfindung, nämlich Verbrauchern von kleinen Mengen elektrischer Energie pro Monat. Die A. h.-Messung ermöglicht, die Implementierung einer extrem robusten, einfachen und preiswerten Schaltung, die keine getrennte Stromquelle oder Schutzvorrichtungen benötigt, und ebenso ist der Endpreis des Produkts niedriger als jener bekannter Aktivenergiemeßvorrichtungen (W. h.-Messvorrichtungen).
• - Ein zweites Beispiel bezieht sich auf die Inkorporation in dem A. h.-Meter, das oben erwähnt wurde, von Schaltungen, welche die Änderungen in der elektrischen Netzwerkspannung in Betracht ziehen. Die gemessene Größe ist Av. h, d. h. Ampere-Stunden, eingestellt in Übereinstimmung mit der mittleren Netzwerkspannung, entsprechend dem Konzept des ersten Aspekts der Erfindung. Dies kann verwendet werden, wo der Verbrauch hinreichend groß ist, um dies zu rechtfertigen, oder an Plätzen, an denen die Spannung beachtlichen Schwankungen ausgesetzt ist.
• - Ein drittes und letztes Beispiel bezieht sich auf die Anwendung integrierter Schaltungstechniken bei sehr niedrigem Verbrauch und niedriger Betriebsspannung, wie sie in Armbanduhren oder Herzschrittmachern auftreten. Durch Anwen dung dieses Konzeptes ist es möglich, ein Elektronikmeter zu implementieren, das in der Lage ist, sowohl als ein A. h- Meter als auch ein Av. h-Meter oder als W. h.-Meter zu arbeiten, welche die Funktionen der Kommunikation mit externen Lese- und/oder Schreibvorrichtungen bietet, beruhend auf einer Quelle, die weiterhin auf dem Verbraucherstrom beruht.
• Da die Meter der obengenannten drei Beispiele auf dem Verbraucherstrom beruhen, ist es nicht nötig, externe Verbindungs- oder Überspannungsschutzvorrichtungen zu verwenden. Dies vermeidet Stecker, Anschlüsse und Kupferklemmen, und es ist möglich, ein Gehäuse zu verwenden, das in der Lage ist, die internen Komponenten aufzunehmen und beispielsweise durch gießen oder durch Einspritzen von Kunststoffharz gebildet ist. Ein Gehäuse dieses Typs ist leicht und preiswert herzustellen und kann staubfest, wasserfest und allgemein geschützt gegen Fremdkörper sein. Es kann auch geringe Abmessung und Gewicht haben, was die Installation von Regelvorrichtungen der elektrischen Energieversorgungen ermöglicht.
• Ein entsprechend diesem Prinzip implementiertes Meter leidet nicht unter Fehlern, die im Stand der Technik üblich sind, wie etwa die Unbrauchbarkeit des Meters beruhend auf Oxidation oder Überhitzung der Anschlüsse, oder weiterhin des Verbrennens interner Elemente, die mit den Netzspannungen verbunden sind, aufgrund von Blitzeinschlägen in Freileitungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Nun da die Konzepte und Grundprinzipien der ersten und zweiten Aspekte der Erfindung beschrieben wurden, werden die bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigt:
• Fig. 1 eine erläuternde Kurve, die die Zufuhrbedingungen der Spannung eines elektrischen Netzwerks zeigt, wobei vier Bereiche im Zusammenhang mit dem Betrieb des Versorgungssystems darstellt sind;
• Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Grundschaltung, die die Ausrüstung zur Messung von A. h. bildet;
• Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Hilfsschaltung, die der Schaltung aus Fig. 2 hinzugefügt werden kann, um den Ausgleich von Fehlern zu gestatten, die durch Meter-Stromtransformatoren eingeführt werden, welche sich auf den Magnetisierungsstrom des ferromagnetischen Materials beziehen, der bei dieser Bauweise verwendet wird;
• Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer Hilfsschaltung, die in Fig. 2 hinzugefügt werden kann, um eine Einstellung der Integration des Verbraucherstroms in Übereinstimmung mit den Zufuhrbedingungen der Spannung des elektrischen Netzwerks zu ermöglichen;
• Fig. 5 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die integrierte Schaltungstechnik für niedrigen Verbrauch und niedrige Betriebsspannung verwendet ("Mikro-Power/Low Voltage");
• Fig. 6 ein internes Blockdiagramm der in Fig. 5 gezeigten integrierten Schaltung;
• Fig. 7 eine typische Implementation des Gehäuses eines Meters, das das erfindungsgemäße Meßverfahren inkorporiert; und
• Fig. 8 die Installation des Meters aus Fig. 7.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Art eine bevorzugte Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung, d. h. ein Meßverfahren beruhend auf der Integration des Stroms bezüglich der Zeit, das durch die Bedingungen der von dem elektrischen Versorgungsnetzwerk zugeführten Hauptspannung angepaßt ist.
• Die Grundelemente der Kurve aus Fig. 1 sind die folgenden:
• - x-Achse: Spannungsbedingung der Hauptkabelspannung. Die Werte, die in Prozenten in Bezug auf den Nominalwert der Betriebsspannung des Netzwerks dargestellt sind, sind entlang der x-Achse aufgetragen. Die Punkte bezüglich 80%, 90% und 110% der Nominalspannung sind angezeigt;
• - y-Achse: Korrektur des Integrals des Verbraucherstroms. Die Korrekturwerte für jeden Spannungswert im Netzwerk sind auf dieser Achse aufgetragen. Die Punkte repräsentieren Korrekturen von 10%, -10%, -30% und -100%.
• Die durch Verbinden von AB, BD, DE und FG festgelegte Kurve stellt die Art der Korrektur entsprechend den vier Betriebsbereichen der Hauptkabelspannung dar, wie es vorangehend beschrieben wurde, d. h.: das Segment AB (Überspannung), das Segment BD (Nominalspannung), DE (ausgedehntes Band) und FG (Unterspannung). Der Punkt C entspricht der Nominalspannungsbedingung (100%) und deshalb der Null-Korrektur des Stromintegrals.
• Nun wird die Anwendung des Meßverfahrens, das zu der endgültigen Berechnung der einzigen Größe führt, die hier genannt wird (in Bezug auf die Zeit integrierter Verbraucherstrom mit Einstellung entsprechend der gemittelten Hauptkabelspannung des Versorgungsnetzwerks), beschrieben.
• Der Ausgangsreferenzpunkt des Verfahrens entspricht dem Punkt C in Fig. 1. Dieser Punkt entspricht der Idealbedingung der Energiezufuhr (100% Nominal-Hauptkabelspannung) und deshalb entspricht ihm eine Null-Korrektur bei dem Integrationsverfahren des Stroms. In diesem Fall wird für den Verbraucher mit einem Verbrauch, der frei von Störströmen ist, d. h. mit einem Leistungsfaktor von 1 und der Abwesenheit von Oberschwingungen im Strom, den Strom bemessen und in einer Art berechnet, die äquivalent der idealen Form der aktiven Energie ist, die beispielsweise mit einem bekannten kWh-Meter gemessen wird.
• Solange die Hauptkabelspannungsänderung innerhalb der Grenzen des Nominalbandes (Segment BD) bleibt, wird die Messung in der gleichen Art wie mit einem bekannten Aktivenergiemeter Durchgeführte weitergehen, vorausgesetzt daß keine Störströme auftreten. Anders gesagt, bei einem gegebenen Strom wird eine Änderung von ± 10% der Hauptkabelspannung, die einem äquivalenten Ansteigen/Absinken der vom Versorgungssystem zugeführten aktiven Energie entspricht, einer Korrelation von ±10% bei der Berechnung des Verbrauchs entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechen.
• Im Fall der Überspannung (AB), in dem der durch die über das Versorgungssystem zugeführte Spannung dargestellte Dienst dem Verbraucher keinen zusätzlichen Nutzen bringt, wie es vorangehend erwähnt wurde, wird eine feste Korrektur in dem Meßverfahren verwendet, äuqivalent der maximalen Grenze von +10% (obere Grenze) der Korrektur des Nominalspannungsbandes.
• Auf diese Art wird ein fairer Tarif erhalten, da es keinen Tarifanstieg gibt, wenn kein zusätzlicher Nutzen für den Verbraucher in einer Überspannungssituation vorliegt.
• Im Fall des Segmentes DE (ausgedehntes Band), in dem die Spannung zwischen 80% und 90% der Nominalleitungsspannung des Netzwerks variiert, gibt es bereits ein Absinken der Effizienz der Last, wie etwa von Motoren und Lampen, und in dem Fall von Motoren/Kompressoren (Kühlschränken und Klimaanlagen usw.) gibt es ein bemerkbares Anwachsen bei der Produktion von Wirbelströmen aufgrund der Verringerung des Leistungsfaktors. Da solch ein Phänomen ausschließlich durch das Absinken der Versorgungsspannung unterhalb des festgelegten Nominalspannungsbandes verursacht wird, ist es fair, daß es eine Kompensation gibt, die in der Lage ist, den schlimmsten Fall des Verhaltens der Last beim Verbraucher zu berücksichtigen. Segment DE, das die doppelte Steigung im Vergleich zu BD (Nominalband) hat, ist für diese Anforderung vorgesehen, wobei beispielsweise eine Einstellung von -30% für eine Änderung von 20% der Leitungsspannung vorgesehen ist.
• Im Fall der Unterspannung (Segment FG), einem Bereich, in dem eine betonte Ineffektivität oder sogar Gefahr beim Betrieb der Lasten besteht, wie etwa bei Motoren oder Kompressoren, die festfressen können, was zu einer Überhitzung aufgrund der erhöhten Ströme führt, kann die Registrierung des Verbrauchs entfallen (-100%-Korrektur), wodurch wiederum eine faire Situation in dem Verhältnis von Versorgung/Verbrauch/Tarif entsteht.
• Es ist zu betonen, daß das hier vorgestellte Grundkonzept auf andere Arten implementiert werden kann, wie etwa beispielsweise durch Änderung der Werte der Spannungsänderung und Einstellung, die die oben beschriebenen Segmente festlegen, ohne von dem Grundkonzept der Erfindung abzuweichen.
• In Fig. 2, die ein schematisches Diagramm der Grundschaltung der A. h.-Meßausrüstung darstellt, ist zu sehen, daß die in der Schaltung enthaltenen elektronischen Komponenten die folgenden sind:
• TC - Stromtransformator. Dieser arbeitet als ein Laststromsensor (Iload), der die Schaltung mit einem Strom versorgt, der eine Amplitude geeignet für die Verarbeitung der elektronischen Schaltungen und proportional zum Laststrom hat.
• D1 und D2 - Gleichrichterdioden. Diese richten die Sekundärseite vom TC gleich, indem sie abwechselnd arbeiten; D1 in dem positiven Halbtakt und D2 im negativen Halbtakt.
• C1 und C2 - Elektrolytkondensatoren. Diese sind verantwortlich zum Speichern der den Verbrauch anzeigenden Strom mit der Zeit.
• C3 - Kondensator. Dieser arbeitet zusammen mit TC. Seine Funktion ist es, Fehler der Nichtlinearität von TC bei niedrigen Strömen auszugleichen.
• SCR - gesteuerter Siliziumgleichrichter. Dieser wirkt als ein elektronischer Schalter, der aktiviert wird, um aufgrund der Entladung von C1 und C2 einen Strompuls zu erzeugen, um ein Zyklometer (Zähler) zu aktivieren. Diese Aktivierung wird durch den Spannungspegel seiner Triggerelektrode durchgeführt. Die Deaktivierung erfolgt mit der vollständigen Entladung von C1 und C2.
• DIAC - eine Vorrichtung mit zwei Anschlüssen, die als Spannungspegelsteuerschalter arbeitet. Ihre Arbeitweise ist so, daß jedesmal wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen einen "Trip"-Wert erreicht, SCR aktiviert wird.
• R1 - Kohlenstoff-Widerstand. Dieser arbeitet zur Begrenzung des Stroms, um DIAC und SCR zu schützen.
• C4 - Kondensator. Dieser arbeitet zur Desensibilisierung der Triggerung von 5CR, wodurch vermieden wird, daß dieser aufgrund von Rauschen irrtümlich betätigt wird;
• Die Gruppe D3, D4 und C5 - Hilfsschaltung. Ihre Funktion ist es, die Betätigung von DIAC zu erleichtern, wodurch sichergestellt wird, daß der letztere jedesmal bei der gleichen Strommengenakkumulation über der Zeit in C1 und C2 aktiviert wird.
• Zyklometer (Zähler) CT - Elektromechanisches Register oder Zähler. Seine Funktion ist es, eine nichtflüchtige Speicherung der gemessenen Verbrauch mit der Zeit zu bewerkstelligen. Er enthält 7 koaxiale Zylinder, die jeweils in zehn gleichmäßige Teile aufgeteilt sind, auf denen die Ziffern von 0 bis 9 aufgeschrieben sind, und eine Spule, die die Bewegung der Zylinder aufgrund des Stroms durch sie hindurch befehligt.
• Der Betrieb der Schaltung ist im wesentlichen der folgende:
• Der Laststrom (der durch den Benutzer verbraucht wird) wird durch TC transformiert, was die Schaltung mit einem Strom proportional hierzu und auf einem verringerten Wert versorgt. Dieser Strom wird dann durch D1 und D2 gleichgerichtet und über der Zeit in C1 und C2 gespeichert. Dies führt zu einem langsamen Anstieg des Potentials zwischen den Punkten G und H. Wenn diese Spannung den "Firing"-Schwellwert von DIAC erreicht, wird letzter aktiviert, was seinerseits SCR aktiviert, der dann zu der Entladung von C2 und C3 führt, wodurch ein Puls erzeugt wird, der das Zyklometer oder den elektromechanischen Zähler CT betätigt. Dies führt zur Aufzeichnung des Auftretens eines Pulses proportional dem Verbrauch einer vorgegebenen Menge von A. h. durch das Zyklometer.
• Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, benötigt die Schaltung nicht die Verwendung einer Stromquelle oder von Hilfsüberspannungsschutzvorrichtungen, wodurch es eine sehr robuste, preiswerte Lösung herstellt, die aus preiswerten nichtspezialisierten, kommerziell erhältlichen Komponenten hergestellt ist.
• Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Hilfsschaltung, die der oben beschriebenen Grundschaltung zugefügt werden kann, um Fehler auszugleichen, die aufgrund des Magnetisierungsstroms aus TC resultieren.
• Die elektronischen Teile, die diese Schaltung ausmachen, sind die folgenden:
• R2 - Kohlenstoffwiderstand. Dieser arbeitet als Strombegrenzer, wodurch die NEON1-Lampe geschützt wird und deren Betriebsstrom festgelegt wird.
• R3 - Kohlenstoffwiderstand. Dieser legt den Strom fest, der zum Durchlaufen der Wicklung I-J von TC gewünscht ist.
• NEON1 - Neonlampe. Diese wirkt als Spannungsregler.
• TC - Stromwandler. Dies ist der gleiche TC, der in Fig. 2 gezeigt ist, mit dem Zusatz einer weiteren Primärwicklung (I-J), die einen Strom in etwa gleich dem Magnetisierungsstrom des Kernes von TC liefert, wodurch Fehler ausgeglichen werden, die auftreten, wenn die Schaltung sehr niedrige Ströme mißt.
• Der Betrieb der Schaltung ist im wesentlichen der folgende:
• Die Hauptkabelspannung wird durch die NEON1-Lampe geregelt. Der Widerstand R2, abgesehen von dem Herstellen des Betriebsstroms für NEON1, begrenzt diesen, um eine Beschädi gung der Lampe bei Überspannungsbedingungen zu vermeiden. Der Widerstand R3 stellt einen Strom in der Wicklung I-J von TC aus der Spannung von NEON1-Lampe her-. Dieser Strom fließt kontinuierlich durch die Wicklung I-J, wodurch der Kern von TC mit dem nötigen Magnetisierungsstrom versorgt wird.
• Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Hilfsschaltung, die der Grundschaltung aus Fig. 2 zugefügt werden kann, um eine Einstellung des Integrals des Stroms beruhend auf Änderungen der Netzwerkspannung zu ermöglichen. Die so konfigurierte Schaltung ermöglicht die Messung von Ampere- Stunden korrigiert durch die Mittel der Netzwerkspannung (Av. h). Die Zufügung dieser Schaltung wird vorgenommen, indem eine Kurzschlußschaltung E-F (Fig. 2) entfernt wird und indem die Punkte E' und F' (Fig. 4) jeweils entsprechenden Anschlüssen E und F (Fig. 2) verbunden werden.
• Die elektronischen Teile, die diese Schaltung ausmachen, sind die folgenden:
• D5 und D6 - Gleichrichterdioden. Sie wirken zum Gleichrichten der Wechselspannung des Netzwerks.
• R4, R5, R6, R7 und R8 - Kohlenstoffwiderstände. Sie arbeiten als Spannungsteiler.
• C6 - Kondensator. Er arbeitet zur Verringerung der Wechselstromimpedanz zwischen den Punkten E' und F und zum Herausfiltern plötzlicher Änderungen der Spannung Vc.
• NEON2 - Neonlampe, die als Spannungsregulator dient.
• D7 und D8 - Gleichrichterdioden.
• D9 und D10 - gesteuerte Lawinendioden (Zener-Dioden).
• R9 - Kohlenstoffwiderstand.
• Der Betrieb der Schaltung ist in Grundzügen der folgende:
• Die Netzwerkspannung wird durch die Dioden D5 und D6 gleichgerichtet. Die Spannung zwischen den Punkten H und L wird durch NEON2 geregelt. Der durch R6 und R8 gebildete Spannungsteiler stellt die Spannung am Punkt F' her. Der Spannungsteiler, der durch R4 und R7 gebildet ist, stellt die Spannung am Punkt E' her. Änderungen der Leitungsspannung werden proportional am Punkt E' erfaßt. Da die Spannung an F' aufgrund der Anwesenheit von NEON2 in etwa konstant ist, erleidet die Spannung VC (die sich mit DIAC aus Fig. 2 ändert) ebenfalls Variationen proportional den Änderungen in der Leitungsspannung, wodurch der Arbeitspunkt von SCR (Fig. 2) und dementsprechend die Berechnungsrate des Verbrauchs, der durch das Zyklometer angezeigt wird, modifiziert wird.
• Wenn die Leitungsspannung innerhalb der Grenzen des ausgedehnten Bandes (Segment aus Fig. 1) enthalten ist, ist die Spannung VC aufgrund der Teilungsfaktoren, die durch die Widerstände R4, R7, R6 und R8 festgelegt sind, leicht negativ. Auf diese Art isoliert die Gleichrichterdiode die Elemente R9 und D9 von der Schaltung, und die Zenerdiode D10 gelangt nicht in den Betrieb. Die Spannung VC unter dieser Bedingung wirkt auf die Schaltung aus Fig. 2, so daß die Änderungen der Leitungsspannung zu der doppelten Änderung der Rate des Verbrauchzählens führt. Anders gesagt, eine Änderung um 10% im ausgedehnten Band der Fig. 2 mit der durch die Schaltung aus Fig. 4 gegebenen Korrektur von VC führt zu einer Änderung entsprechend 20% bei dem Zählen des Verbrauchs.
• Wenn die Spannung des Netzwerks in das Unterspannungsband gerät (Segment in Fig. 1), wird die Spannung VC hinreichend negativ für die Zenerdiode D10, um diese zu betätigten, wobei VC auf einem festen Pegel entsprechend der Änderung verbleibt, die am Punkt H in Fig. 1 erhalten wird. Diese Vereinfachung entspricht der Verschiebung des Segments nach oben, so daß es beim Punkt E in Fig. 1 beginnt, was eine mögliche Änderung des Konzepts des ersten Aspekts der Erfindung einschließt.
• Wenn die Leitungsspannung zum Nominalband verschoben ist (Segment in Fig. 1) wird die Spannung VC leicht positiv, wodurch die Gleichrichterdiode D7 die Betätigung des Widerstands R9 in der Schaltung erlaubt, wobei aber die Zenerdiode D9 weiterhin nicht aktiviert ist. Unter dieser Bedingung begleitet die Spannung Vc im Verhältnis von 1 : 1 die Änderungen der Leitungsspannung. Anders gesagt stellen die Schaltungen aus den Fig. 2 und 4 zusammen bei einer Änderung um 10% der Ladungsspannung entsprechende Änderung der Berechnungsrate des Verbrauchs dar.
• Wenn die Leitungsspannung dem Überspannungsband (Segment in Fig. 1) entspricht, ist die Spannung VC hinreichend positiv für die Zenerdiode D9, um diese zu aktivieren, wodurch ein fester Wert des Pegel Vc hergestellt wird. In diesem Fall stellt die Schaltung aus Fig. 4 eine feste positive Korrektur der Rate beim Zählen des Verbrauchs mittels der Schaltung aus Fig. 2 dar, in Übereinstimmung mit dem Grundsatz, der unter Bezug auf Fig. 1 ausgeführt wurde (Segment ).
• Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer integrierten Schaltungstechnik mit Mikropower bzw. vom Niederspannungstyp.
• Unter Berücksichtigung des durch die Erfindung eingeführten Konzepts ist die Größe, die den elektrischen Verbrauch charakterisiert, der durch den Verbraucher gezogenen Strom, wobei die Ausrüstung konzipiert sein kann, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, welche ausschließlich von dem Verbraucherstrom für ihren Betrieb abhängt, aber die ebenso in der Lage ist, mehr als eine Größe relativ zum elektrischen Verbrauch zu handhaben.
• Ein erster Schritt in diese Richtung ist die Verwendung der Mikropower-Niederspannungs-Technik, wie sie allgemein bei der Bauweise von Armbanduhren und Herzschrittmachern verwendet wird. Schaltungen dieses Typs verwenden Mikropower- Quellen, die für ihren Betrieb auf einem minimalen Ausmaß elektrischen Stroms beruhen, der in einer externen Schaltung zirkuliert. Somit kann ein einzelner Stromwandler nicht nur den zu messenden elektrischen Verbrauch darstellenden Strom liefern, sondern auch die Leistung zur Versorgung der Meßschaltung, wenn die Letzere auf Mikropower-Niederspannungs-Technik beruht.
• Die Meßschaltung kann dann - beruhend auf den durch den Stromwandler ermittelten Strom und auf einer durch einen Spannungssensor ermittelten Probe der Leitungsspannung - Größen liefern, wie etwa Ampere-Stunde (A. h.), Ampere- Stunde eingestellt mit der mittleren Leitungsspannung (Av. h) entsprechend den Grundsätzen aus Fig. 1, und letztendlich auch die aktive Energie (W. h.).
• Da die Meßschaltung nur auf dem Verbraucherstrom für seinen Betrieb beruht, können, wenn der Leitungsspannungssensor fehlschlägt oder wenn ein Versuch vorgenommen wird, ihn durch absichtliches Abschalten zu hintergehen, die Schaltungsfunktionen beibehalten werden, beispielsweise unter Berücksichtigung, daß die Leitungsspannung nominal und der Leistungsfaktor gleich 1 ist, wodurch der Verbrauch entsprechend den normalen Zufuhrbedingungen des Netzwerks berechnet wird.
• Diese Charakteristik erlaubt die Verwendung von Gehäusen für die erfindungsgemäßen Meterelemente, die keine Schrauben, Anschlüsse und Verbraucherlaststromleiter aufweisen. Dies liegt daran, daß keine Notwendigkeit zur Unterbrechung des elektrischen Stroms des Verbrauchers besteht, um die Versorgung der elektrischen Energie der internen Schaltung des Meters sicherzustellen, wie es beim Stand der Technik benötigt ist. Die Erfindung erlaubt somit die Verwendung von hochabhängigen, preiswerten Lösungen, gegenüber jenen des Stands der Technik.
• Um diese Aspekte zu verdeutlichen, werden nun die Fig. 5 und 6 detailliert beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die Meßarbeit durch eine eigene integrierte Schaltung durchgeführt, die speziell zur Gewährleistung der Anforderung dieser Funktion ausgestaltet ist. Die eigene integrierte Schaltung (CI1) sollte einen sehr niedrigen Verbrauch haben, der von einer Mikropower-Quelle 2 zugeführt wird, die nur von der Sekundärseite des Stromwandlers Energie entzieht, um sowohl die integrierte Schaltung 1 als auch die Flüssigkristallanzeige (LCD) 3 zu versorgen. Die Anzeige 3 ist das Element, das für die Ausgabe des die Verbrauchsmessung darstellenden Wertes durch die Ausrüstung verantwortlich ist. Der Stromwandler TC ist für die Versorgung der integrierten Schaltung 1 mit einer Stromprobe I proportional zu dem verbrauchten Strom verantwortlich. Der Widerstand R10 ist für die Versorgung der integrierten Schaltung 1 mit einer Spannungsprobe V proportional zu der Leitungsspannung verantwortlich.
• Um die Funktionsweise der Schaltung zu verstehen, muß zuerst die interne Architektur verstanden werden, die für die eigene integrierte Schaltung vorgeschlagen wird.
• Fig. 6 ist ein Blockdiagramm der internen Architektur der eigenen integrierten Schaltung 1. Die wesentlichen Teile und ihre Funktionsweise sind die folgenden:
• Signalbehandlungsblock 4 - empfängt die Strom- und Spannungssignale. Er entscheidet, ob die Messung auf A. h., Av. h oder auf W. h. gerichtet ist. Er gleicht Fehler in der Linearität des Stromwandlers TC aus und liefert die Einstellung zur Berechnung des Verbrauchs in Übereinstimmung mit der Spannung V.
• Leistungszufuhrkonditionierblock 5 - empfängt die durch die Mikropowerquelle 2 zugeführte Leistung und detektiert Fehler in der Leistungszufuhr VCC.
• LCD-Display-Steuerblock 6 - verwendet Signale zur Ausgabe des Registers des gemessenen Verbrauchs an die Anzeige-Display-LCD 3.
• Oszillator IN/EXT7 - verantwortlich für die Erzeugung des internen Takts der integrierten Schaltung 1.
• Kommunikationsschnittstellenblock 8 - verantwortlich für die Kommunikation zwischen der integrierten Schaltung 1 und der Außenwelt über das Kommunikationsgate PC. Es erlaubt die Programmierung der eigenen integrierten Schaltung 1, wodurch deren Betrieb geeignet wird, und er gestattet die Verwendung externer Vorrichtungen, die abgestufte Tarife, Fernabfragelesen oder ähnliches implementieren können.
• Steuerung 9 - abhängig von der internen Steuerung der verbleibenden Blöcke der eigenen integrierten Schaltung 1. Beruhend auf den Spannungs- und Stromsignalen V bzw. I stellt sie die Meßgrößen in der Form von Ampere-Stunden eingestellt durch die Spannung V oder Wattstunden dar. Wenn ein Leistungsfehler durch den Leistungskonditionierblock 5 detektiert wird, überträgt sie die Berechnung des Verbrauchs zum nichtflüchtigen Speicherblock 10;
• Nichtflüchtiger Speicherblock 10 - dieser Block, der in der Lage ist, Information des Verbrauchs permanent zu speichern, bringt die Information zu der Steuerung 9 zurück, bei der Rückkehr der Leistungsversorgung, so daß der normale Betrieb wiederhergestellt werden kann.
• Die Steuerung 9 ist ebenfalls für die Überwachung des Betriebs der Kommunikationsschnittstelle und des LCD-Steuerblocks 8 und 6 bezüglich der Einstellungen der Information und der mit der externen Umgebung ausgetauschten Befehle verantwortlich.
• Die tatsächliche Implementierung dieser Blocks ist für einen Fachmann nicht schwierig, wobei die Technik selbst nicht Teil der Erfindung bildet.
• Fig. 7 zeigt eine typische Ausführungsform eines Gehäuses zur Aufnahme eines den erfindungsgemäßen Meßprozeß inkorporierenden Meters in seiner Ampere-Stunden-Version. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, kann das Gehäuse 11 durch einen einzelnen monolithischen Teil implementiert sein, der wasser-, staub- und gasdicht ist, sowie vor anderen Fremdkörpern, die seinem Betrieb schädlich sind, geschützt ist. Durchgangslöcher 12 ermöglichen, daß der den Verbrauch führende Phasenleiter durch das Gehäuse durchläuft ohne unterbrochen zu werden. Zwei Öffnungen 13 in Befestigungsabschnitten 14 erlauben eine einfache und sichere Installation des Meters.
• In Fig. 8, in der es möglich ist, eine typische Installation des Ampere-Meters aus Fig. 7 zu sehen, ist der Durchgang des Verbraucherzufuhr-Phasenleiters 15 ersichtlich. Es kann ebenfalls gesehen werden, daß ein einzelner Leiter (Phase) für den Betrieb des Meters ausreicht, da er die Grundinformation für die Messung (elektrischen Strom) liefert, wobei der Null-Leiter direkt durch die Verbraucherschaltung läuft, ohne durch das Meter zu laufen. Fig. 7 und 8 zeigen auch das zyklometrische Register (Zähler) CT durch ein geeignetes Fenster 17 im Gehäuse 11.
• Angemerkt sei auch die Einfachheit und die verringerten Raumerfordernisse für die Installation, da der Durchgang des Leiters 15 durch das Meter eine Kompaktheit der Zufuhrnetzwerkausgabe (stromführende Leitung) der Eingabe der Verbraucherschaltung (stromführende Last) und der gewöhnlichen Schutzvorrichtung (Abschaltung) 18 in einem minimalen Raum ermöglichen.
• Es ist zu verstehen, daß nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, wobei zahlreiche andere Implementationen der Grundkonzepte der Erfindung möglich sind, ohne vom zu schützenden Gegenstand in Übereinstimmung mit den in den beiliegenden Ansprüchen enthaltenen Definitionen abzuweichen.

Claims (18)

1. Meßverfahren zur Messung der abzurechnenden elektrischen Leistung aus einem elektrischen Netzwerk mit den Schritten:

a) Durchführen einer permanenten Verbraucher-Strommessung;

b) Integrieren des gemessenen Stroms über die Zeit bis ein Wert bezüglich des elektrischen Verbrauchs durch den Verbraucher erhalten wird;

c) Abstimmen des Integrationsschrittes b) in Abhängigkeit von der elektrischen Spannung des Netzwerks bis ein eingestellter Wert erhalten wird, der proportional einer im voraus festgelegten Einheit des elektrischen Verbrauchs ist, und

d) Berechnen der erhaltenen Zahl der im Voraus festgelegten Einheiten, um so einen Wert proportional dem elektrischen Verbrauch zu erhalten, der zu einem jedem vorgegebenen Moment abzurechnen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur in Schritt c) in Übereinstimmung mit Abweichungsbändern der Spannung des Netzwerks von der Nominalspannung des Netzwerks in im Voraus festgelegten Proportionen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungsbänder aufweisen:

- ein erstes Nominalspannungsband ( ) auf beiden Seiten der Nominalspannung des Netzwerks;

- ein zweites Überspannungsband ( );

- ein drittes ausgedehntes Spannungsband ( ), das niedriger als das erste ( ) ist, und

ein viertes Unterspannungsband ( ), das niedriger als das dritte ausgedehnte Spannungsband ( ) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur innerhalb des ersten Bandes ( ) linear von einem ersten negativen Wert am unteren Ende des ersten Bandes zu einem ersten positiven Wert am oberen Ende des ersten Bandes ansteigt, die Korrektur innerhalb des zweiten Überspannungsbandes ( ) konstant und gleich dem ersten positiven Wert ist, die Korrektur innerhalb des dritten ausgedehnten Spannungsbandes ( ) linear mit einer größeren Rate als in dem ersten Band von einem zweiten negativen Wert an seinem unteren Ende zu dem ersten negativen Wert an seinem oberen Ende ansteigt, und daß die Korrektur in dem vierten Band ( ) konstant ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur innerhalb des vierten Bandes ( ) 100% negativ ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rate des linearen Anstiegs in dem dritten Band ( ) das doppelte der Rate der linearen Korrektur in dem ersten Band ( ) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste positive Wert 10% positiv ist und daß der erste negative Wert 10% negativ ist.

8. Elektronisches Elektrizitätsmeter zur Messung des abzurechnenden elektrischen Verbrauchs von einem elektrischen Zufuhrnetzwerk unter Verwendung des in einem der Ansprüche 1 bis 7 definierten Verfahrens mit:

einer Schaltung ohne Leistungsquelle, die durch einen Stromwandler (TC) definiert ist, welcher angepaßt ist, um auf der Primärseite mit der Lastleitung des Verbrauchers verbunden zu sein, wobei der Wandler eine sekundäre Wicklung hat, die zur Erzeugung eines Stroms angepaßt ist, welcher für den Strom der Lastleitung des Verbrauchers repräsentativ ist, einer Integrierschaltung (C1, C2), die mit der Sekundärwicklung verbunden ist, um den Wert des Stroms in der Sekundärwicklung bezüglich der Zeit zu integrieren, Detektormitteln (DIAC) zur Detektion, wenn der Integrationswert durch die Integrierschaltung einen im Voraus festgesetzen Einheitswert erreicht, der als Einheit des elektrischen Verbrauchs abgerechnet werden kann, und einem Zählermittel (CT), das mit dem Detektormittel verbunden ist, um die detektiertener erhalte Einheiten des elektrischen Verbrauchs aufzusummieren.

9. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch eine Spannungssensorschaltung zum Erfassen der Spannung in dem Verbraucherzufuhrnetzwerk und einer Einstellschaltung zur Korrektur des Integrationswertes in Abhängigkeit von der durch den Sensor detektierten Spannung.

10. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschaltung verschiedene Bänder zur Einstellung der verschiedenen Proportionalitäten auf beiden Seiten des Nominalwertes der Netzwerkspannung bestimmt.

11. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellbänder aufweisen:

- ein erstes Nominalspannungsband ( ) auf beiden Seiten der Nominalspannung des Netzwerks;

- ein zweites Überspannungsband ( ), im Anschluß an das erste Band;

- ein drittes ausgedehntes Spannungsband ( ) unterhalb des ersten Nominalbandes ( ); und

- ein viertes Unterspannungsband ( ) unter dem dritten ausgedehnten Spannungsband ( ).

12. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Band ( ) die durch die Einstellschaltung auf den Integrationswert angewendete Korrektur sich in Übereinstimmung mit einer ersten festen Rate ändert, wohingegen sich in dem dritten Band ( ) die durch die Einstellschaltung angewendete Korrektur entsprechend einer zweiten festen Rate, größer als die erste feste Rate, ändert.

13. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Band ( ) die durch die Einstellschaltung angewendete Korrektur auf den Integrationswert ein konstanter Prozentsatz und gleich jenem am oberen Ende des ersten Bandes ( ) ist.

14. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vierten Band ( ) die von der Einstellschaltung auf den Integrationswert angewendete Korrektur ein konstanter negativer Prozentsatz ist.

15. Elektrizitätsmeter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des konstanten negativen Prozentsatzes 100% ist.

16. Elektronische Elektrizitätsmeter zur Messung des abzurechnenden elektrischen Verbrauchs von einem elek trischen Zufuhrnetzwerk unter Verwendung des Verfahrens eines der Ansprüche 1 bis 7 mit:

einem Stromsensor (TC), der zur Erzeugung eines Stroms repräsentativ für den Wert des von einem Benutzer bezogenen Stroms angeordnet ist,

einem Spannungssensor (R10) zur Erzeugung einer Spannung repräsentativ für die Netzwerkzufuhrspannung, die dem Verbraucher zugeführt wird,

einer Mikroleistungsquelle (2), die mit dem Stromsensor zur Erzeugung einer Zufuhrspannung verbunden ist, einer Anzeige (3) zur Anzeige einer Anzahl von im Voraus festgelegter Einheiten des elektrischen Verbrauchs, die durch die das Meter detektiert werden, und

einer integrierten Schaltung (1), die von der durch die Mikroleistungsquelle (2) zugeführten Spannung versorgt wird und zur Berechnung des elektronischen Verbrauchs - dargestellt durch die Einheiten - beruhend auf dem von dem Stromsensor detektierten Strom und eingestellt in Übereinstimmung mit den Änderungen der durch den Spannungssensor detektierten Spannung angeordnet ist.

17. Elektronisches Elektrizitätsmeter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung (1) Schaltungsmittel (4) zur Durchführung der Einstellung des elektrischen Verbrauchs enthält, wobei die Einstellung in Übereinstimmung mit verschiedenen Änderungsbändern der durch den Spannungssensor (R10) detektierten Spannung implementiert ist.

18. Elektronische Elektrizitätsmeter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder aufweisen:

- ein erstes Nominalspannungsband ( ) auf beiden Seiten der Nominalspannung des Netzwerks;

- ein zweites Überspannungsband ( ) im Anschluß an das erste Band;

- ein drittes ausgedehntes Spannungsband ( ) unterhalb des ersten Nominalbandes ( ) und

- ein viertes Unterspannungsband ( ) unterhalb des dritten ausgedehnten Spannungsbandes ( ).