Stromzähler
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Der Stromzähler ist ein Messgerät zur Erfassung gelieferter oder genutzter elektrischer Energie.
Die im Haushalt verbreiteten Zähler zur Verbrauchsmessung können den im Stromnetz zum Beispiel bei 230 V (entsprechend 400 V zwischen den Phasen) bereitgestellten Wechselstrom, beziehungsweise Drehstrom, sowie die aktuell anliegende Spannung erfassen und ermitteln daraus durch Multiplikation und Integration nach der Zeit die genutzte Wirkenergie in Kilowattstunden.
Neben den üblichen Haushaltsstromzählern 10 A (70 A) sind für gewerbliche Nutzung (Baustellen, Kirmes, ...) noch Stromzähler 200 A verbreitet.
Der hinter dem Nennstrom angegebene Ampere-Wert in Klammern gibt die Maximal- oder Grenzstromstärke an, die der Zähler dauernd aushalten kann, ohne beschädigt zu werden. Bis zu diesem Stromwert muss auch die Eichfehlergrenzen einhalten werden. Der Nennstrom ist vornehmlich für die Eichung relevant, auf diesen Wert beziehen sich die Messpunkte, die beim Eichvorgang geprüft werden.
Größere Ströme in der Industrie werden meist über sogenannte Messwandlerzähler gemessen. Diese Zähler werden zusammen mit Stromwandlern und ggf. Spannungswandlern installiert. Die Sekundärseite dieser Wandler haben im Allgemeinen 5 A Nennstrom bzw. 100 V Nennspannung, für die auch der Zähler ausgelegt ist. Die Wandlerfaktoren werden dann im Zähler oder bei der Abrechnung berücksichtigt.
Einige Zähler können neben der Wirkenergie auch die aktuelle Wirkleistung anzeigen oder auch die Blindenergie in kvarh (vergleichbar kWh) erfassen.
Manche moderne Zähler speichern Lastprofile oder haben Impulsausgänge zur Weiterverarbeitung der aktuellen Leistungswerte.
Zähler werden für die Messung im Bereich bis 200 A und 240 V hergestellt.
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[Bearbeiten] Arten von Stromzählern
[Bearbeiten] Ferraris-Zähler
Weit verbreitet sind die Ferraris-Zähler nach dem Induktionsprinzip, benannt nach dem Italiener Galileo Ferraris. Hierbei wird durch den Ein- oder Mehrphasenstrom sowie die Netzspannung ein magnetisches Drehfeld induziert, welches in einer Aluminiumscheibe durch Wirbelströme ein Drehmoment erzeugt, welches proportional zum Produkt aus Strom und Spannung ist. Die Scheibe läuft in einer aus einem Dauermagnet bestehenden Wirbelstrombremse, die ein geschwindigkeitsproportionales Bremsmoment erzeugt. Diese so genannte Ferrarisscheibe, deren Kante als Ausschnitt durch ein Fenster von außen sichtbar ist, hat dadurch eine Drehgeschwindigkeit, welche zur abgenommenen elektrischen Leistung proportional ist.
Mithilfe der am Zähler angebrachten Angabe „Umdrehungen pro Kilowattstunde“ kann man so auch die aktuelle Leistung ermitteln, indem man über einen bestimmten Zeitraum die Umdrehungen zählt.
Mit der Aluminumscheibe ist meist ein Rollenzählwerk verbunden, so dass der Energiedurchsatz als Zahlenwert in Kilowattstunden (kWh) abgelesen werden kann.
Ferraris-Zähler zählen auch bei hohen Oberwellen- oder Blindstromanteilen der Verbraucher nur den Wirkstromanteil.
[Bearbeiten] Doppel- und Mehrtarifstromzähler
Weiterhin gibt es Stromzähler mit zwei und mehr Zählwerken, um unterschiedliche Tarife abrechnen zu können. Zwischen diesen Zählwerken wird durch eingebaute oder externe Rundsteuerempfänger (die durch zentrale Rundsteueranlagen im Energieversorgungsunternehmen gesteuert werden) oder durch Tarifschaltuhren entsprechend umgeschaltet. Bei Tarifkunden in Deutschland, zum Beispiel privaten Haushalten, wird die Ausführung mit zwei Tarifzählwerken eingesetzt. Dies geschieht hauptsächlich, um in den so genannten Schwachlastphasen, hauptsächlich nachmittags und in der Nacht, für elektrische betriebene Wärmespeicherheizungen die Energie preisvergünstigt anbieten zu können. Bei Sondervertragskunden (Industrie) sind weitere Zählwerke, auch für die Leistungserfassung, gebräuchlich. Jedoch wird hier nach und nach auf elektronische Zähler mit einer Aufzeichnung des Lastgangs umgestellt. Somit kann die Tarifierung ohne Eingriff in den Zähler verändert werden, es werden im Zähler keine getrennten Zählwerke mehr benötigt.
[Bearbeiten] Elektronische Energiezähler
Die seit einigen Jahren neu entwickelten elektronischen Energiezähler benötigen keinerlei mechanische Elemente. Der Strom wird durch andere Prinzipien wie zum Beispiel den Stromwandler mit einem weichmagnetischen Ringkern bzw. Strommesssystemen mit Rogowskispulen, mittels Nebenschlusswiderstand (Messshunt) oder Hallelementen erfasst. Die Berechnung der Energie erfolgt mit einer elektronischen Schaltung und wird einer alphanumerischen Anzeige (meist Flüssigkristallanzeigen, LCD) zugeführt. Nachdem die neue Zählergeneration schon länger für Industrieanwendungen verwendet wird, finden sie seit einigen Jahren auch Einzug in den Bereich der Haushaltszähler. Die Verbreitung dort ist länderspezifisch sehr unterschiedlich. Beispielsweise ist die Verbreitung in Deutschland kleiner 10 % während in Schweden größer 90 % der Haushalte umgestellt sind.
[Bearbeiten] Fernabfrage
Manche elektronischen Zähler können über Datenschnittstellen per Fernabfrage vom Energieversorgungsunternehmen bzw. der Gebäudeautomation ausgelesen werden. Als Datenschnittstellen sind Infrarot, S0-Schnittstelle, M-Bus, Potentialfreier Kontakt, 20mA (verbunden mit GSM-, PSTN-Modems) oder Power Line Carrier (PLC) gebräuchlich. Derzeit (April 2006) finden auch Feldversuche mit ständigen Verbindungen über Internet (DSL) statt. Im Haushaltsbereich findet in Deutschland jedoch selten eine Fernabfrage statt. In Italien werden seit 2000 alle Zähler, auch im Haushaltsbereich, auf per PLC auslesbare Zähler umgestellt.
Die Impulsausgänge liefern in der Regel eine Impulswertigkeit von 3000 bis 5000 Impulsen pro kWh. Dieser Wert muss dann abhängig vom Zähler mit einem festen Wert von zum Beispiel 30 oder 50 multipliziert werden, um den kumulierten Messwert zu bekommen.
In den USA wurden elektronische Haushaltszähler mit einem integrierten Relais entwickelt, was dem Energieversorger, neben der Fernauslsbarkeit, bei ausstehender Zahlung der Rechnung das ferngesteuerte Abschalten ermöglicht. Auch in Deutschland werden diese Zähler im Rahmen von Pilotversuchen bereits eingesetzt. Zur Fernsteuerung bzw. -auslesung kommunizieren diese über Power Line Carrier mit einem Datenkonzentrator, der z. B. über ein GSM-Modem (d. h. über das normale Mobilfunknetz) mit einem Steuerrechner kommuniziert.
[Bearbeiten] Kassierzähler
In einigen Ländern gibt es auch Kassierzähler, welche durch den Einwurf von Geld, Jetons oder neuerdings durch Chipkarten oder Eingabe einer PIN den definierten Abruf einer Menge elektrischer Energie ermöglichen. In Deutschland werden solche Zähler in Waschküchen von Mietshäusern und vereinzelt von Energieversorgungsunternehmen bei Kunden mit schlechter Zahlungsmoral eingesetzt. Prepaidstromzähler mit Chipkarten sind in Südafrika weit verbreitet.
[Bearbeiten] Energiekostenmessgerät
Mit Energiekostenmessgeräten kann der Stromverbrauches einzelner Geräte gemessen werden, auch über einen längeren Zeitraum. Dies ist bei Geräten wie Kühlschränken sinnvoll, die keinen gleichmäßigen Stromverbrauch haben. Meist kann man den Preis pro kWh eingeben und sieht dann die Kosten, die ein Gerät verursacht. Energiekostenmessgeräte können häufig kostenlos bei den Stromversorgern oder Verbraucherzentralen ausgeliehen werden, um das Energiesparen besser steuern zu können.
[Bearbeiten] Normen
Die in Europa gültigen Normen für elektronische Energiezähler sind: IEC 62053-21 bis -23. Für die Datenschnittstellen werden IEC62056-21 sowie IEC62056-42 -46 -53 (DLMS) und IEC870 genutzt.
[Bearbeiten] Messwertabweichung
Die Genauigkeit, genannt Messwertabweichung, der Zähler ist im Haushaltsbereich 2 %. Bei hohen zu messenden Leistungen sind auch Zähler der Genauigkeitsklassen 1 %, 0,5 % und 0,2 % im Einsatz. Höchste Anforderungen bestehen zum Beispiel an der Übergabestelle vom Kraftwerk ins Netz oder zwischen Übertragungsnetzen. Aus speziellen Legierungen aufgebaute Ringbandkerne ermöglichen seit kurzem „hochpräzise“ elektronische Energiezähler in gleichstromtoleranter Ausführung.
[Bearbeiten] Haushaltsstromzähler in Schwellenländern
Bevölkerungsreiche Länder wie China und Indien sind seit Jahren sehr engagiert dabei, Haushaltsstromzähler flächendeckend einzuführen. Hierbei wird der Einbau elektronischer Zähler mit Zahlsystemen auf Chipkartenbasis favorisiert.
[Bearbeiten] Montage
In vielen Ländern (USA, Skandinavien, China) sind Haushaltsstromzähler häufig außerhalb des Hauses angebracht. In Deutschland sind die Systeme meist im Haus installiert.
Während in der Haustechnik die Stromzähler meist in Kombination mit den Sicherungen in einer Unterputzverteilung untergebracht sind, findet man in industiellen Anwendungen oftmals reine Zählerschränke, in welchen ausschließlich Zähler untergebracht sind.
[Bearbeiten] Anschluss
Wechselstromzähler (1-Phase):
- Zuleitung L1 an Anschluss 1
- Zuleitung N an Anschluss 4
- Ableitung L1 an Anschluss 3
- Ableitung N an Anschluss 6
Drehstromzähler (3-Phasen):
- Zuleitung L1 an Anschluss 1
- Zuleitung L2 an Anschluss 4
- Zuleitung L3 an Anschluss 7
- Zuleitung N an Anschluss 10
- Ableitung L1 an Anschluss 3
- Ableitung L2 an Anschluss 6
- Ableitung L3 an Anschluss 9
- Ableitung N an Anschluss 12
Meist ist die dem Zähler entsprechende Schaltung im Klemmdeckel abgebildet.
[Bearbeiten] Gleichstromzähler
Gleichstromzähler haben auf Grund der flächendeckenden Versorgung aller Länder mit Wechselstromnetzen keine größere Bedeutung.
Altertümliche Gleichstromzähler arbeiteten nach ähnlichem Prinzip wie die oben beschriebenen Ferrariszähler, jedoch wurde das leistungsproportionale Drehmoment mit einem Gleichstrommotor erzeugt, dessen Erregung durch eine vom Laststrom durchflossene Spule erzeugt wurde und dessen Ankerstrom über einen Vorwiderstand aus der Netzspannung gewonnen wurde.
Heutiges Einsatzgebiet von Gleichstromzählern ist beispielsweise die Straßenbahn-Stromversorgung.
Ein Bauelement, das als echter Stromzähler bezeichnet werden kann, wird zuweilen als Betriebsstundenzähler eingesetzt: es besteht aus einer mit einem Elektrolyt abgeschlossenen Quecksilbersäule ähnlich einem kleinen Thermometer. Bei Stromdurchfluss wird das Quecksilber an das gegenüberliegende Ende befördert, wodurch der Bereich des Elektrolyten durch die Säule wandert. Das Strom–Zeit–Produkt erscheint linear als vom Elektrolytvolumen zurückgelegte Strecke auf dem als Behälter dienenden Glasröhrchen. Wird das Bauteil über einen Vorwiderstand an konstanter Spannung betrieben, lässt sich die Betriebszeit ermitteln. Nach Ablauf der Zeit kann das Gerät umgepolt erneut eingesetzt werden - der Bereich des Elektrolyten wandert nun zurück.
[Bearbeiten] Eichung
Stromzähler, die im geschäftlichen Verkehr eingesetzt werden, unterliegen in Deutschland der Eichpflicht. Nach Ablauf der Eichgültigkeitsdauer (16 Jahre beziehungsweise 8 Jahre bei elektronischen Zählern) muss das Messgerät ausgetauscht oder die Eichgültigkeit verlängert werden. Ausnahmen sind möglich. Ein übliches Verfahren zur Verlängerung der Eichgültigkeit ist die Stichprobenprüfung.
Die Eichung wird bei den Eichstellen durchgeführt. Viele Netzbetreiber und Hersteller unterhalten eigene Eichstellen. Es gibt jedoch auch Firmen, die sich auf die Eichung spezialisiert haben. Als Staatsbehörde für die Eichung zuständig ist in Deutschland die PTB in Braunschweig.
Die MID (Measuring Instruments Directive) regelt seit 30. Oktober 2006 die Einführung neuer geeichter Messgeräte in Europa – unter anderen eben auch der geeichten Stromzähler. Sie regelt nicht die Eichpflicht und die Anforderungen nach dem Inverkehrbringen bzw. der Inbetriebnahme. Dies bleibt nationalem Recht vorbehalten. Allerdings müssen sich die Mitgliedstaaten vor der Kommission und den anderen Mitgliedstaaten rechtfertigen, wenn sie dies nicht regeln.
Die MID-Anforderungen ersetzen alle derzeit gültigen nationalen Anforderungen für geeichte Zähler (z. B. in Deutschland, Österreich und skandinavischen Ländern), sind überwiegend identisch mit der PTB-Zulassung in Deutschland, teilweise etwas höher. Für frühere Zulassungen (z. B. PTB) gilt eine Übergangsfrist bis 30. Oktober 2016. Alle am 30. Oktober 2006 auf dem Markt befindlichen Zähler mit PTB-Zulassung können also bis 30. Oktober 2016 weiterhin in Verkehr gebracht werden. Nur neu eingeführte Messgeräte müssen der MID entsprechen. Die entsprechende Prüfung wird in Deutschland übrigens ausschließlich von der PTB durchgeführt, kann jedoch in jedem Mitgliedstaat beantragt werden und muss dann in jedem Mitgliedstaat anerkannt werden.
