DE69417802T2

DE69417802T2 - Mess- und Zählvorrichtung für elektrische Energie

Info

Publication number: DE69417802T2
Application number: DE69417802T
Authority: DE
Inventors: Jean-Noel Fiorina; Jean-Jacques Pillet
Original assignee: MGE UPS Systems SAS
Current assignee: Schneider Electric IT France SAS
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2014-06-09
Also published as: FR2706622A1; EP0628828B1; US5574362A; DE69417802D1; EP0628828A1; FR2706622B1; ES2131177T3

Description

ELEKTRIZITÄTS-MESS- UND -ZÄHLEREINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Meß- und -Zählereinrichtung zur Erfassung des elektrischen Energieverbrauchs einer Installation, welche Einrichtung Mittel zur Messung mindestens eines von der Installation aufgenommenen Stroms, Mittel zur Messung mindestens einer an die Installation angelegten, zugeordneten Spannung sowie einen mit Wechselstrom arbeitenden Standard-Elektrizitätszähler mit Strom- und Spannungseingängen umfaßt.
Standard-Elektrizitätszähler arbeiten mit Wechselstrom bei typischen Frequenzen von 50 oder 60 Hz. Sie können nicht direkt als Zähler des elektrischen Energieverbrauchs von Installationen eingesetzt werden, die mit Gleichstrom oder einem Wechselstrom eingespeist werden, dessen Frequenz von beispielsweise 400 Hz von der Frequenz abweicht, für die der Standard-Wechselstromzähler ausgelegt ist.
Für bestimmte elektrische Verteilernetze wurde bereits vorgeschlagen (EP-A-550348), die Verbraucher über einen Gleichstrom-Verteilerbus einzuspeisen, wobei der Gleichstrom über ein zentrales Wechselstrom-Gleichstrom-Umrichtermodul aus dem Wechselstromnetz entnommen wird. Selbstverständlich kann die Verbrauchszählung auf der Einspeiseseite des zentralen Umrichtermoduls mit Hilfe eines Standard-Wechselstromzählers erfolgen. Sind die über den Gleichstrombus eingespeisten Installationen jedoch unabhängig voneinander und verschiedenen Verbrauchern zugeordnet, ist es wünschenswert, über Zählereinrichtungen zur Erfassung des elektrischen Energieverbrauchs jeder einzelnen Installation zu vertilgen. Diese Einrichtungen müssen mit Gleichstrom arbeiten sowie von den betreffenden EVU und Zulassungsstellen zugelassen und geprüft sein, um zur Messung und Abrechnung des Energieverbrauchs eingesetzt werden zu können.
Es gibt zwar auch vollelektronische Zähler, die sowohl eine gleichstrom- als auch eine wechselstrombasierte Verbrauchsmessung zulassen, jedoch sind diese Zähler zur Zeit nicht amtlich zugelassen oder müssen ein sehr langwieriges Prüfverfahren durchlaufen, so daß sie kurzfristig für die Abrechnung des Energieverbrauchs nicht zur Verfügung stehen.
Der Erfindung liegt eine Elektrizitäts-Zählereinrichtung mit einem Standard- Wechselstromzähler zugrunde, welche die Messung des elektrischen Energieverbrauchs von Installationen erlaubt, die mit Gleichstrom oder einem Wechselstrom eingespeist werden, dessen Frequenz von der Frequenz abweicht, für die der Standard-Wechselstromzähler ausgelegt ist. Eine solche Einrichtung kann zur Abrechnung des Energieverbrauchs eingesetzt werden, ohne daß eine erneute amtliche Zulassung erforderlich ist.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch erfüllt, daß die Einrichtung zwischen die Meßmittel und den Standardzähler geschaltete Umrichtmittel umfaßt, welche ihrerseits Mittel zur Erzeugung von an den Standardzähler angepaßten Wechselstrom- und Wechselspannungs- Ausgangssignalen umfassen, wobei die durch die vom Umrichter gelieferten Wechselstrom- und Wechselspannungssignale abgebildete Leistung proportional zu der elektrischen Leistung ist, die sich aus den durch die Meßmittel gemessenen Strömen und Spannungen ergibt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung liefern die Meßmittel erste Spannungs-Strom- Signalpaare und die Umrichtmittel zweite Wechselspannungs-Wechselstrom-Signalpaare an den Zähler, derart daß die der Summe der Spannungs-Strom-Produkte der zweiten Signalpaare entsprechende Leistung der Leistung proportional ist, die sich aus der Summe der Spannungs-Strom-Produkte der ersten Signalpaare ergibt.
Die Umrichtmittel umfassen Mittel zur Steuerung und Modulation der Amplitude der Ausgangswechselsignale der Umrichtmittel in Abhängigkeit von den Ausgangssignalwerten der Meßmittel bzw. in Abhängigkeit von der Leistung, die mindestens einem Strom- und einem Spannungssignal zugeordnet ist, welche von den Meßmitteln geliefert werden.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung umfassen die Umrichtmittel Mittel zur Verstärkung der die Ausgangsspannungen abbildenden Wechselsignale, welche Mittel Ausgangsspannungen mit einer an die Kennwerte des Zählers angepaßten Amplitude liefern, sowie Spannungs-Strom-Umrichtmittel zur Umwandlung der die Ausgangsströme abbildenden Wechselsignale in an die Kenndaten des Zählers angepaßte Ströme.
Mehrere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Gleichstrom-Verteilernetz mit erfindungsgemäßen Elektrizitäts- Zählereinrichtungen;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Zählereinrichtung, die in einem Gleichstrom-Verteilernetz gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann;
Fig. 3 das Blockschaltbild einer ersten besonderen Ausgestaltung einer Umrichterschaltung der Einrichtung aus Fig. 2;
Fig. 4a bis 4e den Verlauf der Eingangssignale 4a, 4b, der Ausgangssignale 4c, 4d sowie des durch eine Zählereinrichtung mit einer Umrichterschaltung gemäß Fig. 3 gemessenen Energieverbrauchs.
Fig. 5 das Blockschaltbild einer weiteren Ausgestaltung einer Umrichterschaltung gemäß Fig. 2;
Fig. 6 einen Abschnitt aus einem Flußdiagramm des Mikroprozessorprogramms bei einer Ausführungsvariante der Schaltung gemäß Fig. 5.
Fig. 1 zeigt eine an den Eingang eines Wechselstrom-Gleichstrom-Umrichters 2 angeschlossene Wechselstrom-Versorgungsleitung 1 mit 50 oder 60 Hz. Der am Ausgang des Umrichters bereitgestellte Gleichstrom wird einem Verteilernetz oder -bus 3 zugeführt, der die Installationen 4 und 5 mit Gleichstrom speist. In der dargestellten Ausführung umfaßt das Verteilernetz 3 einen, von einem Strom I+ durchflossenen ersten Leiter L+, einen, von einem Strom I- durchflossenen zweiten Leiter L- sowie einen gemeinsamen Leiter L0. Jede Installation 4 bzw. 5 umfaßt Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichter 6, 7, 8 oder Gleichstrom-Gleichstrom-Umrichter 9 zur Versorgung von Verbrauchern, die mit Wechselstrom bzw. Gleichstrom eingespeist werden müssen.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Zählereinrichtung 10 an den Eingang jeder der an den Bus 3 angeschlossenen Installationen 4 und 5 geschaltet, um den Energieverbrauch jeder dieser Installationen getrennt erfassen zu können.
Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung einer Zählereinrichtung 10, die dazu dient, in dem Gleichstromnetz aus Fig. 1 eingesetzt zu werden. Die Zählereinrichtung 10 umfaßt eine Umrichterschaltung 12 sowie einen Standard-Wechselstrom-Elektrizitätszähler 13 bekannter Bauart.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausgestaltung ist der Zähler 13 als standardmäßiger Dreiphasen-Wechselstromzähler ausgebildet. Er umfaßt Eingänge zur Aufnahme von die Spannungen bzw. die Ströme der drei Phasen eines Wechselstromnetzes abbildenden Signalen (V1, V2, V3, I1, I2, I3). Gemäß der Darstellung in den Figuren werden drei Stromeingänge aus jeweils zwei Leitern gebildet, die normalerweise dazu dienen, an den Ausgang von, in die drei Phasen des Wechselstromnetzes eingesetzten Stromwandlern angeschlossen zu werden. Die Spannungseingänge bestehen aus vier Leitern, die normalerweise dazu dienen, an jeden Phasenleiter bzw. den Neutralleiter eines Wechselstromnetzes angeschlossen zu werden. Die dem Zähler 13 zugeführte Energiewerte W1 werden gemäß Gleichung (1) aus den die Spannungen abbildenden Signalen V1, V2 und V3 sowie aus den die Ströme abbildenden Signalen I1, I2, I3 gewonnen.
Die Umrichterschaltung 12 dient als Schnittstelle zwischen dem Zähler 13 und einem Abzweig des Netzes 3, der an den Eingang der Installation 4 bzw. 5 angeschlossen ist, deren Energieverbrauch gemessen werden soll.
Die Umrichterschaltung 12 wird mit Signalen beaufschlagt, die jeweils die Ströme I+ und I- in den Leitern L+ und L- bzw. die zwischen den Leitern L+, L- sowie dem gemeinsamen Leiter L0 gemessenen Spannungen V+ und V- abbilden. Die Stromsignale I+ und I- werden durch Stromwandler 14 bzw. 15 geliefert. Die Spannungssignale werden direkt durch Anschluß der Spannungseingänge an die Leiter L+, L-, L0 gewonnen. Der gemeinsame Leiter L0 liefert ein Referenzeingangssignal V0.
Der Umrichter 12 wandelt die Eingangssignale I+, 1-, V+ und V- in Ausgangsströme und -spannungen um, die vom Standard-Wechselstromzähler 13 weiterverarbeitet werden können.
Der zu messende Energieverbrauch W2 läßt sich wie folgt ausdrücken:
Stellt der Umrichter 12 eine Entsprechung zwischen den Amplituden der Gleichsignale und den Werten der Wechselsignale durch die jeweilige Zuordnung von U1 zu U+, U2 zu U-, I1 zu I+ und 12 zu I- und zwangsweises Setzen von I3 auf null her, so ergibt sich aus den beiden o. a. Gleichungen (1) und (2), daß W1 = W2. In diesem Fall erhält der Dreiphasen- Standardzähler 13 direkt die zu messenden Energiewerte.
Ein solche Umwandlung ist jedoch nicht immer direkt möglich. Bei Standardzählern müssen nämlich die Eingangsspannungen zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert liegen, die nicht notwendigerweise mit dem Spannungsbereich des Gleichstromnetzes übereinstimmen. Bezüglich des Stroms läßt sich sagen, daß in Starkstrominstallationen der Standardzähler nicht direkt mit dem Wechselstrom beaufschlagt wird. Vielmehr wird ein den zu messenden Strom abbildender Wert über einen Stromwandler zugeführt. Im allgemeinen sind die Zähler dazu ausgelegt, mit Stromwerten von maximal etwa 5A beaufschlagt zu werden. Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers muß dann entsprechend an die Kennwerte des Zählers angepaßt sein, damit eine genaue Verbrauchsmessung durchgeführt werden kann.
Daher führt der Umrichter 12 zur Anpassung an die vom Standardzähler 13 annehmbaren Spannungs- und Strombereiche eine Umwandlung der Signale V+, V-, I+ und I- in die Signale V1 bis V3 bzw. I1 bis I3 durch, derart daß die Gesamtleistung am Ausgang des Umrichters 12 unter Berücksichtigung eines bekannten Umrechnungsfaktors K proportional zur Gesamtleistung P ist, die der der Zählereinrichtung zugeordneten Installation zugeführt wird. Die Leistung P läßt sich wie folgt ausdrücken:
P = K[(V+.I+)+(V-.I-)] = (V1.I1 + V2.I2 + V3.I3) (3)
Die Werte der Stromsignale I+, I-, I1, I2, I3 sowie der Spannungssignale V+, V-, V1, V2, V3 sind Werte, welche die auf eine Periode der Wechselsignale bezogenen Ströme und Spannungen, beispielsweise die Effektiv- oder Mittelwerte abbilden. Die Produkte V+.I+, V1.I1, V2.I2 und V3.I3 aus den Spannungs- und Stromsignalen entsprechen Mittelwerten der Leistung über eine Integrationszeit T. Eine andere Abhängigkeit der Leistung von den die Augenblickswerte der Signale V+, I+, V-, I-, V1, I1, V2, I2, V3, I3 abbildenden Werten v+, i+, v-, i-, v1, i1, v2, i2, v3 und i3 zeigt Gleichung (4).
Die Integrationszeit T entspricht im allgemeinen einer Periode der dem Zähler zugeführten Wechselsignale.
In den nachstehenden Gleichungen bildet das Produkt V1.I1 beispielsweise auch die mittlere Leistung ab.
Der Umrichter 12 kann mit einem Synchronisationssignal 16 beaufschlagt werden, damit die Spannungs- und Stromwerte mit anderen, von den Wechselgrößen abhängigen Netzkomponenten in Phase liegen. Über eine Leitung 17 kann der Zähler 13 Befehlssignale, insbesondere zur Tarifumschaltung empfangen und über eine Leitung 18 Informationen wie z. B. die Höhe des Energieverbrauchs absetzen.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausgestaltung des Umrichters 12 aus Fig. 2. Der Umrichter 12 liefert drei Spannungssignale V1, V2 und V3 sowie zwei Stromsignale I1 und I2. Der Strom I1 bildet den Wert I+ des Stroms im Leiter L+, und 12 den Strom I- im Leiter L- ab. Die Wechselspannungen V1 und V2 bilden die Gleichspannungen V+ bzw. V- ab. Die Spannung V3 ist von den Eingangssignalen unabhängig. Sie hat keine Auswirkungen auf die Berechnung der Energie, und der der gleichen Phase zugeordnete Strom 13 wird zwangsweise auf null gesetzt. Hierzu muß lediglich der entsprechende Eingang des Zählers 13 potentialfrei gehalten werden (nicht angeschlossen).
Die beispielsweise aus Dämpfungsgliedern bestehenden Anpaßschaltungen 19 und 20 bringen die Höhe der Eingangsspannungen V+, V- auf für die Elektronikschaltungen des Umrichters 12 geeignete Werte. Aus dem gleichen Grund nehmen die Schaltungen 21 und 22 eine Anpassung der Signale vor, welche die von den Stromwandlern 14, 15 gelieferten Ströme I+ und I- abbilden.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 liefert eine Spannungsquelle 23 drei Dreiphasen- Wechselsignale φ1, φ2 und φ3, die um jeweils 120º in bezug zum Neutralleiter phasenverschoben sind, welcher seinerseits in der Figur direkt mit dem Leiter L0 verbunden ist. Das Signal φ1 wird durch das von der Schaltung 19 gelieferte, die Spannung V+ abbildende Signal in einem Multiplizierer 24 moduliert. Das Ausgangswechselsignal des Multiplizierers 24 wird in einen Verstärker 25 verstärkt, um die an den Zähler 13 angepaßte und V+ abbildende Wechselspannung V1 zu liefern. Außerdem wird das Signal φ1 durch das von der Schaltung 21 gelieferte, den Strom I+ abbildende Signal in einem Multiplizierer 26 moduliert.
Das Ausgangssignal des Multiplizierers 26 wird dem Eingang eines Spannungs-Strom- Umrichters 27 zugeführt, um den an den Zähler 13 angepaßten und I+ abbildenden Wechselstrom zu liefern. Da die Spannung V1 und der Strom I1 durch Modulation des gleichen Wechselsignals φ1 erzeugt wurden, sind sie phasengleich, und die entsprechende Leistung ergibt sich aus V1.I1. Die Anpaßschaltungen 19 und 21, der Verstärker 25 und der Umrichter 27 sind so ausgebildet, daß die Ausgangsleistung V1.I1 über den Umrechnungsfaktor K der gelieferten Leistung V+.I+ proportional ist. Der entsprechende, vom Zähler 13 gemessene elektrische Energieverbrauch ergibt sich aus
Die Signale V- und I- werden auf die gleiche Weise verarbeitet wie die Signale V+ und I+. Das in bezug zu φ1 um 120º phasenverschobene Signal φ2 wird durch das, von der Schaltung 20 gelieferte und die Spannung im Leiter L- abbildende Signal V- in einem Multiplizierer 28 moduliert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 28 wird in einen Verstärker 29 verstärkt, der dann die in bezug auf V1 um 120º phasenverschobene Ausgangswechselspannung V2 liefert. Die Modulation des Signals φ2 durch das den Strom I- abbildende und von der Schaltung 22 gelieferte Signal erfolgt in einem Multiplizierer 30. Der Ausgang des Multiplizierers 30 ist mit dem Eingang eines Spannungs-Strom- Umrichters 31 verbunden, der den in Phase mit V2 liegenden Wechselstrom I2 liefert. Die Schaltungen 20 und 22, der Verstärker 29 und der Umrichter 31 sind so ausgebildet, daß die Ausgangsleistung V2.I2 die Leistung (V-).(I-) abbildet, zu der sie über den Umrechnungsfaktor K proportional ist. Der entsprechende, vom Zähler 13 gemessene elektrische Energieverbrauch ergibt sich aus
Obwohl der Wert V3 durch I3 = 0 keine Bedeutung hat, wird dem Zähler 13, um seine Funktionsweise nicht zu beeinträchtigen, vorzugsweise ein in bezug auf V1 um 240º phasenverschobenes und in seiner Amplitude an den Eingang des Zählers angepaßtes Signal V3 zugeführt. In der Figur wird das Signal V3 von einem Verstärker 32 bereitgestellt, der an seinem Eingang mit dem Signal φ3 der Spannungsquelle 23 beaufschlagt wird.
Die vom Umrichter 12 gelieferte Leistung ergibt sich zu
P1 = V1.I1 + V2.I2 (7).
Die vom Zähler aufgenommene Energie beträgt
Der bekannte Umrechnungsfaktor K wird entweder werksseitig, bei der Einstellung oder beim Abgleich des Zählers bestimmt. Die Anpassung des Umrechnungsfaktors K an die Einstellwerte des Zählers erlaubt die Messung und Anzeige des tatsächlichen, wie folgt ausgedrückten Energieverbrauchs
Eine Stromversorgungsschaltung 33 liefert die für die Elektronikschaltungen des Umrichters 12 erforderlichen Betriebsspannungen. Die Stromversorgungsschaltung 33 kann beispielsweise mit einem Wechselstrom oder einem Gleichstrom eingespeist werden.
Die Fig. 4a bis 4e zeigen ein Beispiel für den Verlauf der Spannungs-, Strom- und Energiewerte in einem Umrichter gemäß Fig. 3. Der Kurvenverlauf in Fig. 4a zeigt stabile und konstante Gleichspannungen V+ und V-. In den Kurven von Fig. 4b sind Veränderungen von I+ und I- dargestellt. Der Strom I+ führt bis zum Zeitpunkt t1 einen ersten Wert. Anschließend nimmt er einen zweiten, höheren Wert an. Der Strom I- führt bis zu einem Zeitpunkt t2 einen ersten Wert, ändert anschließend seinen Wert und wird schließlich zum Zeitpunkt t3 zu null. Die Kurve in Fig. 4c zeigt die Form und den Verlauf von I1. Die Amplitude des Wechselstroms I1 folgt den Änderungen von I+. Ihr Wert ändert sich zum Zeitpunkt t1. Analog hierzu zeigt die Kurve in Fig. 4d die Form und den Verlauf von I2. Die Amplitude von I2 steigt zum Zeitpunkt t2 an und wird bei t3 zu null. Der Kurvenverlauf in 4e zeigt die Veränderung der vom Zähler erfaßten Energie. Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 steigt der Energieverbrauch in Abhängigkeit von den ersten Werten I+ und I-. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt der Anstieg in Abhängigkeit vom ersten Wert I- sowie vom zweiten Wert von I+ schneller. Zwischen t2 und t3 erfolgt der Anstieg in Abhängigkeit von den zweiten, hohen Werten von I- und I+ noch schneller. Ab dem Zeitpunkt t3 ist der Anstieg schwächer, da I- auf null gesunken ist.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Umrichters 12. Anstelle der Multiplizierer 24, 26, 28, 30 und der Spannungsquelle 23 aus Fig. 3 wird hier ein Mikroprozessor 34 eingesetzt, der einem Analog-Digital-Umsetzer 35, einem Digital-Analog-Umsetzer 37 und einem Speicherglied 38 zugeordnet ist. Die die Spannungswerte V+ und V- sowie die Stromwerte I+ und I- abbildenden Signale werden dem Eingang des Umsetzers 35 zugeführt, der den Mikroprozessor mit digitalen Eingangssignalen beaufschlagt. Der Mikroprozessor liefert digitale Ausgangssignale an den Umsetzer 37, die die analogen Werte der Wechselspannungen V1, V2 und V3 sowie der Ströme I1 und I2 abbilden, so daß V1 und I1 phasengleiche, V+ bzw. I+ abbildende Wechselsignale darstellen und V2 sowie I2 in bezug zu V1 um 120º phasenverschoben sind und V- bzw. I- abbilden. V3 ist ein in bezug zu V1 um 240º phasenverschobenes Wechselsignal mit festgelegter konstanter Amplitude. Wie in Fig. 3 werden die die Spannungen abbildenden Werte durch die Verstärker 25, 29 bzw. 32 verstärkt und die die Ströme abbildenden Werte durch Spannungs-Strom-Umrichter 27 und 31 umgewandelt.
Die Wechselsignale werden vom Mikroprozessor durch Berechnung oder durch Auslesen zuvor abgespeicherter Signalformen aus einer im Speicherglied 38 abgelegten Tabelle erzeugt. Diese Signale werden, vorzugsweise direkt durch die digitalen Eingangswerte, durch Berechnung moduliert. Der Mikroprozessor kann gemäß einer Ausführungsvariante einen Wert für die Leistungen V+.I+ und V-.I- in Abhängigkeit von den ihm zugeführten digitalen Eingangswerten berechnen. Anschließend liefert der Mikroprozessor digitale Ausgangssignale an den Umsetzer 37, die sich nach Umwandlung durch den Umsetzer 37 zu solchen analogen Wechselsignalen V1, V2, V3, I1 und I2 ergeben, daß V1.I1 = K. V+.I+ und V2.I2 = K.V-.I-, wobei V1 und I1 phasengleich, V2 und I2 in bezug zu V1 um 120º und V3 in bezug zu V1 um 240º phasenverschoben sind. Bei dieser Ausgestaltung bilden V1 nicht V+ und I1 nicht I+ ab, sondern es bilden die Produkte aus V1 und I1 das Produkt V+.I+ und aus V2 und I2 das Produkt aus V-.I- ab.
Nach einer zweiten Ausführungsvariante liefert der Mikroprozessor Ausgangswechselspannungen V1, V2 und V3 einer bestimmten, von den Eingangssignalen unabhängigen Amplitude und bilden die Amplituden der Wechselströme I1 und I2 die Leistungen V+.I+ bzw. V-.I- ab. Fig. 6 zeigt den Abschnitt eines Flußdiagramms zur Berechnung einer der Ausgangsgrößen, z. B. von I1. Nach dem Einlesen der Eingangsspannung und des Eingangsstroms, beispielsweise von V+ und I+ (Schritt F1) berechnet der Mikroprozessor die zugehörigen Leistungen (Schritt F2), beispielsweise V+.I+. Anschließend kann er die Ausgangsgrößen berechnen (Schritt F3), beispielsweise I1 = K. V+.I+/V1. Die Berechnung von 12 erfolgt analog über die Gleichung I2 = K. V-.I-/V2. In jedem Fall ist die vom Zähler berechnete Energie proportional zum zu messenden Energieverbrauch.
Bei den oben beschriebenen Ausgestaltungen ist der Standardzähler als Dreiphasenzähler ausgebildet. Es kann auch ein lediglich mit V1 und I1 beaufschlagter Einphasenzähler verwendet werden. In diesem Fall müssen die phasengleichen Wechselsignale I1 und V1 so sein, daß die Leistung V1.I1 der an die Installation gelieferten Leistung proportional ist, so daß
V1.I1 = K[(V+.I+) + (V-.I-)] (10)
Hierbei muß der Umrichter 12 Mittel zur Berechnung der Teilleistungen V+.I+ und V-.I-, zur Berechnung der Summe dieser Teilleistungen sowie zur Bereitstellung von Signalen I1 und V1 umfassen, deren Produkt proportional zu dieser Summe ist. Dies kann problemlos mit einem mikroprozessorbestückten Umrichter erreicht werden, bei dem wie in den oben beschriebenen Ausführungsvarianten einer der Werte V1 oder I1 konstant gehalten wird und der andere, I1 bzw. V1 dann proportional zur berechneten Leistung ist.
Die oben beschriebenen Einrichtungen weisen zwei Eingänge zur Leistungsmessung auf, wobei ein erster Eingang (V+, I+) dem Leiter L+ und ein zweiter Eingang (V-.I-) dem Leiter L- zugeordnet ist. Die Anzahl der Eingänge kann auch davon abweichen und beispielsweise eins bei Gleichstromeinspeisungen mit zwei Leitern und drei oder mehr in anderen Fällen betragen.
Die Erfindung ist nicht auf die Messung des elektrischen Energieverbrauchs einer gleichstromgespeisten Installation beschränkt. Sie kann auf gleiche Weise auch in Installationen zum Einsatz kommen, die mit verformten oder gestörten Strömen eingespeist werden, oder bei denen die Frequenz von Strom oder Spannung nicht für Standard- Elektrizitätszähler geeignet ist. Die Wechselsignale φ1 bis φ3 werden vorzugsweise von einer internen Schaltung des Zählers erzeugt, können aber aus Kosten- oder Kompatibilitätsgründen auch von externen Schaltungen bereitgestellt werden. Die Zählereinrichtung kann in unterschiedlichen Technologien, beispielsweise analog, digital oder gemischt analog-digital ausgeführt sein. Die Modulation und Berechnung der Leistung kann durch diskrete Schaltungen oder bei Bestückung der Einrichtung mit einem Mikroprozessor auch programmgesteuert erfolgen.
Die Stromwandler können einen Meßwiderstand umfassen, der einem Verstärker mit galvanischer Trennung zwischen Ein- und Ausgang zugeordnet ist. Sie können darüber hinaus auch Hallgeneratoren oder Magnetowiderstandskomponenten enthalten, wenn die zu messenden Ströme sehr hohe Werte aufweisen.

Claims

1. Meß- und -Zählereinrichtung zur Erfassung des elektrischen Energieverbrauchs einer Installation mit Mitteln (14, 15) zur Messung mindestens eines von der Installation aufgenommenen Stroms (I+, I-), Mitteln zur Messung mindestens einer an die Installation angelegten, zugeordneten Spannung (V+, V-) sowie einem mit Wechselstrom arbeitenden Standard-Elektrizitätszähler (13) mit Strom- (I1-I3) und Spannungseingängen (V1-V3), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwischen die Meßmittel und den Standardzähler (13) geschaltete Umrichtmittel (12) umfaßt, welche ihrerseits Mittel zur Erzeugung von an den Standardzähler angepaßten Wechselstrom- und Wechselspannungs-Ausgangssignalen (I1-I3, V1-V3) umfassen, wobei die, durch die vom Umrichter gelieferten Wechselstrom- und Wechselspannungssignale abgebildete Leistung proportional zu der elektrischen Leistung ist, die sich aus den durch die Meßmittel gemessenen Strömen und Spannungen ergibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel erste Spannungs-Strom-Signalpaare (V+, I+; V-, I-) und die Umrichtmittel (12) zweite Wechselspannungs-Wechselstrom-Signalpaare (V1, I1; V2, I2; V3, I3) an den Zähler (13) liefern, derart daß die der Summe der Spannungs-Strom-Produkte der zweiten Signalpaare entsprechende Leistung der Leistung proportional ist, die sich aus der Summe der Spannungs-Strom-Produkte der ersten Signalpaare ergibt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrichtmittel (12) Mittel (24, 26, 28, 30, 34) zur Steuerung und Modulation der Amplitude der Ausgangswechselsignale (I1, I2, V1, V2) der Umrichtmittel in Abhängigkeit von den Ausgangssignalwerten der Meßmittel umfassen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrichtmittel (12) Mittel (34, 38, F3) zur Steuerung und Modulation der Amplitude der Ausgangswechselsignale (I1, I2, V1, V2) der Umrichtmittel in Abhängigkeit von der Leistung (V+.I+, V-.I-) umfassen, die mindestens einem Strom- und einem Spannungssignal zugeordnet ist, welche von den Meßmitteln geliefert werden.

5. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrichtmittel (12) Mittel (25, 29, 32) zur Verstärkung der die Ausgangsspannungen abbildenden Wechselsignale umfassen, welche Mittel Ausgangsspannungen (V1, V2, V3) mit einer an die Kennwerte des Zählers (13) angepaßten Amplitude liefern, sowie Spannungs-Strom-Umrichtmittel (27, 31) zur Umwandlung der die Ausgangsströme abbildenden Wechselsignale in an die Kenndaten des Zählers (13) angepaßte Ströme (I1, I2, I3) umfassen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrichtmittel (12) Mittel (23, 34, 38) zur Erzeugung von Wechselsignalen (Q1, Q2 und Q3) umfassen, deren Frequenz an die Kenndaten des Standardzählers (13) angepaßt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel zur Erzeugung von Wechselsignalen dreiphasige Signale liefern und der Standardzähler (13) als Dreiphasenzähler ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Messung mindestens eines Stroms zur Messung eines Gleichstroms dienen, und die Mittel zur Messung mindestens einer Spannung zur Messung einer Gleichspannung dienen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel bei einer Auslegung des Zählers (13) als Dreiphasenzähler ein erstes (V+, I+) und ein zweites (V-, I-) der ersten Spannungs-Strom-Signalpaare an die Umrichtmittel liefern und die Umrichtmittel (12) ein drittes Wechselspannungs-Wechselstrom-Signalpaar (V1, I1), dessen Leistung (V1.I1) die Leistung (V+.I+) des ersten der ersten Signalpaare abbildet, sowie ein viertes Wechselspannungs-Wechselstrom-Signalpaar (V2, I2) liefern, welches in bezug auf die Spannungs-Strom-Signale des dritten Signalpaars um 120º phasenverschoben ist und dessen Leistung (V2.I2) die Leistung (V-.I-) des zweiten der ersten Signalpaare abbildet, wobei der Zähler (13) einen zwangsweise auf null gesetzten Stromeingang (13) umfaßt.

10. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Messung mindestens eines Stroms sowie die Mittel zur Messung mindestens einer Spannung dazu dienen, elektrische Wechselgrößen zu messen, deren Frequenz von der Betriebsfrequenz des Elektrizitätszählers abweicht.