Stromzähler
Ein Stromzähler oder Elektrizitätszähler ist ein Messgerät, das die gelieferte Energie aus einem elektrischen Versorgungsnetz erfasst. Die Verwendung der entnommenen Energie wird manchmal auch als Energieverbrauch bezeichnet. In diesem Sinne handelt es sich um einen Energiezähler;[1][2] die Messwerte werden vorzugsweise in Kilowattstunden (kWh) angegeben.
Bei elektromechanischen Stromzählern werden die Umdrehungen einer sichtbar rotierenden Scheibe von einem Zählwerk erfasst. Bei elektronischen Zählern erzeugt eine elektronische Schaltung Impulse, die von einer digitalen Schaltung erfasst und verarbeitet werden. Ein intelligenter Stromzähler ist darüber hinaus in ein Kommunikationsnetz eingebunden, über das er Daten empfängt und sendet.
Zur Abrechnung einer Stromlieferung dient die Differenz zwischen zwei Ablesungen eines geeichten Zählers.
In der Frühphase elektrischer Versorgungsnetze gab es Gleichstromnetze. In diesen gab es Stromzähler, die die durch sie geflossene elektrische Ladung in der Einheit Amperestunde maßen. Sie sind heute nur noch von historischem Interesse.
Allgemeines
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Die verbreiteten Zähler erfassen die durch die Verbraucher fließende elektrische Stromstärke sowie die anliegende Wechselspannung, multiplizieren deren Augenblickswerte vorzeichengerecht (wie bei der Wirkleistungsmessung) und ermitteln daraus durch zeitliche Integration die genutzte Wirkenergie. Diese wird bisweilen auch Wirkverbrauch genannt.[3][4]
Es gibt Ausführungen als „Wechselstromzähler“ für Einphasen- und „Drehstromzähler“ für Dreiphasen-Wechselstrom. Neben den üblichen Haushaltsstromzählern für 10(60) A sind für gewerbliche Nutzung (auch Baustellen, Festveranstaltungen) noch Stromzähler für 100 A verbreitet. Diese direktmessenden Stromzähler sind für die Nennspannung 230 V (entsprechend 400 V zwischen den Außenleitern) ausgelegt.
Hinter der Nennstromstärke wird in Klammern die Maximal- oder Grenzstromstärke in Ampere angegeben, die der Zähler dauernd aushalten kann, ohne beschädigt zu werden. Bis zu diesem Stromwert müssen in eichpflichtigen Anwendungen auch die Eichfehlergrenzen eingehalten werden. Der Nennstrom ist vornehmlich für die Eichung relevant, auf diesen Wert beziehen sich die Messpunkte, die beim Eichvorgang geprüft werden.
Größere Energieabnahme in der Industrie wird oft über sogenannte Messwandlerzähler gemessen. Diese Zähler multiplizieren die Messdaten von Stromwandlern und Spannungswandlern. Die Sekundärseite dieser Wandler hat im Allgemeinen 5 A Nennstrom bzw. 100 V Nennspannung, für die auch der Zähler ausgelegt ist. Je nach Anforderung werden auch beispielsweise nur Stromwandler eingesetzt, während die Spannungspfade direkt am Netz hängen. Messwandlerzähler in eichpflichtigen Anwendungen sind ebenfalls nach dem Eichgesetz eichpflichtig.
Zähler für größere technische Anlagen können neben der Wirkenergie auch die aktuelle Wirkleistung anzeigen oder auch die Blindenergie in kvarh erfassen. Manche Zähler speichern Lastprofile, insbesondere den Betrag und den Zeitpunkt einer Lastspitze. Andere Zähler haben Impulsausgänge zur Weiterverarbeitung der momentanen Leistungs- oder Energiemessung, deren Frequenz proportional zur Leistung ist.
Abrechnung
Berechnet wird bei Kleinverbrauchern (Haushalten) nur die abgenommene Wirkenergie, also das zeitliche Integral der Wirkleistung.
Das Integral der Blindleistung wird bei Großverbrauchern (Industrie) zusätzlich gemessen und berechnet, weil diese Form der Leistung die Versorgungsnetze zusätzlich belastet. Sie erfordert sowohl stärkere Leitungen als auch Transformatoren und verursacht erhöhte Leitungsverluste. Daher ist auch die Blindenergie ein Abrechnungsmerkmal der Energieversorger.
Tarifumschaltung
Die Tarifumschaltung dient in den so genannten Schwachlastphasen (meist nachmittags und in der Nacht) dazu, beispielsweise elektrisch betriebene Wärmespeicherheizungen zu Zeiten mit geringer Nachfrage zu versorgen. Für die Energieversorger wird durch diese zeitlich gesteuerte Zu- oder Abschaltung von Verbrauchern ein Ausgleich in der Netzbelastung erreicht.
Bei elektromechanischen Energiezählern werden zur Tarifumschaltung zwei und mehr Zählwerke eingesetzt, um zeitbezogen unterschiedliche Tarife abrechnen zu können. Zwischen diesen Zählwerken wird über eine zentrale Steuerung durch eingebaute oder externe Tarifschaltgeräte, beispielsweise Tarifschaltuhren oder Rundsteuerempfänger, umgeschaltet.
Bei Sondervertragskunden (Industrie) waren weitere elektromechanische Zählwerke für die Energiemessung gebräuchlich. Hier wird vollständig auf elektronische Zähler mit einer Aufzeichnung der Momentanwerte des Lastgangs umgestellt. Vielfach sind diese Zähler mit einer Datenleitung beispielsweise an das Telefonnetz angeschlossen, um ohne Zeitverzug abrechnen zu können. Auch Zähler mit Übertragung der Daten per rückkanalfähiger Rundsteuertechnik oder über Mobilfunknetze sind bekannt.
Lastabwurf
Wird ein vereinbartes Tarifmerkmal überschritten, kann durch eine eingestellte Begrenzung des Leistungswertes oder der Energiemenge eine Last abgeworfen werden. Alternativ wird bei solchen Lastüberschreitungen für deren Dauer ein anderer Tarif zugrunde gelegt. Solche Tarife können mit einfachen Zählern nicht mehr erfasst werden.
Arten von Stromzählern
Ferraris-Zähler
Weit verbreitet sind die Ferraris-Zähler nach dem Induktionsprinzip, benannt nach dem Italiener Galileo Ferraris. Es gibt sie in Ausführungen für Ein- oder Dreiphasenwechselstrom. Durch den jeweiligen Leiterstrom und die zugehörige Spannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter wird in einem Ferrarisläufer (Aluminiumscheibe, auch Ferrarisscheibe) ein magnetisches Drehfeld induziert, welches in ihr durch Wirbelströme ein Drehmoment erzeugt. Dieses ist proportional zum Produkt aus den Augenblickswerten von Stromstärke und Spannung und somit im zeitlichen Mittel zur Wirkleistung. Die Scheibe läuft in einer aus einem Dauermagneten bestehenden Wirbelstrombremse, die ein zur Geschwindigkeit proportionales Bremsmoment erzeugt. Die Scheibe, deren Kante als Ausschnitt durch ein Fenster von außen sichtbar ist, hat dadurch eine Drehgeschwindigkeit, welche zur elektrischen Wirkleistung proportional ist. Die Anzahl der Umdrehungen ist dann zur tatsächlich bezogenen elektrischen Energie proportional. Auf dem Typenschild in nebenstehendem Bild ist die Zählerkonstante angegeben mit 75 U/kWh.
Im Umkehrverfahren kann die aktuelle Leistung abgeschätzt werden, indem man über einen bestimmten Zeitraum die Umdrehungen zählt. Die durch die Anzahl und die Zählerkonstante bekannte Energie wird dann durch die Zähldauer geteilt.
Ferraris-Zähler summieren in ihrem üblichen Aufbau auch bei Oberschwingungs- oder Verschiebungs-Blindstromanteilen nur die Wirkleistung. Es gibt ähnlich aufgebaute Blindverbrauchszähler, welche die induktive bzw. kapazitive Blindleistung summieren. Ihre innere Schaltung entspricht der Schaltung bei Blindleistungsmessung.
Doppel- und Mehrtarifstromzähler
Diese Zähler können den Verbrauch in zwei oder mehr Tarifen unterteilt zählen, siehe Abschnitt Tarifumschaltung. Die nebenstehende Abbildung zeigt einen Zweitarifzähler mit integriertem Rundsteuerempfänger für tonfrequente Signale auf der Netzleitung (Rundsteuertechnik).
Elektronische Energiezähler
Elektronische Energiezähler enthalten keine mechanisch bewegten Elemente. Der Stromfluss wird wahlweise mittels Stromwandlern, Strommesssystemen mit Rogowskispulen, Nebenschlusswiderständen oder Hall-Sensoren erfasst. Die Weiterverarbeitung der Messwerte erfolgt mit einer elektronischen Schaltung. Das Ergebnis wird einer alphanumerischen Anzeige (meist Flüssigkristallanzeige, LCD) zugeführt.
Zähler für Wirk- und Blindenergie auf dem Stand der Technik im Jahr 2014 erfassen auch Oberschwingungen von Spannungen und Strömen bis zur 16. Harmonischen. Die Ergebnisse werden dabei meist in einem Register gespeichert, das entweder direkt auf der Anzeige oder über Kommunikation abgelesen werden kann.[5]
Elektronischer Energiezähler mit Fernauslesung
Intelligente oder elektronische Zähler können über Datenschnittstellen per Fernauslesung vom Endkunden, vom Energieversorgungsunternehmen oder von Gebäudeautomation- bzw. Smart-Home-Systemen ausgelesen werden. Darüber hinaus bieten sie viele weitere Funktionen, so kann mit elektronischen Zählern beispielsweise die Tarifierung ohne Eingriff in den Zähler verändert werden. Als Datenschnittstellen sind Infrarot, S0-Schnittstelle, M-Bus, Potentialfreier Kontakt, KNX (zuvor EIB), 20-mA-Stromschnittstelle (verbunden mit GSM-, PSTN-Modems) oder Power Line Carrier (PLC) gebräuchlich.
Elektronische Zähler können über eine integrierte Möglichkeit zur Fernabschaltung verfügen. Damit kann der Energieversorger per Fernsteuerung den Kunden vom Stromnetz trennen, z. B. als Ultima Ratio, wenn dieser seine Rechnung nicht bezahlt hat. In Deutschland werden jedoch nur Zähler ohne diese Möglichkeit eingesetzt, da somit einerseits ein potentielles Sicherheitsrisiko vermieden wird (bösartige, mglw. massenhafte Abschaltung durch Angreifer) und andererseits nicht sichergestellt werden kann, dass bei der Wiedereinschaltung niemand durch die wieder vorhandene Spannung geschädigt wird. Davon abzugrenzen ist die in Deutschland vorgesehene Möglichkeit, über den Zähler ein Steuersignal an ein Gerät des Anschlussnutzers weiterzureichen, z. B. zur Steuerung der Stromeinspeisung. In diesem Fall kann dieses Gerät durch den Netzbetreiber oder andere Dienstleister gesteuert werden. Eine komplette Abschaltung des Strom-Anschlusses kann aber in keinem Fall erfolgen.
In Deutschland besteht nach der Änderung des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) und der neuen Messzugangsverordnung (MessZV) seit 1. Januar 2010 die Pflicht, bei Neubauten und Modernisierungen intelligente Zähler zu verwenden.
Nachrüstbare Zählerausleser
Für Zähler konventioneller Bauart mit mechanischer Verbrauchsanzeige besteht die Möglichkeit, diese mit einem Auslesegerät zu versehen. Diese Geräte erfassen den Zählerstand der mechanischen Verbrauchsanzeige mit Hilfe einer optischen Einrichtung. Mittels Texterkennung (OCR) wird das erfasste Bild in eine elektronische Information verwandelt. Diese Information kann dann wie bei den elektronischen Energiezählern über diverse Datenschnittstellen weiter übermittelt werden. Damit ist ein automatisches Ablesen des Zählers möglich (englisch: AMR, Automated Meter Reading) und das manuelle Auslesen kann entfallen.
Kassier-, Münz-, Prepaymentzähler
(englisch prepaid für ‚vorausbezahlt‘)
In einigen Ländern gibt es auch Kassierzähler (Münzzähler), welche durch den Einwurf von Geld, Jetons oder neuerdings durch Chipkarten, Chipschlüssel oder Eingabe einer PIN den Abruf einer definierten Menge elektrischer Energie ermöglichen.
In Deutschland und in der Schweiz werden solche Zähler in Gemeinschaftswaschküchen von Mietshäusern und vereinzelt auch von Energieversorgungsunternehmen bei Kunden mit schlechter Zahlungsmoral eingesetzt. Sie verhindern auch den Aufbau von Geldschulden, da nur die bereits bezahlte Energiemenge abgegeben wird, diese Bezugsform der elektrischen Energie wird als Prepaid-Strom bezeichnet. Prepaymentzähler mit Chipkarten sind zum Beispiel in Südafrika, mit Chipschlüssel im Vereinigten Königreich weit verbreitet.
Lastgangzähler
Bei Großkunden (ab 100.000 kWh/a) wird der Stromverbrauch nicht nur anhand der genutzten Energie (in kWh) und Blindarbeit (in kvarh), sondern zusätzlich oder nur nach der genutzten Energie jeder Registrierperiode verrechnet. Dafür werden Lastgangzähler installiert, die nach jeder Registrierperiode einen Messwert speichern. Das wird als registrierende Leistungsmessung (RLM) bezeichnet.
In einem Lastgangzähler können mehrere Lastgänge gleichzeitig erfasst und gespeichert werden. Typischerweise werden diese Zähler per Fernablesung ausgelesen.
Die Registrierperiode ist in Deutschland auf 15 Minuten festgelegt. Der gespeicherte Messwert kann die
- durchschnittlich genutzte Leistung in kW bzw. kvar
- Zählwerksstand in kWh bzw. kvarh
- Energieverbrauch in kWh bzw. kvarh
der letzten Registrierperiode sein.[6]
Für kleinere Kunden wird der Lastgang anhand eines Standardlastprofils (z. B. H0 für Haushaltskunden) nachgebildet.
Energiekostenmessgerät
Mit zwischensteckbaren Energiekostenmessgeräten kann der Stromverbrauch einzelner Geräte gemessen werden, auch über einen längeren Zeitraum. Das 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. Die Geräte können oft nur unzureichend mit nicht sinusförmigen Strömen und hohen Blindstromanteilen umgehen.
Gleichstromzähler
Gleichstromzähler haben aufgrund der öffentlichen Versorgung mit elektrischer Energie auf Wechselstrombasis nur geringe Bedeutung. Gleichstromverbraucher wie Galvanikanlagen oder Gleichstrombahnen, aus historischen Gründen sind das beispielsweise Straßenbahnen, werden aus dem Wechselspannungsnetz mit entsprechenden Stromrichter- und Gleichrichteranlagen versorgt. Für Gleichstromanlagen wie Photovoltaikanlagen, Batteriesysteme, Gleichstrommaschinen oder gepulste Gleichstrom-Steuerungen werden Gleichstrom-Energiezähler als elektronische Messgeräte weiterhin gefertigt. (Stand Mai 2020)
Historische Gleichstromzähler arbeiteten nach ähnlichem Prinzip wie die 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.
Ein Bauelement, das als echter Stromzähler (also im Sinne von Bilanzierer der Elektrische Ladung) bezeichnet werden kann, ist das Quecksilbercoulometer; es wird zuweilen als Betriebsstundenzähler eingesetzt. Es besteht aus einer in einer Glaskapillare befindlichen Quecksilbersäule (ähnlich einem Thermometer), die von einer winzigen Menge eines Elektrolyten unterbrochen ist. Bei Stromdurchfluss wird das Quecksilber an das gegenüberliegende Ende befördert, wodurch der Bereich des Elektrolyten sichtbar durch die Säule wandert. Das Strom-Zeit-Produkt erscheint linear als vom Elektrolyten zurückgelegte Strecke auf dem mit einer Skale versehenen 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.
Beim Quecksilberelektrolytzähler, auch STIA-Zähler (englisch mercury electricity meter) oder Edisonzähler genannt, wurde nicht der (feste) Niederschlag gemessen, sondern die Zersetzungsprodukte – Quecksilber und Wasserstoff. Er war nach Erlöschen der Patente von Edisons Elektrolytzähler dessen Weiterentwicklung. Das Quecksilber fiel beim Stromdurchgang in ein Glasrohr. Dieses war über einer Skale installiert, welche die Kilowattstunden darstellte. Nachteil dieser Technik war, dass nach einer gewissen Zeit das Glasröhrchen vollständig gefüllt war und keine weitere Zählung möglich war. Deshalb musste der Zähler in relativ kurzen Zeitabständen abgelesen und danach das Messrohr gekippt werden, um einen erneuten Zählerlauf zu ermöglichen. Die vor allem bei Kleinverbrauchern verwendeten Stia-Zähler (Bezeichnung Stia = Schott Jena; Erfinder: Max Grossmann, Jena, 1922[7]) arbeiteten mit einer Quecksilberanode, zwischen Anode und Kathode befand sich eine poröse Scheidwand. Viele alte Zähler weisen auf den Beschriftungen die Bezeichnung Unter–Stia auf. Das bedeutet, dass diese Zähler als Unterzähler in einer größeren elektrischen Anlage (z. B. Mehrfamilienhaus) fungierten. Wasserstoffzähler funktionierten ähnlich. Bei ihnen wurde der an der Kathode entstehende Wasserstoff aufgefangen und dann der Verbrauch ebenfalls an einer Skale abgelesen.
Elektrolytzähler haben im Vergleich mit zeitgenössischen Messmethoden eine hohe Messgenauigkeit (±1 %) und waren relativ einfach aufgebaut. Daher stellten sie für die Erfassung von kleinen Stromverbrauchsmengen eine Alternative zu den Motorzählern dar. Mit der Umstellung auf Wechselstrom ging die Zeit der Elektrolytzähler zu Ende.
Normen
Für Wechselstrom-Elektrizitätszähler gelten die Europanormen EN 50470 und EN 62053. Für die zugehörige Datenkommunikation sind EN 62056 (in einigen Teilen z. Zt. Entwurf) sowie für Fernwirkeinrichtungen EN 60870 zu beachten.
Genauigkeit
Eich- und Verkehrsfehlergrenzen
Die Genauigkeit des Zählers wird als Genauigkeitsklasse angegeben. Dabei entsprechen die heute üblichen Klassen A, B und C nach MID (s. u.) ungefähr den in der Vergangenheit in Deutschland üblichen Klassen 2, 1 und 0,5 (die Zahl entsprach der relativen Fehlergrenze in Prozent).[8] Im Haushaltsbereich werden meist Zähler der Klasse A bzw. 2 eingesetzt (oft zu erkennen an der Aufschrift „Cl. A“, bei älteren Zählern auch „Cl. 2“, „Kl. 2“ oder „(2)“).
Die genaue Definition der Klassen ist in der EU-Richtlinie 2014/32/EU[3] festgelegt und wurde für Deutschland in die Eichordnung übernommen,[9] für Stromzähler ergeben sich folgende beispielhafte Werte:
| Genauigkeitsklasse | A | B | C |
| mehrphasige Last | 3,5 | 2 | 0,7 |
| einphasige Last bei mehrphasigem Zähler | 4 | 2,5 | 1 |
Bei extremeren Betriebstemperaturen und bei sehr geringen Lasten sind wesentlich größere Fehler zulässig, z. B. verdoppeln sich die genannten Fehlergrenzen annähernd für einen Betriebstemperatur-Bereich von −25 °C … −10 °C oder +40 °C … +55 °C.
Die erlaubten Verkehrsfehlergrenzen des Zählers (die während der Betriebsdauer des Zählers auftreten dürfen) sind nochmals doppelt so hoch, wie die oben angegebenen Eichfehlergrenzen. Daher empfiehlt der Bund der Energieverbraucher, erst ab einer gemessenen Abweichung von 15 % zwischen dem Stromzähler und ggf. vorhandenen eigenen Messeinrichtungen, eine Überprüfung des Zählers beim Netzbetreiber zu veranlassen.[10]
Bei hoher zu zählender elektrischer Arbeit sind auch Zähler der Genauigkeitsklassen 1, 0,5 und 0,2 (meist in Verbindung mit Messwandlern) im Einsatz. Höchste Anforderungen bestehen zum Beispiel an der Übergabestelle vom Kraftwerk ins Netz oder zwischen Übertragungsnetzen. Aus speziellen Legierungen aufgebaute Ringbandkerne ermöglichen hochpräzise elektronische Energiezähler in gleichstromtoleranter Ausführung.
Gesetzliche Eichung
Jeder Energiezähler, der für die Abrechnung des Energieverbrauch genutzt wird, trägt in Deutschland bisher eine Eichmarke nach dem Eichgesetz.
Stromzähler, die im geschäftlichen Verkehr eingesetzt werden, unterliegen in Deutschland der Eichpflicht. Nach Ablauf der Eichgültigkeitsdauer (8 Jahre bei elektronischen Zählern, 12 Jahre für mechanische Messwandlerzähler mit Induktionswerk [mit Läuferscheibe] oder 16 Jahre für mechanische Zähler mit Induktionswerk) 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 (staatlich anerkannten) Prüfstellen durchgeführt. Viele Netzbetreiber und Hersteller unterhalten eigene Prüfstellen. 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.
Technische Qualität
Die Europäische Messgeräterichtlinie (MID) regelt seit 30. Oktober 2006 das Inverkehrbringen verschiedener neuer für den Endnutzer bestimmter Messgeräte in Europa – unter anderen eben auch der Wirk-Stromzähler. Sie regelt nicht die Eichpflicht und die Anforderungen nach dem Inverkehrbringen bzw. der Inbetriebnahme. Das bleibt nationalem Recht vorbehalten. Allerdings müssen sich die Mitgliedstaaten vor der Kommission und den anderen Mitgliedstaaten rechtfertigen, wenn sie es nicht regeln. MID-konforme Messgeräte müssen vor der ersten Inbetriebnahme nicht mehr geeicht werden.
Die MID-Anforderungen ersetzen derzeit viele gültige nationale Anforderungen für geeichte Zähler (zum Beispiel in Deutschland, Österreich, Schweiz und skandinavischen Ländern). Sie sind überwiegend identisch mit der PTB-Zulassung in Deutschland, teilweise etwas härter. Für ältere Zulassungen (etwa PTB) galt eine Übergangsfrist bis 30. Oktober 2016. Alle am 30. Oktober 2006 auf dem Markt befindlichen Zähler mit PTB-Zulassung konnten 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.
Bei Stromzählern gilt die MID formal nur für Wirkstromzähler. Daraus ergibt sich eine Problematik für Zähler, die sowohl Wirk- als auch Blindleistung messen: Für den Geräteteil der Wirkmessung ist eine MID-Konformitätserklärung erforderlich. Eine Ersteichung darf nicht mehr vorgeschrieben werden, der Teil für die Blindmessung muss herkömmlich nach dem jeweiligen Eichrecht zugelassen bzw. geeicht werden.
Messfehler durch elektromagnetische Störungen
Aufgrund eines nicht regulierten Störfrequenzbereichs zwischen 3 kHz und 150 kHz kam es bei elektronischen Zählern zu starken Messabweichungen gegenüber der wirklichen Energiemenge. Insbesondere bei der Einspeisung erneuerbarer Energie über Wechselrichter ist dieses Problem in der Praxis spätestens seit 2010 bekannt.[11]
Im März 2017 erschien eine Studie von Mitarbeitern der Universität Twente, der Amsterdam University of Applied Science und der Fa. Thales Nederland, in welcher bei mehreren elektronischen Zählern der Baujahre 2007 bis 2014 Messfehler zwischen −32 % und +582 % gegenüber einem als Vergleichgerät zu Grunde gelegten elektromechanischen Ferraris-Zähler festgestellt wurden.[12] Die Abweichungen wurden bei nicht-linearen Lasten wie etwa gedimmten Leuchten beobachtet. Als mögliche Ursache werden die Rückwirkung der geleiteten hochfrequenten Störausstrahlung dieser Lasten auf den Zähler, hohe Anstiegsgeschwindigkeiten der Ströme sowie die Abweichungen des Stromes von einem sinusförmigen Zeitverlauf genannt. Beim Eichen der elektronischen Zähler werde allerdings nur mit linearen Lasten und sinusförmigen Strömen gearbeitet, so dass diese Messfehler dort nicht auftreten. Außerdem seien bei den elektronischen Zählern die Details des Messverfahrens in einer Software eines Signalprozessors realisiert und in der Regel ein Firmengeheimnis. In den Niederlanden fordern Verbraucherschützer und Netzbetreiber aus diesem Grund eine flächendeckende Überprüfung aller intelligenten Zähler.[13][14]
In Deutschland hat die Physikalisch-Technische Bundesanstalt bereits seit 2007 an der Verbesserung der Prüfanforderungen für Stromzähler gearbeitet. In einer Stellungnahme zur Studie der Universität Twente wurde erklärt, dass nach Schließung einer Normungslücke zwischen 2 und 150 kHz „bei den in Deutschland eingesetzten und für den Einsatz vorgesehenen Zählern, über einen Abrechnungszeitraum betrachtet, die gesetzlich vorgegebenen Verkehrsfehlergrenzen nicht überschritten werden“. Dennoch nehme man das Problem ernst und werde unter anderem die Eichbehörden bei ihren Aktivitäten unterstützen. Die Einführung moderner Messeinrichtungen und intelligenter Messsysteme ist nach Einschätzung der PTB nicht gefährdet, die dafür vorgesehenen Zählerbauformen sind Geräte, die von den Herstellern nach der Beseitigung des Normungslückenproblem entwickelt wurden. Vor einer Entscheidung über eine weitere Verschärfung der Anforderungen solle die Veröffentlichung weiterer Einzelheiten über die Validität der eingesetzten Messverfahren und die Relevanz der für die Untersuchungen erzeugten Kurvenformen für den Alltagsbetrieb durch die Universität Twente abgewartet werden.[15]
Montage
Montageort
In vielen Ländern (USA, Skandinavien, China) sind Haushaltsstromzähler häufig außerhalb des Hauses angebracht. In Deutschland sind die Systeme meist im Haus auf einer sogenannten Zählertafel oder, normgerecht, in einem Zählerschrank installiert (siehe dazu Verteiler). Für diese Zählerschränke gab es die sogenannte TAB (Technische Anschlussbedingungen) des jeweiligen Stromnetzbetreiber. Mit der TAB 2000 wurde der Versuch unternommen, diese Vielzahl an TABs zu vereinheitlichen. Die TAB 2000 bzw. ihre Nachfolger werden inzwischen von den meisten Energieversorgern angewendet und durch Anhänge auf die eigenen Bedürfnisse (Netzformen, Steuerung von Verbrauchern, …) angepasst. Die TAB 2000 und ihre Nachfolger haben inzwischen in Form von Anwendungsregeln Einzug in die VDE-Normen gehalten.
Bei Ein- und Zweifamilienhäusern kann die Montage wahlweise in einem frei zugänglichen Raum innerhalb des Gebäudes oder in einem speziellen Hausanschlussraum erfolgen. In manchen Regionen findet man auch Hausanschlusskästen im Freien, etwa an der Grundstücksgrenze oder am Gebäude selbst. Seit einiger Zeit ist für neue Mehrfamilienhäuser ein Hausanschlussraum vorgeschrieben, in älteren Gebäuden befinden sich die Zähler häufig in den Wohnungen oder auf den Treppenabsätzen vor den Wohnungstüren.
Bei Einfamilienhäusern befinden sich im Zählerschrank oft auch die Sicherungen für die einzelnen Räume und Geräte sowie die Verteilung der Datentechnik (Sat-/Kabelanschluss, Netzwerktechnik, Telefon).
Für Mehrfamilienhäuser legten die Technischen Anschlussbedingungen der Stromnetzbetreiber oft fest, dass im Zählerschrank nur die Zählervorsicherungen enthalten sein dürfen. Sicherungen für einzelne Stromkreise waren demnach ausschließlich in separaten Unterverteilungen zu installieren (in der Regel in den jeweiligen Wohneinheiten). Ausnahmen bestehen teilweise für spezielle Installationen wie die vom Energieversorger geforderten Schaltanlagen im Zusammenhang mit Nachtspeicherheizungen. Im Zuge der Vereinheitlichung der TABs wird nun in vielen Fällen wieder eine begrenzte Anzahl von Sicherungselementen direkt im Zählerkasten zugelassen. Diese werden häufig zum Anschluss der Beleuchtungs- und Steckdosenstromkreise im Keller genutzt.
Elektronischer Haushaltzähler (eHZ)
Der Verband der Netzbetreiber (VDN) initiierte im Jahr 2001 die Entwicklung eines elektronischen Haushaltzählers. Neben dem elektronischen Zählwerk sollte dieser Zähler auch neue konstruktive Merkmale aufweisen:[16]
- Nachrüstmöglichkeit von Modulen z. B. für Dienstleistungen oder Datenfernübertragung
- Einheitliche Aufnahmetechnik für Zähler
- Verkleinerung der Zählerplätze
- Unterbrechungsfreier Zählerwechsel
- Reduzierung der Montagezeiten.
Unter dem Begriff eHZ werden heute vor allem die konstruktiven Merkmale verstanden. Diese sind durch das VDE FNN in einem Lastenheft beschrieben.[17] Der eHZ ist in der elektrotechnischen Produktnorm DIN V VDE V 0603-5 genormt. Die Montage des eHZ erfolgt entweder an entsprechend ausgestatteten Zählerplätzen oder über Adapterplatten, die auf den Kreuzschienen der Zählerschränke befestigt werden. Der eHZ wird mittels vier Haltekrallen auf dem Zählerplatz befestigt und mit Steckkontakten für die drei Phasen und Null elektrisch kontaktiert. So kann er schraubenlos gewechselt werden.[18]
Der Wechsel des Zählers geschieht beim eHZ ohne eine Unterbrechung der Stromversorgung. Dies erfolgt über verschiebbare Stromschienen, die während des Zählerwechsels die Anschlusspunkte des Zählers überbrücken.[19] Während der Zeit des Zählertauschs erfolgt die Versorgung ungezählt.
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Siehe auch
Weblinks
- Smart Meter im Piloteinsatz bei einem Energieversorger in Deutschland
- Lueger 1904: historische Elektrizitätszähler bei Zeno.org. In: Otto Lueger: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften. 2. Auflage. Band 3. Stuttgart/ Leipzig 1906, S. 409–413.
Einzelnachweise
- Kurt Bergmann: Elektrische Meßtechnik. Elektrische und Elektronische Verfahren, Anlagen und Systeme. Viewegs Fachbücher der Technik, Braunschweig/Wiesbaden 1981, ISBN 978-3-663-00008-2, doi:10.1007/978-3-663-00157-7 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- G. Gruhn, A. Hebestreit: Taschenbuch der Messtechnik. Kapitel 2: Messen elektrischer Größen. Hrsg.: Jörg Hoffmann. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München 2015, ISBN 978-3-446-44511-6 (688 S., eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- EU-Richtlinie 2014/32/EU über die Bereitstellung von Messgeräten auf dem Markt, Anhang V (S. 209), abgerufen am 23. März 2020
- Digital-Wechselstromzähler SDM120D für Wirkverbrauch. ELV, abgerufen am 23. März 2020 (Nutzung des Begriffs „Wirkverbrauch“ in einem Online-Katalog).
- Energieverbrauchszähler. ABB, 2014, archiviert vom Original am 13. April 2014; abgerufen am 9. April 2014 (Energieverbrauchszähler für Wirk- und Blindenergie, auf dem neuesten Stand der Technik).
- VDN-Richtlinie – Leistungsbeschreibung für Messung und Abrechnung der Netznutzung. (PDF) Verband der Netzbetreiber e. V. – VDN – beim VDEW, Juli 2006, archiviert vom Original am 5. Juni 2012; abgerufen am 13. Januar 2012.
- Patent US1557931: Electrolytic electricity meter. Veröffentlicht am 20. Oktober 1925, Anmelder: Jenaer Glaswerk Schott & Genossen, Erfinder: Max Grossmann.
- Richtlinie 2014/32/EU für Messgeräte (MID) – Informationen für Anwender von Elektrizitätszählern. (PDF) Gossen Metrawatt, abgerufen am 10. Mai 2018.
- Eichtechnische Prüfung von Elektrizitätszählern nach § 7h der Eichordnung („MID- Zähler“). (PDF, 175 KBytes) Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), abgerufen am 10. Mai 2018. Abrufbar unter PTB-Prüfregeln. (Siehe „Band 6: Elektrizitätszähler und Zusatzeinrichtungen“).
- Nikolaus Huhn: Eich- und Fehlergrenzen von Stromzählern. Bund der Energieverbraucher, abgerufen am 10. Mai 2018.
- Jörg Kirchhof: Grenzwertlücke – Wechselrichter stört Elektrizitätszähler. Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, 2010 (Zugang zu PDF-Datei), urn:nbn:de:0011-n-1290049, abgerufen am 28. November 2018
- Frank Leferin, Cees Keyer, Anton Melentjev: Static Energy Meter Errors Caused by Conducted Electromagnetic Interference. In: IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine. Band 5, Nr. 4, 1. März 2017, S. 49–55, doi:10.1109/MEMC.2016.7866234 (englisch, storage.googleapis.com [PDF]).
- Frank Dohmen: Intelligente Stromzähler berechnen Verbrauchern zu viel. In: Der Spiegel. 10. März 2017, abgerufen am 25. März 2020.
- Hanna Decker: Intelligente Stromzähler liefern teure Messfehler. In: FAZ.net. 10. März 2017, abgerufen am 10. März 2017.
- Presseinformation der PTB vom 13. März 2017 zu Messabweichung bei elektronischen Stromzählern. PTB, 13. März 2017, abgerufen am 18. Februar 2020.
- N. Nüssel, H. Senkbeil: Zählerplätze für elektronische Haushaltszähler (eHZ). (pdf; 214 kB) In: Elektropraktiker. 1. März 2005, abgerufen am 20. Februar 2020.
- Lastenheft eHZ. Elektronische Haushaltszähler in Stecktechnik, konstruktive Merkmale. (pdf; 420 kB) VDE FNN, 11. Januar 2010, abgerufen am 20. Februar 2020.
- A. Jungfleisch: Normenlage beim eHZ. (pdf; 82 kB) Elektropraktiker, 5. April 2007, abgerufen am 20. Februar 2020.
- Infos zum elektronischen Haushaltszähler und zum unterbrechungslosen Zählerwechsel. (pdf; 1,2 MB) RWE Rhein-Ruhr Verteilnetz, 16. Juli 2008, abgerufen am 20. Februar 2020.