Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Stromverbrauch sekundengenau erfassen


von beatsteak (Gast)


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Hallo Forum,

ich bin gerade auf der Suche nach einer möglichst einfachen Lösung zur 
Erfassung des Stromvebrauchs beliebiger Haushalte. Wichtige Anforderung 
ist hierbei, die möglichst einfache Ausführung und die Möglichkeit die 
Messwerte sekundengenau aufzunehmen und die Werte einer Woche 
abspeichern zu können. Also mindestens 7*24*60*60= 604800 Messwerte. Der 
Preis ist erst mal zweitrangig.

Da die eHz-Zähler leider noch nicht überall verfügbar sind, fällt diese 
Möglichkeit erst einmal flach. Die Nachrüstung eines Zählers sollte auch 
vermieden werden, da somit ein Elektroinstallateur + Umbauten von Nöten 
wäre.

Ich habe mir überlegt, ob es eventuell möglich wäre den Strom an der 
Hauszuleitung mittels Stromzangen zu messen und die Daten mit einem 
entsprechenden Datenlogger aufzuzeichnen?

Jetzt stellen sich mehrere Fragen bei dieser Lösung:
- Darf ich solche Zangen einfach an die Zuleitung anklemmen und kommt 
man da überhaupt ran?
- Laufen durch die Zuleitung drei Phasen und gleichen sich somit aus und 
das Messgerät zeigt immer 0 an?
- Gibt es Stromzangen die mir den Wirkstrom anzeigen oder zeigen die 
immer nur den Scheinstrom an?
- Kann mir jemand Empfehlungen zur entsprechenden Hardware (Stromzange 
oder Datenlogger) geben?

Ich habe schon ein bisschen im Internet gestöbert und folgende Sachen 
gefunden und frage mich, ob mein Vorhaben damit realisierbar ist?

http://www.fluke.com/fluke/dede/Leistungsmessger%C3%A4te-und-Netzqualit%C3%A4ts-Analysatoren/Netzqualit%C3%A4tslogger/Fluke-430-Series.htm?PID=56078

http://www.gossenmetrawatt.com/deutsch/produkte/metraflexp300.htm

von Schaltungswächter (Gast)


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Warum jetzt sekundengenau?

von beatsteak (Gast)


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Die sekundengenaue Auflösung ist wichtig, damit auch Peaks im 
Stromverbrauch erfasst werden, die nur für kurze Zeit auftreten. Systeme 
die mit höheren Auflösungen arbeiten gibt es auch schon fertig zu 
kaufen:

http://www.save-cost.de/category.php?id_category=5

http://www.conrad.de/ce/de/product/123556/EQ-3-ESA-2000-SENSOR-WZ-SET/1114019&ref=list

Mir ist aber die hohe Auflösung besonders wichtig.

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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beatsteak schrieb:
> Hallo Forum,
>
> ich bin gerade auf der Suche nach einer möglichst einfachen Lösung zur
> Erfassung des Stromvebrauchs beliebiger Haushalte. Wichtige Anforderung
> ist hierbei, die möglichst einfache Ausführung und die Möglichkeit die
> Messwerte sekundengenau aufzunehmen und die Werte einer Woche
> abspeichern zu können. Also mindestens 7*24*60*60= 604800 Messwerte. Der
> Preis ist erst mal zweitrangig.

Sollte auf eine SD-Karte locker draufpassen.

> Jetzt stellen sich mehrere Fragen bei dieser Lösung:
> - Darf ich solche Zangen einfach an die Zuleitung anklemmen und kommt
> man da überhaupt ran?

So lange Dur nicht an der Leitung selbst rumfummelst oder Siegel 
aufbrichst, sollte das kein Problem sein.

> - Laufen durch die Zuleitung drei Phasen und gleichen sich somit aus und
> das Messgerät zeigt immer 0 an?

In der idealen elektrotechnischen Welt schon, in der Realität eher 
nicht. Trotzdem musst Du alle drei Phasen getrennt messen, wenn das 
Ergebnis nicht nur von Mondkonstante und Vogelflug abhängen soll.

> - Gibt es Stromzangen die mir den Wirkstrom anzeigen oder zeigen die
> immer nur den Scheinstrom an?

Strom ist Strom ist Strom. Was Du meinst, ist Wirkleistung, und die 
kannst Du nur aus Strom und Spannung gemeinsam bestimmen. Die Stromzange 
hat aber keine Spannungserfassung - schließlich ist sie eine 
Stromzange.

Was Du willst, wird vermutlich entweder Geld für den Elektriker oder 
Zeit und Geld für Einarbeitung und Aufbau kosten.

von beatsteak (Gast)


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> Strom ist Strom ist Strom. Was Du meinst, ist Wirkleistung, und die
> kannst Du nur aus Strom und Spannung gemeinsam bestimmen. Die Stromzange
> hat aber keine Spannungserfassung - schließlich ist sie eine
> Stromzange.

Die Spannung ist doch konstant 230V.

von Bernhard M. (boregard)


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beatsteak schrieb:
>> Strom ist Strom ist Strom. Was Du meinst, ist Wirkleistung, und die
>> kannst Du nur aus Strom und Spannung gemeinsam bestimmen. Die Stromzange
>> hat aber keine Spannungserfassung - schließlich ist sie eine
>> Stromzange.
>
> Die Spannung ist doch konstant 230V.

Ich dachte es wäre Wechselspannung...

von Jens M. (Gast)


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beatsteak schrieb:
> Die Spannung ist doch konstant 230V

Bruhahha, häng mal n Oszi an die Leitung, schon ohne Last schwankt Sie 
zwischen -400 und +400V -15/+5% oder so.

von heinzhorst (Gast)


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beatsteak schrieb:
> Da die eHz-Zähler leider noch nicht überall verfügbar sind

Auch ein eHZ schmeißt seinen Datensatz nicht im Sekundentakt raus.

beatsteak schrieb:
> - Darf ich solche Zangen einfach an die Zuleitung anklemmen und kommt
> man da überhaupt ran?

Ja, solange du nicht das Siegel des Energieversorgers brichst.

beatsteak schrieb:
> - Laufen durch die Zuleitung drei Phasen und gleichen sich somit aus und
> das Messgerät zeigt immer 0 an?

Ja, alle drei Phasen und N. Die Summe der Ströme ist also Null (Außer 
bei einem Kurzschluss, aber das ist ein anderes Thema). Du musst die 
Ströme also getrennt messen. Das bedeutet: Eine Stromzange pro Phase.

beatsteak schrieb:
> - Gibt es Stromzangen die mir den Wirkstrom anzeigen oder zeigen die
> immer nur den Scheinstrom an?

Wie soll das funktionieren? Weißt du, was Wirklesitung und 
Scheinleistung überhaupt ist? Um das mit dieser Messmethode zu erfassen 
musst du synchron dazu die Spannungen aller drei Phasen messen. Synchron 
bedeutet: Pro Phase ZWEI!!! ADCs die alsolut synchron Strom und Spannung 
samplen. So etwas gibt es aber. Und ich meine nicht einen ADC, den man 
auf verschiedene Analogeingänge mappen kann, wie er in den meisten MCUs 
integriert ist.

beatsteak schrieb:
> - Kann mir jemand Empfehlungen zur entsprechenden Hardware (Stromzange
> oder Datenlogger) geben?

Ja: Kauf dir einen eHZ. Billiger wird's nicht. Da hast du eine Fertige, 
funktionierende Lösung. Im Datensatz sind Wirkleistung und cos phi 
enthalten. Damit kannst du dir ganz leicht die Scheinleistung berechnen.

Ganz davon abgesehen: Für welche Anwendung soll das Ganze überhaupt 
sein? Zu Abrechnugszwecken wohl kaum. Und für Energiemonitoring reicht 
ein Intervall von 5 Minuten dicke aus. Mit fällt nichts ein, wofür den 
Energieverbrauch sekundengenau erfassen müsste.

von Sascha K. (kuschelganxta)


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beatsteak schrieb:
> Die Spannung ist doch konstant 230V.

Das dachte ich auch. Habe die Tage im Netz einen Aufbau gesehen, der 
die Leistung misst, indem er einfach in die Steckdose gesteckt wird. 
Dann wird über die Amplitude und Frequenzverschiebung alles mögliche 
berechnet.

http://www.circuitcellar.com/avr2004/DA3798.html

von heinzhorst (Gast)


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beatsteak schrieb:
> Die Spannung ist doch konstant 230V.

Nein. Die kann durchaus im Tagesverlauf schwanken. Je nach 
Netzbelastung. +/-5V ist vollkommen normal. Manchmal auch mehr.

von heinzhorst (Gast)


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beatsteak schrieb:
> http://www.save-cost.de/category.php?id_category=5
>
> http://www.conrad.de/ce/de/product/123556/EQ-3-ESA...
>
> Mir ist aber die hohe Auflösung besonders wichtig.

Glaubst du wirklich das die zwei Schätzeisen dafür geeignet sind? Da 
kannst du die letzten Stellen auch auswürfeln. Mit dem Fluke-Teil geht 
das.

von beatsteak (Gast)


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> Wie soll das funktionieren? Weißt du, was Wirklesitung und
> Scheinleistung überhaupt ist? Um das mit dieser Messmethode zu erfassen
> musst du synchron dazu die Spannungen aller drei Phasen messen. Synchron
> bedeutet: Pro Phase ZWEI!!! ADCs die alsolut synchron Strom und Spannung
> samplen. So etwas gibt es aber. Und ich meine nicht einen ADC, den man
> auf verschiedene Analogeingänge mappen kann, wie er in den meisten MCUs
> integriert ist.

Auch wenn ich nicht weiß was die Abkürzungen ADC oder MCU bedeuten, 
heißt das ich muss jeweils mit einer Messzange pro Phase den Strom 
messen und jeweils pro Phase die Spannung gegen Erde? Dazu bräuchte ich 
dann noch einen Datenlogger, der die 6 Werte + jeweilige 
Phasenverschiebung aufzeichnet.
Ist es günstiger sich das so zusammenzustellen oder kann ich da gleich 
was fertiges von Fluke kaufen? (Wobei ich bei diesem Gerät noch nicht 
herausgefunden habe, ob es 1s-Werte eine Woche lang aufzeichnen kann.)

http://www.fluke.com/fluke/dede/Leistungsmessger%C3%A4te-und-Netzqualit%C3%A4ts-Analysatoren/Drei-Phasen/Fluke-1735.htm?PID=56028

> Ja: Kauf dir einen eHZ. Billiger wird's nicht. Da hast du eine Fertige,
> funktionierende Lösung. Im Datensatz sind Wirkleistung und cos phi
> enthalten. Damit kannst du dir ganz leicht die Scheinleistung berechnen.

Die eHz könnnen ja an der optischen Schnittstelle ausgelesen werden. Da 
gab es ja Produkte von http://www.co-met.info/. Leider schaffen die 
maximal 1min-Werte. Man könnte sich auch was mithilfe eines Controllers 
selber basteln, aber damit werde ich wohl kaum die 1s-Werte schaffen. 
Zusätzlich ist der Nachteil des eHz, dass die Lösung nur in dem 
umgerüsteten Haushalt verwendet werden kann und somit nur ein Haushalt 
gemessen werden kann.

> Ganz davon abgesehen: Für welche Anwendung soll das Ganze überhaupt
> sein? Zu Abrechnugszwecken wohl kaum. Und für Energiemonitoring reicht
> ein Intervall von 5 Minuten dicke aus. Mit fällt nichts ein, wofür den
> Energieverbrauch sekundengenau erfassen müsste.

Die Werte werden aus Forschungszwecke benötigt, um bestimmen zu können 
wie sich die Abweichung bei größer werdenden Abtastrate entwickelt.

von beatsteak (Gast)


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heinzhorst schrieb:
> beatsteak schrieb:
>> http://www.save-cost.de/category.php?id_category=5
>>
>> http://www.conrad.de/ce/de/product/123556/EQ-3-ESA...
>>
>> Mir ist aber die hohe Auflösung besonders wichtig.
>
> Glaubst du wirklich das die zwei Schätzeisen dafür geeignet sind? Da
> kannst du die letzten Stellen auch auswürfeln. Mit dem Fluke-Teil geht
> das.

Ne, glaub ich natürlich nicht. Ich hätte halt gerne sowas in "gut" ;)

von Falk B. (falk)


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@  beatsteak (Gast)

>Die sekundengenaue Auflösung ist wichtig, damit auch Peaks im
>Stromverbrauch erfasst werden, die nur für kurze Zeit auftreten.

Erfassung ja, Speicherung nein. Man misst meinetwegen mit 1 Hz den 
Stromverbrauch und speichert jede Minute den Mittelwert.
Ist mehr als genau genug und hält die Datenflut einigermassen in 
Grenzen.
Es gab hier mal ein Projekt, da wollte jemand sekundengenau Tastendrücke 
aufzeichnen, für einen elektronischen Zähler.
Das hab ich dann mal aus Spass an der Freud gemacht. Ergebnis?
Der Op hatte keinen Bock mehr auf das Projekt und die Datenflut war im 
Excel kaum handhabbar. Und sinnvolle Informationen kann man daraus kaum 
gewinnen.

Beitrag "S: Erstellung v. digitalem Handzähler mit Speicherung der Uhrzeit"

>Mir ist aber die hohe Auflösung besonders wichtig.

Warum? Weil du den Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit 
nicht kennst und dich gern an großen Zahlen aufgeilst?

MFG
Falk

von beatsteak (Gast)


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> Erfassung ja, Speicherung nein. Man misst meinetwegen mit 1 Hz den
> Stromverbrauch und speichert jede Minute den Mittelwert.
> Ist mehr als genau genug und hält die Datenflut einigermassen in
> Grenzen.
> Es gab hier mal ein Projekt, da wollte jemand sekundengenau Tastendrücke
> aufzeichnen, für einen elektronischen Zähler.
> Das hab ich dann mal aus Spass an der Freud gemacht. Ergebnis?


Ok, ich fang mich jetzt zwar an zu wiederholen, aber die Anforderung ist 
nun einfach mal, dass die Werte sekundengenau sein müssen. Lastprofile 
mit höheren Abtastraten stehen mir zur Verfügung (30s). Bei dem Projekt 
soll analysiert werden, wie sich die Änderung der Abtastrate auf die 
Abweichung des Lastprofils auswirkt.

> Der Op hatte keinen Bock mehr auf das Projekt und die Datenflut war im
> Excel kaum handhabbar. Und sinnvolle Informationen kann man daraus kaum
> gewinnen.

Mag sein das Excel bei 604800 aus der Puste kommt, aber wer sagt dass 
ich Excel zur Datenverarbeitung nehme?

> Warum? Weil du den Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit
> nicht kennst und dich gern an großen Zahlen aufgeilst?

Ja genau deswegen!

von Falk B. (falk)


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@  beatsteak (Gast)

>nun einfach mal, dass die Werte sekundengenau sein müssen. Lastprofile
>mit höheren Abtastraten stehen mir zur Verfügung (30s).

Niedrigere Abtastrate.

> Bei dem Projekt
>soll analysiert werden, wie sich die Änderung der Abtastrate auf die
>Abweichung des Lastprofils auswirkt.

Das kann jede Grundlagenbetrachtung der Signaltheorie mit Bleistift und 
Papier.

MfG
Falk

von stiller Beobachter (Gast)


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Falls noch unklar ist wozu ein Lastprofil gut ist und warum man es nicht 
extrapolieren kann wenn die geforderte Auflösung nicht zur Verfügung 
steht
dann schaut doch mal hier:

http://www.lew.de/CLP/downloads/Produktinfos/ERS_G_S_Lastprofil.pdf

Wer dafür kein Interesse hat kann ja zum nächsten Thread wechseln.

von neuer (Gast)


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...Die Spannung ist doch konstant 230V....

Nee...., nicht immer aber immer öfter.

von Falk B. (falk)


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"Die Leistung wird dabei als Mittelwert einer jeden ¼-Stunde gemessen. 
Die einzelnen ¼-Stundenwerte werden im Stromzähler gespeichert."

Wo ist da jetzt die Notwendigkeit einer sekundengenauen Erfassung UND 
Speicherung erklärt?

von Bernd (Gast)


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@Falk,

das Frage ich mich auch nach dem Lesen des PDFs.

von stiller Beobachter (Gast)


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Die steht im Pflichtenheft.

beatsteak schrieb:
> die Anforderung ist dass die Werte sekundengenau sein müssen. Lastprofile
> mit höheren Abtastraten stehen mir zur Verfügung (30s). Bei dem Projekt
> soll analysiert werden, wie sich die Änderung der Abtastrate auf die
> Abweichung des Lastprofils auswirkt.


Eine klare Definition.

von Bernd (Gast)


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@stiller Beobachter

> ....warum man es nicht extrapolieren kann wenn die geforderte Auflösung nicht 
zur Verfügung
> steht.

wo steht das in dem PDF ?

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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beatsteak schrieb:
>> Strom ist Strom ist Strom. Was Du meinst, ist Wirkleistung, und die
>> kannst Du nur aus Strom und Spannung gemeinsam bestimmen. Die Stromzange
>> hat aber keine Spannungserfassung - schließlich ist sie eine
>> Stromzange.
>
> Die Spannung ist doch konstant 230V.

Au weia. Ich korrigiere mein obiges (offensichtlich für jemanden ohne 
elektrotechnischen Hintergrund zu kurz geratenes) Statement auf die 
korrekte Formulierung:
"Was Du meinst, ist die Wirkleistung. Diese kannst Du nur aus dem 
zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bestimmen. Dazu ist eine 
zeitlich synchrone Erfassung der beiden Größen notwendig.
Da eine Stromzange keine Spannungserfassung bietet, ist eine 
Wirkleistungsbestimmung nur mit einer Stromzange nicht möglich."

Ohne Verständnis der Grundlagen ("auch wenn ich nicht weiß was die 
Abkürzungen ADC oder MCU bedeuten") Anforderungen aufzustellen ("die 
Anforderung ist nun einfach mal, dass die Werte sekundengenau sein 
müssen") wirst Du maximal einen Haufen Daten produzieren, die Dir dann 
wenig bis nichts sagen.

von beatsteak (Gast)


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@ stiller Beobachter (Gast)

Du hast es richtig erkannt. Standard-Lastprofile sind in 15min-Schritte 
aufgelöst. Das reicht für die Lastplanung der EVUs aus, da diese für 
1000ende Haushalte planen müssen. Wenn man jetzt aber ein Lastrpofil 
eines einzelnen Haushaltes betrachten möchte ist dies komplett anders, 
da durch Mittelwertbildung über größere Zeiträume und mehrerer Haushalte 
die Peaks komplett geglättet werden.

Im Prinzip sollen die Ergebnisse aus 2.1 ff in

http://www.iset.uni-kassel.de/abt/FB-A/publication/2010/2010_Braun_Staffelstein_Solion_lang.pdf

nachvollzogen werden. Dazu werden die Werte sekundengenau benötigt und 
die Frage ist welche Messtechnik dazu empfohlen werden kann?

von Lou C. (lou)


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Vielleicht für den einen oder anderen auch interessant:

Ich bin bei SWM in München.
Hier gibt es bisher nur die ollen Ferraris-Zähler.

Nach ca. 10 emails mit meinem Provider (u.a. ein sog. 
"Energierberater"),
konnte ich SWM davon überzeugen, daß ich keinen Smart Meter will, 
sondern nur einen "etwas moderneren" Zähler mit Digitalausgang.

Den neuen bekam ich dann kostenlos. Hat mehrere Leds die ich anzapfen 
kann. U.a. 10000 impulse/kWh.

Ich zahle was der Zähler zählt, und 10000 impulse/kwh sind mir AUFLÖSUNG 
genug.
Wenn ich den Zähler abfrage, mit dem auch abgerechnet wird, habe ich 
eine GENAUIGKEIT von 100% = Fehler = NULL.

Wer unbedingt Deltas von 1W (wenig Strom) innerhalb einer Sekunde messen 
will, sollte das lokal messen und nicht am Hausanschluß (viel Strom).

Alternativ kann man selbst natürlich zusätzliche Hutschinenzähler (S0 
o.ä.) einbauen. Extrem billig.


ois easy,
lou

BTW
@beatsteak (Gast):

ab 2.7kWh blinkts bei mir jede Sekunde.
Ist damit mein Stromverbrauch "sekundengenau" erfasst?
Jetzt bin ich auf Deine Antwort gespannt :)

von Falk B. (falk)


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@  Lou Cyfer (lou)

>ab 2.7kWh blinkts bei mir jede Sekunde.

2.7kW, ohne h.
Was sich aber nicht mit 10000 Pulsen/kWh deckt. Dann müsste es ab 360W 
mit 1Hz Blinken. Der Kehrwehrt ist zufällig 0,0027 . . . ;-)

1kW = 1kWh/h -> 10000 Pulse/h = 2,7Pulse/s

MfG
Falk

von beatsteak (Gast)


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Das mit den Puls zählen wäre natürlich auch eine Möglichkeit, allerdings 
komme ich auf 360Ws oder 360J pro Impuls, was du mit

"ab 2.7kWh blinkts bei mir jede Sekunde."

meinst verstehe ich nicht. Man könnte dann jede Sekunde die Anzahl der 
Impulse loggen. Die Anzahl lässt sich dann mit dem entsprechenden Faktor 
in Energie umrechnen und dann durch das Zweitintervall teilen um auf die 
Leistung zu kommen. Allerdings scheint mir 360Ws/Impuls recht grob.

von Schaltungswächter (Gast)


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Den ABSTAND zwischen den Impulsen!

von Lou C. (lou)


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@Falk
Thanks :) mein Fehler ... ab 360W = 1Hz => noch besser ;)

@beatstick
  "jede Sekunde die Anzahl der Impulse loggen"
au backe... wieder voll daneben mensch :(
Damit machst du doch Riesenfehler.
Der Zähler erzeugt doch schon eine Zeitbasis.
Warum nochmal abtasten?
Man logt die Zeit zwischen zwei Pulsen.
Dann hat man exakt den Verbrauch pro Zeitslot.
Alles andere ist reine Darstellungsache/Umrechnung.

  "Allerdings scheint mir 360Ws/Impuls recht grob"
Für den Hausanschluß kenne ich nichts besseres. Und sogar umsonst.

"Zeitlich hohe Auflösung" bringt doch nix, wenn du nicht weisst, in 
welchem Größenbereich du messen möchtest. (spricht W oder kW oder was).

@Schaltungswächter
bingo :)

ähnliches Thema:
Beitrag "S0 Bus Logger"

von Purzel H. (hacky)


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Es gibt Leute, die klemmem eine SPS an den Zaehler um die Pulse zu 
zaehlen. Das ist natuerlich ganz schlechter Stil. Allenfalls sollte man 
sich den ADE7758 anschauen, und mit einem AVR oder so zusammen 
montieren.

von Schaltungswächter (Gast)


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Wirf vielleicht einen Blick auf MSP430AFE2xx.

http://focus.ti.com/mcu/docs/mcuorphan.tsp?contentId=31498&DCMP=afe430&HQS=Other+PR+430afe-430metering-pr-lp

Extrem günstig, Source und Software dabei.

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