»Intelligente« Energiezähler
Widerstände für Smart-Meter
In den vergangenen Jahren hat sich die Bauweise von Elektrizitätszählern grundlegend verändert, weg von elektromechanischen Ferraris-Zählern. Anwendungsspezifische Standard-ICs verschiedener Lieferanten erlauben digitale Systeme zu massenmarktfähigen Kosten. Aber wie fortgeschritten diese »Smart-Meter« auch sein mögen – alle benötigen analoge Vorschaltkomponenten, um zuverlässig und genau arbeiten zu können.
Um optimierte Widerstandsprodukte für digitale Elektrizitätszähler auszuwählen und an spezielle Bedürfnisse anzupassen, ist jahrelange Erfahrung nötig.
Dazu möchten wir zunächst die Eingangsschutzkomponenten und ihre Impulskapazität als Beispiel betrachten.
Dieser Parameter ist ein ganz entscheidendes Leistungsmerkmal, das in den Herstellerdaten oft nicht auftaucht und sich auch nicht mithilfe von Einmaltests an Qualifikationsmustern verlässlich ermitteln lässt.
Bild 1 zeigt einen Teil einer typischen kostengünstigen transformatorlosen Stromversorgung für einen Elektrizitätszähler. Vor der Spannungsregelung wird die Netzspannung durch einen kapazitiven Spannungsteiler heruntergeteilt und gleichgerichtet.
Die übrigen Komponenten bieten einen Schutz vor EMV-Störungen, die aus dem Netz kommen können.
Dazu gehören hochfrequente Interferenzen (HFI), die durch die Drossel und den X2-Kondensator herausgefiltert werden, schnelle elektrische Transienten (EFT), die hauptsächlich durch den X2-Kondensator nebengeschlossen werden, sowie sehr energiereiche Transienten, die durch Blitzeinschläge induziert werden und durch den MOV geklemmt werden.
Als Eingangsschutzwiderstand erfüllt R1 hier eine Reihe von Aufgaben.
Die Erste ist eine Schaltkreisfunktion, wobei insbesondere der Widerstand den Zener-Spitzenstrom beim Einschalten auf einen unbedenklichen Wert begrenzt.
Seine übrigen Aufgaben sind Schutzfunktionen. Im Hinblick auf die HFI kann ein Widerstand nicht nur dadurch von Nutzen sein, dass er die Reiheninduktivität verstärkt, sondern auch dadurch, dass er den Q-Faktor des Eingangsnetzes verringert.
Dadurch minimiert sich die Auswirkung möglicher Resonanzen. Eine kritische Funktion ist die Begrenzung des Spitzen-MOV-Stromes während eines Blitzschlagtransienten.
Dabei dämpft der Widerstand die Belastung des MOV, indem er einen Teil der Impulsenergie aufnimmt. Und schließlich eignet er sich als fehlersichere, flammfeste Sicherung im Fall eines Kurzschlusses.
Mit Zement gegen Flammen
Bild 2 zeigt den Impuls, der zum Testen der Unempfindlichkeit gegen Blitzschläge gemäß IEC 61000-4-5 verwendet wird.
Es ist zu beachten, dass ein MOV eine begrenzte Lebensdauer hat und dass sich mit jedem Impuls dauerhafte und fortschreitende Veränderungen vollziehen.
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