用于调节电压网络的安装设备、系统和方法与流程

本发明涉及一种用于在电压网络的缆线配线站中的标准化的开关架中安装的安装设备。

背景技术：

文首提及类型的安装设备从实际中以不同实施方式已知。这些安装设备通常是保险负载开关，所述保险负载开关在由制造商决定地确定尺寸的开关架中、例如在路边的缆线配线站中使用。此外，这样的安装设备处于工业设备以及能量分配设备的开关架中。由这些安装设备分接一系列用电器。这例如是某一段路的房屋或者也是车间的较大机器。这些房屋或机器在安全情况下通过保险负载开关与电压网络分开。

电压网络和特别是低压网络几乎甚至完全不透明。亦即网络运营者无法已知各个局部的网络状态、例如在道路网内部的网络状态。直接说来，缺少局部检测网络状态并且传输给网络供应者的器件。这直至使用易变能也没有进一步的问题，因为电能的通量仅由发电厂通过高压网络、中压网络和低压网络流动直至各个用电器。这导致，网络运营者基本上必须注意，发电厂在一天的每个时间点都必须提供对应于平均消耗量的能量。

然而，由于使用可再生能、尤其是易变能源、例如风力发电设备和太阳能发电设备，能量生产越来越不稳定和易变。再生能源中的馈送的大约95％在德国进行并且馈送到低压网络和中压网络中。这导致，在确定时间点在确定地点在中压网络和低压网络内部产生电流峰值。然而，对于这些电流峰值仅受限地提供储存可能性。不过，电能的储存原则上是非常不经济的并且因此仅在特殊情况下是有意义的。

备选于电能的储存，传统网络结构是适合的，其中，导线、变压器和开关机构相应较大地确定尺寸。这能实现电流峰值也在较大路段上传输，从而经常局部定心的电流峰值的效果可以至少部分全国性地查出。不过，电压网络的传统结构是非常昂贵的。

技术实现要素：

与此相应，本发明基于如下技术问题，即，给出一种文首提及类型的设备，其中，避免上面描述的缺点。为了解决这个技术问题，本发明教导了一种用于在电压网络、特别是低压网络的缆线配线站中的标准化的开关架中安装的安装设备，所述安装设备包括支架底部以及子部件，其中，所述支架底部被标准化，用于与所述缆线配线站的汇流排电气和机械连接，其中，作为子部件设置有通信单元和至少一个传感器，其中，所述安装设备具有内部的、适配的数据网络。

“开关架”的概念指的是设置在缆线配线站中的框架状的设备。开关架具有安装位置，安装设备可以嵌入到所述安装位置中。为简单起见，在安装设备和开关架的尺寸方面改进由制造商决定的标准。

“缆线配线站”的表述可功能性地理解并且仅指的是电压网络分岔的交叉点。这样的交叉点可以是在路边或在本地网络站中的缆线配电箱或者也可以是工业设备中亦或能量分配设备中的开关架。

词语“支架底部”表明借助于汇流排适配器悬挂在缆线配线站的汇流排上的元件。汇流排是固定装配的相互平行且水平延伸的扁形杆。汇流排的中心距离是标准的并且按照IEC 60269为100或185mm。此外，还存在厂内标准，所述厂内标准规定汇流排具有60mm的中心距离。汇流排适配器优选是角形的并且钩入到水平延伸的汇流排中，由此，同时建立电气和机械连接。

“标准化”的表述指的不仅是国家标准、而且是国际标准，例如DIN标准、EN标准亦或ISO标准。但是，也包括由制造商决定的标准，这些标准以往曾经已经建立并且没有或还没有收入到DIN标准、EN标准或ISO标准中。特别是在这里指的是支架底部的结构宽度，所述支架底部虽然没有按照DIN标准、EN标准或ISO标准确定，但由制造商决定地具有50mm(保险装置规格NH00)或100mm(保险装置规格NH1至NH3)的结构宽度。在此，保险装置规格NH00至NH03与160、250、400或630A的电流强度相配。虽然支架底部的结构高度发生变化，但在这里也建立一些尺寸。这例如对于保险装置规格NH00是400mm或者对于保险装置规格NH1至NH3是740mm。

安装设备经常整合到开关架中，从而开关架单独亦或整体包围安装设备。因此，在单独包围的情况下，安装设备必须具有在结构宽度和结构高度方面小于或等于标准化的大小的尺寸。因此，“标准化”的表述至少意味着：根据本发明的支架底部具有小于或特别优选等于所述标准的上面相应解释的大小的大小。

“传感器”的概念指的是检测一个或多个不同参数的结构元件。这些参数可以是电流强度和/或电压，也可以是温度。特别是在测量电流强度或电压时，传感器可以是暴露的电导线。不过，传感器也可以是较复杂的结构元件，所述结构元件例如承担测量电压质量或电流计数的任务。因此，传感器可以理解为如电压质量接口或智能电表那样的概念。因此，各个传感器具有自身的计算单元。但是，这些传感器也可以通过一个共同的计算单元相互连接。一个或多个计算单元优选用于处理所获得的测量值。一个或多个计算单元可以是数据过滤器，该数据过滤器将测量值数据例如以算术平均的形式打包。一个或多个计算单元可以将模拟值转换成数字值和/或设有时间印记。一个或多个计算单元可以由相应的参数、例如瞬时电流强度或瞬时电压计算出其他值，例如频率或功率因数。

传感器可以在交叉点之前或之后设置在缆线配线站中。传感器可以设置在相应的缆线配线站中的任意位置处。特别是汇流排、朝向和来自缆线配线站的缆线、汇流排适配器以及在保险负载开关中或上的位置本身是适合的。

于是，一个或多个传感器的所接收的数据传递给通信单元，所述通信单元以有利的方式循环地、例如每分钟一次或每秒一次将数据传输给中心的和/或分散的在上级的调度中心。作为传递类型可以考虑所有常用的通信技术(电力线宽带通信(BPL)或电力线通信(PLC)或电力局域网、无线电、RF网络、卫星广播、光纤、全球移动通信系统(GSM)、长期演进(LTE)、四无线电(Tetrafunk)、数字用户线路(DSL)、通用移动通信系统(UMTS)等等)。优选使用通信协议IP和常见的智能电网保护配置。在电力线通信的情况下，信息通过电压网络直接引导。特别是也可以考虑无线电和电力线通信的组合。缆线配电箱和本地网络站可以借助于电力线通信进行通信，反之，本地网络站与在上级的调度中心经由无线电交换数据。在这里，文首提及的通信技术的其他组合是可能的。

“数据网络”的表述指的是，安装设备的子部件通过用于通信的数据网络相互连接。数据网络是内部的并且因此局限于在缆线配线站中的安装设备内部的子部件的通信。数据网络也是适配的，从而其他子部件随时可以扩展在缆线配线站内部的数据网络。特别是数据网络在这样的意义上是适配的，即，数据网络通过单纯地实体地补充其他子部件而自动扩展。优选可适配地在即插即用的意义上理解。特别优选地，数据网络在这样的意义上是适配的，即，避免在软件平面上的初始化或安装步骤。

数据网络可以是数据总线亦或无线网络。数据总线优选通过单纯地插入子部件的相应插头来扩展。优选数据总线整合在支架底部中并且分布在支架底部上地提供插槽，从而通过单纯地插入子部件的相应短的缆线来自动化地扩展数据网络。数据网络以有利的方式对应于具有切断端子的扁平带缆线。优选安装设备也能在两个或更多个支架底部上延展。与此相应，数据网络也能在两个或更多个支架底部上延展。作为无线网络例如考虑蓝牙亦或WLAN、无线个域网(ZigBee)等等。按照一种实施方式，数据网络使用电力线通信、亦即通过导线借助于网络协议语言IP的通信。优选在这里也使用常用的数据通信协议以及安全协议。

在本发明的背景内，支架底部包括用于模块化地容纳子部件的预装配的容纳部。在此，“预装配”意味着：容纳部从工厂起就固定在支架底部上，从而省去就地、亦即在缆线配线站上连接容纳部和支架底部。优选容纳部是安装轨道，所述安装轨道特别优选地符合标准DIN EN 60715。进一步优选地，安装轨道具有35×7.5mm的棱长，如其在标准DIN EN 60715中描述。“模块化地容纳”的表述指的是，子部件可以特别简单地固定在容纳部上并且也可以又移除。特别是子部件可以通过单纯的锁扣而固定在容纳部上。

优选地，作为子部件设置有电流转换器。电流转换器将一个或多个所述汇流排的电压转换成用于子部件的运行电压，从而相应地供给所述子部件。电流转换器可以是设置在汇流排适配器的区域中的置入式电流转换器。电流转换器也可以是例如在支架底部的脚部上转换全部三相的电压的块形电流转换器(Blockwandler)。

优选地，作为子部件设置有无中断的电流馈电装置。无中断的电流馈电装置用于在电流中断的情况下给子部件供电，由此，调度中心可以在电流中断期间传输特别重要的信息。电流馈电装置优选包括蓄电池、变压器、配电继电器、逻辑电路和通信接线。

在本发明的背景内，作为子部件设置有过电流保护装置。过电流保护装置用于保护子部件以防止电流过高。过电流保护装置可以构造为保险丝或线路保护开关。进一步优选地，所述过电流保护装置是可转换的。按照一种特别优选实施方式，过电流保护装置包括电子的保险监控装置，该保险监控装置在安全操作的情况下能够将计算单元和/或调度中心的相应信息告知过电流保护装置。在本发明的背景内，作为子部件设置有故障电流保护开关。故障电流保护开关用于保护专业人员以防止故障电流。故障电流保护开关优选与过电流保护装置组合地使用。优选故障电流保护开关具有电子的保险监控装置。电子的保险监控装置在故障电流的情况下将相应的信号发送给计算单元和/或通信单元和/或调度中心。

优选地，作为子部件设置有模拟-数字转换器。模拟-数字转换器将传感器的模拟值转换成数字值。数字值可以供计算单元或通信单元使用。模拟-数字转换器特别是内嵌控制器。

以适宜的方式，作为子部件设置有电表接口。在此，“电表”的概念特别是也包括所谓的智能电表。电表接口能与一个或多个相应的电表连接。电表以适宜的方式设置在缆线配线站中。电表以有利的方式与远离缆线配线站引导的缆线连接。远离缆线配线站引导的缆线是使电压网络进一步分岔的缆线。按照一种优选实施方式，电表处于保险负载开关的下方。以有利的方式将电表与路边缆线连接。

以有利的方式，作为子部件设置有致动器。致动器是操控馈电器和/或用电器的元件。优选致动器是耦合继电器，利用该耦合继电器例如可以将光伏设备的逆变器连接到电压网络上或与该电压网络分开。优选致动器是可操控的充电接口、例如用于电动车的充电接口。致动器是输出元件，调度中心或安装设备可以通过所述输出元件对局部的电力供应或电力需求起作用。

优选地，所述通信单元具有IP地址。由此，通信单元能按照国际上非常通用的IP标准进行响应。特别优选地，用于与调度中心通信的通信单元具有网际协议安全性或者控制通常的和所要求的保护框架，由此，实现一定程度的信息技术的安全性。优选通信单元是形式为集线器/调制解调器/转换器的网络转接器。进一步优选地，一个或多个子部件具有IP地址。

在本发明的背景内，所述传感器能模块化地连接到所述安装设备上。在此，“模块化”的表述意味着：传感器能特别简单地连接到安装设备上。因此，特别是指的是，传感器仅通过单纯的插入而与安装设备连接并且于是不需要其他初始化或安装步骤。优选传感器和安装设备具有即插即用性。按照另一种实施方式，传感器也可以无线地借助于适配的数据网络接合到安装设备上。

有利的是，所述安装设备包括盖。盖保护子部件以防止天气变化并且特别优选气密地封闭子部件。盖优选是透明的，从而在封闭状态下很快识别哪个子部件连接到安装设备上。

按照一种优选实施方式，所述安装设备具有用于所述子部件的电流供应的电导线，其中，所述电导线拉到所述安装设备的大部分上。

电导线以有利的方式整合到支架底部中并且供形式为标准化的插座和/或插头的接头使用。按照一种有利的实施方式，子部件具有插头，所述插头在子部件锁扣到预装配的容纳部中时自动地与电导线的插座连接。按照一种优选实施方式，预装配的容纳部引导地电势。整合的电导线以有利的方式引导运行电压的电势。

在本发明的背景内，所述预装配的容纳部是数据网络的部分。子部件优选借助于电力通信通过预装配的容纳部通信。按照一种实施方式，适配器由预装配的容纳部获取电力线通信调制并且将由电力线通信调制获得的数据供适配器的标准化的接头使用。标准化的接头例如可以是USB接头或以太网接头。按照另一种实施方式，子部件具有适配器，所述适配器由预装配的容纳部获取电力线通信调制并且因此供子部件使用。以这种方式能实现，预装配的容纳部同时用于子部件的借助于单纯锁扣的机械和信息技术连接。

为了解决技术问题，本发明也教导一种用于智能地分配电能的系统，所述系统具有至少一个根据本发明的安装设备和调度中心。调度中心由安装设备的通信单元接收关于各个缆线配线站上的网络状态的信息。

由此，以相对高的空间分辨率检测网络状态。特别是识别违反电压带或过载电流，电压带或过载电流必要时可以通过相应地控制调度中心和/或各个安装设备进行补偿。由一个调度中心或由多个调度中心集合的数据可以用于利用天气数据、交通数据、标准模块和类似物额外补偿所集合的数据。调度中心例如可以通过评价用于地方受限的区域的天气数据、例如通过所谓的电流信号灯通知最终用电器，使得能提高或降低电流消耗。

为了解决技术问题，本发明也教导一种用于智能地分配电能的方法，所述方法利用至少一个根据本发明的安装设备进行，其中，将所述安装设备安装到电压网络的缆线配线站的开关架中，其中，对安装到所述安装设备中的传感器进行测量，其中，安装到所述安装设备中的通信装置将测量值传给调度中心，其中，所述安装设备和/或所述调度中心评估所述测量值，其中，借助经评估的测量值控制在电压网络中的能通量，从而避免违反值域、例如违反电压范围或过载电流。

本发明基于如下认知，即，在根据本发明的安装设备、根据本发明的系统和根据本发明的方法中，提高中压网络和低压网络的透明度并且同时借助于模块性原理是为此所需的耗费保持得尽可能小的。因此，安装设备首先能实现安装设备可特别简单实施地安装在缆线配线站中，因为安装设备特别为了这个使用目的相应地确定尺寸。按照期望，不同的子部件可以以特别简单的方式整合到安装设备中并且为了相应的网络给定条件被参数化。按照一种优选实施方式，子部件仅借助于锁扣而固定在安装设备上并且因此同时信息技术地与安装设备连接，而不需要其他安装需求。此外，由于具有小部分铺设缆线工作的简单装配也改进了专业人员的安全性。最后，安装设备可以由于模块性原理在没有较大耗费的情况下随时加装备。然后，本发明是传统的网络结构的低价的备选方案。

附图说明

下面借助仅示出一个实施例的附图详细阐述本发明。在示意图中：

图1示出根据本发明的用于调节中压网络和低压网络的系统；

图2示出图1中的系统的对应于现有技术的缆线配电箱；

图3示出根据本发明的用于安装到图2中的缆线配电箱中的安装设备。

具体实施方式

图1示出中压网络18和低压网络22，所述中压网络和低压网络通过具有变压器的本地网络站21相互连接。两个网络18、22不仅具有馈电器而且具有用电器。在中压网络18中例如设有风力发电设备19、形式为太阳能发电厂的太阳能发电站20以及水塔24，该水塔通过其泵作为蓄能器起作用。

低压网络22通过缆线配电箱3划分成单独的道路网缆线23。各道路网缆线23本身又分别包括一系列纯用电器25、27以及具有易变馈电装置的用电器26。低压网络22也可以具有可控制的馈电器28，所述馈电器在能良好确定的时间点可以将电流馈送到低压网络22中。用于可控制的馈电器28的一个实例是沼气设备。

在图1中示出的根据本发明的系统包括缆线配电箱3、本地网络站21和较大的易变的馈电器19、20，它们能够检测网络状态并且例如经由无线电(如标示的那样)传递给调度中心17。以这种方式，不透明的低压网络22和最多半透明的中压网络18在这样的意义上变成透明的，即调度中心17现在可以以较高的空间分辨率检测和处理网络状态。易变的电流供应通过调度中心17与易变的电流需求或者与可预见的或可控制的电流需求和电流供应相互协调。在中压网络18中的电流峰值非常强时、例如在晴朗和有风的星期日，水塔29例如可以借助于调度中心17的指令至少部分地接收和暂存电流峰值。

即使仅已知低压网络22的各个道路网缆线23的平面上的网络状态时，还可以在缆线配线站3、21的网络内、亦即分散地补偿各个电流峰值。随后，分散地且智能地引导电流，这在中心导线的卸载上引起。最终，智能的电流引导因此是具有较大尺寸的导线和构件的传统网络结构的备选方案。

在图2中示出按照现有技术的典型的缆线配电箱3。低压网络22的引导到本地网络站21的缆线与三个汇流排5连接，这三个汇流排分别引导一相(L1、L2或L3)。借助于角形的汇流排适配器，保险负载开关30悬挂到汇流排5上。汇流排适配器在保险负载开关30和汇流排5之间除了形成机械连接也形成电连接。缆线23从每个保险负载开关30离开，该缆线供应相应的道路网缆线23。保险负载开关30处于包围保险负载开关30的开关架2中。此外，开关架2具有自由安装位置29，其具有按照由制造商决定的标准的通常尺寸。该自由安装位置29至今用作备用位置，但现在它配备有根据本发明的安装设备1。

在图3中以正视图和简化的框图示出根据本发明的安装设备1。首先，安装设备1具有支架底部4，支架底部包括设置在背侧的汇流排适配器并且因此可以无问题地悬挂到缆线配电箱3的汇流排5上。此外，支架底部4对应于由制造商决定的尺寸标准，从而安装设备1可以无问题地嵌入到缆线配电箱3的开关架2的自由安装位置29中。按照DIN EN 60715的具有35×7.5mm的棱边尺寸的安装轨道9沿着支架底部4的前侧延伸，以便能够将子部件固定在支架底部4上。

此外，安装设备1具有计算单元6、通信单元7以及一个或多个传感器8。形式为电导线的传感器8例如设置在缆线22、23、汇流排5或保险负载开关30上并且检测电流或电压。传感器8利用在计算单元6的插槽16中的数字化测量卡与安装设备1连接。计算单元6构造为电能质量接口并且在电网中按照网络质量标准解决大量测量任务。通过通信协议IEC 61850和具有与通信单元7的连接的TCP-IP接口发生接合。传感器8的数据通过计算单元6过滤和预处理并且最终借助于整合到支架底部4的汇流排传递给通信单元7。备选地，传感器8的未加工的数据也可以由模拟-数字转换器31数字化并且接着传递给通信单元7。汇流排是适配的、亦即可以随时通过单纯的插塞连接以其他子部件扩展。汇流排构造为具有切断端子的扁平带缆线。

通信单元7将预处理的数据发送给调度中心17。通信单元7和调度中心17之间的数据传输经由卫星无线电发生。为此，通信单元7包含IP地址，调度中心17和通信单元7可以借助于该IP地址通过标准化的协议IPsec(网际协议安全)相互通信。

安装设备1还包括形式为置入式电流转换器的电流转换器10。置入式电流转换器在汇流排适配器的区域中由相应的汇流排5获取电流并且将为230伏特交流电压的电压转换到例如24伏特直流电压以下。24伏特电势作为运行电压用于连接到安装设备1上的子部件。运行电压电势在整合在支架底部4中的电导线上引导。

在安装设备1上设置有无中断的电流馈电装置11，该电流馈电装置在电流中断的情况下另外确保安装设备1的运行并且因此可以将有价值的信息恰好在故障期间传输给调度中心17。无中断的电流馈电装置11以已知的方式配备有蓄电池、变压器、配电继电器以及相应的逻辑电路。

此外，为了确保安全，在安装设备1上设置有过电流保护装置12，该过电流保护装置保护子部件以防止相应的过电流。故障电流保护开关13用于保护对安装设备1进行安装和维护的专业人员。电子的保险监控装置15整合到故障电流保护开关13中，所述保险监控装置直接在对故障电流保护开关13进行保险处理之后被激活并且将信号发送给调度中心17。由此，在发生故障时实时地且利用精确的定位向调度中心告知故障。虽然通信单元7也能够报告故障，但在故障报告的情况下多余信息也是适宜的。电子的保险监控装置15构造为无电势的接触报告装置。该信号递交给模拟-数字转换器31。通过通信单元7与模拟-数字转换器31的连接，电子的保险监控装置15也是能远程选择的。

此外，在安装设备1上设置有电表接口32。电表接口能实现与电表33的连接，该电表计算道路网缆线23的电流或用于用户引入线的电流。

最后，安装设备1包括形式为耦合继电器的致动器14。耦合继电器将汇流排5的电路与例如逆变器的电路电位隔离，所述逆变器与房屋的光伏设备连接。通过开关耦合继电器例如可以将光伏设备接通到低压网络22上或与其分离。因此，耦合继电器示出使电流供应匹配于电流需求的作用可能性。耦合继电器也如传感器8那样与计算单元6连接。充电接头与停车位或车库的相应插座连接。