用于电流测量的测量装置和具有该测量装置的pv系统的制作方法

用于电流测量的测量装置和具有该测量装置的pv系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于电流测量的测量装置和具有该测量装置的PV系统。一种用于在配电箱(20)中测量电流的测量装置(10)，该测量装置具有至少一个电流传感器。该测量装置(10)的突出之处在于，它形成为一个梳状轨道，该至少一个电流传感器整合在其中。一种被适配为用于自身能量使用的PV系统，该系统通过一个室内设施(3)连接在一个能量供应网络(1)处并且具有一个此类的测量装置(10)。
【专利说明】用于电流测量的测量装置和具有该测量装置的PV系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于在配电箱中测量电流的测量装置。

【背景技术】
[0002]在配电箱中，例如为了电流分配或者为了系统控制，通常存在确定流动的电流大小的要求。为此目的，已知例如用于电流测量的测量装置，这些测量装置能够以配合在配电箱中使用的其他开关装置或测量装置的方式咬合到该配电箱中的一个帽式轨道上，其中该测量装置具有多个接口触点，经由这些触点将需要测量的电流引导通过该测量装置。替代性地，已知如下的测量装置，这些测量装置能够以相同的方式插接到帽式轨道上并且提供一个电流舌形件或电流眼形件，一根导线被引导通过其中，以便通过由流过该导线的电流产生的磁场来测量该电流。在这两种情况下，该测量装置要求在帽式轨道上的自由空间。
[0003]安装在建筑物(尤其是住房)中或建筑物上的光伏系统(以下简称PV系统)迄今为止大多数情况下被设计为向一个开放的能量供应网络中进行储存。为此目的，通常设置一个分开的电流计数器，该电流计数器测定所储存的电流的量以获得由能量供应企业支付的储存报酬。此类PV系统的安装在该室内设施的配电箱内对应地同样以较大的安装耗费来进行。
[0004]随着储存报酬的降低，人们对以下光伏系统的兴趣越来越大，这些光伏系统被确定为仅仅满足能量消耗而不用于向该开放的能量供应网络中进行储存。在安装此类的PV系统时，可以对应地取消带有用于所储存的能量量值的分开的计数器的这种高耗费的设施。然而需要保证，该PV系统仅提供由该室内设施的消耗器实际消耗的能量，使得不向该电流供应网络中储存过量的能量或者只在一个可容忍的范围内储存过量的能量。
[0005]所允许的容忍范围具有部分技术上的原因。至少短期的储存在有些情况下是无法或很难避免的，例如当一个特别大的负载突然断开时。在此情况下，该PV系统在断开之后需要一个确定的调整时长，以便再度调节新的平衡状态。在此，可能在断开之后立即产生一个无法完全避免的短期的储存。独立于此地，运营能量供应网络的能量供应企业也以不同方式处理不能储存过量能量的指标。在一些能量供应企业的情况下，禁止向所存在的相中的每一个进行储存，除了先前所述的在技术上不受阻止的储存之外。其他的企业允许在较小的功率百分比范围内进行储存(为此设计了对应的房间接口)。再其他的企业以所有相上流动的功率的总和为基础:只要总计在一个或多个相上提取的功率大于在其他相上储存的功率，就允许储存。
[0006]为了在储存时能满足所述的指标，设置了用于在室内设施的配电箱中测量电流的测量装置，该PV系统的一个控制装置(例如可以安排在该PV系统的一个逆变器中)对其进行分析并且对应地调节该PV系统，使得不进行向该能量供应网络中的储存。
[0007]即使对于这种应用目的，已知的用于在配电箱中测量电流的测量装置也可能需要在配电箱中的额外空间并且尤其是在配电箱中的帽式轨道上的额外的空间，而这种空间一般情况下是不存在的。当在一间房屋建成之后才安装PV系统及其电设施时，也就是说用PV系统来装备一座已经存在的建筑物时，尤其是这种情况。
实用新型内容
[0008]因此本实用新型的一个目的是提供一种用于在配电箱中测量电流的测量装置，该测量装置是紧凑的并且仅提出在该配电箱中很小的空间要求并且能够尽量无耗费地进行安装、尤其是改装。
[0009]一个本实用新型的用于在配电箱中测量电流的测量装置具有至少一个电流传感器，并且其突出之处在于，该测量装置形成为一个梳状轨道(Kammschiene)，该至少一个电流传感器整合在该梳状轨道中。
[0010]梳状轨道用于简单且防故障地连接一个配电箱的多个部件。它可以看做预制的连接器，以便例如将电流从一个故障电流保护开关器引导到过流保险或者其他的配电箱部件。在此，可以向该梳状轨道中引入不同的导体，例如一个中性导体和一个或多个相导体。通过将本实用新型的测量装置形成为一个梳状轨道，可以使其简单地替代常规的梳状轨道并且因此在基础性地改变配电箱中的部件安排的情况下进行使用。由此还可以毫无问题地由该测量装置对一个常规的梳形轨道进行后续的替换。
[0011]该测量装置的一个有利的设计具有至少一个内部的电流轨道以及与之电连接的接口触点，这些接口触点在该测量装置的一侧上从该测量装置的一个外壳突出。这些接口触点在此可以是引脚触点或者叉形触点。以此方式，可以实现与在常规的梳形轨道下相同的接口图案并因此实现与其的兼容性。
[0012]在该测量装置的另一个有利的设计中，该至少一个电流传感器是分路器。优选地，该至少一个分路器由该至少一个电流轨道的一个锥形的区段形成，由此能够特别简单地制造该电流轨道。特别优选地，该电流轨道与这些接口触点且适当时还与该分路器是单件式制成的，例如作为冲压零件或作为冲压弯曲零件。
[0013]在该测量装置的另一个有利的设计中，该至少一个电流传感器实施为磁场传感器，尤其实施为一个哈尔传感器或一个罗氏线圈(Rogowsk1-Spule)。于是可以检测由在该电流轨道中流动的电流产生的磁场。通过由该电流产生的磁场的电流测量有利地是无损的。该磁场传感器可以安排在该至少一个电流轨道上和/或这些接口触点上，或者将其U形地包围，由此进行了电流轨道和磁场传感器的整合，这允许该测量装置的紧凑的构造。
[0014]在另一个有利的设计中，该测量装置具有一个整合的测量增强器和/或测量换能器(Messumformer)。由此将所测量的电流值在该测量装置内直接扩展。于是可以取消可能需要安排在配电箱中的额外的部件。此外，使干扰信号对测量值的重叠最小化，因为从电池传感器引导到测量增强器和/或测量换能器的导线(传递相对较小的信号)能够保持得尽可能短。优选地，该测量装置具有一个通讯装置用于传递测量数据和/或控制命令。
[0015]优选地，除了测量电流之外，还进行电压测量，并且确定传递的有效功率、无功功率和/或表观功率。例如逆变器的调节于是可以直接在所传递的功率的基础上进行。
[0016]根据本实用新型的另一个方面，将此类的测量装置与一个被适配为用于自身能量使用的PV系统结合使用。优选地，该测量装置在此用于测量从一个能量供应网络向一个室内设施中流动的电流以控制该PV系统、电池充电或者操控消耗器。在被适配为自身能量使用的PV系统的情况下，向一个能量供应网络中的储存被禁止。通过测量从一个能量供应网络向一个室内设施中流动的电流，可以获知是否需要采取措施来阻止储存操作或者降低到一个容忍的量。此类的措施可以为降低由该PV系统产生的电流，但是也可以在于提高由该PV系统供应的本地的电流消耗。于是可以例如将电流引导到一个本地的储存器装置(电池)中或者可以针对性地接入消耗器。在适当时还可以非常短暂地采用这些措施，以便在处于逆变器控制的范围内的时间跨度上也禁止储存。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]下面将通过实施例借助于五个附图来详细说明本实用新型。附图示出:
[0018]图1 一个带有PV系统的室内设施的示意性连接框图；
[0019]图2本申请的测量装置的一个第一实施例，安排在一个配电箱中；
[0020]图3a、3b以截面图示出图2的测量装置的两个不同设计；
[0021]图4测量装置的另一个实施例，安排在一个配电箱中；并且
[0022]图5以侧视图示出在图4的测量装置中的电流轨道的安排。
[0023]参考符号清单
[0024]I能量供应网络
[0025]2室内递送点
[0026]3室内设施
[0027]4电流消耗计数器
[0028]5消耗器
[0029]6 PV发电机
[0030]7逆变器
[0031]8控制装置
[0032]10测量装置
[0033]11 外壳
[0034]12电流轨道
[0035]13接口触点
[0036]14分路器
[0037]15接口引脚
[0038]16电路板
[0039]17磁场传感器
[0040]20配电箱
[0041]21帽式轨道
[0042]22故障电流保护开关器
[0043]23过流保险

【具体实施方式】
[0044]图1以连接框图示出一个室内设施的一个简化图，其中存在一个PV系统。
[0045]一个能量供应网络I的电流导线在一个室内递送点2(在图中展示为虚线)处对一个室内设施3进行递送。该室内设施包括一个电流消耗计数器4，该电流消耗计数器通常与在此未展示的保险装置如过流保险和故障电流保护开关器一起安排在一个配电箱中。在室内设施的框架中，配电箱通常也称为保险箱。
[0046]在所示的实施例中，不仅该能量供应网络I还有该室内设施都实施为三相，具有一个中性导体N和三个相导体L1、L2、L3。出于简洁的原因，一个额外的接地导体在此没有展示。在该室内设施之内存在多个消耗器，在此示例性地展示为三个单相的消耗器5。
[0047]此外，还存在一个PV系统作为该室内设施3的一部分，该PV系统包括一个PV发电机6和一个与之相连的逆变器7。PV发电机6可以例如具有多个安排在房顶的PV模块。逆变器7通常安排在该配电箱的附近或者实际上在该配电箱中。逆变器7同样用输出接口与室内设施3的这些导体相接。在所示的实施例中，逆变器7设计为单相的并且在此与该相导体L2和该中性导体N相接。然而还有可能的是逆变器7的一种三相的设计。
[0048]逆变器7因此与适合于进行储存的PV系统的情况下不同，不是通过分开的储存计数器与该能量供应网络I相连的。在所示的设计中，该PV系统因此被适配为用于产生直接由消耗器5消耗的电能。不设置向该能量供应网络I中的储存，并且尤其还可以针对性地进行抑制。
[0049]为了阻止PV系统提供比与相导线L2相接的消耗器5消耗的更多的电流，设置了一个控制装置8用于逆变器7的功率调整。在需要时，控制装置8调整逆变器7的功率，使得逆变器7不再提供比对应的消耗器5实际消耗的更多的电流。在此可以提出，由PV发电机6提供的功率通过将PV发电机6的一个工作点向其开路电压的方向上或者在其短路电压的方向上改变来进行节流。替代地或额外地还可以提出，PV发电机6的过量的功率由逆变器7传递向一个能量储存器安排中，例如一个电池储存器中(在图1中未展示)。另外，当在PV发电机6侧过多提供可用电功率的情况下一以手动或者自动地控制的方式一针对性地接通其他的消耗器，由此提高对电功率的实际消耗。不取决于由PV发电机6送出的功率减少现在是通过PV发电机6的工作点的变化而进行还是通过将由PV发电机6的电流传输向储存器这种或者接通或断开额外的电消耗器而在所产生的和所需要的功率之间进行匹配，控制装置8确保了，这个消耗器5或这些消耗器5所需的电流由逆变器7传递向室内设施3的导体中。为此目的，设置一个测量装置10，该测量装置测量至少在相L2上、且任选地在相LI和L3上的、从计数器4向室内设施3流动的电流。在此，不仅确定流动的电流的大小还确定其方向。方向应理解为在逆变器处净功率流动的方向。
[0050]功率流动的获得在最通常情况下可以通过与电流测量并行的电压测量以及电流和电压值得相乘来进行。通过并行进行的、依赖于时间的对这两个值的测定，隐含地还考虑至IJ了再电流和电压之间的相对相位。然而还可以设想简化的方法。例如可以将电压的大小看做实质上恒定的，因为在能量供应网络中的电压波动典型地小于+/-10%。于是测量电流大小(幅值或有效值)以及关于该电流是与该电压同相还是相偏转180°的信息就足够了。分类为这两个相位是最终足以确定该功率流动的方向。为了在每种情况下有效地排除储存，有意义的是，采用一个在所采用的电压范围(该能量供应网络中的电压典型地在该范围内波动)的下端的值。
[0051]PV系统的调整可以如下地进行，即对于这些相导体L1、L2、L3中的每一个，禁止从该室内设施3向该能量供应网络I的方向上的功率流动。这对应于一个相对苛刻的要求，即，无论观察哪一个相导体L1、L2、L3，对于这个相导体L1、L2、L3 —直都排除在该能量供应网络I方向上的功率流动。然而，替代于此，还有可能调整该PV系统，使得在该能量供应网络I的方向上排除净功率流动。在此情况下，当一个功率流动至少由来自该能量供应网络I在该室内设施3的方向上在相应地其他的相导体(在此:L2、L3)中的功率流动而得到补偿时，例如可以进行在一个相导体LI上在该能量供应网络I的方向上的功率流动。以此方式保证了，至少通过所有相导体L1、L2、L3总计没有在该能量供应网络I的方向上进行功率流动并且因此排除了在该能量供应网络I的方向上的净功率流动。依据网络运营商的要求，该储存也可能按某种量或者对于某个时间跨度而言是可允许的。
[0052]尽管在图1中展示了一个具有三个相导体L1、L2、L3的三相实施方式，本实用新型并不局限于该室内接口到该能量供应网络I的仅仅三相的连接。于是也可以是具有一个任意的其他数目的相导体的Ll-Ln的连接，其中η给出相导体的数目。尤其对于具有有限的电消耗器5数目的或者对来自开放的能量供应网络I的有限的功率接收能力的建筑物而言，建筑物的电接口也可能只通过一个相导体LI (除了中性导体N之外)。
[0053]图2示出了测量装置10的一个根据本申请的设计，例如像在图1的实施例中可以使用的。
[0054]测量装置10安排在一个配电箱20中，其中在此示例性地重现了一个帽式轨道21。在帽式轨道21上插接了一个故障电流保护开关器22以及多个过流保险23。故障电流保护开关器22和过流保险23分别具有多个接口夹24，这些部件的流入和流出导线接在这些接口处。接口夹24可以例如是螺丝接口或夹钳接口。
[0055]测量装置10在此根据本申请形成为一种所述的梳形轨道。梳状轨道用于简单且放故障地连接一个配电箱的多个部件。梳形轨道可以看做是预制的连接件。例如已知如下的梳形轨道，其中引脚接口或叉形接口彼此并排地以配电箱20的部件(例如故障电流保护开关器21或过流保险23)的一个典型的接口间距(也被称为接口栅)进行安排。这些接口引脚或接口叉从该梳形轨道突出到一个接口平面中、然而在该梳形轨道的内部被引导到不同的彼此叠置的平面中。于是，可以向该梳状轨道中引入不同的导体，例如一个中性导体和一个或多个相导体。一个梳形轨道的典型的应用是例如该故障电流保护开关器22到相邻地安排的过流保险23的多极连接。
[0056]测量装置10具有在一个纵向外壳11中安排的电流轨道12，这些电流轨道在一侧具有从外壳11突出的接口触点13。为了简洁起见，在图2中仅完全展示了一个电流轨道12。另外两个电流轨道位于完全展示的电流轨道12下方。出于简洁的原因，这两个电流轨道仅在其接口触点的区域中展示。然而，由图3a和3b可以看出多个电流轨道安排到这些彼此叠置的平面中。
[0057]图3在部分图a和b中分别示出一个穿过在图2中所示的测量装置的可能设计的截面图。在此相应设置有三个电流轨道12，这些电流轨道彼此叠置地安排，其中上部和下部电流轨道12的接口触点13是如此偏置的，使得所有的接口触点13处于同一个平面中。
[0058]通过电流轨道12将不同的配电箱部件彼此电连接。如在图2中可以看出的，在此电流轨道12的一个区段实施有更小的横截面，并且由此形成一个分路器14，也就是一个电流测量电阻。该分路器14形成一个整合到该梳形轨道中的电流测量传感器。在一个有利的设计中，电流轨道12、与之相连的接口触点13和分路器14可以作为冲压零件或冲压弯曲零件单件式地制成。作为材料可以使用铜或铜合金。
[0059]接口引脚15与这些接口触点13相对地形成，一个电路板(Platine) 16插接在这些接口引脚上或者与接口引脚15焊接到一起。通过分路器14降低的电压(为向该电流轨道12中流动的电流的一个量)如此地被引导到电路板16上并且可以在那里进行分析。为此目的，例如可以在电路板16上安排一个测量增强器和/或一个测量换能器。在此可以提出，除了电流的大小之外，还确定其相对于一个施加于相应的相导体处的电压的方向或相位。还可能的是，通过对在该相导体处施加的电压的一个并行的电压测量来测定传递的有效功率、无功功率或表观功率。
[0060]额外地设置有在图2和图3a、3b中没有展示输出接口，通过这些输出接口可以将测量值抽出以进行其他应用。这些输出接口可以例如以外壳11处的插头或者插座的形式可得。通过这些插头或插座还可以将用于测量增强器和测量换能器的供应电压送入。
[0061]如在图3a中所示，电路板16可以安排在与这些接口触点13对置的侧面上。但也有可能的是将多个电路板16容纳在外壳11中，如在图3b中所示。在此，除了一个与这些接口触点13对置的电路板16之外还可以安排另一个在电流轨道12上方的电路板16和另一个在电流轨道12下方的电路板16。
[0062]图4和5不出了测量装置10的另一个实施例。这些图中相同的参考符号表不与图2和图3a、3b中相同的或作用相同的元件。在图4中在配电箱20中的测量装置10以与图2中相同的方式在俯视图中展示。在图5中以侧视图重现了电流轨道12在测量装置10之内的安排，其中已经省略了对外壳11的表不。
[0063]在基本构造中，测量装置10对应于在图2和图3a、3b中所示的实施例。然而，与第一实施例不同的是，此处没有使用分路器14 (参见图2)而是使用一个磁场传感器17 (例如一个哈尔传感器)用于测量电流。在此处示例性的三个电流轨道12中的每一个处安排有一个磁场传感器，使得能够测量从相应的电流轨道12流动的电流产生的磁场并且因此向回推算在相应的电流轨道12中流动的电流。
[0064]在一个有利的实施方式中，磁场传感器17通过柔性的、尤其可弯曲的箔片导体连接到该电路板16。磁场传感器17 (在此:哈尔传感器)是尤其平面式地造型的部件，并且——例如通过一个粘合过程——紧固在该电流轨道12的侧面上。以此方式，产生了(一个或多个)电路板16、磁场传感器17和电流轨道12彼此的特别简单的安装。
[0065]在另一个实施方式中，磁场传感器17通过罗氏线圈实现，该罗氏线圈U形地围绕相应的电流轨道12。在此，罗氏线圈例如可以安排在该电流轨道12的、与故障电流保护开关器22相连的接口触点13的直接相邻处。它们还可以安排在电流轨道12的其他走向中。因为然而应当总体上监测在相导体L1、L2、L3中流动的电流并且将其用于调整PV系统，所以在每种情况下需要进行在故障电流保护开关器22与在该故障电流保护开关器22之后接续在相应的相导体L1、L2、L3处的第一个过流保险23之间的电流测量。
[0066]为了将测量装置10的测量数据传递到控制器8并且将控制器8 一侧的对应的控制命令传递到逆变器7，在这些部件之间需要有通讯。这种通讯可以按不同的方式方法进行，例如通过分开设置的缆线、通过无线连接、或者在使用已有的引导功率的电导体的情况下通过电力线通讯(PLC-Power Line Communicat1n)。这些测量数据在此可以是数字地或模拟地传递的。控制器8可以容纳在测量装置10的外壳11之内或者是测量装置10的组成部分。然而该控制器也可以存在于逆变器7的壳体之内，或者存在于一个分开的壳体中。
【权利要求】
1.用于在配电箱(20)中测量电流的测量装置(10)，该测量装置具有至少一个电流传感器，其特征在于，该测量装置(10)形成为一个梳状轨道，该至少一个电流传感器整合到该梳状轨道中。
2.根据权利要求1所述的测量装置，该测量装置具有至少一个内部的电流轨道(12)以及与之电连接的接口触点(13)，这些接口触点在该测量装置(10)的一侧上从该测量装置(10)的一个外壳(11)突出。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置(10)，其中该至少一个电流传感器是分路器(14)。
4.根据权利要求3所述的测量装置(10)，其中该分路器(14)是由该至少一个电流轨道(12)的一个锥形区段形成的。
5.根据权利要求2所述的测量装置(10)，其中这些接口触点(13)和与之相连的电流轨道(12)是单件式形成的。
6.根据权利要求4所述的测量装置(10)，其中这些电流轨道(12)中的至少一个、与之相连的接口触点(13)和该分路器(14)制成为单件式的冲压零件或者冲压弯曲零件。
7.根据权利要求2所述的测量装置(10)，其中该至少一个电流传感器实施为一个磁场传感器(17)，该磁场传感器检测由在该电流轨道(12)中流动的电流产生的磁场。
8.根据权利要求7所述的测量装置(10)，其中该至少一个电流传感器实施为一个哈尔传感器或者一个罗氏传感器。
9.根据权利要求7或8所述的测量装置(10)，其中该至少一个磁场传感器(17)安排在该至少一个电流轨道(12)上和/或这些接口触点(13)上或者U形地围绕该电流轨道和/或接口触点。
10.根据权利要求1或2所述的测量装置(10)，该测量装置具有一个整合的测量增强器和/或测量换能器。
11.根据权利要求10所述的测量装置(10)，该测量装置被适配为，除了电流测量之外还进行电压测量，并且确定一个传输的有效功率、无功功率和/或表观功率。
12.根据权利要求1或2所述的测量装置(10)，该测量装置具有一个用于传输测量数据和/或控制命令的通讯装置。
13.PV系统，该PV系统通过一个室内设施(3)连接在一个能量供应网络(1)处，其中该PV系统被适配为用于自身能量使用并且具有一个根据权利要求1至12之一所述的测量装置(10)。
14.根据权利要求13所述的PV系统，其中该测量装置(10)被适配为，测量从该能量供应网络(1)向该室内设施(3)中流动的电流并且将一个测量结果用于控制该PV系统和/或电池充电和/或用于操控消耗器。
【文档编号】G01R19/00GK204214929SQ201420311161
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】B·马格努森 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司