Stromzähler

Der Stromzähler ist ein Gerät zur Erfassung gelieferter oder verbrauchter elektrischen Energie.

Die im Haushalt verbreiteten Zähler zur Verbrauchsmessung können den im Stromnetz z. B. bei 230 V (entsprechend 400 V zwischen den Phasen) bereitgestellten Wechselstrom beziehungsweise Drehstrom sowie die aktuell anliegende Spannung erfassen und ermitteln daraus durch Multiplikation und Integration nach der Zeit die genutzte Wirkenergie in Kilowattstunden.

Neben den üblichen Haushaltsstromzählern 10 A (60 A) sind für gewerbliche Nutzung (Baustellen, Kirmes,...) noch Stromzähler 200 A verbreitet.
Größere Ströme in der Industrie werden meist über sog. Messwandlerzähler gemessen. Diese Zähler werden zusammen mit Stromwandlern und ggf. Spannungswandlern installiert. Die Sekundärseite dieser Wandler haben im Allgemeinen 5 A Nennstrom bzw. 100 V Nennspannung, für die auch der Zähler ausgelegt ist. Die Wandlerfaktoren werden dann im Zähler oder bei der Abrechnung berücksichtigt.

Einige Zähler können neben der Wirkenergie auch die aktuelle Wirkleistung anzeigen oder auch die Blindenergie in kvarh (vergleichbar kWh) erfassen.

Manche moderne Zähler speichern Lastprofile oder haben Impulsausgänge zur Weiterverarbeitung der aktuellen Leistungswerte.

Zähler werden für die Messung im Bereich bis 200 A und 240 V hergestellt.

Ferraris-Zähler

Weit verbreitet sind die Ferraris-Zähler nach dem Induktionsprinzip, benannt nach dem Italiener Galileo Ferraris. Hierbei wird durch den Ein- oder Mehrphasenstrom sowie die Netzspannung ein magnetisches Drehfeld induziert, welches in einer Aluminiumscheibe durch Wirbelströme ein Drehmoment erzeugt, welches proportional dem Produkt aus Strom und Spannung ist. Die Scheibe läuft in einer aus einem Dauermagnet bestehenden Wirbelstrombremse, die ein geschwindigkeitsproportionales Bremsmoment erzeugt. Diese so genannte Ferrarisscheibe, deren Kante als Ausschnitt durch ein Fenster von außen sichtbar ist, hat dadurch eine Drehgeschwindigkeit, welche der abgenommenen elektrischen Leistung proportional ist.
Mithilfe der am Zähler angebrachten Angabe „Umdrehungen pro Kilowattstunde“ kann man so auch die aktuelle Leistung ermitteln, indem man über einen bestimmten Zeitraum die Umdrehungen zählt.

Mit der Aluminumscheibe ist meist ein Rollenzählwerk verbunden, so dass der Energiedurchsatz als Zahlenwert in Kilowattstunden (kWh) abgelesen werden kann.

Ferraris-Zähler zählen auch bei hohen Oberwellen- oder Blindstromanteilen der Verbraucher nur den Wirkstromanteil.

Der hinter dem Nennstrom angegebene Ampere - Wert in Klammern gibt die Maximalstromstärke an, die der Zähler mindestens 15 Minuten aushalten kann, ohne beschädigt zu werden. Eine korrekte Messung erfolgt jedoch nur im Nennstrombereich.

Doppel- und Mehrtarifstromzähler

Weiterhin gibt es Stromzähler mit zwei und mehr Zählwerken, um unterschiedliche Tarife abrechnen zu können. Zwischen diesen Zählwerken wird durch eingebaute oder externe Rundsteuerempfänger (die durch zentrale Rundsteueranlagen im EVU gesteuert werden) oder durch Tarifschaltuhren entsprechend umgeschaltet. Bei Tarifkunden in Deutschland, z. B. privaten Haushalten, wird die Ausführung mit zwei Tarifzählwerken eingesetzt. Dies geschieht hauptsächlich, um in den so genannten Schwachlastphasen, hauptsächlich nachmittags und in der Nacht, für elektrische betriebene Wärmespeicherheizungen die Energie preisvergünstigt anbieten zu können. Bei Sondervertragskunden (Industrie) sind weitere Zählwerke, auch für die Leistungserfassung, gebräuchlich. Jedoch wird hier nach und nach auf elektronische Zähler mit einer Aufzeichnung des Lastgangs umgestellt. Somit kann die Tarifierung ohne Eingriff in den Zähler verändert werden, es werden im Zähler keine getrennten Zählwerke mehr benötigt.

Elektronische Energiezähler

Die seit einigen Jahren neu entwickelten elektronischen Energiezähler benötigen keinerlei mechanische Elemente. Der Strom wird durch andere Prinzipien wie z. B. den Stromwandler mit einem weichmagnetischen Ringkern bzw. Strommesssystemen mit Rogowskispulen, Messshunts oder Hallelementen erfasst. Die Berechnung der Energie erfolgt mit einer elektronischen Schaltung und wird einer Anzeige (meist Flüssigkristallanzeigen) zugeführt. Nachdem die neue Zählergeneration schon länger für Industrieanwendungen verwendet wird, finden sie seit einigen Jahren auch Einzug in den Bereich der Haushaltszähler. Die Verbreitung dort ist länderspezifisch sehr unterschiedlich. Beispielsweise ist die Verbreitung in Deutschland < 10 % während in Schweden > 90 % der Haushalte umgestellt sind.

Kassierzähler

In einigen Ländern gibt es auch Kassierzähler, welche durch den Einwurf von Geld, Jetons oder neuerdings durch Chipkarten den definierten Abruf einer Menge elektrischer Energie ermöglichen. In Deutschland werden solche Zähler von Energieversorgungsunternehmen vereinzelt bei Kunden mit schlechter Zahlungsmoral eingesetzt.

Fernabfrage

Manche Zähler können über Datenschnittstellen per Fernabfrage vom Energieversorgungsunternehmen bzw. der Gebäudeautomation ausgelesen werden. Als Datenschnittstellen sind Infrarot, S0-Schnittstelle, M-Bus, Potentialfreier Kontakt, 20mA (verbunden mit GSM-, PSTN-Modems) oder Power Line Carrier (PLC) gebräuchlich. Im Haushaltsbereich findet in Deutschland jedoch selten eine Fernabfrage statt. In Italien werden seit 2000 alle Zähler, auch im Haushaltsbereich, auf per PLC auslesbare Zähler umgestellt.

Die Impulsausgänge liefern in der Regel eine Impulswertigkeit von 3000 bis 5000 Impulsen pro kWh. Dieser Wert muß dann abhängig vom Zähler mit einem festen Wert von 30 oder 50 Multipliziert werden um den kulmulierten Meßwert zur bekommen.

Normen

Die in Europa gültigen Normen für elektronische Energiezähler sind: IEC 62053-21 .. bis -23. Für die Datenschnittstellen werden IEC62056-21 sowie IEC62056-42 -46 -53 (DLMS) und IEC870 genutzt.

Messwertabweichung

Die Genauigkeit, genannt Messwertabweichung, der Zähler ist im Haushaltsbereich 2 %. Bei hohen zu messenden Leistungen sind auch Zähler der Genauigkeitsklassen 1 %, 0,5 % und 0,2 % im Einsatz. Höchste Anforderungen bestehen z. B. an der Übergabestelle vom Kraftwerk ins Netz oder zwischen Übertragungsnetzen. Aus speziellen Legierungen aufgebaute Ringbandkerne ermöglichen seit kurzem "hochpräzise" elektronische Energiezähler in gleichstromtoleranter Ausführung.

Haushaltsstromzähler in Schwellenländern

Bevölkerungsreiche Länder wie China und Indien sind seit Jahren sehr engagiert dabei, die Haushaltsstromzähler flächendeckend einzuführen. Hierbei wird zunehmend der Einbau elektronischer Zähler favorisiert. Brupel, Mitterhuemer Automation, Landis+Gyr sowie Actaris bieten entsprechende "Paymentsysteme" auf Chipkartenbasis an.

Montageorte

In vielen Ländern (USA, Skandinavien, China) sind Haushaltsstromzähler häufig außerhalb des Hauses angebracht. In Deutschland sind die Systeme meist im Haus bzw. im Keller installiert.

Montage

Datei:Schaltplan Eintarifzähler.jpg

Schaltplan (Schaltung 4000)

Wechselstromzähler (1-Phase):

Zuleitung L1 an Anschluss 1
Zuleitung N an Anschluss 4
Ableitung L1 an Anschluss 3
Ableitung N an Anschluss 6

Drehstromzähler (3-Phasen):

Zuleitung L1 an Anschluss 1
Zuleitung L2 an Anschluss 4
Zuleitung L3 an Anschluss 7
Zuleitung N an Anschluss 10
Ableitung L1 an Anschluss 3
Ableitung L2 an Anschluss 6
Ableitung L3 an Anschluss 9
Ableitung N an Anschluss 12

Meist ist die dem Zähler entsprechende Schaltung im Klemmdeckel abgebildet.

ACHTUNG: Die Montage von Stromzählern sollte grundsätzlich nur durch Fachleute erfolgen. Bei Missachtung besteht Lebensgefahr! Desweiteren verfällt die Garantie der gesamten Anlage.

Gleichstromzähler

Gleichstromzähler haben auf Grund der flächendeckenden Versorgung aller Länder mit Wechselstromnetzen keine größere Bedeutung.

Altertümliche Gleichstromzähler arbeiteten nach ähnlichem Prinzip wie die oben beschriebenen 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.

Heutiges Einsatzgebiet von Gleichstromzählern ist beispielsweise die Straßenbahn - Stromversorgung.
Ein Bauelement, das als echter Stromzähler bezeichnet werden kann, wird zuweilen als Betriebsstundenzähler eingesetzt: es besteht aus einer mit einem Elektrolyt abgeschlossenen Quecksilbersäule ähnlich einem kleinen Thermometer. Bei Stromdurchfluss wird das Quecksilber an das gegenüberliegende Ende befördert, wodurch der Bereich des Elektrolyten durch die Säule wandert. Das Strom - Zeit - Produkt erscheint linear als Strecke auf dem als Behälter dienenden 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.

Eichung

Stromzähler werden üblicherweise im geschäftlichen Verkehr eingesetzt und unterliegen in Deutschland der Eichpflicht. Nach Ablauf der Eichgültigkeitsdauer (16 Jahre beziehungsweise 8 Jahre bei elektronischen Zählern) muss das Messgerät ausgetauscht oder die Eichgültigkeit verlängert werden. Ausnahmen sind möglich.

Die Eichung wird bei den Eichstellen durchgeführt. Viele Netzbetreiber und Hersteller unterhalten eigene Eichstellen. 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.

Hersteller von in Deutschland eingesetzten Zählern

Hersteller von in Deutschland installierten Stromzählern sind unter anderen:

Siehe auch

Elektrische Energie, Messgerät