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DE102022117172A1 - Measuring device for measuring current in an energy distribution system - Google Patents

Measuring device for measuring current in an energy distribution system Download PDF

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DE102022117172A1
DE102022117172A1 DE102022117172.8A DE102022117172A DE102022117172A1 DE 102022117172 A1 DE102022117172 A1 DE 102022117172A1 DE 102022117172 A DE102022117172 A DE 102022117172A DE 102022117172 A1 DE102022117172 A1 DE 102022117172A1
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DE
Germany
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busbar
magnetic field
current
central unit
measuring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102022117172.8A
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German (de)
Inventor
Martin Jankowski
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

Eine Messvorrichtung zur Strommessung in einem Energieverteilersystem (200), aufweisend:ein Substrat (3) zur Anordnung an einer Stromschiene (203A - 203C), wobei sich das Substrat (3) entlang einer Ausdehnungsrichtung der Stromschiene (203A - 203C) erstreckt;zumindest zwei Magnetfeldsensoren (5A - 5N) angeordnet an unterschiedlichen Positionen auf dem Substrat (3) entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene (203A - 203C),wobei die Magnetfeldsensoren (5A - 5N) ausgestaltet sind zum Erfassen eines von der Stromschiene (203A - 203C) erzeugten Magnetfeldes (B1 - BN) und zum Ausgeben eines Signals basierend auf dem erfassten Magnetfeld (B1 - BN), wobei das Signal den durch die Stromschiene (203A - 203C) fließenden Strom (I1 - I3) anzeigt; undeine Auswerteeinheit (7) angeordnet auf dem Substrat (3) und verbunden mit den Magnetfeldsensoren (5A - 5N), wobei die Auswerteeinheit (7) angepasst ist zum Erfassen der Signale. Weiterhin schlägt die Erfindung ein Messsystem vor.A measuring device for measuring current in a power distribution system (200), comprising:a substrate (3) for arrangement on a busbar (203A - 203C), wherein the substrate (3) extends along an extension direction of the busbar (203A - 203C);at least two Magnetic field sensors (5A - 5N) arranged at different positions on the substrate (3) along the direction of extension of the busbar (203A - 203C), the magnetic field sensors (5A - 5N) being designed to detect a magnetic field generated by the busbar (203A - 203C). (B1 - BN) and for outputting a signal based on the detected magnetic field (B1 - BN), the signal indicating the current (I1 - I3) flowing through the bus bar (203A - 203C); andan evaluation unit (7) arranged on the substrate (3) and connected to the magnetic field sensors (5A - 5N), the evaluation unit (7) being adapted to detect the signals. Furthermore, the invention proposes a measuring system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Strommessung in einem Energieverteilersystem, sowie ein Messsystem, aufweisend zumindest eine Messvorrichtung und eine Zentraleinheit.The invention relates to a measuring device for measuring current in an energy distribution system, and to a measuring system having at least one measuring device and a central unit.

Bekannte Energieverteilersysteme ermöglichen es verschiedene Einheiten, wie Anschlüsse, Adapter und sonstige Komponenten auf Stromschienen durch Aufstecken zu montieren. Hierzu werden beispielsweise die Komponenten mit Haken auf die Stromschienen gehängt und gleichzeitig werden die Stromschienen mit diesen Haken kontaktiert. Die aufgehängten Einheiten beziehen dann den Strom über die Stromschiene und geben den Strom an die Verbraucher ab. Um den Strom der einzelnen Einheiten messen zu können, sind als Messadapter ausgebildete Messvorrichtungen bekannt, die zwischen die Stromschiene und den Einheiten montiert werden. Beispielsweise beschreibt das Dokument EP 3 829 010 A1 eine Adaptervorrichtung für verschiedenartige Stromsammelschienensysteme.Known energy distribution systems make it possible to mount various units, such as connections, adapters and other components, on busbars by plugging them on. For this purpose, for example, the components are hung on the busbars with hooks and at the same time the busbars are contacted with these hooks. The suspended units then draw power via the busbar and deliver the power to the consumers. In order to be able to measure the current of the individual units, measuring devices designed as measuring adapters are known, which are mounted between the busbar and the units. For example, the document describes EP 3 829 010 A1 an adapter device for various types of busbar systems.

Allerding haben diese Messadapter eine große Aufbauhöhe, da für die Komponenten zur Strommessung zusätzlich Platz benötigt wird. Zudem ist eine Ausgestaltung mit einem hohen Aufbau mechanisch instabil und kostenintensiv in der Herstellung. Auch müssen, wegen der Vielzahl von unterschiedlichen Einheiten zum Aufstecken, für jede Baubreite der Einheiten eigene Messadapter bereitgestellt werden, was zusätzlich derartige Lösungen verteuert.However, these measuring adapters have a large installation height, as additional space is required for the components for current measurement. In addition, a design with a high structure is mechanically unstable and costly to manufacture. Due to the large number of different plug-in units, separate measuring adapters must be provided for each unit width, which also makes such solutions more expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Messvorrichtung bereitzustellen, die kostengünstig in der Herstellung ist, einen flachen Aufbau hat, universell in unterschiedlichen Energieverteilersystemen einsetzbar ist und das Erhalten akkurater Messergebnisse ermöglicht.The object of the present invention is to provide a measuring device that is inexpensive to manufacture, has a flat structure, can be used universally in different energy distribution systems and enables accurate measurement results to be obtained.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is solved by an object with the features of claim 1.

Demnach weist die Messvorrichtung ein Substrat zur Anordnung an einer Stromschiene auf, wobei sich das Substrat entlang einer Ausdehnungsrichtung der Stromschiene erstreckt. Als Ausdehnungsrichtung kann hierin eine Verlaufsrichtung der Stromschienen verstanden werden. Weiterhin weist die Messvorrichtung zumindest zwei Magnetfeldsensoren auf, die an unterschiedlichen Positionen auf dem Substrat entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene angeordnet sind, wobei die Magnetfeldsensoren ausgestaltet sind zum Erfassen eines von der Stromschiene erzeugten Magnetfeldes und zum Ausgeben eines Signals basierend auf dem erfassten Magnetfeld, wobei das Signal den durch die Stromschiene fließenden Strom anzeigt; und
eine Auswerteeinheit angeordnet auf dem Substrat und verbunden mit den Magnetfeldsensoren, wobei die Auswerteeinheit angepasst ist zum Erfassen der Signale.
Accordingly, the measuring device has a substrate for arrangement on a busbar, the substrate extending along an extension direction of the busbar. The direction of expansion can be understood here as a direction of progression of the busbars. Furthermore, the measuring device has at least two magnetic field sensors which are arranged at different positions on the substrate along the direction of extension of the busbar, the magnetic field sensors being designed to detect a magnetic field generated by the busbar and to output a signal based on the detected magnetic field, wherein the Signal indicates the current flowing through the busbar; and
an evaluation unit arranged on the substrate and connected to the magnetic field sensors, the evaluation unit being adapted to detect the signals.

Das Substrat kann aus einem flachen, elektrisch isolierenden Material, beispielweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial ausgebildet sein und sich zumindest abschnittsweise entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene erstrecken. Beispielsweise kann das Substrat mit einem Befestigungsmittel direkt an der Stromschiene befestigt werden, oder beabstandet zu der Stromschiene befestigt werden. Für eine Anordnung direkt an der Stromschiene kann das Befestigungsmittel beispielsweise ein Klebemittel aufweisen, zum Aufkleben des Substrats auf die Stromschiene. Im Falle einer beabstandeten Anordnung kann das Befestigungsmittel ein Haltemittel aufweisen, um das Substrat beabstandet zu der Stromschiene zu halten.The substrate can be formed from a flat, electrically insulating material, for example from a plastic material, in particular from a fiber-reinforced plastic material, and can extend at least in sections along the direction of expansion of the busbar. For example, the substrate can be attached directly to the busbar using a fastening means, or can be attached at a distance from the busbar. For an arrangement directly on the busbar, the fastening means can, for example, have an adhesive for sticking the substrate to the busbar. In the case of a spaced arrangement, the fastening means may comprise a holding means to hold the substrate at a distance from the busbar.

Die zumindest zwei Magnetfeldsensoren können beispielswiese als Sensoren verstanden werden, die den Hall-Effekt zur Messung des Magnetfelds an der Stromschiene verwenden. Allerdings können auch Sensoren, wie Fluxgate-Sensoren oder Widerstandsstromsensoren verwendet werden. Unter der Anordnung der Magnetfeldsensoren an unterschiedlichen Positionen auf dem Substrat entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene kann eine beabstandete Anordnung der Magnetfeldsensoren zueinander verstanden werden. Beispielsweise kann sich zwischen den beiden Positionen ein Abgang der Stromschiene befinden und mit dem ersten Sensor kann ein erster Strom vor dem Abgang gemessen werden und mit dem zweiten Sensor kann ein zweiter Strom nach dem Abgang gemessen werden. Als Abgang kann hierin ein Anschluss eines Verbrauchers an die Stromschiene verstanden werden.The at least two magnetic field sensors can be understood, for example, as sensors that use the Hall effect to measure the magnetic field on the busbar. However, sensors such as fluxgate sensors or resistance current sensors can also be used. The arrangement of the magnetic field sensors at different positions on the substrate along the direction of expansion of the busbar can be understood as a spaced arrangement of the magnetic field sensors from one another. For example, there can be an outlet of the busbar between the two positions and a first current can be measured before the outlet with the first sensor and a second current can be measured after the outlet with the second sensor. An outlet can be understood as a connection of a consumer to the busbar.

Die Auswerteeinheit kann als Recheneinheit, beispielsweise als eine Integrierte Schaltung oder als Mikrocontroller ausgestaltet sein und mit den Magnetfeldsensoren verbunden sein, um Signale von den Magnetfeldsensoren erfassen zu können. Über eine Schnittstelle kann die Auswerteeinheit mit einer Zentraleinheit verbunden sein.The evaluation unit can be designed as a computing unit, for example as an integrated circuit or as a microcontroller, and can be connected to the magnetic field sensors in order to be able to detect signals from the magnetic field sensors. The evaluation unit can be connected to a central unit via an interface.

Vorteilhaft hat die hierin beschriebene Messvorrichtung durch den Einsatz von Magnetfeldsensoren, die auf einem Substrat angeordnet sind, eine sehr geringe Höhe und lässt sich auch in Installationen mit beschränktem Einbauraum verwenden. Weiterhin kann die Messvorrichtung kostengünstig auf einer Leiterplatte ausgebildet sein, die in ihren Dimensionen einfach an die Dimensionen einer korrespondierenden Stromschiene angepasst werden kann.Advantageously, the measuring device described here has a very low height due to the use of magnetic field sensors that are arranged on a substrate and can also be used in installations with limited installation space. Furthermore, the measuring device can be designed cost-effectively on a circuit board whose dimensions can be easily adapted to the dimensions of a corresponding busbar.

In einem Beispiel ist eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren auf dem Substrat entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene an unterschiedlichen Positionen mit einem gleichmäßigen Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren angeordnet.In one example, a plurality of magnetic field sensors are arranged on the substrate along the direction of extension of the busbar at different positions with a uniform distance between the magnetic field sensors.

Beispielsweise kann der Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren an das Energieverteilersystem angepasst sein, mit dem die Messvorrichtung verwendet wird. So kann zumindest jeweils ein Magnetfeldsensor zwischen benachbarten Abgängen angeordnet sein, um die Ströme auf der Stromschiene vor und nach den Abgängen erfassen zu können. Vorteilhaft kann durch eine Differenzbildung, der erfassten Ströme von benachbarten Magnetfeldsensoren, der Strom erfasst werden, der in jeden Abgang fließt.For example, the distance between the magnetic field sensors can be adapted to the energy distribution system with which the measuring device is used. At least one magnetic field sensor can be arranged between adjacent outlets in order to be able to detect the currents on the busbar before and after the outlets. Advantageously, the current that flows into each outlet can be recorded by forming a difference between the detected currents from neighboring magnetic field sensors.

Auch können mehrere Messvorrichtungen über entsprechende Schnittstellen miteinander verbunden sein und entlang der Stromschiene angeordnet sein. Alternativ kann auch das Substrat einer Messvorrichtung angepasst, beispielsweise gekürzt werden, um auf eine spezifische Länge der Stromschiene angepasst werden zu können.Several measuring devices can also be connected to one another via appropriate interfaces and arranged along the busbar. Alternatively, the substrate of a measuring device can also be adapted, for example shortened, in order to be able to be adapted to a specific length of the busbar.

In einem alternativen Beispiel können die Magnetfeldsensoren auch unterschiedlich voneinander beabstandet auf oder an dem Substrat angeordnet sein, um an ein entsprechend aufgebautes Energieverteilersystem angepasst zu werden.In an alternative example, the magnetic field sensors can also be arranged at different distances from one another on or on the substrate in order to be adapted to a correspondingly constructed energy distribution system.

In einem Beispiel weist die Messvorrichtung zumindest eine Schnittstelle auf, die angeordnet ist auf dem Substrat und verbunden ist mit der Auswerteeinheit, wobei die zumindest eine Schnittstelle ausgestaltet ist zur Verbindung mit einer Zentraleinheit und/oder einer weiteren Schnittstelle einer weiteren Messvorrichtung.In one example, the measuring device has at least one interface which is arranged on the substrate and is connected to the evaluation unit, wherein the at least one interface is designed for connection to a central unit and/or a further interface of a further measuring device.

Beispielsweise kann die Messvorrichtung über eine Kabelverbindung oder eine kabellose Verbindung mit einer Zentraleinheit verbunden sein, mit der auch noch weitere Messvorrichtungen, die an weiteren Stromschienen angeordnet sind, verbunden sind. Weiterhin können vorteilhaft über korrespondierende Schnittstellen mehrere Messvorrichtungen miteinander verbunden werden. Beispielsweise können mehrere Stromschienen aneinandergesteckt werden.For example, the measuring device can be connected via a cable connection or a wireless connection to a central unit, to which further measuring devices, which are arranged on further busbars, are also connected. Furthermore, several measuring devices can advantageously be connected to one another via corresponding interfaces. For example, several busbars can be plugged together.

In einem Beispiel umfasst die zumindest eine Schnittstelle eine Steckverbindung, eine Funkschnittstelle, oder eine Schnittstelle zur Powerline Kommunikation.In one example, the at least one interface comprises a plug connection, a radio interface, or an interface for powerline communication.

Vorteilhaft können, abhängig von der gewünschten Anwendung, die Schnittstellen unterschiedlich, aber miteinander kompatibel ausgebildet sein.Depending on the desired application, the interfaces can advantageously be designed to be different but compatible with one another.

In einem Beispiel umfasst das Substrat eine Leiterplatte.In one example, the substrate includes a circuit board.

Die Leiterplatte kann auch als Leiterkarte, Platine, oder gedruckte Schaltung bezeichnet werden und als Träger für die Magnetfeldsensoren, die Auswerteeinheit, und/oder die zumindest eine Schnittstelle dienen. Über Leiterbahnen können die Verbindungen zwischen den auf der Leiterplatte angeordneten Komponenten hergestellt werden. Vorteilhaft kann somit die Messvorrichtung mittels bekannter Leiterplattentechnologien, wie beispielsweise mittels Oberflächenmontage, SMD, oder Durchsteckmontage, kostengünstig auf einer Leiterplatte ausgebildet werden.The circuit board can also be referred to as a circuit board, circuit board, or printed circuit and can serve as a carrier for the magnetic field sensors, the evaluation unit, and/or the at least one interface. The connections between the components arranged on the circuit board can be made via conductor tracks. The measuring device can therefore advantageously be formed cost-effectively on a circuit board using known circuit board technologies, such as surface mounting, SMD, or through-hole mounting.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Messsystem, aufweisend:

  • zumindest eine Messvorrichtung zur Anordnung an einer Stromschiene eines Energieverteilersystems, wie hierin beschrieben; und
  • eine Zentraleinheit verbindbar mit zumindest einer Auswerteeinheit der zumindest einen Messvorrichtung.
The invention also relates to a measuring system, comprising:
  • at least one measuring device for arrangement on a busbar of a power distribution system, as described herein; and
  • a central unit connectable to at least one evaluation unit of the at least one measuring device.

Die Zentraleinheit kann einen Prozessor umfassen, der die Signale der zumindest einen angeschlossenen Messvorrichtung, insbesondere die Signale von mehreren angeschlossenen Messvorrichtungen, erfasst. Die Verbindung zwischen der Auswerteinheit(en) kann drahtlos oder drahtgebunden ausgebildet sein und die Zentraleinheit kann in einem Bereich des Energieverteilsystem angeordnet sein. Beispielsweise kann die Zentraleinheit auf einer Tragschiene montierbar sein.The central unit can comprise a processor which detects the signals from the at least one connected measuring device, in particular the signals from several connected measuring devices. The connection between the evaluation unit(s) can be wireless or wired and the central unit can be arranged in an area of the energy distribution system. For example, the central unit can be mounted on a mounting rail.

Vorteilhaft ermöglicht die Zentraleinheit eine Auswertung, Weiterverarbeitung, Verknüpfung, und/oder Darstellung der erfassten Signale.The central unit advantageously enables evaluation, further processing, linking and/or display of the detected signals.

In einem Beispiel weist das Messsystem zumindest einen Stromsensor zur Anordnung an der Stromschiene auf, der verbindbar ist mit der Zentraleinheit, oder von der Zentraleinheit umfasst ist, wobei der Stromsensor angepasst ist zur Messung eines Einspeisestroms an der Stromschiene.In one example, the measuring system has at least one current sensor for arrangement on the busbar, which is connectable to the central unit or is included by the central unit, wherein the current sensor is adapted to measure a feed current on the busbar.

Der Stromsensor kann als Stromwandler, beispielsweise als Rogowski-Stromwandler, ausgebildet sein und an einem Einspeisepunkt der Stromschiene den Einspeisestrom messen.The current sensor can be designed as a current transformer, for example as a Rogowski current transformer, and can measure the feed current at a feed point on the busbar.

Vorteilhaft kann die Genauigkeit einer Strommessung mit einer hierhin beschriebenen Messvorrichtung erhöht werden, d.h. wenn an dem Einspeisepunkt bereits eine genaue Strommessung durchgeführt wird und die von den Magnetfeldsensoren erhaltenen Werte, beispielsweise in der Zentraleinheit, in Relation zu dem mit dem Stromsensor gemessenen Einspeisestrom gesetzt werden.Advantageously, the accuracy of a current measurement can be increased with a measuring device described here, that is, if an accurate current measurement is already carried out at the feed point and the values obtained from the magnetic field sensors, for example in the central unit, can be set in relation to the feed current measured with the current sensor.

In einem Beispiel ist die Zentraleinheit ausgestaltet die Signale der Magnetfeldsensoren zu erfassen und weist einen Prozessor auf, der angepasst ist:

  • - die Position,
  • - die Art, und
  • - die Stromaufnahme von Stromabnehmern an der Stromschiene, die zwischen den Magnetfeldsensoren angeordnet sind, basierend auf den Signalen zu erkennen.
In one example, the central unit is designed to record the signals from the magnetic field sensors and has a processor that is adapted to:
  • - the position,
  • - the type, and
  • - to detect the current consumption of current collectors on the busbar, which are arranged between the magnetic field sensors, based on the signals.

Vorteilhaft können Stromabnehmer, durch das Ermitteln einer Differenz in den erkannten Stromwerten an Abgängen, zwischen benachbarten Magnetfeldsensoren erkannt werden. Weiter vorteilhaft kann der derart ermittelte Differenzwert mit bekannten Stromaufnahmewerten für bekannte Stromabnehmer verglichen werden, um hierdurch die Art des Stromabnehmers zu bestimmen. Auch können vorteilhaft Unterbrechungen, Unter- und Überströme, sowie Transienten erkannt werden.Current collectors can advantageously be recognized between adjacent magnetic field sensors by determining a difference in the detected current values at outlets. Further advantageously, the difference value determined in this way can be compared with known current consumption values for known current collectors in order to thereby determine the type of current collector. Interruptions, undercurrents and overcurrents, as well as transients can also be advantageously detected.

In einem Beispiel weist das Messsystem ein Spannungsmessgerät auf, zur Anordnung an der Stromschiene, das mit der Zentraleinheit verbindbar ist, oder von der Zentraleinheit umfasst ist, wobei der Prozessor der Zentraleinheit weiterhin ausgestaltet ist die Spannung zu messen und zu überwachen und basierend auf den Signalen der Magnetfeldsensoren und der Spannung, individuelle Leistungsaufnahmen der Stromabnehmer zu berechnen.In one example, the measuring system has a voltage measuring device for arrangement on the busbar, which is connectable to the central unit or is comprised by the central unit, wherein the processor of the central unit is further configured to measure and monitor the voltage and based on the signals the magnetic field sensors and the voltage to calculate individual power consumption of the current collectors.

Vorteilhaft kann durch das Messen der Spannung, eine genaue Leistungserfassung der einzelnen Stromabnehmer und ein Vergleich der individuellen Verbräuche durchgeführt werden.Measuring the voltage can advantageously be used to accurately record the power of the individual current collectors and compare individual consumption.

In einem Beispiel ist die Zentraleinheit ausgestaltet individuelle elektrische Größen der Stromabnehmer basierend auf gemessenen Größen, insbesondere einem Phasenwinkel, zu berechnen.In one example, the central unit is designed to calculate individual electrical variables of the current collectors based on measured variables, in particular a phase angle.

Vorteilhaft können hierdurch Leistungen, wie Wirk-, Schein- und Blindleistungen der jeweiligen Stromabnehmer in dem Energieverteilersystem berechnet werden. Beispielsweise kann eine derart ausgestaltete Zentraleinheit eine 4-Quadrantenmessung ermöglichen, also die Messung von Wirk- und Blindenergie in Bezugs- und Abgaberichtung. Somit kann die Strom- beziehungsweise Energieentnahme aus dem Energieverteilersystem, wie auch eine Strom- beziehungsweise Energieeinspeisung in das Energieverteilersystem erfasst werden.In this way, services such as active, apparent and reactive powers of the respective current consumers in the energy distribution system can be advantageously calculated. For example, a central unit designed in this way can enable a 4-quadrant measurement, i.e. the measurement of active and reactive energy in the reference and delivery directions. This means that the withdrawal of electricity or energy from the energy distribution system, as well as the feeding of electricity or energy into the energy distribution system, can be recorded.

In einem Beispiel ist der Prozessor der Zentraleinheit angepasst, basierend auf den Signalen der Magnetfeldsensoren, eine digitale Abbildung einer Anordnung der Stromabnehmer entlang der Stromschiene zu erstellen.In one example, the processor of the central processing unit is adapted to create a digital image of an arrangement of the current collectors along the busbar based on the signals from the magnetic field sensors.

Vorteilhaft kann diese Abbildung auf einem Display in der Zentraleinheit, oder auf einem mit der Zentraleinheit verbundenen Display dargestellt werden, um dem Benutzer eine schnelle Übersicht über die einzelnen Stromabnehmer in dem Energieverteilersystem zu ermöglichen. Weiter vorteilhaft ermöglicht die digitale Abbildung der Komponenten des Energieverteilersystems das frühzeitige Erkennen einer Fehlinstallation, eine mögliche Überlastung durch ein Hinzufügen weiterer Stromabnehmer, sowie das Ermöglichen einer automatischen Dokumentation. Alternativ können Daten bezüglich der Abbildung auch digital über eine geeignete Schnittstelle der Zentraleinheit ausgegeben werden, zum Speichern, Weiterverarbeiten und/oder Darstellen auf oder an einer externen Einheit.This illustration can advantageously be shown on a display in the central unit, or on a display connected to the central unit, in order to provide the user with a quick overview of the individual current collectors in the energy distribution system. Another advantage is that the digital mapping of the components of the energy distribution system enables early detection of incorrect installation, possible overloading by adding additional current collectors, and automatic documentation. Alternatively, data relating to the image can also be output digitally via a suitable interface of the central unit for storage, further processing and/or display on or on an external unit.

In einem Beispiel umfasst das Messsystem eine Vielzahl weiterer Messvorrichtungen zur Anordnung an der Stromschiene oder an weiteren Stromschienen, wobei die weiteren Messvorrichtungen verbindbar mit der Zentraleinheit sind.In one example, the measuring system comprises a plurality of further measuring devices for arrangement on the busbar or on further busbars, the further measuring devices being connectable to the central unit.

Vorteilhaft können hierdurch Ströme an weiteren Stromschienen von mehrphasigen Energieverteilersystemen gleichzeitig erfasst werden.This advantageously allows currents on additional busbars of multi-phase energy distribution systems to be recorded simultaneously.

In einem Beispiel umfasst das Messsystem zumindest drei Messvorrichtungen zur Anordnung an jeweils einer Stromschiene in einem dreiphasigen Energieverteilersystem.In one example, the measuring system comprises at least three measuring devices for arrangement on a respective busbar in a three-phase power distribution system.

In einem Beispiel umfasst das Messsystem zumindest ein Identifikationsmittel, insbesondere einen, Radio Frequency Identification, RFID, Chip, anordenbar an zumindest einem Stromabnehmer, und zumindest eine Lesevorrichtung verbunden mit der Zentraleinheit zum Lesen des Identifikationsmittels.In one example, the measuring system comprises at least one identification means, in particular a radio frequency identification, RFID, chip, which can be arranged on at least one current collector, and at least one reading device connected to the central unit for reading the identification means.

Vorteilhaft kann durch den Einsatz von Identifikationsmitteln, wie RFID Chips, die Stromabnehmer von der Zentraleinheit eindeutig erfasst werden.Advantageously, through the use of identification means such as RFID chips, the current collectors can be clearly recorded by the central unit.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen näher erläutert werden. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer Stromschiene eines Energieverteilersystem mit darauf angeordneten Magnetfeldsensoren; und
  • 2 eine schematische Ansicht eines Messsystems in einem dreiphasigen Energieverteilersystem.
The idea underlying the invention will be explained in more detail below using the embodiments shown in the figures. Show it:
  • 1 a schematic view of a busbar of a power distribution system with magnetic field sensors arranged thereon; and
  • 2 a schematic view of a measurement system in a three-phase power distribution system.

Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Stromschiene 203A eines Energieverteilersystem 200 mit darauf angeordneten Magnetfeldsensoren 5A - 5N, um das Prinzip der linearen Strommessung zu verdeutlichen.The 1 shows a schematic view of a busbar 203A of a power distribution system 200 with magnetic field sensors 5A - 5N arranged thereon to illustrate the principle of linear current measurement.

In der schematischen Ansicht sind eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren 5A - 5N an unterschiedlichen Positionen entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene 203A angeordnet, wobei die Magnetfeldsensoren 5A - 5N jeweils ausgestaltet sind zum Erfassen eines von der Stromschiene 203A erzeugten Magnetfeldes B1 - BN und zum Ausgeben eines Signals basierend auf dem erfassten Magnetfeld B1 - BN, wobei das Signal den an der Position des jeweiligen Magnetfeldsensors 5A - 5N durch die Stromschiene 203A fließenden Strom anzeigt.In the schematic view, a plurality of magnetic field sensors 5A - 5N are arranged at different positions along the extension direction of the busbar 203A, the magnetic field sensors 5A - 5N each being designed to detect a magnetic field B 1 - B N generated by the busbar 203A and to output one Signal based on the detected magnetic field B 1 - B N , the signal indicating the current flowing through the busbar 203A at the position of the respective magnetic field sensor 5A - 5N.

Weiterhin sind beispielhaft Abgänge 201A - 201N gezeigt, die mit Stromabnehmern, beziehungsweise Verbrauchern elektrisch verbunden sind und mit hakenartig ausgestalteten Elementen die Stromschiene 203A kontaktieren.Furthermore, outlets 201A - 201N are shown as examples, which are electrically connected to current collectors or consumers and contact the busbar 203A with hook-like elements.

Das Magnetfeld, beziehungsweise die magnetische Flussdichte, B1 wird von dem Magnetfeldsensor 5A erfasst und der Magnetfeldsensor 5A ist angepasst ein Signal auszugeben basierend auf dem erfassten Magnetfeld B1, das den durch die Stromschiene 203A fließende Strom an der Position des Magnetfeldsensors 5A anzeigt. In dem in 1 gezeigten Beispiel entspricht der Strom dem Einspeisestrom, bzw. Gesamtstrom Iges. Der Strom I1 wird aus einer Differenz, der von den Magnetfeldsensoren 5A und 5B ermittelten Ströme basierend auf den erfassten Magnetfeldern B1 und B2 gebildet. Der Strom I1 ist der Strom, der durch den Abgang 201A zu dem daran angeschlossenen Stromabnehmer fließt. Analog wird der Strom I2 aus einer Differenz, der von den Magnetfeldsensoren 5B und 5C ermittelten Ströme basierend auf den erfassten Magnetfeldern B2 und B3 gebildet. Der Strom I2 ist der Strom, der durch den Abgang 201B zu dem daran angeschlossenen Stromabnehmer fließt. Auch der Strom I3 wird wie zuvor beschrieben ermittelt.The magnetic field, or the magnetic flux density, B 1 is detected by the magnetic field sensor 5A and the magnetic field sensor 5A is adapted to output a signal based on the detected magnetic field B 1 which indicates the current flowing through the busbar 203A at the position of the magnetic field sensor 5A. In the in 1 In the example shown, the current corresponds to the feed current or total current I total . The current I 1 is formed from a difference between the currents determined by the magnetic field sensors 5A and 5B based on the detected magnetic fields B 1 and B 2 . The current I 1 is the current that flows through the outlet 201A to the current collector connected to it. Analogously, the current I 2 is formed from a difference between the currents determined by the magnetic field sensors 5B and 5C based on the detected magnetic fields B 2 and B 3 . The current I 2 is the current that flows through the outlet 201B to the current collector connected to it. The current I 3 is also determined as previously described.

Die 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Messsystems 100 in einem dreiphasigen Energieverteilersystem 200.The 2 shows a schematic view of a measuring system 100 in a three-phase energy distribution system 200.

Das gezeigte Messsystem 100 weist drei Messvorrichtungen 1A - 1C auf, die angeordnet sind an jeweils einer Stromschiene 203A, 203B, 203C in dem dreiphasigen Energieverteilersystem 200. Die drei gezeigten Messvorrichtungen 1A - 1C sind gleichartig aufgebaut und weisen jeweils ein Substrat 3 auf, das an einer jeweiligen Stromschiene 203A - 203C angeordnet ist. Wie in 2 gezeigt erstrecken sich die jeweiligen Substrate 3 entlang einer Ausdehnungsrichtung der Stromschienen 203A - 203C. Auf den Substraten 3 sind entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschienen 203A - 203C jeweils eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren 5A - 5N an unterschiedlichen Positionen mit einem gleichmäßigen Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren 5A - 5N angeordnet.The measuring system 100 shown has three measuring devices 1A - 1C, which are arranged on a respective busbar 203A, 203B, 203C in the three-phase power distribution system 200. The three measuring devices 1A - 1C shown are constructed in the same way and each have a substrate 3 that a respective busbar 203A - 203C is arranged. As in 2 shown, the respective substrates 3 extend along an extension direction of the bus bars 203A - 203C. On the substrates 3, a plurality of magnetic field sensors 5A - 5N are arranged at different positions along the extension direction of the busbars 203A - 203C with a uniform distance between the magnetic field sensors 5A - 5N.

In der gezeigten Ausführungsform sind mehrere der Magnetfeldsensoren 5A - 5N zwischen den benachbarten Abgängen angeordnet, um die Ströme auf den Stromschienen 203A - 203C vor und nach den Abgängen 201A - 201N erfassen zu können. Wie es bereits bezüglich der 1 beschrieben ist, sind die Magnetfeldsensoren 5A - 5N ausgestaltet zum Erfassen eines von der jeweiligen Stromschiene 203A - 203C ausgehenden Magnetfelds an der Position des jeweiligen Magnetfeldsensors 5A - 5N und zum Ausgeben eines Signals basierend auf dem erfassten Magnetfeld, wobei das Signal den durch die Stromschiene fließenden Strom an der Position des jeweiligen Magnetfeldsensors 5A - 5N anzeigt. Weiterhin weisen die gezeigten Messvorrichtungen 1A - 1C jeweils eine Auswerteeinheit 7 auf, die auf dem jeweiligen Substrat 3 angeordnet ist und mit den jeweiligen Magnetfeldsensoren 5A - 5N verbunden ist, zum Erfassen der Signale der Magnetfeldsensoren 5A - 5N.In the embodiment shown, several of the magnetic field sensors 5A - 5N are arranged between the adjacent outlets in order to be able to detect the currents on the busbars 203A - 203C before and after the outlets 201A - 201N. As already stated regarding the 1 As described, the magnetic field sensors 5A - 5N are designed to detect a magnetic field emanating from the respective busbar 203A - 203C at the position of the respective magnetic field sensor 5A - 5N and to output a signal based on the detected magnetic field, the signal corresponding to the current flowing through the busbar Current at the position of the respective magnetic field sensor displays 5A - 5N. Furthermore, the measuring devices 1A - 1C shown each have an evaluation unit 7, which is arranged on the respective substrate 3 and is connected to the respective magnetic field sensors 5A - 5N, for detecting the signals from the magnetic field sensors 5A - 5N.

Auch ist in der 2 gezeigt, dass die Messvorrichtungen 1A - 1C jeweils eine Schnittstelle 9 aufweisen, die auf dem jeweiligen Substrat 3 angeordnet ist und mit der jeweiligen Auswerteeinheit 7 verbunden ist. Über die Schnittstellen 9 der Messvorrichtungen 1A - 1C kann beispielsweise eine kabelgebundene Verbindung zu der gezeigten Zentraleinheit 300 hergestellt werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Verbindung auch drahtlos erfolgen.Also is in the 2 shown that the measuring devices 1A - 1C each have an interface 9, which is arranged on the respective substrate 3 and is connected to the respective evaluation unit 7. For example, a wired connection to the central unit 300 shown can be established via the interfaces 9 of the measuring devices 1A - 1C. In further embodiments, the connection can also be wireless.

Beispielhaft ist in der 2 auch ein Stromsensor 400 gezeigt, der an einer Stromschiene 203B angeordnet ist und verbindbar ist mit der Zentraleinheit 300. Der Stromsensor 400 ist so an der Stromschiene 203B angeordnet, dass der Einspeisestrom Iges an der Stromschiene 203B gemessen wird.An example is in the 2 Also shown is a current sensor 400, which is arranged on a busbar 203B and can be connected to the central unit 300. The current sensor 400 is arranged on the busbar 203B so that the feed current I tot is measured on the busbar 203B.

Der gezeigte Stromsensor 400 ist als Stromwandler ausgebildet und dient der Erhöhung der Genauigkeit der Strommessung mit der Messvorrichtung 1B, d.h. wenn an dem Einspeisepunkt bereits eine genaue Strommessung durchgeführt wird und die von den Magnetfeldsensoren 5A - 5N erhaltenen Werte in der Zentraleinheit 300, in Relation zu dem mit dem Stromsensor 400 gemessenen Einspeisestrom Iges gesetzt wird.The current sensor 400 shown is designed as a current transformer and serves to increase the accuracy of the current measurement with the measuring device 1B, that is, when an accurate current measurement is already being carried out at the feed point and the values obtained from the magnetic field sensors 5A - 5N in the central unit 300, in relation to the feed current I measured with the current sensor 400 is set .

Die gezeigte Zentraleinheit 300 ist verbindbar mit den Schnittstellen 9 der Messvorrichtungen 1A - 1C und weist einen Prozessor auf, der angepasst ist:

  • - die Position,
  • - die Art, und
  • - die Stromaufnahme von Stromabnehmern an den Stromschienen 1A - 1C, die zwischen den Magnetfeldsensoren 5A - 5N angeordnet sind, basierend auf den Signalen zu erkennen.
The central unit 300 shown can be connected to the interfaces 9 of the measuring devices 1A - 1C and has a processor that is adapted:
  • - the position,
  • - the type, and
  • - to detect the current consumption of current collectors on the busbars 1A - 1C, which are arranged between the magnetic field sensors 5A - 5N, based on the signals.

Auch weist die gezeigte Zentraleinheit 300 ein Spannungsmessgerät auf, zur Messung der Spannung der jeweiligen Stromschienen 1A - 1C, um basierend auf den Signalen der Magnetfeldsensoren 5A - 5N und der Spannung, individuelle Leistungsaufnahmen der Stromabnehmer zu berechnen.The central unit 300 shown also has a voltage measuring device for measuring the voltage of the respective busbars 1A - 1C in order to calculate individual power consumption of the current collectors based on the signals from the magnetic field sensors 5A - 5N and the voltage.

Weiterhin ist die gezeigte Zentraleinheit 300 angepasst, basierend auf den Signalen der Magnetfeldsensoren 5A - 5N, eine digitale Abbildung einer Anordnung der Stromabnehmer 201A - 201 N entlang der Stromschienen 203A - 203C zu erstellen. Diese Abbildung kann dann auf dem Display 301 der Zentraleinheit 300 dargestellt werden.Furthermore, the central unit 300 shown is adapted, based on the signals from the magnetic field sensors 5A - 5N, to create a digital image of an arrangement of the current collectors 201A - 201N along the busbars 203A - 203C. This image can then be shown on the display 301 of the central unit 300.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1, 1A - 1C1, 1A - 1C
MessvorrichtungMeasuring device
33
SubstratSubstrate
5A - 5N5A - 5N
MagnetfeldsensorMagnetic field sensor
77
AuswerteeinheitEvaluation unit
99
Schnittstelle interface
100100
MesssystemMeasuring system
200200
EnergieverteilersystemEnergy distribution system
201A - 201N201A - 201N
AbgangExit
203A - 203C203A - 203C
Stromschienebusbar
300300
ZentraleinheitCentral unit
301301
Displaydisplay
400400
Stromsensor Current sensor
B1 - BNB1 - BN
MagnetfeldMagnetic field
I1 - I3I1 - I3
StromElectricity
IgesIges
Einspeisestromfeed-in current

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 3829010 A1 [0002]EP 3829010 A1 [0002]

Claims (14)

Messvorrichtung zur Strommessung in einem Energieverteilersystem (200), gekennzeichnet durch ein Substrat (3) zur Anordnung an einer Stromschiene (203A - 203C), wobei sich das Substrat (3) entlang einer Ausdehnungsrichtung der Stromschiene (203A - 203C) erstreckt; zumindest zwei Magnetfeldsensoren (5A - 5N) angeordnet an unterschiedlichen Positionen auf dem Substrat (3) entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene (203A - 203C), wobei die Magnetfeldsensoren (5A - 5N) ausgestaltet sind zum Erfassen eines von der Stromschiene (203A - 203C) erzeugten Magnetfeldes (B1 - BN) und zum Ausgeben eines Signals basierend auf dem erfassten Magnetfeld (B1 - BN), wobei das Signal den durch die Stromschiene (203A - 203C) fließenden Strom (I1 - I3) anzeigt; und eine Auswerteeinheit (7) angeordnet auf dem Substrat (3) und verbunden mit den Magnetfeldsensoren (5A - 5N), wobei die Auswerteeinheit (7) angepasst ist zum Erfassen der Signale.Measuring device for measuring current in a power distribution system (200), characterized by a substrate (3) for arrangement on a busbar (203A - 203C), the substrate (3) extending along an extension direction of the busbar (203A - 203C); at least two magnetic field sensors (5A - 5N) arranged at different positions on the substrate (3) along the direction of extension of the busbar (203A - 203C), the magnetic field sensors (5A - 5N) being designed to detect one of the busbar (203A - 203C) generated magnetic field (B 1 - B N ) and for outputting a signal based on the detected magnetic field (B 1 - B N ), the signal indicating the current (I 1 - I 3 ) flowing through the bus bar (203A - 203C); and an evaluation unit (7) arranged on the substrate (3) and connected to the magnetic field sensors (5A - 5N), the evaluation unit (7) being adapted to detect the signals. Messvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren (5A - 5N) angeordnet auf dem Substrat (3) entlang der Ausdehnungsrichtung der Stromschiene (203A - 203C) an unterschiedlichen Positionen mit einem gleichmäßigen Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren (5A - 5N).measuring device Claim 1 , characterized by a plurality of magnetic field sensors (5A - 5N) arranged on the substrate (3) along the extension direction of the busbar (203A - 203C) at different positions with a uniform distance between the magnetic field sensors (5A - 5N). Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest eine Schnittstelle (9) angeordnet auf dem Substrat (3) und verbunden mit der Auswerteeinheit (7), wobei die zumindest eine Schnittstelle (9) ausgestaltet ist zur Verbindung mit einer Zentraleinheit (300) und/oder einer weiteren Schnittstelle (9) einer weiteren Messvorrichtung (1, 1A - 1C).Measuring device according to one of the Claims 1 or 2 , characterized by at least one interface (9) arranged on the substrate (3) and connected to the evaluation unit (7), the at least one interface (9) being designed for connection to a central unit (300) and/or a further interface ( 9) another measuring device (1, 1A - 1C). Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schnittstelle (9) eine Steckverbindung, eine Funkschnittstelle, oder eine Schnittstelle zur Powerline Kommunikation umfasst.measuring device Claim 3 , characterized in that the at least one interface (9) comprises a plug connection, a radio interface, or an interface for powerline communication. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) eine Leiterplatte umfasst.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (3) comprises a printed circuit board. Messsystem, aufweisend: zumindest eine Messvorrichtung (1, 1A - 1C) zur Anordnung an einer Stromschiene (203A - 203C) eines Energieverteilersystems (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche; und eine Zentraleinheit (300) verbindbar mit zumindest einer Auswerteeinheit (7) der zumindest einen Messvorrichtung (1, 1A - 1C).Measuring system, comprising: at least one measuring device (1, 1A - 1C) for arrangement on a busbar (203A - 203C) of an energy distribution system (200) according to one of the preceding claims; and a central unit (300) connectable to at least one evaluation unit (7) of the at least one measuring device (1, 1A - 1C). Messsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zumindest einen Stromsensor (400) zur Anordnung an der Stromschiene (203A - 203C) und verbindbar mit der Zentraleinheit (300), oder von der Zentraleinheit (300) umfasst, wobei der Stromsensor (400) angepasst ist zur Messung eines Einspeisestroms (Iges) an der Stromschiene (203A - 203C).measuring system Claim 6 , characterized by at least one current sensor (400) for arrangement on the busbar (203A - 203C) and connectable to the central unit (300), or comprised by the central unit (300), the current sensor (400) being adapted to measure a feed current ( I ges ) on the power rail (203A - 203C). Messsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (300) ausgestaltet ist die Signale der Magnetfeldsensoren (5A - 5N) zu erfassen, und einen Prozessor aufweist, der angepasst ist: - die Position, - die Art, und - die Stromaufnahme von Stromabnehmern an der Stromschiene (203A - 203C), die zwischen den Magnetfeldsensoren (5A - 5N) angeordnet sind, basierend auf den Signalen zu erkennen.Measuring system according to one of the Claims 6 or 7 , characterized in that the central unit (300) is designed to detect the signals from the magnetic field sensors (5A - 5N), and has a processor which is adapted to: - the position, - the type, and - the current consumption of current collectors on the busbar (203A - 203C), which are arranged between the magnetic field sensors (5A - 5N), based on the signals. Messsystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Spannungsmessgerät zur Anordnung an der Stromschiene (203A - 203C) und verbindbar mit der Zentraleinheit (300), oder von der Zentraleinheit (300) umfasst, wobei der Prozessor der Zentraleinheit (300) weiterhin ausgestaltet ist die Spannung zu messen und zu überwachen und basierend auf den Signalen der Magnetfeldsensoren (5A - 5N) und der Spannung, individuelle Leistungsaufnahmen der Stromabnehmer zu berechnen.measuring system Claim 8 , characterized by a voltage measuring device for arrangement on the busbar (203A - 203C) and connectable to the central unit (300), or comprised by the central unit (300), wherein the processor of the central unit (300) is further designed to measure and to the voltage monitor and calculate individual power consumption of the current collectors based on the signals from the magnetic field sensors (5A - 5N) and the voltage. Messsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (300) ausgestaltet ist individuelle elektrische Größen der Stromabnehmer basierend auf gemessenen Größen, insbesondere einem Phasenwinkel, zu berechnen.measuring system Claim 9 , characterized in that the central unit (300) is designed to calculate individual electrical variables of the current collector based on measured variables, in particular a phase angle. Messsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor der Zentraleinheit (300) angepasst ist, basierend auf den Signalen der Magnetfeldsensoren (5A - 5N), eine digitale Abbildung einer Anordnung der Stromabnehmer entlang der Stromschiene (203A - 203C) zu erstellen.Measuring system according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the processor of the central unit (300) is adapted, based on the signals from the magnetic field sensors (5A - 5N), to create a digital image of an arrangement of the current collectors along the busbar (203A - 203C). Messsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine Vielzahl weiterer Messvorrichtungen (1, 1A - 1C) zur Anordnung an der Stromschiene (203A - 203C) oder an weiteren Stromschienen (203A - 203C), und wobei die weiteren Messvorrichtungen (1, 1A - 1C) verbindbar mit der Zentraleinheit (300) sind.Measuring system according to one of the Claims 6 until 11 , characterized by a large number of further measuring devices (1, 1A - 1C) for arrangement on the busbar (203A - 203C) or on further busbars (203A - 203C), and wherein the further measuring devices (1, 1A - 1C) can be connected to the central unit (300) are. Messsystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch zumindest drei Messvorrichtungen (1A - 1C) zur Anordnung an jeweils einer Stromschiene (203A - 203C) in einem dreiphasigen Energieverteilersystem (200).measuring system Claim 12 , characterized by at least three measuring devices (1A - 1C) for arrangement on one busbar (203A - 203C) in a three-phase energy distribution system (200). Messsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch - zumindest ein Identifikationsmittel, insbesondere einen, Radio Frequency Identification, RFID, Chip, anordenbar an zumindest einem Stromabnehmer, und - zumindest eine Lesevorrichtung verbunden mit der Zentraleinheit (300) zum Lesen des Identifikationsmittels.Measuring system according to one of the Claims 6 until 13 , characterized by - at least one identification means, in particular a radio frequency identification, RFID, chip, which can be arranged on at least one current collector, and - at least one reading device connected to the central unit (300) for reading the identification means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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