Ein Zähler der Klasse 0,5S an einem Stromwandler derselben Klasse kann an einem Abgang mit Leistungsfaktor 0,5 zwei Prozent zu viel oder zu wenig anzeigen, obwohl beide Geräte ihre Klassengrenzen einhalten. Eine falsch konfigurierte Stromwandlerübersetzung oder ein Wandler auf der falschen Phase kann den Wert verdoppeln oder ganz auslöschen. Dieser Leitfaden nennt die Grenzen der Zähler- und Wandlernormen, zeigt ihre Kombination und beschreibt Dimensionierung, Inbetriebnahme und Vergleich mit einer Referenz.
Zuerst den Zweck festlegen
Dokumentieren Sie den Verwendungszweck vor der Auswahl des Zählers. Er bestimmt Messgrenze, zulässige Unsicherheit, Meldeintervall und erforderliche Zulassungen.
| Zweck | Maßgebliche Anforderung |
|---|---|
| Betriebsüberwachung | Auflösung des Verlaufs, Meldeintervall und Regeln für fehlende Daten |
| Messung und Verifizierung | M&V-Plan: Referenzzeitraum, Messgrenze, Anpassungen und zulässige Unsicherheit des Einsparnachweises |
| Interne Kostenverteilung | Miet- oder sonstiger Vertrag sowie lokale Vorschriften zum Weiterverkauf von Strom |
| Abrechnung oder Bilanzierung | Rechtsordnung, zugelassener Zählertyp, Plombierung und Prüfung |
| Netz- oder Flexibilitätsdienst | Messregeln des Marktes: Intervalllänge, Zeitstempelgenauigkeit, Telemetrie und Datenaufbewahrung |
Einsparungen werden aus Messdaten berechnet. ISO 50015 und das IPMVP der Efficiency Valuation Organization leiten sie aus Referenz- und Berichtszeitraum sowie Anpassungen ab. Die Zählergenauigkeit begrenzt einen Eingangswert dieser Berechnung.
Aussage einer Genauigkeitsklasse
IEC 62053-22:2020 gilt für statische Wirkenergiezähler mit Wandleranschluss der Klassen 0,1S, 0,2S und 0,5S und nur für deren Typprüfungen. Bei symmetrischer Last gelten für Klasse 0,5S:
| Strom | Leistungsfaktor | Grenze der Klasse 0,5S |
|---|---|---|
| 1 % bis 5 % von In | 1 | ±1,0 % |
| 5 % von In bis Imax | 1 | ±0,5 % |
| 2 % bis 10 % von In | 0,5 nacheilend bis 0,8 voreilend | ±1,0 % |
| 10 % von In bis Imax | 0,5 nacheilend bis 0,8 voreilend | ±0,6 % |
In bezeichnet den Nennstrom des Zählers, bei einem Stromwandlerzähler meist 1 A oder 5 A. Die Grenzen gelten unter Referenzbedingungen: Referenztemperatur, Nennspannung und -frequenz sowie sinusförmige Wellenformen. Für Temperatur, Oberschwingungen, Spannungsunsymmetrie und externe Magnetfelder sind jeweils zusätzliche zulässige Abweichungen festgelegt.
Die Klasse umfasst nur Wirkenergie. Angezeigte Werte für kW, Spannung, Strom, Leistungsfaktor und THD eines Multifunktionszählers sind nicht eingeschlossen. IEC 61557-12 behandelt diese Funktionen bei Leistungs- und Energieüberwachungsgeräten; Blindenergie hat eigene Klassen in IEC 62053-23 und IEC 62053-24. Die Ausgabe von 2020 schließt außerdem Messsysteme aus mehreren räumlich getrennten Geräten sowie Zähler für Kleinleistungs-Messwandler aus, wenn diese ohne die Wandler geprüft werden.
Für S-Klassen gelten Grenzen bereits ab 1 % von In. Die Klassen 0,5, 1 und 2 stehen in IEC 62053-21. Ein Hinweis in IEC 62053-22 nennt die vorgesehene Paarung: Zähler der S-Klasse sind für Stromwandler der S-Klasse gedacht, deren Bereich bei 1 % des Nennstroms beginnt. Die Verwendung eines gewöhnlichen Stromwandlers an einem S-Zähler bedarf der Vereinbarung zwischen Hersteller und Käufer.
Auflösung und Genauigkeit
Ein Register mit 12.450,237 kWh ist nicht genauer als eines mit 12.450,2 kWh, nur weil es mehr Stellen anzeigt. Speichern Sie ausreichend Stellen für die Berechnung, aber berichten Sie nur die durch die Messung gedeckten Stellen.
Fehler und Unsicherheit
Der Fehler ist die Differenz zwischen Messwert und wahrem Wert, die im Betrieb unbekannt ist. Die Unsicherheit beschreibt die Streuung von Werten, die Sie der Messgröße anhand vorhandener Informationen vernünftigerweise zuordnen können. Eine Klassengrenze ist nur ein Teil dieser Informationen. Daraus wird mithilfe eines Modells eine Unsicherheit, wie in der folgenden Beispielrechnung.
Die gesamte Messkette
Stromsensoren
IEC 61869-2:2012 legt für Messstromwandler Grenzen als Anteil des primären Nennstroms fest:
| Stromwandlerklasse | Größe | 1 % | 5 % | 20 % | 100 % und 120 % |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | Übersetzungsfehler | Nicht angegeben | ±1,5 % | ±0,75 % | ±0,5 % |
| 0,5 | Phasenverschiebung | Nicht angegeben | ±90 min | ±45 min | ±30 min |
| 0,5S | Übersetzungsfehler | ±1,5 % | ±0,75 % | ±0,5 % | ±0,5 % |
| 0,5S | Phasenverschiebung | ±90 min | ±45 min | ±30 min | ±30 min |
| 0,2S | Übersetzungsfehler | ±0,75 % | ±0,35 % | ±0,2 % | ±0,2 % |
| 0,2S | Phasenverschiebung | ±30 min | ±15 min | ±10 min | ±10 min |
Diese Grenzen gelten bei einer Bürde zwischen 25 % und 100 % der Wandlernennleistung. Ein gewöhnlicher 1-A- oder 5-A-Stromwandler hat somit ein zulässiges Bürdefenster. Zählereingang und gesamte Leitungsschleife müssen darin liegen. Nutzen Sie den Rechner für Stromwandlerverhältnis und Bürde. Er gilt nur für Stromwandler mit Stromausgang, nicht für solche mit Spannungsausgang oder Rogowski-Spulen, und prüft weder Sättigung noch Isolierung oder mechanische Passung.
Phasenfehler bei geringem Leistungsfaktor
Der Zähler multipliziert Spannung und Strom. Verschiebt ein Stromwandler den Strom um den Winkel δ, ändert sich die gemessene Leistung von V × I × cos φ auf V × I × cos(φ − δ). Für kleines δ beträgt der relative Fehler näherungsweise δ × tan φ, wobei δ im Bogenmaß eingesetzt wird. Das Vorzeichen hängt davon ab, ob der Stromwandler vor- oder nacheilt und ob die Last induktiv oder kapazitiv ist.
| Phasenverschiebung | LF 0,95 | LF 0,8 | LF 0,5 |
|---|---|---|---|
| 30 min (0,5S bei 20 % bis 120 %) | 0,29 % | 0,65 % | 1,51 % |
| 45 min (0,5S bei 5 %) | 0,43 % | 0,98 % | 2,27 % |
| 90 min (0,5S bei 1 %, 0,5 bei 5 %) | 0,86 % | 1,96 % | 4,53 % |
Bei Leistungsfaktor 1 wirkt sich die Phasenverschiebung fast nicht aus. Bei Leistungsfaktor 0,5 entspricht die für einen 0,5S-Stromwandler bei Nennstrom erlaubte Verschiebung von 30 Winkelminuten dem Dreifachen seiner Übersetzungsfehlergrenze. Schwach belastete Motoren, Kompressoren im Leerlauf und Transformatoren ohne Last arbeiten häufig bei geringem Leistungsfaktor.
Stromwandler dimensionieren und geringe Ströme
Dimensionieren Sie den Stromwandler nach der normalen Last, nicht nach dem Schutzschalter. Beispiel: Ein Stromwandler 1000/5 A der Klasse 0,5 an einem Abgang mit normalerweise 60 A arbeitet bei 6 % seines Nennstroms. Am Prüfpunkt 5 % erlaubt Klasse 0,5 einen Übersetzungsfehler von ±1,5 % und 90 Winkelminuten Phasenverschiebung. Bei Leistungsfaktor 0,8 kann allein der Phasenterm bis zu 2,0 % ausmachen. Sinkt der Strom nachts auf 20 A, arbeitet der Wandler bei 2 % des Nennstroms; dort nennt Klasse 0,5 keine Grenze.
Ein Stromwandler 150/5 A der Klasse 0,5S arbeitet am selben Abgang bei 40 % seines Nennstroms, innerhalb der Grenzen von ±0,5 % und ±30 Winkelminuten. Prüfen Sie vor der Wahl des kleineren Wandlers, ob die maximale Last unter dessen erweitertem primärem Nennstrom bleibt und der mögliche Fehlerstrom unter seiner thermischen Kurzzeitgrenze.
Als Faustregel sollte die normale Last zwischen 20 % und 120 % des Wandlernennstroms liegen. Die Mindestlast sollte über 5 % bleiben, bei einem S-Klasse-Wandler über 1 %.
Spannung und Phasenzuordnung
Für eine symmetrische dreiphasige Last gilt P = √3 × V × I × LF; V ist dabei die Effektivspannung zwischen zwei Außenleitern. Da der Zähler die Leistung je Phase berechnet, muss jeder Strom der Spannung derselben Phase zugeordnet sein.
Bei 400 V, 100 A und Leistungsfaktor 0,9 trägt jede Phase 20,78 kW. Zwei typische Verdrahtungsfehler führen zu folgenden Werten:
- Ein Stromwandler umgekehrt: Die betroffene Phase zeigt −20,78 kW, der Gesamtwert 20,78 statt 62,35 kW.
- Stromwandler an L1 und L2 vertauscht: Jeder der beiden Kanäle ordnet seiner Spannung einen um 120° verschobenen Strom zu. Die beiden Kanäle zeigen Leistungsfaktoren von etwa −0,83 und −0,07; L3 zeigt 0,90. Der Gesamtwert liegt nahe 0 kW.
In beiden Fällen zeigt jeder Kanal 100 A. Eine reine Stromprüfung übersieht beide Fehler. Der Rechner für kW, kVA, kvar und Leistungsfaktor liefert die erwarteten Größen je Phase. Prüfen Sie auch das Drehfeld und die Vorzeichenkonvention des Zählers für Bezug und Einspeisung.
Installation
Sensorrichtung, Phasenzuordnung, Verschluss eines Klappwandlers, Leiterlage, Ort des Spannungsabgriffs und eingestellte Übersetzung beeinflussen das Ergebnis. Keine Zählerklasse korrigiert einen Sensor auf der falschen Phase oder eine falsche Softwareübersetzung.
Vollständigkeit und Zeitbezug der Daten
Ein fehlender Messwert ändert die Energiemenge nicht, kann aber ihre zeitliche Zuordnung verändern. Ein Zähler meldet beispielsweise alle 15 Minuten seinen kumulativen Stand. Der Wert um 10:15 fehlt; um 10:00 stehen 12.400,0 kWh und um 10:30 stehen 12.450,0 kWh. Zwischen 10:00 und 10:30 wurden genau 50,0 kWh verbraucht. Die Aufteilung auf die beiden Viertelstunden bleibt unbekannt. Fehlen sowohl 10:15 als auch 10:45, können die beiden Halbstunden nicht getrennt werden; nur die Gesamtmenge ist bekannt.
Kennzeichnen Sie interpolierte Werte, damit sie niemand als gemessene Daten abrechnet. Halten Sie Quellzeitstempel, Uhrenstatus und Regel zur Lückenbehandlung bei jedem Wert fest. Der ZEM-65 hält seine Echtzeituhr über NTP durch das Gateway synchron, erhält die Uhr bei Stromausfall bis zu 72 Stunden und speichert bis zu 70.000 Datenpunkte nichtflüchtig.
Genauigkeitsklassen kombinieren
Addieren Sie Klassengrenzen nur, wenn jede unter denselben Bedingungen dieselbe Messgröße begrenzt. Die folgende Beispielrechnung nutzt einen 0,5S-Zähler mit 0,5S-Stromwandler bei 20 % des Wandlernennstroms (also auch 20 % des Zähler-Nennstroms), nacheilendem Leistungsfaktor 0,5 und Referenztemperatur.
| Beitrag | Grenze | Quelle | Standardunsicherheit (Grenze ÷ √3) |
|---|---|---|---|
| Zähler | ±0,6 % | IEC 62053-22, 10 % von In bis Imax, LF 0,5 | 0,35 % |
| Stromwandlerübersetzung | ±0,5 % | IEC 61869-2, 20 % des Nennstroms | 0,29 % |
| Stromwandler-Phasenverschiebung | ±1,51 % | 30 min = 0,00873 rad, × tan 60° | 0,87 % |
| Lineare Summe | ±2,6 % | Ungünstigster Fall | |
| Quadratwurzel der Quadratsumme | 0,98 % | ||
| Erweiterte Unsicherheit, k = 2 | ±2,0 % |
Die lineare Summe bildet einen ungünstigsten Fall ab und eignet sich als konservativer Prüfwert. Die Quadratsumme behandelt jede Grenze als Halbbreite einer Rechteckverteilung (JCGM 100:2008, 4.3.7) und nimmt unabhängige Beiträge an. Übersetzungs- und Phasenfehler des Wandlers gehen jedoch beide auf dessen Magnetisierungsstrom zurück. Sie korrelieren daher oft; die Quadratsumme kann die Unsicherheit unterschätzen.
Bei Leistungsfaktor 1 ergeben dieselben Geräte linear 1,0 % und bei k = 2 eine erweiterte Unsicherheit von ±0,8 %. Der Phasenterm erklärt den Unterschied. Ein Prüfschein für den Stromwandler enthält die gemessenen Übersetzungs- und Phasenfehler an den Prüfpunkten, meist deutlich unter den Klassengrenzen. Verwenden Sie diese Werte, wenn sie vorliegen.
Wenn die Messung eine Vergütung bestimmt, lassen Sie Zähler und Stromwandler als Paar von einem für elektrische Energie nach ISO/IEC 17025 akkreditierten Labor prüfen.
Abrechnungszähler und „Billing Grade“
Für „Billing Grade“ und „Revenue Grade“ gibt es keine festgelegten Grenzwerte. Abrechnung und Bilanzierung richten sich nach Rechtsordnung, zugelassenem Messgerät, Konformitätsverfahren und Einbau.
In der EU erfasst Richtlinie 2014/32/EU, Anhang V (MI-003), Wirkenergiezähler für Wohngebäude, Gewerbe und leichte Industrie in den Klassen A, B und C. Bei 5 °C bis 30 °C und symmetrischer Last beträgt der höchstzulässige Fehler für Klasse C unterhalb des Übergangsstroms Itr 1 % und von Itr bis Imax 0,7 %. Für Klasse B sind es 2 %. Bei anderen Temperaturen werden die Grenzen weiter, etwa für Klasse C auf 2 % und 1,5 % zwischen −40 °C und −25 °C beziehungsweise zwischen 55 °C und 70 °C. Der Leistungsfaktorbereich reicht mindestens von 0,5 induktiv bis 0,8 kapazitiv. Der Anhang erwähnt den Betrieb mit externen Messwandlern, erfasst jedoch nur den Zähler.
In Großbritannien schreiben die staatlichen Hinweise vor, dass ein vom Lieferanten oder Vermieter zur Abrechnung genutzter Gas- oder Stromzähler einer zugelassenen Bauart entsprechen muss.
Fordern Sie die Zulassungsbescheinigung für das genaue Zählermodell und die Regeln des Lieferanten oder Netzbetreibers für Einbau und Plombierung an. Ein Kalibrierschein für eine andere Konfiguration oder eine Kennzeichnung im Dashboard ist keine Zulassung.
Hochgenaue Installation in Betrieb nehmen
- Dokumentieren Sie die Messgrenze: welche Einspeisung, Abgänge oder Anlagen erfasst sind und ob parallele Versorgung, Erzeugung, Umgehung oder ungemessene Hilfsverbraucher existieren.
- Dokumentieren Sie die Messkette: Zählermodell, Seriennummer und Firmware, Hersteller und Nennwerte der Sensoren, Kanal, konfigurierte Übersetzung und Datenblattausgabe.
- Prüfen Sie Sensorrichtung und Verschluss, Phasenzuordnung, Ort und Absicherung des Spannungsabgriffs, Leiterpassung und sichere Klemmen anhand der Einbauanweisungen.
- Lesen Sie die wirksame Gerätekonfiguration zurück: Stromwandlerübersetzung, Verdrahtungsart (Drei- oder Vierleiterschaltung), Nennfrequenz, Vorzeichen für Bezug und Einspeisung sowie Meldeintervall.
- Vergleichen Sie bei normaler Last jede Phase mit dem Referenzgerät. An einer beziehenden Last muss jede Phase positive Wirkleistung zeigen. Bei symmetrischer Last sollten die drei Leistungsfaktoren ähnlich sein. Ein negativer oder deutlich abweichender Phasenwert gilt als Verdrahtungsfehler, bis das Gegenteil belegt ist.
- Vergleichen Sie die aufgelaufene Energie über einen normalen Lastzyklus des Standorts, etwa eine Arbeitswoche. Verwenden Sie identische Start- und Endzeiten, Zeitzone, Messgrenze und Energierichtung.
- Erklären Sie Unterschiede, bevor Sie sie der Genauigkeit zuschreiben. Prüfen Sie erst Messgrenzen, Wandlerverluste, Zeitbezug, Rundung, Datenlücken und ungemessene Lasten.
- Bewahren Sie Messwerte, Zeitstempel, Referenzgerät und Kalibrierschein, Fotos, Einstellungen, Ausnahmen und den Namen der abnehmenden Person auf.
Wählen Sie ein Referenzgerät, dessen eigene Unsicherheit höchstens ein Viertel der zu prüfenden Toleranz beträgt. Ein Zangen-Leistungsmesser mit spezifizierter Wirkgenauigkeit von ±2 % findet Verdrahtungsfehler, kann aber keine 0,5S-Messkette bestätigen. Ein Abrechnungszähler an derselben Messgrenze ist über eine Woche oft die beste Referenz. Seine eigene Klasse und die Klasse seiner Stromwandler bestimmen die kleinste erkennbare Differenz.
Geben Sie die Differenz mit Vorzeichen an:
Differenz (%) = 100 × (Zählerenergie − Referenzenergie) ÷ Referenzenergie
Beispiel: Über sieben Tage erfasst die Referenz 18.640 kWh und der Unterzähler 18.712 kWh. Die Differenz ist 100 × 72 ÷ 18.640 = +0,39 %. Bei einer Referenz der Klasse 0,2S mit 0,2S-Stromwandlern und überwiegend mehr als 20 % Wandlernennstrom sowie einem Leistungsfaktor über 0,9 ist dies mit einer korrekt installierten 0,5S-Messkette vereinbar. Eine Differenz nahe −67 % deutet auf einen umgekehrten Stromwandler an symmetrischer Last hin. Nahe +100 % ist möglicherweise 200/5 als Übersetzung eingestellt, obwohl ein 100/5-Wandler eingebaut ist. Das Ergebnis ist ein Vergleich für diesen Zeitraum, keine Kalibrierung.
Systemgenauigkeit mit dem EpiSensor ZEM
Ein gewöhnlicher Zähler mit Wandleranschluss wird allein typgeprüft. Seine Stromwandler werden getrennt nach IEC 61869-2 spezifiziert und geprüft. Die installierende Person verantwortet danach Paarung, Übersetzungseinstellung und Bürdeprüfung.
Das ZEM-Strommessgerät wird mit seinen Stromsensoren geliefert. EpiSensor kalibriert jedes ZEM vor dem Versand mit genau diesen Sensoren. Klasse 0,5S nach IEC 62053-22 gilt deshalb für die gesamte Messung aus Gerät und Sensoren. Der ZEM-65 kann mit einem 120-A-Klappstromwandler oder mit Rogowski-Spulen für 300 A, 1000 A oder 3000 A bestellt werden. Keiner davon ist ein konventioneller 1-A- oder 5-A-Stromwandler. Vor Ort muss daher weder eine Bürde berechnet noch eine Stromwandlerübersetzung eingestellt werden.
Die Prüfungen am Standort bleiben nötig. Mit der Stromwandlerauswahl können Sie niedrigsten und höchsten relevanten Strom, Leitermaße und Einbauzugabe erfassen. Prüfen Sie die Genauigkeit über diesen Bereich. Der optionale EpiSensor-Abgleich im Werkzeug ist ein Katalogvergleich, keine Freigabe von Genauigkeit oder Einbau. Montieren Sie jeden Sensor in markierter Richtung auf der richtigen Phase und führen Sie die oben beschriebenen Phasenprüfungen aus. Klasse 0,5S ist keine rechtliche Zulassung. Verlangt Recht oder Vertrag einen zugelassenen Abrechnungszähler, klären Sie die Zulassung vor dem Einbau mit EpiSensor.
Häufige Fragen
Was bedeutet Klasse 0,5S bei einem Stromzähler?
Klasse 0,5S ist nach IEC 62053-22 eine Genauigkeitsklasse für statische Wirkenergiezähler mit Wandleranschluss. Bei symmetrischer Last begrenzt die Typprüfung den Fehler zwischen 1 % und 5 % des Nennstroms (In) auf ±1,0 % und von 5 % In bis zum Höchststrom bei Leistungsfaktor 1 auf ±0,5 %. Bei nacheilendem Leistungsfaktor 0,5 gelten ±1,0 % zwischen 2 % und 10 % In und darüber ±0,6 %. Diese Grenzen betreffen Wirkenergie unter Referenzbedingungen und den Zähler ohne Stromwandler.
Ist ein Zähler der Klasse 0,5S automatisch für die Stromabrechnung zugelassen?
Nein. Für die Abrechnung braucht es einen in der jeweiligen Rechtsordnung zugelassenen Zählertyp. In der EU bedeutet dies Konformität mit der Messgeräterichtlinie (Richtlinie 2014/32/EU, Anhang V); deren Klasse C entspricht 0,5S am ehesten. In Großbritannien muss ein vom Lieferanten oder Vermieter zur Abrechnung genutzter Zähler einer zugelassenen Bauart entsprechen. Zusätzlich gelten die Vorgaben des Lieferanten oder Netzbetreibers für Einbau, Plombierung und Prüfung.
Darf man die Genauigkeitsklassen von Zähler und Stromwandler einfach addieren?
Die lineare Summe aus Zählergrenze, Übersetzungsfehler des Stromwandlers und dessen Phaseneffekt liefert einen konservativen Prüfwert für den ungünstigsten Fall. Bei einem 0,5S-Zähler mit 0,5S-Stromwandler, 20 % Nennstrom und Leistungsfaktor 0,5 ergibt sich etwa 2,6 %. Behandelt man dieselben Grenzen als Rechteckverteilungen und kombiniert sie mit der Quadratwurzel der Quadratsumme, erhält man etwa ±2,0 % bei k = 2. Bei geringem Leistungsfaktor dominiert der Phasenterm; bei Leistungsfaktor 1 ist er fast null.
Wie prüft man eine Stromzählerinstallation?
Prüfen Sie bei normaler Last jede Phase gegen ein Referenzgerät: Strom, Spannung, Vorzeichen der Wirkleistung und Leistungsfaktor. Vergleichen Sie anschließend die aufgelaufene Energie über einen normalen Lastzyklus des Standorts, zum Beispiel eine Arbeitswoche, mit identischen Start- und Endzeiten. Dokumentieren Sie Messwerte, Einstellungen, Referenzgerät und dessen Kalibrierschein.