Smart Meter brauchen smarte Relais

Netzrelais mit besonderen Eigenschaften


EW 80 mit 120 A Nennstrom
von TE Connectivity
In zahlreichen Ländern gibt es Bestrebungen, die elektromechanischen Ferraris-Stromzähler durch elektronische Zähler, sogenannte „Smart Meter“, zu ersetzen.
Dies stellt ein erhebliches Potenzial für elektromechanische Relais, sogenannte „Metering Relays“, dar. Hintergrund der Smart-Meter-Implementierung in Europa ist unter anderem die EU-Direktive 2006/32, in der das Ziel einer Reduktion des Energieverbrauches um 9 % definiert ist, wobei ein Schwerpunkt bei den Privathaushalten gesehen wird.

Damit der Endkunde sein Verbrauchsverhalten ändern kann, muss er sich zunächst auf möglichst anwenderfreundliche Art und Weise ein Bild über sein Verbrauchsprofil machen können.
Im Gegensatz zu den elektromechanischen Ferraris-Zählern, bei denen ja ausschließlich der kumulierte Gesamtverbrauch angezeigt wird, bietet eine elektronische Lösung mehr Möglichkeiten der Anzeige und Auswertung der Verbrauchsdaten.

Die EU-Direktive sieht vor, bis 2020 80 % der Zähler durch elektronische Zähler zu ersetzen.
Ein Ziel, das manche Länder bereits übererfüllt haben, andere nur schwer erreichen können.
Eine mögliche Funktionserweiterung der Grundfunktion des Zählers ist die kommunikative Ankopplung an das Datennetz des Energielieferanten.
Beispielsweise können die gespeicherten 15-Minuten-Verbrauchspakete einmal täglich an das Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU)
übertragen werden.
In diesem Bereich liegen aber auch die meisten datenschutztechnischen Bedenken, was mangels abschließender Normung, zum Beispiel in Deutschland, einer der Hauptgründe für eine schleppende Implementierung dieser Technik ist.


Durch diese Erweiterung ergeben sich zusätzliche Anwendungen:
• Die persönlichen Verbrauchswerte können online eingesehen und ausgewertet werden.
• Die regelmäßige Abrechnung des Energielieferanten bezieht sich ausschließlich auf den tatsächlichen Verbrauch; pauschalisierte Vorauszahlungen gibt es nicht mehr.
• Durch dieses direkte „pay for consumption“ hat der Kunde eine unmittelbare Rückmeldung über seinen Verbrauch und damit die Möglichkeit, sein Verbrauchsverhalten zu ändern.

Die EU-Direktive empfiehlt im Amtsblatt vom 13. März 2012 (2012/148/EU) auch Mindestfunktionsanforderungen an intelligente Zähler.
Dazu gehört die Möglichkeit, die Stromversorgung des Haushaltes aus der Ferne ein- bzw. ausschalten zu können.
Dies eröffnet weitere bedeutende Anwendungen:
• Im Anlassfall wird die Energiebelieferung vom EVU „durch Mausklick“ aktiviert oder deaktiviert; die Anfahrt eines Monteurs zum physischen An- oder Abklemmen des Zählers ist nicht erforderlich.

• Bei entsprechenden Geschäftsmodellen ist Strombezug nur nach Vorauszahlung möglich, was durch ein Smart Meter mit Kommunikationsanbindung und Schaltfunktion leicht realisiert werden kann.

• In manchen Ländern gibt es eine Art „Grundrecht auf begrenzte Versorgung mit elektrischem Strom“. Selbst ein zahlungsunfähiger Kunde braucht in diesen Ländern die Möglichkeit, sein Handy aufzuladen um Bewerbungsgespräche vereinbaren zu können. In diesem „power limitation“ genannten Betriebsfall wird das Relais bei längerem Überschreiten der zugesicherten Leistung den Bezug für eine bestimmte Zeit unterbrechen.

Aus dieser speziellen Anwendung ergeben sich folgende besondere Anforderungen an das Zählerrelais:
1. Es ist ein Schließerkontaktsystem mit entsprechend hohem Nennstrom erforderlich, marktüblich sind 80, 100 oder 120A.

2. Das Kontaktsystem muss eine ausreichend hohe Kurzschlussfestigkeit aufweisen. Dazu wurden in der IEC62055-31 „Utilization Categories“ definiert; UC3 schreibt zum Beispiel vor:
a. Ein prospektiver Kurzschlussstrom von 3kA am geschlossenen Kontakt darf nicht zu einer Beeinträchtigung der Relaisfunktion führen.

b. Ein prospektiver Kurzschlussstrom von 6kA am geschlossenen Kontakt darf zwar das Relais beschädigen oder gar zerstören, ein gefährlicher Zustand darf jedoch nicht auftreten.

c. Ein prospektiver Kurzschlussstrom von 3kA im Moment des Einschaltens (Relaiskontakt schaltet in den bestehenden Kurzschluss) darf ebenfalls keine Beeinträchtigung der Relaisfunktion bewirken.

3. Um die Verlustleistung des Zählers möglichst gering zu halten, ist ein niedriger Kontaktwiderstand zu realisieren. Häufig kommen Doppelkontaktsysteme zum Einsatz. Weiterhin werden ausschließlich bistabile Antriebssysteme, die nur für den Umschaltvorgang Energie benötigen, eingesetzt.

4. Die hohen Nennströme erfordern entsprechende Kontaktanschlüsse, meist in Form von Kupferschienen, die mit Rücksicht auf das jeweilige Zählermodell spezifisch ausgeführt und direkt mit den Anschlussklemmen des Zählers verbunden sind.

Konkrete Beispiele solcher Relaislösungen stellt die EW-Serie von TE Connectivity dar, das EW80 mit 80 A Nennstrom erfüllt die Anforderungen der Anwendungsklasse UC2. Die größeren EW100 für 100 A und EW120 sind UC3 approbiert.

Bernhard Schmidt, TE Connectivity


©2016 Forum Innovation der
Deutschen Schaltrelais-Hersteller im ZVEI
Update 04/11/2016