Projekt: 3-fach Leistungsmessung - KANNIX unterhält sich mit drei HLW8012

[Papa Romeo]

....und er kann doch was....

...manche Geräte (z.B. Herd, Boiler o.ä.) werden in der Regel an 3 Phasen betrieben. Meistens in Sternschaltung mit Mittelpunktleiter (N).
Geräte in den sich Drehstrommotoren befinden gelegentlich auch in Sternschaltung oder im Mischbetrieb.

Da ich nun nicht für jede Phase einen eigenen KANNIX mit eigener IP usw. ins Rennen schicken wollte, habe ich verschiedene Möglichkeiten durchgespielt, wie das eventuell mit einem einzigen KANNIX gelöst werden könnte.


Option 1:

In jede Phase einen eigenen Shunt einschleifen und mit Hilfe von Relais die Spannung über den Shunts nacheinander abgreifen und auf das HLW-Modul führen.
Dazu wären allerdings drei Relais mit Umschaltkontakt für die Shunt Abgriffe und drei weitere für die  Zu- /Umschaltung des ,,Null-Leiter´s"  erforderlich.
Hier besteht aber durchaus die Gefahr, dass durch unkontrollierte / falsche Relaisansteuerung oder defekte Relais dann, über die sehr niederohmigen Shunt´s, zwei Phasen zusammen geschaltet werden, was natürlich weniger erfreulich wäre.


Option 2:

Man sieht für jede Phase ein eigenes HLW-Modul vor und führt dann die entsprechenden Datenleitungen dem KANNIX nacheinander zur Auswertung zu.
Diese Option erfordert wiederum eine galvanische Trennung der Eingangsseiten der Module zueinander, was aber den Vorteil in sich birgt, dass die Elektronik des KANNIX ,,Netzspannungsfrei" ist.

Aus sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Gründen hat mich die Option 2 mehr angesprochen, da Erstens ,,Netzspannungen" hin und her schalten so eine Sache für sich ist und sechs Relais doch ein größeres Feld für Fehlerquellen bietet und Zweitens auch beim Kostenfaktor die Option 2 besser abschneidet, da der Stückpreis für ein HLW-Modul gerade mal bei 1,50 € liegt.


Schaltung:

Die Ausgänge CF und CF1 sowie der Eingang SEL der HLW-Breakout-Board´s  werden über Opto-Koppler geführt und gewährleisten dadurch eine galvanische Trennung zum KANNIX. Ein 5 Volt DC/DC-Wandler stellt dies dann auch für die Betriebsspannung der Breakout-Board´s  sicher. Da die Signale CF, CF1 und SEL phasengleich, d.h. ohne Invertierung übertragen werden, können die Module auch weiterhin im 1-Phasen-Betrieb mit TASMOTA oder den Sketchen von Xoseperez und Elektrodragon betrieben werden. Für die 3-Phasen Auswertung hab ich einen eigenen Sketch erstellt.
Die einzelnen CF und CF1-Signale der drei Messmodule werden dann auf einer weiteren Platine zusammengeführt. Über die Transistoren BC337, die FET´s BS170 und entsprechenden Enable-Signalen vom KANNIX, werden dann immer die, für die Messung, erforderlichen Datenleitungen des entsprechenden Messmodul´s freigeben. Bei den SEL-Leitungen muss keine Modul-Auswahl getroffen werden, da dieses Signal für alle Module gleichbedeutend ist.

Die Platinen sind so ausgelegt, dass sie als Ganzes (5 Drahtbrücken/Modul) wie im Bild zu sehen oder aber mit Stift- und Buchsenleisten versehen im abgesetzten Betrieb, bei z.B. Platzmangel, genutzt werden können.


HLW8012-Breakout-Board:

Die beiden 10 kOhm SMD Widerstände der Spannungsteiler für die Signale CF und CF1 auf dem Breakout-Board müssen gebrückt werden. (siehe Bild)

[Frank_Huber]

Sehr fein!
Ich melde schonmal Interesse an.

Noch Zwei/Drei Fragen dazu:
- Wo gibts die HLW für 1,50€ ?
- Was für Jumper Kabel hast Du da? die sehen recht dick = hoher Querschnitt aus.
- Hast im Sketch schon eine Display Vorbereitung drin?

[Papa Romeo]

Sehr fein!
Ich melde schonmal Interesse an.

Hallo Frank,

8 Platinensätze (3 x Messmodul u. 1 x Enable-Platine als Ganzes) stehen zu freien Verfügung !

und zu deinen Fragen:

... Breakout-Board hier  --> https://www.electrodragon.com/?s=hlw8012&post_type=product

... die Jumper-Kabel hab ich über Ebay bezogen, also keine Speziellen...

... Display-Ausgabe hab ich noch nicht vorgesehen. Bisher nur die serielle Print-Ausgabe und über MQTT an FHEM. Kann dir aber den Sketch gerne zukommen lassen und du kannst
    dich selber dran versuchen. Er funktioniert soweit, aber ich bin selber auch immer noch am verbessern und modifizieren.

[Frank_Huber]

Dann würde ich dir gerne zwei Sätze abnehmen.
Und danke für die anderen Infos.
Hast du zufällig noch die ebay ID?
Ich suche immer mal wieder dickere jumper Kabel, steht aber nie dabei wie der Querschnitt ist.

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[rippi46]

Hallo Papa Romeo,

wieder einmal ein tolles Projekt!

Ich würde auch 2 Sätze nehmen, falls noch welche übrig sind.


Gruß rippi

[Papa Romeo]

@Frank:  Hier nochmals die Jumper-Kabel

https://www.ebay.de/itm/DE-10-30cm-40pin-Dupont-Jumper-Wire-Kabel-Draht-Linie-Verbindungskabel-Arduino-/153396147487?var=&hash=item23b71f751f

@Frank und rippi46: Werde die Platinen verpacken und heute noch in die Post geben.

[Frank_Huber]

Danke! Werd mir mal nen Satz von da bestellen.
Hab nen paar Verbindungen in meinen Verteilern da sind die dünnen zu schwach.

Mit den Platinen wie immer keine Eile. [emoji6] Und lass mich noch wissen wieviele Taler du möchtest.

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[PeMue]

Hallo Papa Romeo,

wenn ich das richtig überblicke, dann brauche ich für dieses Projekt:
- 1 Satz von dieser Platine (3x Messmodul + 1x Enable Platine)
- entweder 1x Kannix oder 1x Kannix rund (so genau habe ich den Unterschied nicht verfolgt, aber es scheint nur der Formfaktor zu sein)
Korrekt?

Danke + Gruß

Peter

[Papa Romeo]

Hallo Peter,

ist soweit korrekt.

Soweit aber kein KANNIX vorhanden, tut´s auch ein WEMOS und eine externe 5 Volt Spannungsversorgung.
TuF-Board geht natürlich auch.

[Frank_Huber]

Hallo Uwe,
Kennst Du eigentlich die Kennwerte des HLW Boards?
Was ich nirgends finde ist die maximale Strombelastbarkeit.
Dem Shunt nach zu urteilen kann der schon was, aber wie sieht es offiziell aus?


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[Papa Romeo]

Hallo Frank,

ein Auszug aus der HLW8012.h-Datei:

" allows a ~30A max measurement "

[Frank_Huber]

Danke,
Das richtet sich denke ich aber mehr nach den Formeln nicht an der Hardware.
Aber es ist Anhaltspunkt genug.
Will einen 32A CEE Stromzähler damit bauen. Da reichen die "ca 30A"
Hab ich momentan mit analogen Instrumenten im 19" case.

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[JoWiemann]

Also, der Info in der HLW8012.h würde ich nicht vertrauen. Ich habe bisher nur  max 19A bei 220V als Kenngrößen bei den Modulen gesehen. Bei einer Nennspannung von 230V in Europa reduziert sich schon mal der maximal mögliche Strom. Wird jetzt noch ein 380V Drehstromzählernachbau avisiert, reduziert sich der maximal mögliche Strom noch einmal.

Maximale Leistung bei 220V = 220V * 19A = 4180 Watt
bei 230 entsprechend nur noch ~ 18A und bei 380V nur noch ~ 11A

Hinzu kommt noch, dass bei höherer Spannung auch die Leitbahnabstände entsprechend vergrößert werden müssen, damit es nicht zu Übersprüngen kommen kann.

Grüße Jörg

[klausw]

Auch wenn ich das Modul selbst nicht kenne bin ich mir sicher, daß die Stromtragfähigkeit unabhängig von der angeschlossenen Spannung ist.
Der Bügel ist ein Shuntwiderstand, dessen Werte irgendwo im Milliohm Bereich liegen. Der Spannungsabfall über diesem Shunt ist einzig und allein abhängig vom Strom der durchfließt. Die Spannung die am gesamten Stromkreis anliegt ist da uninteressant.
Bezüglich Abständen stimmt natürlich: je höher die Spannung,  desto höher der Abstand. Da jedes der 3 Module nur eine Phase misst und auch die Spannungmessung gegen den Nulleiter erfolgt, sieht jedes Modul für sich nur 230Veff. Also muss maximal der Abstand zwischen den Modulen beachtet werden.

[Papa Romeo]

Da jedes der 3 Module nur eine Phase misst und auch die Spannungmessung gegen den Nulleiter erfolgt, sieht jedes Modul für sich nur 230Veff.

Für den Stromzweig (Shunt) und in Bezug auf die Abstände auf dem Modul habe ich keine Bedenken und obige Aussage ist korrekt für die Sternschaltung.

Bei Dreieckschaltung (hatte ich noch keine Zeit zu testen)  haben wir 400 Volt, da Phase gegen Phase gemessen wird. Und da wird, wenn überhaupt, ein Problem im Zweig der Spannungsmessung auftreten.

D.h das Modul muss in der Lage sein statt bisher 80 mV runde 140 mV verarbeiten zu können, ohne jetzt an der Hardware, sprich Spannungsteiler (6 x 470 kOhm zu 1 kOhm) etwas zu ändern und dann über die Kalibrierung anzupassen.

[Frank_Huber]

Danke euch. So sehe ich das auch. Spannung bleibt ja 230V.
Werde dann aber die Leiterbahnen zum Shunt natürlich verstärken und andere Klemmen verwenden.
Dauert aber auch noch ne Weile bis ich damit beginne.

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[Papa Romeo]

Hier nochmal zur Verdeutlichung bezüglich den 400 Volt.

Werde aber erst am Dienstag dazu kommen einen Testaufbau mit 400 Volt zu machen, da ich dazu einen zweiten Trenntrafo benötige.

[klausw]

Hallo Papa,

alles was mit Drehstrom zu tun hat ist bei mir schon ewig her.
Aber wenn ich mich recht erinnere reicht bei einem Dreiphasensystem ohne N die Messung in zwei Phasen. Die dritte Phase nimmt man als Bezugspunkt. Quasi als wäre es die Null.
Ich bin nich sicher, ob du wirklich den Energieverbrauch eines Drehstromverbrauchers in Dreieckschaltung über die einzelnen Spulenpakete messen kannst.

Grüße Klaus

[Papa Romeo]

Hallo Klaus,

in gewisser Weise liegst du mit,  2 Phasen messen und als Bezug nehmen usw., annähernd richtig.
Richtig ist es so. Da in der Regel die Dreieckschaltung nur da genutzt wird oder in Einsatz kommt, wo man von einer gleichmäßigen Belastung der einzelnen Phasen ausgehen kann oder ausgeht, reicht es eigentlich, die Leistung an einer Phase zu messen und das Ergebnis dann mit drei zu multiplizieren. Ich wollte aber jede Phase für sich angezeigt haben, um z.B auch Motordefekte feststellen zu können. Und ob nun Multiplikation oder Addition, in diesem Fall werden sich die Ergebnisse nicht viel schenken, außer bei einem Defekt natürlich.

Gruß

Uwe

[sparkiie]

Hallo Papa,
wieder einmal ein tolles Projekt!
So könnte man für um die 10€ einen SDM630 3 Phasen Zähler ersetzen.

Ich würde auch gerne 2 Satz nehmen, wenn noch Restbestände übrig sind.

Wie kalibrierst du eigentlich die HLWs? Ich tue mich da immer schwer...

[Papa Romeo]

Hallo sparkiie,

ich lass dir 2 Sätze zukommen.

Bezüglich Kalibrierung:

Ich ermittle die Korrekturwerte über die gemessenen (Multimeter, Leistungsmessgerät o.ä.) und angezeigten Werten und setzte Diese dann direkt im Sketch als Korrekturfaktoren ein.

[Papa Romeo]

Sparkiie, die Platinen sind auf dem Weg.

[sparkiie]

Vielen Dank!

[Papa Romeo]

...bin heute mal dazugekommen einen Mess-Zweig "zwischen 2 Phasen" zu hängen und um ihn somit mit 400 Volt zu beaufschlagen.
Als Last fungierten zwei in Reihe geschalteten 75 Watt Halogenlampen.
Die gelieferten Werte entsprachen dann auch soweit den gemessenen (Spannung, Strom) bzw. errechneten (Leistung) Werten.
Ich würde sagen, dass auch einem Einsatz im Drehstromnetz nicht´s entgegen spricht.