Ein Stromzähler oder Elektrizitätszähler ist ein Messgerät, das die übertragene elektrische Energie an einem Zählerpunkt erfasst. Der Zählerpunkt kann beispielsweise zwischen dem Stromnetz und einem Haushalt oder Industriebetrieb sein, kann sich aber auch zwischen zwei Stromnetzen befinden. Die Verwendung der entnommenen Energie wird manchmal auch als Energieverbrauch bezeichnet. In diesem Sinne handelt es sich um einen Energiezähler; die Messwerte werden üblicherweise in der Maßeinheit Kilowattstunde (kWh) angegeben.
Bei elektromechanischen Stromzählern werden die Umdrehungen einer sichtbar rotierenden Scheibe von einem Zählwerk erfasst. Bei elektronischen Zählern erzeugt eine elektronische Schaltung Impulse, die von einer digitalen Schaltung erfasst und verarbeitet werden. Ein intelligenter Zähler ist darüber hinaus in ein Kommunikationsnetz eingebunden, über das er Daten empfängt und sendet.
Zur Abrechnung einer Stromlieferung dient die zeitliche Differenz zwischen zwei Ablesungen. Wenn dies im geschäftlichen Verkehr erfolgt, muss der Zähler geeicht sein.
In der Frühphase elektrischer Versorgungsnetze gab es Gleichstromnetze. In diesen gab es Stromzähler, die die durch sie geflossene elektrische Ladung in der Einheit Amperestunde maßen. Sie sind heute nur noch von historischem Interesse.
mini|Digitaler Stromzähler (2022)
Allgemeines mini|Geöffneter Ferraris-Zähler für Dreiphasen-Wechselstrom (2005) mini|Intelligenter Zähler für das Einphasen-Dreileiternetz in den USA (2012) Der Zähler erfasst am Zählerpunkt die elektrische Stromstärke sowie die anliegende Wechselspannung, multipliziert deren Augenblickswerte vorzeichengerecht, um die Wirkleistung zu bestimmen, und ermittelt daraus durch zeitliche Integration die genutzte Wirkenergie. Diese wird bisweilen auch Wirkverbrauch genannt., Anhang V (S. 209), abgerufen am 23. März 2020.
Es gibt Ausführungen als „Wechselstromzähler“ für Einphasen- und „Drehstromzähler“ für Dreiphasen-Wechselstrom. Letztere unterteilen sich in direktmessende Zähler, welche den Strompfad durch den Zähler führen, und die sogenannten Messwandlerzähler, welche zur Erfassung der Ströme diese über Messwandler führen. Die direktmessenden Stromzähler sind üblicherweise als kompakte Geräte ausgeführt, beispielsweise Haushaltsstromzähler und solche für gewerbliche Nutzung, Baustellen und Veranstaltungen, und für eine Nennspannung von 230 V (entsprechend 400 V zwischen den Außenleitern) ausgelegt. Sie weisen Nennstromstärke von beispielsweise 10(60) A auf, wobei in Klammern die Maximal- oder Grenzstromstärke angegeben wird. Bis zu diesem Grenzstromwert müssen in eichpflichtigen Anwendungen auch die Eichfehlergrenzen eingehalten werden. Der Nennstrom ist vornehmlich für die Eichung relevant, auf diesen Wert beziehen sich die Messpunkte, die beim Eichvorgang geprüft werden.
Bei größerer Leistungsabnahme wie bei größeren Gewerbekunden und in der Industrie wird oft mittels sogenannter Messwandlerzähler gemessen. Üblicherweise werden Messwandlerzähler im Niederspannungsnetz ab einer Grenzstromstärke von 100 A eingesetzt, die konkreten Werte sind je nach Netzbetreiber verschieden. Bei Anschlusspunkten im Mittelspannungsnetz kommen ausnahmslos Messwandlerzähler zum Einsatz. Messwandlerzähler bekommen die Messdaten über einen vom Zähler räumlich getrennten Stromwandler, bei Bedarf auch von Spannungswandlern. Im Niederspannungsnetz können die Spannungspfade aber auch bei größeren Leistungen direkt vom Zähler gemessen werden. Die Sekundärseite der Messwandler hat im Allgemeinen 5 A Nennstrom bzw. 100 V Nennspannung, für die auch die Messwandlerzähler ausgelegt sind. Messwandler und Messwandlerzähler in eichpflichtigen Anwendungen sind ebenfalls nach dem Eichgesetz eichpflichtig.
Digitale Stromzähler und intelligente Zähler (Smart-Meter) können neben der Wirkenergie auch die aktuelle Wirkleistung anzeigen oder auch die Blindenergie und Blindleistung erfassen und diese Daten in strukturierter Form herstellerübergreifend als OBIS-Kennzahlen anzeigen, speichern und übertragen. Ab bestimmten Leistungen bzw. Anschlussbedingungen sind vom Netzbetreiber auch Zähler für die registrierende Leistungsmessung vorgeschrieben, teilweise sind diese Funktionen auch schon bei Smart-Metern im Haushaltsbereich vorhanden. Bei der registrierenden Leistungsmessung werden in einem Zeitraster von üblicherweise 15 Minuten gemittelte Lastprofilwerte und die Zeitpunkte und Werte von Lastspitzen der Wirk- und Blindleistung ermittelt und gespeichert. Je nach Ausführung des Zählers können darüber hinaus auch zusätzliche Funktionen wie beispielsweise Impulsausgänge oder digitale Schnittstellen zur Weiterverarbeitung der momentanen Leistungs- oder Energiemessung vorliegen.
Abrechnung In Rechnung gestellt wird Kleinverbrauchern wie Haushalten oder kleineren Gewerbebetrieben nur die abgenommene Wirkenergie in einem bestimmten Bezugszeitraum wie ein Jahr. Bei größeren Stromkunden sind die konkreten Grenzwerte abhängig vom jeweiligen Netzbetreiber und liegen im Regelfall bei dem Grenzwert, ab dem die registrierende Leistungsmessung für den Kunden vorgeschrieben ist. Hier wird zusätzlich zur bezogenen Wirkenergie auch die Blindenergie verrechnet, da auch die Blindleistung die Versorgungsnetze zusätzlich belastet. Dabei kommen bei der Verrechnung der Blindenergie je nach Netzbetreiber unterschiedliche Regeln und Grenzwerte wie Höhe des Leistungsfaktors zur Anwendung, und es besteht generell für den Kunden die Möglichkeit die Blindleistung technisch durch eigene Blindleistungskompensationsanlagen zu kompensieren und so die zusätzlichen Kosten für Blindenergie zu minimieren.
Tarifumschaltung Die Tarifumschaltung dient in den so genannten Schwachlastphasen (meist nachmittags und in der Nacht) und bei gleichzeitig hohem Angebot an elektrischer Leistung dazu, Verbraucher wie beispielsweise elektrisch betriebene Wärmespeicherheizungen, zu versorgen. Umgekehrt kann zu Zeiten mit hohen Strombedarf ein teurerer Stromtarif verrechnet werden um so die Nachfrage zu senken. Für den Netzbetreiber wird durch diese Anpassung eine Nivellierung in der Netzbelastung erreicht.
Dabei können je nach Technologie verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Bei elektromechanischen Stromzählern werden zur Tarifumschaltung zwei und mehr Zählwerke eingesetzt, um zeitbezogen unterschiedliche Tarife abrechnen zu können. Zwischen diesen Zählwerken wird über eine zentrale Steuerung durch eingebaute oder externe Tarifschaltgeräte, beispielsweise Tarifschaltuhren oder Rundsteuerempfänger, umgeschaltet.
Bei digitalen Stromzählern und Smart-Meter bestehen weitere Möglichkeiten, wie sie auch bei Großkunden mit registrierender Leistungsmessung schon länger üblich sind. Vielfach sind diese Zähler mit einer Datenübertragungsfunktion ausgestattet, beispielsweise mittels Powerline Communication (PLC) direkt über die Stromleitung bis zur lokalen Transformatorenstation oder mittels anderer Übertragungstechniken wie Anbindung über Mobilfunknetze. Diese gesicherte und verschlüsselte Datenübertragungsstrecke dient dabei nicht nur zur automatischen und periodischen Übermittlung von Zählerstandwerten, sondern auch um die Echtzeituhr im digitalen Zähler manipulationssicher zu konfigurieren, da die Uhrzeit die Grundlage für verschiedene Tarife und deren Beginn- und Endzeiten darstellt. Die meisten digitalen Stromzähler bieten dazu unterschiedliche Tarifspeicher mit jeweils unabhängigen Energiezählern an. Weiters können auch Spitzenleistungen gemessen und bei Überschreitung von vereinbarten Grenzwerten zusätzlich verrechnet werden, was vor allem bei Kunden mit registrierender Leistungsmessung zur Anwendung kommt.
Leistungsbegrenzung Wird ein vereinbartes Tarifmerkmal überschritten, kann durch die eingestellte Leistungsbegrenzung, in speziellen Fällen auch der Energiemenge, die an den Zähler angeschlossenen Verbraucher vom Zähler abgeschaltet werden. Alternativ wird bei solchen Lastüberschreitungen ein anderer Tarif oder eine zusätzliche Abrechnung nach Spitzenleistung zugrunde gelegt. Solche umfangreichen Tarifumschaltungen und Verrechnungen setzten den Einsatz von digitalen Stromzählern bzw. Smart-Meter und rechtlich die Wahl entsprechender Tarifmodelle voraus, welche üblicherweise bei größeren Stromkunden oder Stromkunden mit Erzeugeranlagen zur Anwendung kommen.
Zur Abschaltung ist dazu technisch bei direktmessenden Stromzählern eine Trenneinrichtung, auch als bezeichnet, in das Gehäuse des Zählers eingebaut. Um den Eigenverbrauch der Schalteinrichtung klein zu halten, ist die Trenneinrichtung in Form eines bistabilen Relais ausgeführt. Bei Wandlerzählern wird über Steuerausgänge am Zähler ein externer und entsprechend dimensionierter Leistungsschalter, beispielsweise ein Schütz, gesteuert.
Diese Abschalteinrichtung wird dabei nicht nur zur Leistungsbegrenzung genutzt, sondern vom Netzbetreiber auch bei Vertragsende oder je nach rechtlicher Situation bei ausstehenden Zahlungen, um den Kundenanschluss ferngesteuert vom Stromnetz zu trennen.
Arten von Stromzählern Nach Technologie Ferraris-Zähler mini |Elektromechanischer Mehrtarif-Stromzähler (Ferraris-Zähler, 2005)
Ferraris-Zähler sind elektromechanische Stromzähler, welche nach dem Induktionsprinzip arbeiten und sind nach dem Italiener Galileo Ferraris benannt. Es gibt sie in Ausführungen für Ein- oder Dreiphasenwechselstrom. Durch den jeweiligen Leiterstrom und die zugehörige Spannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter wird in einem Ferrarisläufer (Aluminiumscheibe, auch Ferrarisscheibe) ein magnetisches Drehfeld induziert, welches in ihr durch Wirbelströme ein Drehmoment erzeugt. Dieses ist proportional zum Produkt aus den Augenblickswerten von Stromstärke und Spannung und somit im zeitlichen Mittel zur Wirkleistung. Die Scheibe läuft in einer aus einem Dauermagneten bestehenden Wirbelstrombremse, die ein zur Geschwindigkeit proportionales Bremsmoment erzeugt. Die Scheibe, deren Kante als Ausschnitt durch ein Fenster von außen sichtbar ist, hat dadurch eine Drehgeschwindigkeit, welche zur elektrischen Wirkleistung proportional ist. Die Anzahl der Umdrehungen ist dann zur tatsächlich bezogenen elektrischen Energie proportional.
Ferraris-Zähler summieren in ihrem üblichen Aufbau auch bei Oberschwingungs- oder Verschiebungsblindstromanteilen nur die Wirkleistung.
Einphasige Ferraris-Zähler können durch zusätzliche Schaltungen wie die Hummelschaltung zu einem Blindenergiezähler umgebaut werden, bei dreiphasigen Ferraris-Zähler erfolgt die Anpassung durch eine entsprechende Verschaltung der Spannungspfade und einer Anpassung der Spannungswerte. Ferraris-Zähler können prinzipbedingt in einer Messeinrichtung nicht gleichzeitig die Blind- und Wirkenergie erfassen.
Elektronische und digitale Stromzähler Elektronische Stromzähler enthalten keine mechanisch bewegten Elemente. Der Stromfluss wird wahlweise mittels Stromwandlern, Strommesssystemen mit Rogowskispulen, Nebenschlusswiderständen oder Hall-Sensoren erfasst, die Spannungswerte über Spannungsteiler. Die Weiterverarbeitung der analogen Messwerte erfolgt mit Analog-Digital-Umsetzern und weiteren elektronischen Schaltungen. Das Ergebnis wird einer alphanumerischen Anzeige (meist Flüssigkristallanzeige, LCD) zugeführt.
Zähler für Wirk- und Blindenergie auf dem Stand der Technik im Jahr 2014 erfassen auch Oberschwingungen von Spannungen und Strömen bis zur 16. Harmonischen. Die Ergebnisse werden dabei meist in einem Register gespeichert, das entweder direkt auf der Anzeige oder über Kommunikation abgelesen werden kann. Diese digitalen Zähler können auch lokale Schnittstellen wie Infrarot, S0-Schnittstelle, M-Bus, Potentialfreier Kontakt oder KNX haben. Im deutschen Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) werden sie als moderne Messeinrichtung bezeichnet.
Intelligentes Messsystem, intelligenter Zähler, Smart-Meter