Installation nur durch den Fachmann

Alle Personen, die mit der Inbetriebnahme, Wartung und Instandhaltung des Gerätes zu tun haben, müssen:

  • entsprechend qualifiziert sein
  • Kenntnisse im Umgang mit Elektroinstallationen haben
  • diese Bedienungsanleitung vollständig lesen und genau befolgen
  • Die Installationsinformationen in dieser Bedienungsanleitung sind nur für qualifiziertes Fachpersonal bestimmt
  • Versuchen Sie unter keinen Umständen das Gerät selbst zu reparieren! Ein Elektroschock kann tödlich sein!
  • Die Platine darf nicht ohne Gehäuse verwendet werden.

Weitere Informationen finden sie unter:
https://forum.enerserve.eu

Zudem wird die Opensource-Software stetig weiterentwickelt. Die Projektseite dazu finden Sie auf Github:
https://github.com/nDenerserve/SmartPi

Das SmartPi 2.0 Erweiterungsmodul

SmartPi 2.0 Erweiterungsplatine
Abbildung 1: SmartPi 2.0 Erweiterungsplatine

Abbildung 1 zeigt das SmartPi 2.0 Erweiterungsmodul. Das SmartPi 2.0 Erweiterungsmodul ermöglicht die berührungslose Strommessung über induktive Stromsensoren mit dem RaspberryPi. Ebenfalls kann mit dem SmartPi 2.0 Erweiterungsmodul die Spannung gemessen werden und der Raspberry Pi so zu einem vollwertigen SmartMeter erweitert werden.
Dazu verfügt das SmartPi 2.0 Erweiterungsmodul über 4 Eingänge zum Anschluss von induktiven Stromsensoren und 3 Eingänge zur Spannungsmessung. Über den den Spannungsmessanschluss L1 wird das System mit der benötigen Betriebsspannung versorgt. Ein eigenes Netzteil ist nicht erforderlich.
Ein Relais zum Schalten, ein RS485-Anschluss und ein integrierter RTC ermöglichen den Anschluss weiterer Geräte und ermöglichen den Messbetrieb auch ohne Internetverbindung.

 

Anschluss SmartPi 2.0 an den Raspberry Pi

Anschlussleiste SmartPi 2.0
Abbildung 2: Anschlussleiste SmartPi 2.0

Das SmartPi-Erweiterungsmodul wird über den GPIO-Anschluss des Raspberry Pi angeschlossen. Am einfachsten erfolgt die Verbindung über eine 14-polige Flachbandleitung.

Die Stromversorgung des Raspberry Pi erfolgt durch die SmartPi Erweiterungsplatine. Ein Netzteil für den Raspberry Pi ist daher nicht erforderlich.
Abbildung 2 zeigt die Bezeichnung der verwendeten Anschlüsse.

SmartPi RaspberryPi
SDA SDA / PIN3
SCL SCL / PIN5
PDIS
(Power off for current)
GPIO5 / PIN7
LED GPIO27 / PIN13
Relais GPIO18 / PIN12
TXD
(RS485)
GPIO14 / TXD / PIN8
RXD
(RS485)
GPIO15 / RXD PIN10
+5V 5V / PIN2 / PIN4
GND GND / PIN6 / PIN9 / PIN14

Einstellung der Stromwandler

Jumpereinstellung für die Auswahl des richtigen Sekundärstroms
Abbildung 3: Jumpereinstellung für die Auswahl des richtigen Sekundärstroms

Der SmartPi 2.0 ist sowohl für den Anschluss von Stromwandlern mit 50mA Sekundärstrom (z.B. SCT013-000), als auch für den Anschluss von Stromwandlern mit einem Sekundärstrom von 1A geeignet. Stellen Sie den Sekundärstrom entsprechend Ihrer Stromwandler ein.

Achtung

Ein zu hoher Strom kann den AD-Wandler des SmartPis zerstören. Verwenden Sie daher nie einen Stromwandler mit zu hohem Sekundärstrom am SmartPi.
Achten Sie auch darauf, das ein Stromwandler nur mit dem maximalen Nennstrom betrieben wird.

Montage des SmartPi 2.0

Stecken Sie die 14­polige Flachbandleitung auf die Stiftleiste des SmartPi. Achten Sie bitte darauf, dass die Leitung zur Batterie zeigt.

Befestigen Sie zuerst die Distanzbolzen am Raspberry Pi.
Halten Sie die Distanzbolzen von unten gegen die Platine des Raspberry Pi ...

... und schrauben Sie von oben die Schrauben durch die Platine in die Distanzbolzen.

Im nächsten Schritt befestigen Sie den Raspberry Pi auf dem SmartPi.

Anschließend stecken Sie die Flachbandleitung auf die Stiftleiste des Raspberry Pi.

Um den SmartPi im Gehäuse zu montieren, setzen Sie bitte die Vorder­ Rückseite des Gehäuses an die Elektronik ...

... und nehmen Sie den SmartPi, wie gezeigt, in die Hand.

Setzen Sie anschließend den SmartPi auf das Gehäuse und schieben Sie den SmartPi in die Unterschale.

Auf der Seite der HDMI­Schnittstelle müssen Sie evtl. die Unterschale vorsichtig etwas auseinanderdrücken.

Abschließend befestigen Sie die Platinen mit einer Schraube im Gehäuse.

Danach kann die Oberschale aufgesetzt werden.

Stecken Sie von außen die Stecker auf die Buchsen.
Fertig ist die Montage.

Anschluss der Strom- und Spannungsmessung

Anschlussschemata der Strom und Spannungsmessung
Abbildung 4: Anschlussschemata der Strom und Spannungsmessung
Anschluss des SCT013­-000
Abbildung 5: Anschluss des SCT013­-000

Zum Anschluss der Strommessung werden die Leiter der einzelnen Phasen durch die Stromsensoren geführt. Bei Klappwandlern ist die Montage sehr einfach.
Bitte beachten Sie, dass ein evtl. vorhanderner Pfeil auf den Wandlern die Bezugsrichtung darstellt. Der "positive" Anschluss wird auf den jeweils rechten Pol der Anschlussklemme geführt. Ein Verpolen der Anschlussleitungen ist nicht schlimm, führt aber zu einer falschen Darstellung von Bezug und Einseisung.

Bei den (mitgelieferten) SCT013-000 Stromsensoren, muss die rote Anschlussleitung rechts angeschlossen werden (Abbildung 5).
An die Spannungsanschlüsse wird die Messspannung angeschlossen. Hierbei ist darauf zu achten, dass rechts L1 und links der Neutralleiter N ist. Achten Sie darauf, die Anschlüsse nicht zu verpolen.

Sie können den SmartPi auch ohne Spannungsmessung verwenden.

Dazu kann in den Softwareeinstellungen eine Spannung voreingestellt werden, die der SmartPi zur berechnung der Leistung verwendet. Beachten Sie, dass in diesem Fall die Leistungsmessung nur eingeschränkt möglich ist (keine Zweirichtungsmessung, nur Scheinleistung, kein cos Phi, kein Powerfaktor)

Exkurs zur Strommessung

Der SmartPi misst den elektrischen Strom auf die selbe Art und Weise wie ein Zangenstrommessgerät (auch als Strommesszange, Stromzange oder Zangenamperemeter bezeichnet) auf indirekte Art und Weise. Ein Vorteil ist, dass der Stromkreis nicht aufgetrennt werden muss und das die Messung berührungslos erfolgt.
Der durch den Leiter fließende Strom I erzeugt ein Magnetfeld H, welches ringförmig um den Leiter verläuft (Abbildung 7).
Die Strommessung erfolgt nach dem Transformatorprinzip mit dem Leiter als Primärwicklung und dem Stromsensor als Sekundärwicklung.
Wird nun ein Stromsensor um den Leiter gelegt, induziert das Magnetfeld des Leiters darin einen Strom, der gemessen werden kann (Abbildung 6).
Werden zwei Leiter in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen, hebt sich das resultierende Magnetfeld auf, da die beiden Magnetfelder entgegengesetzt gerichtet sind (Abbildung 8).
Der Stromsensor kann dann keinen oder fast keinen Strom messen.

Phase und Neutralleiter darum nicht gemeinsam durch eine Stromklemme gelegt werden.
Soll der Verbrauch eines Elektrogeräte (z.B. Fernseher) gemessen werden, müssen die einzelnen Leiter in der Zuleitung getrennt werden. Die Stromklemme darf dann nur um den Leiter gelegt werden, in dem der Strom in das Gerät hinein fließt.
Wird der Stromsensor um die gesamte Zuleitung gelegt, kann der SmartPi keinen Verbrauch messen.

Prinzip der Strommesszange für Wechselstrom
Abbildung 6: Prinzip der Strommesszange für Wechselstrom (Quelle: Wikipedia (©CC BY-SA 2.0 de))
Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter
Abbildung 7: Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter
Werden zwei Leiter in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen, hebt sich das Gesamtmagnetfeld auf.
Abbildung 8: Werden zwei Leiter in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen, hebt sich das Gesamtmagnetfeld auf.