电仪表热性能监测
阅读说明：本技术 电仪表热性能监测 (Electrical instrument thermal performance monitoring ) 是由 伊恩·杰克逊·戴维斯 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种监测电仪表(2)的功能状态的方法,该方法包括以下步骤：生成至少一个温度信号,根据该至少一个温度信号可以得出电仪表(2)的实际温度值(T)；确定实际温度值(T)和/或该实际温度值的梯度(Gm)是否超过至少一个阈值(L),该至少一个阈值是根据至少一个预定义温度曲线(T300)得出的,该至少一个预定义温度曲线表示电仪表(2)根据电仪表(2)的经建模的热行为的随时间变化的预定义温度值(T)。此外,本发明涉及用于监测电仪表(2)的功能状态的计算机程序(4)。此外,本发明涉及其上存储有根据本发明的计算机程序(4)的计算机可读数据载体(5),并且涉及承载根据本发明的计算机程序(4)的数据载体信号(6)。此外,本发明涉及电仪表(2),该电仪表被配置成实施根据本发明的计算机程序(4)。最后,本发明涉及电计量系统(1),特别是高级计量基础设施(AMI),其包括被配置成实施根据本发明的方法的至少一个电仪表(2)和/或至少一个管理设备(3)。(The invention relates to a method for monitoring the functional state of an electrical instrument (2), comprising the following steps: generating at least one temperature signal from which an actual temperature value (T) of the electrical meter (2) can be derived; it is determined whether the actual temperature value (T) and/or the gradient (Gm) of the actual temperature value exceeds at least one threshold value (L) which is derived from at least one predefined temperature curve (T300) which represents a predefined temperature value (T) of the electrical meter (2) as a function of time according to a modeled thermal behavior of the electrical meter (2). Furthermore, the invention relates to a computer program (4) for monitoring the functional status of an electrical meter (2). Furthermore, the invention relates to a computer-readable data carrier (5) on which a computer program (4) according to the invention is stored, and to a data carrier signal (6) carrying a computer program (4) according to the invention. Furthermore, the invention relates to an electrical meter (2) configured to implement the computer program (4) according to the invention. Finally, the invention relates to an electrical metering system (1), in particular an Advanced Metering Infrastructure (AMI), comprising at least one electrical meter (2) and/or at least one management device (3) configured to implement the method according to the invention.)
技术领域
本发明涉及监测电仪表的功能状态的方法。此外，本发明涉及用于监测电仪表的功能状态的计算机程序。此外，本发明涉及其上存储有根据本发明的计算机程序的计算机可读数据载体，并且涉及承载根据本发明的计算机程序的数据载体信号。此外，本发明涉及电仪表，其被配置成实施根据本发明的计算机程序。最后，本发明涉及包括根据本发明的至少一个电仪表的电计量系统，特别是高级计量基础设施(AMI)。
背景技术
从现有技术中已知用于监测电仪表的功能状态的方法。这样的方法通常用于监测电仪表是否正常工作。特别地，应当识别电仪表的故障状况，以防止危险事件。可能会发生故障状况，例如由于电仪表的微电子电路中的过载或失灵、由于电仪表的主要内部母排和相关联的电端子中的过大电流或失灵或者由于电仪表的环境影响(例如，电仪表周围的过高温度，其可能是由于阳光或其他热源(例如，发热系统的管道等)引起的)而引起的电仪表的自发热导致发生故障状况。
代表本发明的申请人的WO 2013 006901 A1描述了用于通过以下操作来监测公用事业仪表的状况的方法和装置：获得与仪表相关联的温度值；确定温度值是否超过阈值；如果超过阈值，则触发动作。在另一种形式中，温度可以用作确定公用事业电仪表的状况的故障参数。
代表本发明的申请人的WO 2016 066373 A1涉及确定在特定时间段期间电气设备的剩余使用寿命的减少的方法。提供了测量系统，该测量系统包括温度测量设备、电流测量设备和电压测量设备。通过使用测量设备来测量温度值、电压值和电流值。基于电流值来确定谐波负荷。基于谐波负荷来确定降低的最高工作温度。基于电压值来确定瞬态过电压的量。基于瞬态过电压的量来确定瞬态老化因子。基于温度值和降低的最高工作温度来确定温度相关老化因子。最后，基于特定时间段、瞬态老化因子和温度相关老化因子来确定剩余使用寿命的减少。
此外，US 6,847,300 B2描述了电力仪表，该电力仪表包括温度传感器和控制器。控制器可以基于从温度传感器报告的温度进行操作，以在温度超过特定警报阈值时生成警报，并且在温度超过切断阈值时激活电力断开开关，从而切断客户房屋的电力。控制器可操作成激活电力断开开关以不支付电费，这符合基于法规要求的次要标准。客户终端可以用于将警报状况通知给客户，提供关于电力使用的信息或者提供关于电力断开的信息。
EP 1 980 862 A2描述了仪表，该仪表具有通过无线传输电路连接至温度传感器(即，与温度相关的电阻器)的接口。处理器包括保存单元，该保存单元用于以预设的时间间隔或基于在处理器中登记的事件将温度数据保存到存储器中，其中温度数据被提供有时间信息。如果超过最大温度值，则处理器产生警报信号，该警报信号被施加至接口或接口触点。
US 7,716,012 B2涉及处理监测方法，该处理监测方法将监测设备和可选的传感器聚集为每个均与公用事业系统的处理相关的一个或更多个组。监测设备被手动或自动地组织到监测系统层次结构中。处理算法从层次结构确定哪些监测设备连接至负荷。将来自与负荷连接的监测设备对的监测数据进行关联，以产生相关性系数，将该相关性系数与在0与1之间选择的相关性阈值进行比较。当相关性系数超过阈值时，将设备对分组为处理组。超过阈值的其他设备对也同样被分组到处理组中。可以利用处理算法来确定多个处理。也可以利用包含监测设备的处理组将传感器手动分组，所述监测设备可以包括虚拟监测设备。与监测设备和传感器相关联的警报被聚集为一个处理警报。
根据现有技术的监测电仪表的功能状态的方法具有如下缺点：这些方法依赖于对相对于某些预定义阈值的温度差和梯度的评估。这使得已知的方法以及实现这样的方法的设备和系统相当不灵活。
发明内容
本发明的目的是解决或者至少减轻根据现有技术的用于监测电仪表的功能状态的方法的缺点。特别地，本发明的目的是提供用于监测电仪表的功能状态的方法以及相应的设备和系统，其可以容易地适配相应的操作条件。
该目的分别通过分别根据独立权利要求1、12、13、14、15和16的方法、计算机程序、计算机可读数据载体、数据载体信号、电仪表和电计量系统来实现。
特别地，根据本发明，该目的通过监测电仪表的功能状态的方法来实现，其中，该方法包括以下步骤：
-生成至少一个温度信号，根据该至少一个温度信号可以得出电仪表的实际温度值；
-确定实际温度值和/或其梯度是否超过至少一个阈值，该至少一个阈值是根据至少一个预定义温度曲线得出的，该至少一个预定义温度曲线表示电仪表根据电仪表的经建模的热行为的随时间变化的预定义温度值。
利用用于监测电仪表的功能状态的计算机程序来实现该目的，其中，该计算机程序包括指令，所述指令在该计算机程序由电仪表和/或电计量系统中的管理设备执行时，使电仪表和/或管理设备实施根据本发明的方法的步骤。
根据本发明的计算机可读数据载体在其上存储有根据本发明的计算机程序。
根据本发明的数据载体信号承载根据本发明的计算机程序。
根据本发明的电仪表实现该目的，其中，电仪表被配置成实施根据本发明的方法。
该目的通过电计量系统特别是AMI来实现，其中，该电计量系统包括根据本发明的至少一个电仪表和/或被配置成实施根据本发明的方法的至少一个管理设备。
根据本发明的这些解决方案具有优于从现有技术已知的监测技术的优点，即不仅监测相对于某些预定义阈值的温度差和梯度，而且还向监测处理添加了附加的维度，其中考虑了与电仪表的操作状态和条件有关的温度的时间效应。换言之，根据本发明，因为温度值和/或温度梯度基于作为时间的函数的与特定类型的电仪表的相应热行为对应的温度曲线，因此监测温度值和/或温度梯度的动态行为，而不是根据现有技术仅仅监测温度值或温度梯度是否超过特定标称值。因此，本发明允许早期检测由于故障状况而引起的电仪表以及可能的其他电子设备中的过热。
通过使用根据本发明的至少一个温度曲线，可以随时间根据电仪表的个体性能来监测相应温度值的变化，这是因为电仪表的个体性能可以随时间变化，而不是如根据现有技术所做的那样假设电仪表的一般或共同的性能参数。本发明允许考虑要监测的温度值和/或温度梯度的过程的某些时间跨度，并且因此允许根据电仪表在这些时间跨度内的某些事件、负荷条件、操作条件和/或环境条件来适配阈值。
因此，在一方面，根据本发明的解决方案使得能够提高监测的准确性，因为对预定义温度曲线的动态考虑允许为温度值和/或梯度设置比根据现有技术使用的静态阈值可能更严格的阈值。在另一方面，根据本发明的解决方案使得能够提高监测的准确性，因为可以随时间重新调节热行为本身以及因此重新调节至少一个预定义温度曲线，从而以类似于将移动平均数或平均值应用于数据点的时间序列的方式为相应的温度值和/或温度梯度提供移动或滚动阈值或限制。因此，增强了监测处理的灵活性和适应性。
解决方案不限于监测电仪表本身，而且还针对连接至电仪表的故障电线或线缆的检测。当将电线所附接的电气端子中的固定元件(例如螺钉)过于紧固、不够紧固，或者电线的绝缘未被正确地去除时，可能发生这样的状况。在过于紧固的情况下，可能会损坏电线，例如使得其直径显著减小以及或者其股线被破坏。在不够紧固或未充分剥开电线的情况下，可能显著地减少电线与端子之间的接触面积。两种情况都可能导致高电阻接触，这可能引起过热，该过热可以被根据本发明的解决方案检测到。
根据本发明的解决方案可以如期望的那样进行组合，并且可以通过在每种情况下对它们各自有利的以下实施方式来进一步改善。除非有相反的说明，否则这些实施方式可以容易地彼此组合。技术人员将容易理解，根据本发明的设备和系统的所有装置特征也可以被实现为根据本发明的方法和/或计算机程序的步骤以及/或者构成根据本发明的方法和/或计算机程序的步骤，反之亦然。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，该方法还包括以下步骤：如果实际温度值和/或其梯度超过至少一个阈值，则生成触发信号。触发信号可以用于影响电仪表的操作状态或操作条件，并且还可以用于例如通过产生误差信号来发信号通知电仪表的故障状态。
例如，可以通过切断施加到电仪表的电负荷来影响操作状态，以减少电仪表内和/或周围的热量生成。可以例如通过例如以冷却风扇的形式为电仪表设置内部和/或外部散热器来影响电仪表的操作条件，以将电仪表内和/或周围的实际温度降低到期望值。表示操作状态和/或操作条件的变化的相应信号以及误差信号可以被记录在电仪表中和/或发送至电计量系统的较高级实例管理设备如数据集中器或头端系统(Head-End System，HES)，以进行处理并可用于数据分析和决策制定。替选地或附加地，电仪表可以分别向较高级实例设备发送信息或者从较高级实例设备接收信息，所述信息例如用于改变操作状态或操作条件、调节温度曲线和/或阈值等的指令。这有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的灵活性和准确性。
此外，与现有技术相比，根据本发明的用于触发信号的阈值的得出和/或适配有助于改善用于监测电仪表的功能状态的解决方案中的反应时间。根据现有技术，阈值被设置成使得这些阈值允许检测正常运行的仪表的最坏情况下的热性能，因此，直到超过最坏情况下的正常条件时，才生成触发信号。与此相比，根据本发明，对于任何给定的时刻不断地计算变化的阈值。因此，当测量的电仪表的性能超过电仪表的给定一组操作参数的预期性能时，本发明允许比现有技术更早地检测故障状况。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，该方法还包括以下步骤：根据电仪表的特定操作状态和/或根据电仪表的特定操作条件从一组预定义温度曲线中选择温度曲线以及/或者调节至少一个温度曲线。对至少一个温度曲线的调节可以包括：计算两个相邻的预定义温度曲线之间的中间值。不同的操作状态可以包括操作电仪表的各种模式，例如电仪表是否处于空闲模式、待机模式、标准模式、数据接收和/或发送模式、数据处理模式、固件更新模式等。不同的操作条件还可以包括电仪表的不同环境条件，特别是电仪表周围的环境温度、气流和/或热辐射。
操作状态还可以与电仪表的故障状态(例如当发生电仪表的硬件和/或软件中的误差时的故障状态)区分开。在区分操作状态与故障状态时，可以评估电仪表的功能状态。通过调节至少一个温度曲线和/或从一组预定义温度曲线中选择温度曲线，可以基于表示相应的操作状态和/或相应的操作条件的特定温度曲线来确定是否超过阈值。可以相应地调节用于确定电仪表是否已进入故障状态的阈值。这有助于进一步提高监测电仪表功能状态的准确性和可靠性。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，该方法还包括以下步骤：识别至少一个温度曲线中的至少一个关注点。关注点可以与电仪表的特定操作条件有关，这些操作条件例如稳定状态、负荷变化、发热或冷却条件以及热能量生成的大变化。在定义关注点时，可以例如通过至少一个预定义温度曲线的预定义温度值的增加的密度和/或对温度信号进行采样的增加的速率来密切地监测电仪表的特定热行为，这有助于以差异化的方式更好地定义和检测某些热现象。因此，可以进一步提高监测电仪表的功能状态的准确性和可靠性。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，仪表内的主电流路径中的电阻与至少一个预定义温度曲线相关联以及/或者根据实际温度值和/或其梯度得出。主电流路径可以包括母排、分流器、开关等。主电流路径中的电阻根据主电流路径上的相应电负荷来确定沿主电流路径的热量生成。因此，在将至少一个预定义温度曲线与主电流路径中的电阻相关联时，至少一个预定义温度曲线可以成为在相应电阻下主电流路径上的电负荷的函数。实际温度值和/或其梯度可以用于确定主电流路径的电阻。因此，可以识别主电流路径的临界电阻。这有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的准确性和可靠性，因为大电流市电连接的设备中的温度异常(例如过热)可能是可以导致火灾或设备解体的故障的第一指标。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，该方法还包括以下步骤：建立用于对电仪表的热行为进行建模的至少一个热模型，该至少一个热模型包括至少一个预定义温度曲线。这样的热模型可以在任何种类的计算机软件(例如，电仪表的固件和/或电计量系统中的管理设备的操作软件)中实现。该热模型用于对电仪表或任何其他电气设备的热行为进行建模，并且可以包括电仪表的一个或更多个热有源元件或部件，对一个或更多个热有源元件或部件的热行为进行建模以估计功耗，并且因此估计由于微电子电路而引起的发热以及由于主电流路径中电流而引起的发热两者的量。然后可以将机器学习应用于模型的输出，以调整热模型的配置参数，以使热模型适配电仪表的特定操作条件和操作状态。
例如，热模型的输入参数包括以下：
-由于微电子电路中的热量生成而引起的发热；
-基于主电流路径中的电流和电阻的发热；
-由于周围环境(例如电仪表附近的其他热量生成设施或设备，或者阳光直射到电仪表上)而引起的发热；
-当前测量的绝对实际温度或温度梯度；以及/或者
-估计(或测量)的外部环境温度。
例如，热模型的输出参数包括以下：
-预定义温度、温度梯度和/或温度曲线；和/或
-直到电仪表或其热有源元件或部件达到温度曲线中的关注点例如某些热状态(例如稳定状态等)的时间跨度。
优选地不断地(例如每十分之一秒、每秒和/或每分钟)计算热模型的这样的输出。由于估计的输入参数的可变性，可以利于不同的可能最小值和最大值多次计算热模型，以确定可能的输出参数的范围。输出参数可以用于在确定实际温度值和/或其梯度是否超过至少一个阈值的过程中执行某些动作。
例如，基于测量或估计的实际温度梯度与预定义温度梯度之间的比较，可以确定：
-电仪表或其元件或部件是否有故障；
-热有源元件或部件的模型参数是否需要调节；
-测量或估计的外部环境温度是否需要调节；以及/或者
-温度传感器是否需要调节。
例如，基于测量或估计的实际温度值与预定义温度值之间的比较，可以确定：
-电仪表或其元件或部件是否有故障；
-热有源元件或部件的模型参数是否需要调节；
-测量或估计的外部环境温度是否需要调节；以及或者
-温度传感器是否需要调节。
例如，当电仪表处于具有低负荷条件的稳定状态时，可以确定：
-热有源元件或部件的模型参数是否需要调节；
-测量或估计的外部环境温度是否需要调节；以及/或者
-温度传感器是否需要调节。
实际值与预定义值之间(即模型输出参数与相应参数的测量值和/或估计值之间)的任何偏差或差可能指示电仪表的建模误差和/或故障状况，并且随着时间(优选地为长期地)对该偏差或差进行跟踪，以基于对参数的进一步处理来确定是否可以识别出特定建模、软件和/或硬件误差的任何种类的趋势、模式或相关性暗示。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，在识别出实际温度值和/或其梯度与至少一个预定义温度曲线之间的特定误差、趋势、模式或相关性时，通过机器学习来自动地调节热模型的至少一个参数。优选地，在识别的过程中，将由于故障状况而引起的误差与不正确地设置的配置参数或外部影响和操作条件(例如由电仪表外部的源引起的发热)进行区分。例如，作为根据本发明的方法的一部分而实施的、被实现用于在机器学习处理中识别和区分彼此的特定误差、趋势、模式或相关性的逻辑可以基于以下：
-考虑分别对应于一天中的某个时间和一年中的某个时间的某些天文和季节影响；
-确定是否存在低负荷条件；
-将参数和值与相应的历史参数和值进行比较，特别是与电仪表的瞬态热响应进行比较；
-确定与主电流路径有关的操作状态是否已改变，特别是由于计量的电负荷的改变而改变；
-确定与微电子电路有关的操作状态是否已改变；以及/或者
-确定冷却效应是否即将发生，例如由于所计量的和/或施加到微电子电路的电负荷的下降而发生。
当识别并区分彼此的特定误差、趋势、模式或相关性的处理确定成功时，机器学习处理将涉及以使得相应的误差或不需要的趋势减少的方式对模型的参数进行的调节和/或改变。
每当应用机器学习处理时，都应当避免实施机器学习处理的相应系统得出误差的结论，即接受故障状态或状况作为新的规范或参考。可以通过对模型配置参数设置范围限制，来避免错误的结论。如果在机器学习处理中尝试修改超出其限制的特定配置参数，则会指示异常状况，以及/或者引发警报状况。因此，实现机器学习监测逻辑，该逻辑与在模型输出误差超过某些阈值时触发警告的主要逻辑并行运行。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，建立至少一个热模型的步骤包括定义电仪表在操作期间采取的至少一个平衡状态的步骤，该至少一个平衡状态表示电仪表的热平衡，该热平衡取决于穿过电仪表的至少一个电负荷以及在电仪表的环境中存在的环境条件。至少一个平衡状态可以基于电仪表的某个操作状态，例如，基于在特定相位和电压下流过电仪表的特定电流的电仪表的电力条件。环境条件可以特别是指电仪表周围的温度和/或电仪表所暴露于的或者从电仪表发出的热辐射。然后可以根据至少一个平衡状态来调节至少一个温度曲线。特别地，可以识别和/或定义与至少一个平衡状态对应的平衡温度。然后可以基于各个平衡温度来定义要监测的阈值。这有助于使阈值进一步适配电仪表的各个操作条件，并因此提高监测电仪表的功能状态的灵活性和准确性。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，建立至少一个热模型的步骤包括以下步骤：基于电仪表对电仪表的操作状态和/或功能状态的改变的至少一个功能阶跃响应来定义电仪表的至少一个发热行为和/或至少一个冷却行为。阶跃响应特别地发生在电仪表的操作条件突然变化时，例如发生在施加到电仪表的电力突然上升或下降时，或者发生在要由电仪表测量的电负荷改变时，或者发生在电仪表本身的电子电路执行包括通电或断电的某些操作时。因此，至少一个发热行为通常与电力的上升有关，而至少一个冷却行为与向电仪表施加的电力的降低有关。在考虑这些行为时，可以调节要监测的各个阈值，这有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的灵活性和准确性。
例如，至少一个功能阶跃响应与电仪表的母排上的电负荷的改变有关。电仪表的母排或汇流排承载要计量的电力，并且因此被暴露于相对高的最大电流和电压。因此，母排是要监测的关键部件，因为由于相对高的负荷，母排和相关端子上的故障可能会引起危险状况，包括各个部件的过热、熔化、起电弧等，这在一方面可能会引起电力故障，以及另一方面会引发火灾。因此，在温度模型中包括母排上的电负荷的改变有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的准确性和可靠性。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，建立热模型的步骤包括确定电仪表的至少一个热阻值的步骤和/或确定电仪表的至少一个热容值的步骤。至少一个热阻值用于定义电仪表的结构两端的温度差，并且用于对电仪表的热行为例如散热行为以及电仪表的传导热能量的能力进行建模，该传导热能量的能力作为对暴露于电仪表内部或其周围中生成的热能量的反应。至少一个热容值有助于定义电仪表的热质量，并且有助于对电仪表的电行为进行建模，特别是电仪表的存储热能量的能力。可以将至少一个热阻值和/或至少一个热容值作为要建立的热模型的各个建模参数应用于电仪表的每个热有源元件或部件。因此，至少一个热阻值和至少一个热容值有助于细化电仪表的热模型，以提供对电仪表的热行为的精确理解，并因此生成至少一个预定义温度曲线。因此，至少一个热阻值和至少一个热容值有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的准确性和可靠性。
在根据本发明的方法的可能实施方式中，针对电仪表的至少两个不同类型的操作条件和/或至少两个不同类型的电仪表实施建立至少一个热模型的步骤。至少两个不同类型的操作条件可以与电仪表的不同负荷条件和操作状态有关和/或与电仪表的不同功能状态有关。在不同的负荷条件下，可以考虑电仪表的不同电负荷。如以上所提及的，不同的操作状态可以包括操作电仪表的各种模式，例如空闲模式、待机模式、标准模式、数据接收和/或发送模式、数据处理模式、固件更新模式等，并且还可以包括电仪表的不同环境条件，特别是电仪表周围的温度、气流和/或热辐射。操作状态应当与电仪表的故障状态(例如，当发生电仪表的硬件和/或软件中的错误时的故障状态)区分开。这有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的准确性和可靠性。
此外，针对至少两个不同类型的电仪表建立至少一个热模型可以包括：针对至少两个不同类型的电仪表建立通用的热模型。替选地或附加地，可以针对至少两个不同类型的电仪表中的每一个建立单独的热模型。因此，在建立热模型时，可以考虑电仪表的共同行为和单独行为。在一方面，这有助于提高监测电仪表的功能状态的准确性和可靠性。在另一方面，可以提高建立热模型的效率。
基于针对电仪表的至少两个不同类型的操作条件和/或至少两个不同类型的电仪表建立的至少一个热模型，可以生成一组预定义温度曲线，包括针对各自不同的操作条件和/或不同电仪表的温度曲线。一组预定义温度曲线中的每个预定义温度曲线可以表示电仪表或不同电仪表在各自的操作条件下的特定热行为。因此，通过从一组预定义温度曲线中选择预定义温度曲线，可以容易地将对电仪表的功能状态的监测适配于电仪表的相应操作条件或不同类型的电仪表。这有助于进一步提高监测电仪表的功能状态的灵活性和准确性。
附图说明
在下文中，将使用有利实施方式并参照附图以示例性方式更详细地描述本发明。然而，所描述的实施方式仅是可能的配置，其中如上所述的各个特征可以彼此独立地被提供或者可以省略。
在附图中：
图1示出了示意图，该示意图示出了根据本发明实施方式的包括电仪表的电计量系统的示例性示意架构图，该电表以示意性正视图示出；
图2示出了根据本发明的实施方式的电仪表在该电仪表的操作环境中的示意性截面侧视图；
图3示出了根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型的示例性热性能图；
图4示出了示例性图，该示例性图示出了根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型中的热阻的影响；
图5示出了示例性图，该示例性图示出了根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型中的热容的影响；
图6示出了示例性图，该示例性图示出了在根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型中考虑的电仪表的主电流路径中的电阻的影响；
图7示出了示例性图，该示例性图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型时可能发生的建模偏差；
图8示出了示例性流程图，该流程图示出了建立根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型的步骤；
图9示出了示例性流程图，该流程图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型时电仪表的运行时逻辑的步骤；
图10示出了示例性流程图，该流程图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型时的设计时程热模型发现过程的步骤；
图11示出了示例性流程图，该流程图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表的热行为进行建模的热模型时的安装时程热模型发现过程的步骤；以及
图12示出了示例性图，该示例性图示出了根据本发明的将要用热模型仿真的三个不同电仪表的实际温度曲线。
具体实施方式
图1示出了示意图，该示意图示出了根据本发明实施方式的包括电仪表2的电计量系统1的示例性示意架构正视图。电计量系统1还包括管理装置3，例如呈计算机等的形式的数据集中器或头端系统(HES)，该管理装置3用于管理和控制电计量系统1。借助于计算机程序4来执行对电计量系统1(特别是电仪表2和管理装置3)的控制和管理。
计算机程序4可以设置在计算机可读数据载体5上，该计算机可读数据载体5被配置成由电仪表2和/或管理装置3访问。替选地或另外地，计算机程序4可以被设置为被承载在数据载体信号6上。数据载体信号6或任何其他类型的数据和/或信息可以经由能量和/或信息传输线7在电仪表2与管理装置3之间交换。能量和/或信息传输线7可以以有线和/或无线方式建立。为了经由能量和/或信息传输线7接收和发送数据和信息，电仪表1设置有呈有线或无线通信线、天线等形式的传输装置8。此外，电计量系统1包括呈线缆或导线形式的用于传输要由电仪表2计量的电力的电线9。
电仪表2包括呈壳体、罩壳、壳层形式的外壳10，用于在其中容纳电仪表1的各个部件。在外壳10的底部11处，电仪表2设置有电端子12，用于以导电方式将电线9连接至电仪表2。特别地，有源输入端子12a被配置成连接至相输入线9a，中性输入端子12b被配置成连接至中性输入线9b，有源输出端子12c被配置成连接至相输出线9c，并且中性输出端子12d被配置成连接至中性输出线9d。端子12安装在电仪表2的端子块13上。端子块13由外壳10保持，并且由高度绝缘的材料形成并且支承端子12。
在电仪表2内设置了具有高载流能力和低电阻的母排14，作为用于将电负荷从输入端子12a、12b传导到输出端子12c、12d的主电流路径。母排14具有有源输入部14a、有源链接部14b，有源输出部14c和中性链接部14d。有源输入部14a将有源输入端子12a连接至电阻分流器15。有源链接部14b将电阻分流器15连接至供应断开开关16特别是其开关输入线16a。有源输出部14c将供应断开开关16特别是其开关输出线16b连接至有源输出端子12c。中性链接部14d将中性输入端子12b连接至中性输出端子12d。
电仪表2的计量单元17包括呈微电子装置的形式的计量装置，计量单元17在电阻分流器15的区域中连接至母排14，用于通过将电流转换为比例电压来测量流过母排14的电流。特别地，计量装置17的计量输入线17a在有源输入部14a连接至电阻分流器15的位置附近连接至电阻分流器15。计量输出线17b在有源链接部14b连接至电阻分流器15的位置附近连接至电阻分流器15。
电仪表2的处理单元18包括至少一个微电子主处理器、存储器、振荡器和/或支持电路。通信单元19包括通信微电子装置，例如至少一个收发器或无线电发射器，用于经由传输装置8进行通信。电仪表2的供电单元20包括供电电路和微电子装置，其用于将电网供应电压转换为适合于操作内部仪表电路和部件(例如供应断开开关16、计量装置17、处理单元18和通信单元19)的电压。
设置有用于生成温度信号和/或温度值的温度传感器21。温度传感器21包括远程传感器21a、外部传感器21b、内部顶部传感器21c、内部正面传感器21d、内部背面传感器21e、内部侧面传感器21f、端子区域传感器21g、端子块传感器21h、供应线传感器21i、输入部传感器21j、输出部传感器21k、链接部传感器l、开关传感器21m、计量单元传感器21n、处理单元传感器21o、通信单元传感器21p和/或供电单元传感器21q。
远程传感器21a被布置和配置成测量电仪表2周围环境的环境温度，并且因此优选地不物理地连接至电仪表2，以便避免在远程传感器21a与电仪表2之间的传导热能传递。外部传感器21b被布置和配置成测量电仪表2特别是外壳10的外部温度。内部传感器21c至21f被布置和配置成分别测量外壳10的内部的顶壁、前壁、后壁和侧壁(参见图3)处的电仪表2的内温度。端子区域传感器21g被布置和配置成测量外壳10内部的电端子12附近或周围的温度。供应线传感器21i被布置和配置成测量电线9特别是相输入线9a的温度。端子块传感器21h被布置和配置成测量端子块13的温度。输入部传感器21j、输出部传感器21k和链接部传感器21l被布置和配置成优选地分别在电阻分流器15、有源输出部14c和中性链接部14d附近测量母排14特别是有源输入部14a的温度。开关传感器21m、计量单元传感器21n、处理单元传感器21o、通信单元传感器21p和供应单元传感器21q被布置和配置成测量供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和供电单元20的温度。
此外，电仪表的内部导体22被设置为线缆、导线、传导路径、导体轨、带状导体等的形式，以便每当需要在电仪表2的传输装置8、母排14(特别是其有源输入部14a和中性链接部14d)、供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19、供电单元20和/或温度传感器21之间交换信息和/或能量时，将电仪表2的这些部件和元件彼此连接。为了清楚起见，在图1中省略了连接至温度传感器21的内部导体22的显式图示。
图2示出了电仪表2在电仪表2的操作环境100中的示意性截面侧视图。在此明显的是，电仪表2的外壳10包括顶壁部10a、底壁部10b、前壁部10c和后壁部10d。此外，外壳10设置或补充有覆盖电端子12的端子盖10e。在端子块13中，电端子12均设置有至少一个固定元件13a，例如端子螺钉、夹具、闩锁等，用于在电线9和母排14之间建立电接触的同时将电线9固定到电端子12。
供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和供电单元20安装在诸如印刷电路板(PCB)之类的基板23上。基板23通过安装元件24安装到外壳10特别是其后壁部10d。安装元件24可以被实施为安装桩、双头螺柱、间隔螺栓等。
操作环境100通常包括安装结构150(例如建筑结构、电柜等的壁)、空气团160和外部热源170(例如太阳、管道、导管、排气管等)。
为了建立根据本发明的方法的热模型，定义了用于定义电仪表2相对于操作环境100的热平衡的包络边界200。例如，包络边界200沿着外壳10的壁延伸，特别是在包围电仪表2的内部空间25的顶壁部10a、前壁部10c、后壁部10d和端子盖10e内延伸。
关于包络边界200，定义了用于建立根据本发明的方法的热模型的与电仪表2的元件和部件有关的某些热能流。在本示例中，呈负传导或正传导、对流和/或辐射热传递形式的热能流包括：经由电线9越过包络边界200的热传递209、从外壳10越过包络边界200到空气团160和操作环境100的热传递210、从后壁部10d越过包络边界200到安装结构150的热传递210d、在包络边界200内从母排14到电仪表2的内部空间25的热传递214、在包络边界200内从供应断开开关16到电仪表2的内部空间25的热传递216、在包络边界200内从计量单元到电仪表2的内部空间25的热传递217、在包络边界200内从处理单元18到电仪表2的内部空间25的热传递218、在包络边界200内从通信单元19到电仪表2的内部空间25的传递219、在包络边界200内从供电单元20到电仪表2的内部空间25的传递220、由于空气团160的对流而越过包络边界200的热传递260和/或从外部热源170越过包络边界200到电仪表2的热传递270。
图3示出了根据本发明的用于对电仪表2的热行为进行建模的热模型的示例性热性能图300。基于热性能图300来确定温度曲线T300，该温度曲线T300例如表示作为电仪表2的内空间25内的空气温度的内温度T25。在热性能图300的第一阶段301中，来自电仪表2的内部微电子电路的热传递(例如包括分别与供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219、220)总计约为1.3W，并且导致从表示操作环境100的温度的外部环境温度T100开始缓慢升温T301。
在热性能图300的第一阶跃变化C301处，由于向电仪表2的母排14和相关联部件和主电流路径施加了100A的电流负荷，因此母排14的热量生成开始突然上升。因此，在热性能图300的第二阶段302中，由于除了热传递216、217、218、219、220以外的约50W的相应热传递214，因此发生了快速升温T302。在第二阶段302即将结束时，在第一阶跃变化C301与第一稳态Q302之间的约24s的时间段d302之后，在约78℃的温度处达到了表示电仪表2与操作环境100之间的热平衡状态的第一稳态Q302。
在第二阶跃变化C302处，由于电流从100A下降到50A，因此发生母排14的电负荷的突然下降。因此，除了热传递216、217、218、219、220以外，热传递214下降到约12W。因此，在热性能图的第三阶段303期间，发生从第一稳态Q302中的约78℃到第二稳态Q303中的约42℃温度的迅速降温303。
图4示出了根据本发明的用于对电仪表2的热行为进行建模的热模型中的热容的影响的示例性图。在本示例中，基于热性能图400，所建模的热行为导致三个不同的温度曲线T410、T420和T430，这三个不同的温度曲线分别基于针对电仪表2假定的三个不同热阻值Rth 0.5K/W、1K/W和2K/W。通常，热阻值Rth由电仪表2的外壳10决定，特别是由具有其特定传热系数的端子盖10e以及壁部10a、10b、10c、10d的厚度和材料特性来决定。温度曲线T410、T420和T430例如表示电仪表2的内温度T25。
在热性能图400的第一阶段401中，来自电仪表2的内部微电子电路的总计约3W的热传递——该热传递例如同样包括分别与供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20相关的热传递216、217、218、219、220——分别导致温度曲线T410、T420和T430的缓慢升温T411、T421和T431，该缓慢升温T411、T421和T431从表示操作环境100的温度的约25℃的外部环境温度T100开始。
在热性能图400的第一阶跃变化C401处，由于向电仪表2的主电流路径中的母排14和相关联部件施加相应电流负荷，因此发生母排14的约10W的热量生成突然上升。因此，在热性能图400的第二阶段402中，由于除了热传递216、217、218、219、220以外的约10W的相应热传递214，因此温度曲线T410、T420和T430分别发生了快速升温T412、T422和T432。
在第二阶段402期间，分别在温度曲线T410、T420和T430中在约31℃、38℃和50℃的温度处达到表示电仪表2与操作环境100之间的热平衡状态的第一稳态Q412、Q422和Q432。分别在第一阶跃变化401之后的约8s、22s和40s的时间段d412、d422和d432之后达到第一稳态Q412、Q422和Q432。在第一稳态Q412、Q422和Q432处达到的温度的差异以及直到分别达到第一稳态Q412、Q422和Q432的时间段d412、d422和d432的差异由针对电仪表2假定的0.5K/W、1K/W和2K/W的相应不同的热阻值Rth引起。明显的是，随着热阻的增加，电仪表2的散热性能下降，即，在伴随热量生成上升的阶跃变化之后，热阻值越高，越晚达到通过越过包络边界200朝向操作环境100的对应稳定热传递209、210、210d、260的平衡温度，并且平衡温度越高。换言之，热阻越低，在时间段d412、d422和d432期间的热传递209、210、210d、260越高。
在第二阶跃变化C402处，发生母排14的电负荷突然下降。因此，除了热传递216、217、218、219、220以外，热传递214下降到约1.5W。因此，在热性能图的第三阶段403期间，分别在温度曲线T410、T420和T430中发生迅速降温T413、T423和T433。在本示例中，对于温度曲线T410、T420和T430，温度分别从第一稳态Q412、Q422和Q432下的约31℃、38℃和50℃的温度下降到第二稳态Q413、Q423和Q433下的约28℃、31℃和38℃的温度。在第一阶跃变化C401之后，分别在9s、18s和24s的时间段d413、d423和d433之后达到第二稳态Q413、Q423和Q433。
因此，类似于分别为0.5K/W、1K/W和2K/W的不同热阻值Rth对电仪表2的散热行为的影响，明显的是，随着热阻的增加，基于越过包络边界200朝向操作环境100的热传递209、210、210d、260的电仪表2的热源性能降低，即，在伴随热量生成下降的阶跃变化之后，热阻值越高，越晚达到平衡温度，并且平衡温度越高。相应地，热阻越低，在时间段d413、d423和d433期间的热传递209、210、210d、260越高。
图5示出了示例性图，该示例性图示出了根据本发明的用于对电表2的热行为进行建模的热模型中的热容的影响。在本示例中，基于热性能图500，所建模的热行为导致三个不同的温度曲线T510、T520和T530，这三个不同的温度曲线分别基于针对电仪表2假定的三个不同的热容值Cth2J/K、5J/K和10J/K。温度曲线T510、T520和T530例如表示电仪表2的内温度T25。在本示例中，针对所建模的热行为假定1K/W的热阻Rth导致三个不同的温度曲线T510、T520和T530。热性能图500和温度曲线T520分别与图4中示出的热性能图400和温度曲线T420相同。
在热性能图500的第一阶段501中，来自电仪表2的内部微电子电路的总计约3W的热传递——该热传递例如同样包括分别与供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219、220——导致分别在温度曲线T510、T520和T530的缓慢升温T511、T521和T531，该缓慢升温T511、T521和T531从表示操作环境100的温度的约25℃的外部环境温度T100开始。由于缓慢升温T511、T521和T531的差异是显著的，因此基于仅来自电仪表2的内部微电子电路的相对低的热传递，不同的热容值Cth 2J/K、5J/K和10J/K的影响已经变得明显。在缓慢升温T511、T521和T531期间，温度从25℃的T100分别上升到约25.5℃、26℃和27℃，反映了热容对电仪表2的热行为关于温度梯度(即，温度曲线的斜率)的强烈影响。
在热性能图500中的第一阶跃变化C501处，由于向电仪表2的母排14和相关联零件和主电流路径施加了相应电流负荷，因此发生例如母排14的约10W的热量生成的突然上升。因此，在热性能图500的第二阶段502中，由于除了热传递216、217、218、219、220以外的约10W的相应热传递214，因此温度曲线T510、T520和T530分别发生了快速升温T512、T522和T532。
在第二阶段502期间，分别在温度曲线T510、T520和T530中的约38℃的温度处达到表示电仪表2与操作环境100之间的热平衡状态的第一稳态Q512、Q522和Q532。在第一阶跃变化C501之后，分别在约8s、22s和37s的时间段d512、d522和d532之后达到第一稳态Q512、Q522和Q532。直到分别达到第一稳态Q512、Q522和Q532的时间段d512、d522和d532的差异由针对电仪表2假定的相应不同的热容值Cth 2J/K、5J/K和10J/K引起。明显的是，随着热容的增加，电仪表2的热缓冲性能提高，即，在伴随热量生成上升的阶跃变化之后，热容值越高，越晚达到具有越过包络边界200朝向操作环境100的对应的稳定热传递209、210、210d、260的平衡温度。换言之，热容越低，在时间段d512、d522和d532期间的热传递209、210、210d、260越高。
在第二阶跃变化C502处，发生母排14的电负荷的突然下降。因此，除了热传递216、217、218、219、220以外的热传递214下降到约1.5W。因此，在热性能图的第三阶段503期间，分别在温度曲线T510、T520和T530中发生快速降温T513、T523和T533。在本示例中，对于温度曲线T510、T520和T530，温度分别从第一稳态Q512、Q522和Q532中约38℃的温度下降到第二稳态Q513、Q523和Q533中约31℃的温度。在第一阶跃变化C501之后，分别在约11s、18s和24s的时间段d513、d523和d533之后达到第二稳态Q513、Q523和Q533。
因此，通过相应不同的热容值Cth 2J/K、5J/K和10J/K对电仪表2的热缓冲行为的影响，明显的是，随着热容的增加，基于越过包络边界200朝向操作环境100的热传递209、210、210d、260，电仪表2的热量存储性能增加，即，在伴随热量生成下降的阶跃变化之后，热容值Cth越高，越晚达到平衡温度。相应地，热容值Cth越低，在时间段d513、d523和d533期间的热传递209、210、210d、260越低。
图6示出了示例性图，该示例性图示出了在根据本发明的用于对电表2的热行为进行建模的热模型中考虑的电表2的主电流路径中的电阻的影响。在本示例中，基于三个热性能图610、620和630，这三个热性能图分别基于针对电仪表2的主电流路径假定的三个不同的电容值R 0.0002欧姆、0.001欧姆和0.005欧姆而进行仿真。所建模的热行为导致分别与0.0002欧姆、0.001欧姆和0.005欧姆的电容值R有关的三个不同的温度曲线T610、T620和T630。温度曲线T610、T620和T630例如表示电仪表2的内温度T25。
分别在热性能图610、620和630的第一阶段611、621和631中，来自电仪表2的内部微电子电路的总计约3W的相等热传递——该热传递例如同样包括分别与供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的相应热传递216、217、218、219、220——导致分别在温度曲线T610、T620和T630中的均匀缓慢升温T611、T621和T631，该均匀缓慢升温T611、T621和T631从表示操作环境100的温度的约25℃的外部环境温度T100开始。
在热性能图610、620和630中的第一阶跃变化C611、C621和C631处，由于向电仪表2的母排14和主电流路径中的相关联零件施加了相应电流负荷，因此发生例如母排14的分别约2W、10W和50W的热量生成的突然上升。因此，分别在热性能图610、620和630的第二阶段612、622和632中，由于除了热传递216、217、218、219、220之外的约2W、10W和50W的相应热传递214，因此温度曲线T610、T620和T630分别发生了快速升温T612、T622和T632。
在第二阶段612、622和632期间，分别在温度曲线T610、T620和T630中的约29℃、38℃和78℃的温度处达到表示电仪表2与操作环境100之间的热平衡状态的第一稳态Q612、Q622和Q632。在第一阶跃变化C601之后，分别在约12s、18s和37s的时间段d612、d622和d632之后达到第一稳态Q612、Q622和Q632。直到分别达到第一稳态Q612、Q622和Q632的时间段d612、d622和d632的差异由约2W、10W和50W的相应不同的热传递214引起。随着电阻的增加，电仪表2的热量生成性能提高，即，在伴随热量生成上升的阶跃变化之后，电阻值R越高，越晚达到平衡温度并且平衡温度的温度越高，该平衡温度具有越过包络边界200朝向操作环境100的对应的稳定热传递209、210、210d、260。
在第二阶跃变化C602处，发生母排14的电负荷的突然下降。因此，除了热传递216、217、218、219、220以外的热传递214分别在热性能图610、620和630中下降到约1.5W、2W和12W。因此，在热性能图610、620和630的第三阶段613、623和633期间，分别在温度曲线T610、T620和T630中发生快速降温T613、T623和T633。在本示例中，对于温度曲线T610、T620和T630，温度分别从在第一稳态Q612、Q622和Q632中约29℃、38℃和78℃的温度分别下降到第二稳态Q613、Q623和Q633中约29℃、28℃和42℃的温度。在第一阶跃变化C601之后，分别在约9s、18s和24s的时间段d613、d623和d633之后达到第二稳态Q613、Q623和Q633。
因此，随着主电流路径的电阻的增加，基于越过包络边界200朝向操作环境100的热传递209、210、210d、260，电仪表2的热量生成性能增加，即，在伴随热量生成下降的阶跃变化之后，主电流路径的电阻值越高，平衡温度越高并且越晚达到平衡温度。相应地，电阻值越低，热传递209、210、210d、260和相应平衡温度越低。
图7示出了示例性图，该示例性图示了出在建立根据本发明的用于对电表2的热行为进行建模的热模型时可能发生的建模偏差。在本示例中，基于热性能图300(参见图3)，所建模的热行为导致三个不同的温度曲线T710、T720和T730，其分别基于针对电仪表2假定的热阻以及热容的标称参数、有误热阻和有误热容。例如，温度曲线T710、T720和T730各自表示电仪表2的内温度T25。
在热性能图300的第一阶段301中，来自电仪表2的内部微电子电路的总计约3W的热传递——该热传递例如同样包括分别与供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219、220——导致分别在温度曲线T710、T720和T730中的缓慢升温T711、T721和T731，该缓慢升温T711、T721和T731从表示操作环境100的温度的约25℃的外部环境温度T100开始。由于缓慢升温T711、T721和T731的差异是显而易见的，因此基于仅来自电仪表2的内部微电子电路的相对低的热传递，有误热容值的影响已经变得明显。在缓慢升温T711、T721和T731期间，温度从25℃的T100分别上升到约27℃以及27℃和27.5℃，反映了热容对电仪表2的热行为关于温度梯度(即，温度曲线的斜率)的强烈影响。
在热性能图300中的第一阶跃变化C301处，由于向电仪表2的母排14和相关联零件和主电流路径施加了相应电流负荷，因此发生例如母排14的约50W的热量生成的突然上升。因此，在热性能图700的第二阶段302中，由于除了热传递216、217、218、219、220以外的约50W的相应热传递214，因此温度曲线T710、T720和T730分别发生快速升温T712、T722和T732。
在第二阶段302期间，分别在温度曲线T710、T720和T730中的约78℃、71℃和78℃的温度处达到表示电仪表2与操作环境100之间的热平衡状态的第一稳态Q712、Q722和Q732。在第一阶跃变化C301之后，分别在约24s、20s和12s的时间段d712、d722和d732之后达到第一稳态Q712、Q722和Q732。直到分别达到第一稳态Q712、Q722和Q732的时间段d712、d722和d732的差异反映了与对于电仪表2的热阻Rth和热容Cth假定的标称值的偏差。
在第二阶跃变化C302处，发生母排14的电负荷的突然下降。因此，除了热传递216、217、218、219、220以外的热传递214下降到约12W。因此，在热性能图300的第三阶段303期间，分别在温度曲线T710、T720和T730中发生快速降温T713、T723和T733。在本示例中，对于温度曲线T710、T720和T730，温度分别从第一稳态Q712、Q722和Q732中约78℃、71℃和78℃的温度下降到第二稳态Q713、Q723和Q733中约40℃、38℃和40℃的温度。在第一阶跃变化C701之后，分别在约11s、18s和24s的时间段d713、d723和d733之后达到第二稳态Q713、Q723和Q733。
明显的是，热阻的偏差导致以下两者的偏差：相对于对于标称参数假定的温度的不同温度差dT；以及阶跃变化与达到下一平衡状态之间的时间段的差，而热容与标称参数的偏差仅导致后者。
图8示出了示例性流程图，该示例性流程图示出了建立根据本发明的用于对电表2的热行为进行建模的热模型的步骤。在第一步骤S1中，计算电仪表2内的热量生成。特别地，在第一子步骤S1a中，基于电仪表2的通信状态COM、配置状态CON和CPU负荷CPU来计算微电子部件和单元中的热量生成，例如，分别与供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219、220。在第二子步骤S1b中，在考虑施加到母排14的电流负荷A、母排14的温度T和/或电仪表2的内温度T25、以及主电流路径的电阻R的情况下，计算电仪表2的母排14和相关联零件和主电流路径的热量生成。作为第一子步骤S1a和第二子步骤S1b的输出值，针对电仪表2的微电子部件和主电流路径两者，计算由于越过包络边界200的热传递210等来自电仪表2的热耗散。另外，针对电仪表2的主电流路径，计算由于越过包络边界200的热传递209等的热耗散和/或吸收。
在第二步骤S2中，基于热建模和利用温度传感器21的测量的梯度Gm，将步骤S1的输出值连同环境温度T100和来自外部热源170的热传递270的最小值和最大值、表征电仪表2的热行为的温度梯度一起计算作为计算的或仿真的梯度Gc。第二步骤的输出值是计算的梯度Gc和测量的梯度Gm的最小值和最大值。
在第三步骤S3中，使用计算的梯度Gc和测量的梯度Gm的最小值和最大值作为输入值来计算相应温度梯度和/或温度值误差和/或偏差。
在第四步骤S4中，对照用作限制L的相应误差范围和/或阈值检查在第三步骤S3中计算的温度梯度误差和/或偏差。如果超过这样的限制L，则在第五步骤S5中，生成相应触发信号S，使得相应的事件被记录、警报被触发、并且/或者供应断开开关16被致动。
如果在第四步骤S4中已经判定没有超过相应限制L，则第四步骤S4之后是第六步骤S6。然后，在第六步骤S6中，例如通过考虑配置状态CON、CPU负荷CPU和通信状态COM以及从温度传感器21得出的任何所需温度值T，检查是否有任何温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于例如通过热传递216、217、218、219、220在微电子部件中生成热量而导致的电仪表2的自发热所引起的。如果在第六步骤S6中判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于电仪表2的自发热所引起的，则在第七步骤S7中，相应地调节在步骤1中用作输入值的相应参数，特别是热传递216、217、218、219、220、配置状态CON、CPU负荷CPU和/或通信状态COM。
如果在第六步骤S6中已经判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差不是由于电仪表2的自发热所引起的，则第六步骤S6之后是第八步骤S8。然后，在第八步骤S8中，例如通过考虑相应热传递214和与母排14相关联的温度传感器21中的任何一个，判定是否有任何温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于主电流路径特别是电仪表2的母排14的发热所引起的。如果在第八步骤S8中判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于主电流路径特别是母排14的发热所引起的，则在第九步骤S9中，相应地调节在步骤1中用作输入值的、与主电流路径特别是母排14相关联的电阻R的值。
如果在第八步骤S8中已经判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差不是由于电仪表2的主电流路径特别是母排14的发热所引起的，则第八步骤S8之后是第十步骤S10。然后，在第十步骤S10中，特别是通过使用与外部热源170相关联的相应温度传感器21，判定是否有任何温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于来自外部热源170的热传递270所引起的。如果在第八步骤S8中判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于使来自外部热源170的热传递270发热所引起的，则在第十一步骤S11中，相应地调节在步骤1中用作输入值的、针对计算相应热传递270考虑的值，特别是外侧温度T。
如果在第八步骤S8中已经判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差不是由于电仪表2的主电流路径特别是母排14的发热所引起的，则第八步骤S8之后是第十步骤S10。然后，在第十步骤S10中，特别是通过使用与外部热源170相关联的相应温度传感器21，判定是否有任何温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于来自外部热源170的热传递270所引起的。如果在第十步骤S10中判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于来自外部热源170的热传递270所引起的，则在第十一步骤S11中，相应地调节针对计算相应热传递270考虑的值。
如果在第十步骤S10中已经判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差不是由于来自外部热源170的热传递270所引起的，则第十步骤S10之后是第十二步骤S12。然后，在第十二步骤S12中，特别是通过使用与电线9相关联的相应温度传感器21，判定是否有任何温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于经由电线9的热传递209所引起的。如果在第十二步骤S12中判定温度梯度和/或温度值误差和/或偏差是由于来自外部热源170的热传递270所引起的，则在第十三步骤S13中，相应地调节针对计算相应热传递209考虑的值。
在第五步骤S5、第七步骤S7、第九步骤S9、第十一步骤S11、第十二步骤12和/或第十三步骤13之后的第十四步骤S14中，终止图8中示出的过程和/或再次从第一步骤S1的开始进行重复。
图9示出了示例性流程图，该示例性流程图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表2的热行为进行建模的热模型时电仪表2的运行时逻辑的步骤。运行时逻辑是构成计算机程序4的至少一部分的诸如软件和/或固件的计算机可读指令，其由供应断开开关16、计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20执行。
在第一运行时步骤RS1中，在使用来自温度传感器21、电流负荷A的测量和/或微电子发热估计(特别是对于分别与计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219和220)中的至少一个的读数的情况下，在使用用于热容Cth和热阻Rth的公式以对电仪表2进行建模下，连续地生成瞬时温度值T和计算的温度梯度值Gc。
热模型基于用于计算作为时间t的函数的温度T的以下三个等式：
T(t)＝T0×(1-e(-t/λ)) (1)，
其中，T(t)[K]是电仪表2的发热阶段期间的瞬时温度，T0[K]是电仪表2的最终稳态瞬时温度，并且λ[1/s]是由热阻Rth和热容Cth相乘所得的时间常数；
T(t)＝T0×(e(-t/λ)) (2)，
其中，T(t)[K]是电仪表2的冷却阶段期间的瞬时温度，T0[K]是电仪表2的初始瞬时温度，并且λ[1/s]是由热阻Rth和热容Cth相乘所得的时间常数；以及
ΔT＝Q×Rth (3)，
其中，ΔT[K]是诸如电仪表2以及其零件、元件或部件的对象的两个点之间的温度差，Q[W]是流过对象的热量流，并且Rth[K/W]是对象的两个定义点之间的针对其仿真热性能的热阻。
在第二运行时步骤RS2中，计算在潜在模型参数范围内的模型参数(例如，热容Cth、热阻Rth、电阻R和/或微电子发热因子(特别是对于分别与计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219和220))的微小变化的多个结果。
在第三运行时步骤RS3中，计算测量结果与模型结果(即其测量的温度梯度与仿真的温度及温度梯度)之间的误差和/或偏差。
在第四运行时步骤RS4中，识别模型参数，产生测量结果与仿真结果之间的最小误差/偏差。
在第五运行时步骤RS5中，在产生最小误差或偏差的方向上并与识别的模型参数成比例地，对在第四运行时步骤RS4中识别的模型参数进行小的增量改变。对于这样的调节，可以例如通过应用有限脉冲响应滤波器和/或无限脉冲响应滤波器使用滤波。
在第六运行时步骤RS6中，将来自运行时步骤5的经识别和经调节的模型参数与预先配置的范围限制进行比较，以检测何时建立的热模型被标准化为指示错误或故障状况情况下的特定热模型，该错误或故障状况例如是主电流路径特别是母排14中的过大电阻和/或微电子部件中的故障。
在第七运行时步骤RS7中，判定来自第六运行时步骤RS6的指示错误或故障状况的特定热模型的参数是否在特定的参数范围之外。因此，将相应模型结果与相应阈值进行比较。如果相应模型参数超过相应阈值，则记录错误、故障和/或警报事件，并且/或者采取另外的措施，例如致动供应断开开关16等。
在第七运行时步骤RS7之后的第九运行时步骤RS9中，确定关注点，例如稳态、发热条件、冷却条件和/或热能生成的任何相对大的变化。
在第十运行时步骤RS10中，当在第九运行时步骤RS9中识别了关注点时，则记录对应的信息，包括诸如瞬时温度T和温度梯度G、电流负荷A、微电子发热估计等的基础热模型参数。
在第十一运行时步骤RS11中，使用在第十运行时步骤RS10期间记录的表征关注点的信息和参数来调节模型参数和对应用的有限脉冲响应滤波器和/或无限脉冲响应滤波器的相应滤波器值的加权。例如，从特定稳定状态开始，负荷电流A的突然阶跃变化接近于零，并且相关联的冷却提供了调节热容Cth而没有在主电流路径中的估计电阻R中的任何误差的极好机会。替选地或另外地，稳态条件提供了调节热阻Rth的机会，而没有受到使计算复杂化的热容Cth的影响。此外，在负荷电流A和由于微电子发热因子(特别是分别与计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219和220)引起的发热随着时间t相对稳定的特定稳定状态期间，温度T的改变可以是操作环境100中的热改变的指示。
在第十二运行时步骤RS12中，如在第一运行时步骤RS1中一样，再次计算热模型结果，但是现在基于在关注点期间(如果适用)在运行时步骤R10中记录的信息和参数，如在第十一运行时步骤RS11中调节的。类似地，在第十二运行时步骤RS12中，类似于在第三运行时步骤RS3中所进行的，计算测量结果与仿真结果(即，其测量的温度梯度与仿真的温度及温度梯度)之间的相应误差和/或偏差。
此外，在第十二运行时步骤RS12中，如在第五运行时步骤RS5中所进行的那样，在产生最小误差或偏差的方向上并与识别的模型参数成比例地，对在第十运行时步骤RS10中记录的和/或在第十一运行时步骤RS11中调节的模型参数进行小的增量改变。对于这样的调节，例如当应用有限脉冲响应滤波器和/或无限脉冲响应滤波器时，可以使用通过在运行时步骤11中对各个滤波器值进行加权而获得的调节的滤波器值。换言之，可以将信息和参数从第十二运行时步骤RS12反馈回第一运行时步骤RS1、第三运行时步骤RS3和/或第五运行时步骤RS5，使得这些步骤以迭代方式被执行。
在第十三运行时步骤RS13中，在先前运行时步骤中特别是在第十二运行时步骤RS12中获得的模型参数被记录为模型参数的历史值。
在第十四运行时步骤RS14中，扫描在第十三运行时步骤RS13中记录的历史模型参数，以识别任何大的回应或可疑的值和/或参数变化。
在第十五运行时步骤RS15中，使用在第十四运行时步骤RS14中记录的历史模型参数的变化来增量地调节模型参数的范围限制。可以将相应的调节的范围限制反馈回第六运行时步骤RS6，以基于相应范围限制来检测错误或故障状况。
在第十六运行时步骤RS16中，记录了每个模型参数的最大变化。
在第十七运行时步骤RS17中，为了计算用于表示电仪表2内的不同零件、元件和/或部件的多个热模型的热模型结果，可以重复如上所述的第一运行时步骤RS1至第十六运行时步骤RS16。优选地，包括单个热容Cth和热阻Rth的单个热模型是必需的，并且应当足以对电仪表2的热行为进行建模。然而，为了提高根据本发明的用于监测电仪表2的功能状态的方法的准确性，可以如本文所述的对电仪表2内的不同零件、元件和/或部件的热行为进行建模。
图10示出了示例性流程图，该示例性流程图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表2的热行为进行建模的热模型时的设计时程热模型发现过程的步骤。图10中示出的步骤用于提供将在以上参照图8和9描述的方法步骤中实现的初始参数和值。
在图10中示出的设计时程热模型发现过程的第一设计步骤DS1中，处于未通电状态的电仪表2(即，电仪表未被供电)被置于温度受控的室(未示出)中，并且相对于具有环境温度T100的温度室，被允许达到热平衡状态。
在第二设计步骤DS2中，在没有任何负荷施加到主电流路径的情况下，并且在不变的即稳定的微电子行为的情况下使仪表通电，以确保由于微电子发热因子(特别是分别与计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219和220)而引起的发热相对稳定，优选地随时间恒定。
在第三设计步骤DS3中，记录从在第二设计步骤DS2中执行的使电仪表2的微电子部件通电的时间点直到电仪表2再次达到相对于温度室的热平衡状态的时间点的一系列温度读数。基于这些温度读数，计算电仪表2的热阻Rth和/或热容Cth以及在期望时的其任何零件、元件和/或部件。
在第四设计步骤DS4中，通过使电仪表2断电，突然消除在第二设计步骤DS2中开启的微电子发热因子，特别是分别与计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219和220。
在第五设计步骤DS5中，在具有施加到主电流路径的电功率的改变的大小和相位的各种负荷条件下，即不同的负荷电流A被施加到电仪表2的有源输入端子12a和中性输入端子12b，激活供应断开开关16。通过施加各种负荷条件，测量和/或从中得出供应断开开关16的相应继电器接触电阻的范围。
在第六设计步骤DS6中，在第五设计步骤DS5中执行的供应断开开关16的每个切换操作之后，测量从电仪表2的有源输入端子12a到有源输出端子12c穿过电仪表2的主电流路径的阻抗。
然后重复如上所述的第一设计步骤DS1至第六设计步骤DS6。
在第七设计步骤DS7中，使用电线9的不同线直径将电线9多次断开连接并重新附接至电端子12。
在第八设计步骤DS8中，在第七设计步骤DS7中执行的电线9的每次改变之后，测量从电仪表2的有源输入端子12a到有源输出端子12c穿过电仪表2的主电流路径的阻抗。
在第九设计步骤DS8中，在第七设计步骤DS7中执行的电线9的每次改变之后并且/或者在第五设计步骤DS5中执行的供应断开开关16的每次切换操作之后，测量从电仪表2的中性输入端子12b到中性输出端子12d穿过电仪表2的主电流路径的阻抗。
然后重复如上所述的第一设计步骤DS1至第九设计步骤DS9。
在第十设计步骤DS10中，对表示环境温度T100的受控温度室的温度进行更改。
然后重复如上所述的第一设计步骤DS1至第十设计步骤DS10。
在第十一设计步骤DS11中，将不同的外部热源170(例如，来自光的直接辐射和/或用于模拟太阳辐射的热源)和/或受控气流应用于电仪表2，特别其外壳10。此外，对电仪表2附接的安装结构150的材料的类型和/或电仪表2在电柜中和/或在电气配电盘处的特定位置分别进行更改。
然后重复如上所述的第一设计步骤DS1至第十一设计步骤DS11。
在第十二设计步骤DS12中，使电仪表2的微电子部件的行为变化，特别是使分别与计量单元17、处理单元18、通信单元19和/或供电单元20有关的热传递216、217、218、219和220变化。例如可以通过改变计量单元17的采样率、改变处理单元18的处理负荷即CPU负荷、和/或改变由通信单元19施加的通信频率等来实现这样的变化。
然后，对电仪表2重复如上所述的第一设计步骤DS1至第十一设计步骤DS12。另外，在第一设计步骤DS1至第十一设计步骤DS12的期望重复次数之后，可以针对相同种类和/或不同种类的多个不同电仪表2执行在建立根据本发明的用于对电仪表2的热行为进行建模的热模型时执行的设计时程热模型发现过程的这些步骤，以为多个不同电仪表2的范围提供相应模型参数和值。
图11示出了示例性流程图，该示例性流程图示出了在建立根据本发明的用于对电仪表2的热行为进行建模的热模型时的安装时程热模型发现过程的可能步骤。
在当建立根据本发明的热模型时的安装时程热模型发现过程的第一安装步骤IS1中，测量从电仪表2的有源输入端子12a到有源输出端子12c穿过电仪表2的主电流路径的阻抗。
在第二安装步骤IS2中，测量从电仪表2的中性输入端子12b到中性输出端子12d穿过电仪表2的主电流路径的阻抗。
在第三安装步骤IS3中，指定——例如记录和/或从电仪表2的固件所使能的电线9的可能类型和/或直径的预定义列表中选择——附接至电仪表2的端子12的电线9的类型。
在第四安装步骤IS4中，指定——例如记录和/或分别从电仪表2的固件所使能的操作环境100、安装结构150和/或外部热源170的可能类型的预定义列表中选择——例如在电柜中、在墙上、暴露于辐射源等的电仪表2的安装类型，即，操作环境100、安装结构150和/或外部热源170的类型。
在第五安装步骤IS5中，如电仪表2的固件所使能的将当前环境温度T100记录在电仪表2中。
在第六安装步骤IS6中，如电仪表2的固件所使能的将电仪表2的安装地点处的当前时间、日期和/或天气状况分别记录在电仪表2中。
图12示出了示例性图，该示例性图分别示出了根据本发明的将要用热模型仿真的三个不同的电仪表2a、2b和2c的实际温度曲线TA、TB和TC。例如，在对于电仪表2中的每一个假定相同的操作状态——即电流负荷A、配置状态CON、通信状态COM、CPU负荷CPU、热容Cth和热阻Rth——的情况下，通过执行如上所述的各个方法步骤，与根据本发明的方法一致地对三个温度曲线TA、TB和TC进行仿真。因此，图12中示出的温度值和温度梯度的任何差异均应当是由于电仪表2a、2b和2c的电流路径的不同电阻R和/或不同环境条件而引起的。
假设电仪表2a、2b和2c是相同类型的并且均处于操作状态，则可以从三个温度曲线TA、TB和TC中得出可以被认为是电仪表2a、2b和2c的正确操作可接受的相应范围、限制和/或阈值。特别地，图12示出了在约2:01的时间t处发生阶跃变化C之后的最大斜率，即，分别由电仪表2a、2b和2C的模型来仿真的仿真温度梯度Gc 4.3℃/min(摄氏度/分钟)、4.5℃/min和4.7℃/min，以及最大温度上升dT 47.1℃、49.2℃和47.5℃。
因此，可以从这三个温度曲线得出，在相应操作条件下，测量的梯度Gm的可接受范围从4.3℃/min延伸至4.7℃/min，4.7℃/min构成范围上限，4.7℃/min和4.3℃/min两者构成阈值，即，分别是0.2℃/min的仿真的梯度dGc的最大值的范围的上阈值和下阈值。相应地，在相应操作条件下，温度上升dT的可接受范围从47.1℃延伸至49.2℃，49.2℃构成范围上限，49.2℃和47.1℃两者构成阈值，即，分别是仿真的温度差dT 2.1℃的最大值范围的上阈值和下阈值。然后，如果相应的测量的梯度Gm和/或温度T基于相应的触发信号S超过或降至阈值以下，则可以记录事件，可以采取措施，并且/或者可以由电仪表2a至2c和/或相应的管理设备3生成警报。
在替选方案中，可以通过示例的方式假设图12中示出的三个温度曲线TA、TB和TC与具有相同配置状态CON、通信状态COM、CPU负荷CPU、热容Cth和假定的热阻Rth的同一个电仪表2有关。例如，温度曲线TA基于在阶跃变化C处将特定负荷电流A施加到电仪表2的主路径之后利用温度传感器21中的至少一个执行的温度测量。温度曲线TB可以是针对替选负荷电流A计算的仿真的温度曲线，该温度曲线TB高于负荷电流基础温度曲线TA。温度曲线TC可以是针对相同的负荷电流A基础温度曲线TA计算的仿真的温度曲线。
在这些替选假设下，明显的是，基于从仅两个仿真的温度曲线TB与仿真的温度曲线TC之间的温度梯度和温度值的范围得出的阈值，无法检测故障功能状态或对其的任何提示，因为温度曲线TB中的测量的最大温度梯度Gm 4.5℃/min分别很好地位于温度曲线TA中的仿真的最大温度梯度Gc 4.3℃/min和温度曲线TC中的仿真的最大温度梯度Gc 4.7℃/min内。此外，温度曲线A在4:20的时间t处的最大测量的温度上升dT 47.5℃分别很好地位于仿真的温度曲线TA在该时间点处的仿真的温度上升47.1℃和仿真的温度曲线TC在该时间点处的仿真的温度上升49.2℃内。
然而，考虑到在替选假设下，温度曲线TA是在与基础仿真的温度曲线TC在相同的电流负荷A下测量的，则温度曲线TA在4:20的时间处的较高的测量的温度上升dT 47.5℃比温度曲线TC在该时间点处的仿真的温度上升dT 47.1℃超出这两条温度曲线之间的相对温度差ΔT 0.4℃可能暗示故障状态，或者可能至少指示朝向故障状态发展的趋势。此外，如果考虑到在约3:47的时间点t处——在该处测量的温度T几乎达到了在假设与基础温度曲线TA相比更高的电流负荷A下仿真的温度曲线TB中的温度——温度曲线TA与温度曲线TC之间的约4℃的最大相对温度差ΔT，则在替选假设下温度曲线TA与温度曲线TC之间的偏差清楚地指示电仪表2的某些参数在范围之外。然后必须通过应用上述方法步骤来评估偏差是否基于建模误差、偏差是否基于周围条件的差异、或者实际上，温度曲线TA中的过大热量上升是否指示电仪表的主电流路径和/或微电子部件的电阻R的增加，该增加可能由于分别在主电流路径和/或微电子部件内的电连接的劣化而引起的，并且可能因此构成电仪表2的故障状态。
在本发明的范围内与上述实施方式的不同是可能的。
电计量系统1可以包括呈实现期望操作所需的任何数目和形式以用于操作、监测和/或控制电计量系统1特别是其中任何电仪表2、2a、2b、2c的：电仪表2、2a、2b、2c，管理装置3，计算机程序4，计算机可读数据载体5，数据载体信号6，能量和/或信息传输线7，传输装置8，和/或电线9、9a、9b、9c、9d。
电仪表2可以设置有呈用于执行期望功能所需的任何数目和形式的：具有壁部10a、10b、10c、10d、端子盖10e、底部11的外壳10，电端子12、12a、12b、12c、12d，端子块13，固定元件13a中，具有部14a、14b、14c、14d的母排14，电阻分流器15，供应断开开关16，开关输入线16a，开关输出线16b，计量单元17，计量输入线17a，计量输出线17b，处理单元18，通信单元19，供电单元20，温度传感器21、21a至21q，内部导体22，基板23，安装元件24和/或内空间25。
因此，本发明不限于如本文所述的具有电端子12、12a、12b、12c、12d的电仪表2，而是还可以应用于例如所谓的插座式仪表，该插座式仪表具有被实施为插入作为固定至壁或配电板的基座组件的一部分的插座中的叶片的接触元件或端子，这使得能够快速更换这样的插座式仪表并且避免电缆调节。在这样的设置中，本发明可以在插座式仪表、包括插座的基座组件或其组合中实现。插座式仪表可能在与插座式仪表接口的叶片和/或插座上经受高电阻接触。对于与接口相关联的任何零件或元件，如本文中参照电线9、9a、9b、9c、9d、电端子12、12a、12b、12c、12d、相应固定元件13例如接触弹簧及其之间的连接，可能引起关于接触电阻和热量生成的类似问题。
管理设备3、传输装置8、计量单元17、处理单元18、通信单元19、供电单元20和/或温度传感器21、21a至21q可以包括呈期望的任何数目和形式的任何种类的电子数据处理、存储、接口和/或操作装置。能量和/或信息传输线7、传输装置8和/或内部导体22可以实施为用于传递能量的任何种类的有线和/或无线装置，该能量特别是电能和/或信息(例如模拟数据和/或数字数据)，包括任何种类的计算机软件程序、接口、模块和/或功能，以及通信系统，例如全球移动通信系统(GSM)、DLMS/COSEM、电力线通信(PLC)等。
由计量系统1的元件、单元和模块执行的功能可以实现为硬件和/或软件，以由电仪表2和/或管理设备3内的单个实体和/或多个实体执行。因此，电仪表2和/或管理设备3可以包括至少一个计算机、(微)处理器或其他类型的处理器，以及至少一个计算机可读介质——例如可以实施为任何种类的内部和/或外部RAM和/或ROM存储设备或数据存储装置以及对应的永久性或非永久性计算机和/或机器可读介质的计算机可读数据载体5——包括但不限于例如存储诸如计算机程序4的计算机可读程序代码(例如，软件或固件)的云存储设备、微芯片、闪存驱动器、EEPROM、磁盘、卡、带和鼓、穿孔卡和纸带、光盘、条形码、智能代码和/或磁性墨水字符，该计算机可读程序代码能够由例如(微)处理器、逻辑门、开关、接口、网关、收发器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器和/或嵌入式微控制器执行。特别地，电仪表2和/或管理设备3可以被配置成执行如本文所述的任何种类的测量、运算、计算、处理、生成、确定、判定、监测和/或控制步骤。
根据本发明的至少一个热模型可以包括对电仪表2和/或其元件、零件和/或部件以及具有相应安装结构150、空气团160和/或外部热源170的操作环境100的热性能进行建模所需的简化的热模型和/或复杂的热模型。根据所需的热模型的复杂程度，对于电仪表2中的任何元件、零件和/或部件，均可以考虑包络边界200和相应的热传递209、210、210d、214、216、217、218、219、220、260、270。为了对热行为进行建模，可以使用具有相应相位、阶跃变化、稳态、时间段以及温度值、梯度和温度曲线(其具有相应的升温和/或降温)的任何种类的热性能图，而温度曲线的任何组合均可以构成一组温度曲线。
因此，根据本发明的方法可以包括按照需要并且呈对电仪表2、2a、2b、2c以及操作环境100的热行为进行建模以监测电仪表2的功能状态所需的任何数目和形式的步骤S1至S14、设计步骤DS1至DS12、安装步骤IS1至IS6和/或运行时步骤RS1至RS17。
除了如本文所述的电仪表2之外，根据本发明的方法以及对应的系统1——包括管理设备3、计算机程序4、计算机可读数据载体5、数据载体信号6、能量和/或信息传输线7、传输装置8和/或电线9——可以用于监测任何种类的电器、装置和/或设备(例如，家用设备、计算机、变压器、发电机、马达等)，特别是具有相对大的功率输入、吞吐量和/或输出的设备的功能状态。相应电器、装置和/或设备本身和/或相应管理设备可以被配置成执行根据本发明的方法。
附图标记
1 电计量系统
2 电仪表
2a 电仪表A
2b 电仪表B
2c 电仪表C
3 管理设备
4 计算机程序
5 计算机可读数据载体
6 数据载体信号
7 能量和/或信息传输线
8 传输装置
9 电线
9a 相输入线
9b 中性输入线
9c 相输出线
9d 中性输出线
10 外壳
10a 顶壁部
10b 底壁部
10c 前壁部
10d 后壁部
10e 端子盖
11 底部
12 电端子
12a 有源输入端子
12b 中性输入端子
12c 有源输出端子
12d 中性输出端子
13 端子块
13a 固定元件
14 母排/主电流路径
14a 有源输入部
14b 有源链接部
14c 有源输出部
14d 中性链接部
15 电阻分流器
16 供应断开开关
16a 开关输入线
16b 开关输出线
17 计量单元
17a 计量输入线
17b 计量输出线
18 处理单元
19 通信单元
20 供电单元
21 温度传感器
21a 远程传感器
21b 外部传感器
21c 内部顶部传感器
21d 内部正面传感器
21e 内部背面传感器
21f 内部侧面传感器
21g 端子区域传感器
21h 端子块传感器
21i 供应线传感器
21j 输入部传感器
21k 输出部传感器
21l 链接部传感器
21m 开关传感器
21n 计量单元传感器
21o 处理单元传感器
21p 通信单元传感器
21q 供应单元传感器
22 内部导体
23 基板
24 安装元件
25 内空间
100 操作环境
150 安装结构
160 空气团
170 外部热源
200 包络边界
209 热传递
210 热传递
210d 热传递
214 热传递
216 热传递
217 热传递
218 热传递
219 热传递
220 热传递
260 热传递
270 热传递
300 热性能图
301 第一阶段
302 第二阶段
303 第三阶段
400 热性能图
401 第一阶段
402 第二阶段
403 第三阶段
500 热性能图
501 第一阶段
502 第二阶段
503 第三阶段
610 热性能图
611 第一阶段
612 第二阶段
613 第三阶段
620 热性能图
621 第一阶段
622 第二阶段
623 第三阶段
630 热性能图
631 第一阶段
632 第二阶段
633 第三阶段
d302 时间段
d412 时间段
d422 时间段
d432 时间段
d413 时间段
d423 时间段
d433 时间段
d512 时间段
d522 时间段
d532 时间段
d513 时间段
d523 时间段
d533 时间段
d612 时间段
d622 时间段
d632 时间段
d613 时间段
d623 时间段
d633 时间段
d712 时间段
d722 时间段
d732 时间段
d713 时间段
d723 时间段
d733 时间段
C301 第一阶跃变化
C302 第二阶跃变化
C401 第一阶跃变化
C402 第二阶跃变化
C501 第一阶跃变化
C502 第二阶跃变化
C611 第一阶跃变化
C612 第二阶跃变化
C621 第一阶跃变化
C622 第二阶跃变化
C631 第一阶跃变化
C632 第二阶跃变化
Q302 第一稳态/平衡
Q303 第二稳态/平衡
Q412 第一稳态/平衡
Q422 第一稳态/平衡
Q432 第一稳态/平衡
Q413 第二稳态/平衡
Q423 第二稳态/平衡
Q433 第二稳态/平衡
Q512 第一稳态/平衡
Q522 第一稳态/平衡
Q532 第一稳态/平衡
Q513 第二稳态/平衡
Q523 第二稳态/平衡
Q533 第二稳态/平衡
Q612 第一稳态/平衡
Q622 第一稳态/平衡
Q632 第一稳态/平衡
Q613 第二稳态/平衡
Q623 第二稳态/平衡
Q633 第二稳态/平衡
Q712 第一稳态/平衡
Q722 第一稳态/平衡
Q732 第一稳态/平衡
Q713 第二稳态/平衡
Q723 第二稳态/平衡
Q733 第二稳态/平衡
T25 内温度
T100 环境温度
T300 温度曲线
T301 缓慢升温
T302 快速升温
T303 快速降温
T410 温度曲线
T411 缓慢升温
T412 快速升温
T413 快速降温
T420 温度曲线
T421 缓慢升温
T422 快速升温
T423 快速降温
T430 温度曲线
T431 缓慢升温
T432 快速升温
T433 快速降温
T510 温度曲线
T511 缓慢升温
T512 快速升温
T513 快速降温
T520 温度曲线
T521 缓慢升温
T522 快速升温
T523 快速降温
T530 温度曲线
T531 缓慢升温
T532 快速升温
T533 快速降温
T610 温度曲线
T611 缓慢升温
T612 快速升温
T613 快速降温
T620 温度曲线
T621 缓慢升温
T622 快速升温
T623 快速降温
T630 温度曲线
T631 缓慢升温
T632 快速升温
T633 快速降温
T710 温度曲线
T711 缓慢升温
T712 快速升温
T713 快速降温
T720 温度曲线
T721 缓慢升温
T722 快速升温
T723 快速降温
T730 温度曲线
T731 缓慢升温
T732 快速升温
T733 快速降温
DS1 第一设计步骤
DS2 第二设计步骤
DS3 第三设计步骤
DS4 第四设计步骤
DS5 第五设计步骤
DS6 第六设计步骤
DS7 第七设计步骤
DS8 第八设计步骤
DS9 第九设计步骤
DS10 第十设计步骤
DS11 第十一设计步骤
DS12 第十二设计步骤
IS1 第一安装步骤
IS2 第二安装步骤
IS3 第三安装步骤
IS4 第四安装步骤
IS5 第五安装步骤
IS6 第六安装步骤
RS1 第一运行时步骤
RS2 第二运行时步骤
RS3 第三运行时步骤
RS4 第四运行时步骤
RS5 第五运行时步骤
RS6 第六运行时步骤
RS7 第七运行时步骤
RS8 第八运行时步骤
RS9 第九运行时步骤
RS10 第十运行时步骤
RS11 第十一运行时步骤
RS12 第十二运行时步骤
RS13 第十三运行时步骤
RS14 第十四运行时步骤
RS15 第十五运行时步骤
RS16 第十六运行时步骤
RS17 第十七运行时步骤
S1 第一步骤
S1a 第一子步骤
S1b 第二子步骤
S2 第二步骤
S3 第三步骤
S4 第四步骤
S5 第五步骤
S6 第六步骤
S7 第七步骤
S8 第八步骤
S9 第九步骤
S10 第十步骤
S11 第十一步骤
S12 第十二步骤
S13 第十三步骤
S14 第十四步骤
A 电流负荷
C 阶跃变化
CON 配置状态
COM 通信状态
CPU CPU负荷
Cth 热容
dT 温度差/范围
dt 时间差
dG 梯度差/范围
G 梯度
Gc 计算的/仿真的梯度
Gm 测量的梯度
L 限制/阈值
Q 热传递/热通量
R 电阻
Rth 热阻
S 触发信号
T 温度
t 时间
TA 温度曲线仪表A
TB 温度曲线仪表B
TC 温度曲线仪表A
ΔT 相对温度差
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