Pulsmesser

Stromsparen, um die Energierechnung der Stadtwerke zu drücken, ist eigentlich ganz einfach: Ausschalten reicht. Oft sind aber Geräte, die man per Schalter schlafen gelegt hat, nicht wirklich ausgeschaltet, sie nuckeln im Standby-Betrieb immer noch an der Steckdose. Eine grobe Einschätzung, ob sie dabei viel oder wenig Energie ziehen, kann man schon durch Handauflegen gewinnen: Wenn sich das Gerät oder sein Steckernetzteil spürbar warm anfühlt, sollte man es lieber richtig vom Netz trennen.

Eine genauere Bestimmung, wie viel elektrische Energie ein Verbraucher sich im Betrieb oder im Standby gönnt, und ob sich damit weitere Maßnahmen zum Energiesparen lohnen, erlauben Leistungsmessgeräte. Sie messen die momentane Wirkleistung. Über die Betriebsdauer des Verbrauchers wird daraus die elektrische Arbeit, die die Stadtwerke liefern und als „Stromkosten“ in Rechnung stellen.

Solche Messgeräte gelten längst nicht mehr als Werkzeuge für Elektrospezialisten, sondern für jedermann, sind sie doch mittlerweile in Drogerie- und Baumärkten, beim Kaffeeröster oder dem Discounter für wenige Euro erhältlich. Die spannende Frage dabei ist, wie genau die teilweise als Aktionsware verschleuderte Messelektronik ist.

Um es vorwegzunehmen: Die meisten Modelle waren überraschend genau, doch man sollte beim Kauf trotzdem aufpassen. Denn Angaben zur Genauigkeit findet man nur in Ausnahmefällen außen auf dem Karton, etwa beim Basetech-Gerät (±5 %) oder beim Voltcraft Energy Check 3000 (±1 % ±1 W).

Wenn nichts Näheres spezifiziert ist, sollte man als praktischer Pessimist davon ausgehen, dass die Prozentangabe auf den Messbereichsendwert bezogen ist. So klingen die 5 Prozent des Costcontrol-Modells auf den ersten Blick zwar recht gut, entsprechen aber einer möglichen maximalen Abweichung von 0,05 x 3600 Watt, also ±180 Watt. Wenn eine Energiesparlampe real 15 Watt zieht, dürfte das Gerät zwischen 0 und 195 Watt alles anzeigen, ohne seine Spezifikation zu verlassen. So wird das Messen kleiner Leistungen zum Ratespiel, doch in der Praxis sieht das Bild deutlich freundlicher aus.

Wir beschafften im Spätsommer/Herbst sieben Geräte in der Taschengeld-Klasse (unter 20 Euro), die im Einzel- und Versandhandel auf dem Markt waren und testeten mit verschiedenen, haushaltsüblichen Lasten, wie gut sie messen. Unmittelbar vor Redaktionsschluss brachte Aldi ein 8-Euro-Angebot auf den Markt (Globaltronics GT-PM-02), das wir noch mit in den Test nahmen.

Dazu stellten wir ein 25-Euro- und ein 50-Euro-Gerät, um herauszufinden, ob man mit etwas mehr Kapitaleinsatz auch bessere Ergebnisse bekommt. Abwesend ist das 26 Euro teure EM 600-2 von ELV: Es ist laut Hersteller nur noch in Restbeständen am Lager, ein Test wäre deshalb nicht sinnvoll. Das Nachfolgemodell EM 6000 ist erst ab Dezember im Handel.

Dass preisgünstige Leistungsmessgeräte nicht mit allen möglichen Verbrauchern gleich gut klar kommen, verdeutlicht das Faltblatt zum Olympia EKM 2000: „Die Genauigkeit des Energiekostenmessgeräts kann durch beträchtliche elektrische Oberwellenstörungen im Stromnetz herabgesetzt werden.“ Die sind aber inzwischen bei den meisten Verbrauchern die Regel, nicht die Ausnahme (dazu gleich mehr). Immerhin bekommt man so einen Hinweis, dass das Gerät mit nichtlinearen Lasten – typischerweise Transformator- oder Schaltnetzteile von Kleingeräten wie Routern, Notebooks oder Mini-Hifi-Anlagen – Schwierigkeiten hat. Doch das erfährt man erst nach Öffnen der nicht wieder verschließbaren Blister-Verpackung.

In anderen Beschreibungen heißt es richtigerweise, dass die Geräte nicht für gewerbliche Zwecke eingesetzt werden sollen und nicht zur Abrechnung mit dem Energieversorger, für medizinische Zwecke oder zur Veröffentlichung von Messwerten taugen.

Neben den für die Stromrechnung interessanten Größen Wirkleistung und Arbeit zeigen viele Geräte weitere Werte an, beispielsweise die Netzfrequenz. Die ist aber entbehrlich, denn wenn die Frequenz anfängt, um mehr als einige Zehntel Hertz vom 50-Hertz-Soll abzuweichen, darf man eh mit baldigem Ausgehen der Lichter rechnen. Dagegen ist eine Kostenanzeige mit einstellbarem Tarif sehr nützlich, um etwa dem störrischen Sprössling plastisch vor Augen zu führen, dass der Idle-Dauerlauf seines Gaming-PCs nicht nur virtuellen Strom, sondern reales Geld kostet.

Eine Anzeigeauflösung von einem Watt reicht für den Hausgebrauch völlig aus. Mit einem Zehntelwatt kann man Trends bereits erahnen, etwa bei der Frage, ob einzelne Stromsparmodi tatsächlich mehr bringen. Die Hundertstel-Watt-Auflösung des Brennenstuhl-Geräts ist dagegen übertrieben und täuscht eine weit höhere Genauigkeit vor, als das PM 230 liefert.

Watt versus VA

Man könnte meinen, um die Leistung eines Verbrauchers am 230-Volt-Stromnetz zu bestimmen, genügt es, den Echteffektivstrom (True RMS) mit einem guten Digitalmultimeter zu messen und mit 230 Volt zu multiplizieren. Schließlich ist die Netzspannung ja konstant. Abgesehen davon, dass die Netzspannung um ±10 % schwanken darf (207–253 V), was man durch parallele Spannungsmessung kompensieren kann, ergibt diese einfache Messung aber die Scheinleistung (Formelzeichen S, Maßeinheit Voltampere, kurz VA). Sie entspricht nur bei ohmschen Lasten wie Glühlampen oder Bügeleisen der Wirkleistung (P, Watt, W), weil bei denen Spannung und Strom in Phase sind (siehe Screenshot).

Bei einem überwiegend induktiven Verbraucher wie etwa einem Niedervolt-Halogenlampentrafo im Leerlauf liegt man weit daneben, denn hier unterscheiden sich Schein- und Wirkleistung deutlich: Bei unserem als Testlast eingesetzten Exemplar war S mit 24 VA etwa sechsmal so groß wie P (3,9 Watt). Warum das so ist, macht der Blick aufs Oszillogramm schnell klar: Die Maxima von Spannung und Strom treten nicht zum gleichen Zeitpunkt auf, sie sind nicht in Phase. Verschiebt sich beispielsweise die Stromspitze in Richtung Spannungsnulldurchgang, dann sinkt die Wirkleistung, aber die Scheinleistung bleibt gleich. Dass der Strom hier im Unterschied zu einer reinen Induktivität alles andere als sinusförmig ist, liegt am Eisenkern des Trafos.

Um die Wirkleistung zu ermitteln, muss man das momentane Spannungs-Strom-Produkt, also die momentane Wirkleistung, über eine bestimmte Periode – mindestens eine Halbwelle – integrieren, also alle Einzelmessungen aufsummieren und durch die Messperiode teilen:

Prüfsteine

Wir testeten mit elf typischen Lasten aus dem Wohn- und IT-Umfeld, wie genau die Leistungsmessgeräte die für die Stromrechnung ausschlaggebende Wirkleistung erfassen. Als Vertreter klassischer ohmscher Verbraucher diente eine 60-Watt-Glühlampe, deren Verhalten am Stromnetz keinen Prüfling vor Probleme stellte.

Als weiterer Vertreter der Beleuchtungsfraktion kam eine ältere Niedervolt-Halogenleuchte aus dem Bestand des Autors zum Einsatz, die sich als wahres Energieschwein erwies: Ihr Zweistufen-Schalter sitzt auf der Sekundärseite des konventionellen Trafos, sodass der stets am Stromnetz hängt. So vergeudet sie im vermeintlich ausgeschalteten Zustand 3,9 Watt – bei 20 Cent pro Kilowattstunde entsprechend 6,83 Euro pro Jahr – und nervt als Nachttischlampe eingesetzt nächtens auch noch mit leisem Brummen. Dem hatte der Autor zwar schon vor Jahren mit einem zusätzlichen Schalter abgeholfen, aber die Lampe darf dennoch als Stellvertreter für zahlreiche ähnliche Sünder herhalten. Sie fordert die Messgeräte schon mehr, denn der Strom ist nur im Betrieb einigermaßen sinusförmig.

Moderne Leuchtmittel repräsentieren eine Energiesparlampe (Osram Dulux Superstar 15W) und eine LED-Lampe (Ledgalaxy Reflektorstrahler mit 78 Leuchtdioden). Das integrierte elektronische Vorschaltgerät der Energiesparlampe erzeugt klassische „Haifischflossen“ beim Strom, womit die meisten Messgeräte noch gut klarkommen.

Die Stromform war bei der LED-Leuchte zwar mehr abgerundet, aber stärker phasenverschoben. Wegen der kleinen Wirkleistung von 2,8 Watt und daraus resultierender niedriger Stromamplitude trennt sie die Spreu vom Weizen: Sehr gute Geräte wichen nur um wenige Prozent vom Soll ab. Jene, die dabei in den zwei- oder dreistelligen Prozentbereich fielen, zeigten auch bei den anderen Testlasten größere Fehler.

Mit einem typischen ATX-Netzteil (Seasonic SS-400ET) und elektronischen Lasten wie bei den c't-Netzteiltests bildeten wir einen PC nach, dessen Leistungsaufnahme im Suspend-to-RAM-Betrieb und bei leerlaufendem Windows interessiert. Für ersteres stellten wir eine primäre Leistung von 4,6 Watt ein, dabei läuft das ATX-Netzteil im Standby-Betrieb und zieht einen nadelförmigen Strom. Im Idle-Betrieb bei 60 Watt primär greift dagegen seine aktive Power-Factor-Korrektur. Der Strom sieht deutlich sinusförmiger aus, was nicht nur die Rückwirkungen ins Stromnetz mildert, sondern auch den Messgeräten entgegen kommt.

Gleichermaßen untersuchten wir das Netzteil eines aktuellen Notebooks (Acer TravelMate 6492). Wenn es am Netz hängt, begnügt es sich mit gerade mal 0,2 Watt, sodass man kaum ein Argument hat, es bei Nichtgebrauch abzuziehen. Wiederum bildete eine elektronische Last ein laufendes Notebook nach, das typischerweise 20 Watt vom Netz fordert.

Als Beispiel für Kleingeräte diente das Netzteil eines älteren Linksys-Routers WRT54 mit konventionellem Trafo. Es saugt ohne Last 2,6 Watt aus dem Stromnetz. Bei rund 4 Watt Anschlussleistung gönnte sich das Netzteil 8,0 Watt.

Mit den elektronischen Lasten (Zentro Elektrik ELA200D und ELA250D) konnten wir indirekt die primär gezogene Leistung einstellen, sodass für alle Prüflinge vergleichbare und konstante Voraussetzungen gegeben waren. Um Störungen aus dem Stromnetz des Verlages auszuschließen, betrieben wir die Leistungsmessgeräte und angehängte Lasten an einer steuerbaren Wechselspannungsquelle AG6813B, die auf 230 Volt/50 Hz eingestellt war.

Als Referenz kam ein Präzisionsleistungsmessgerät LMG95 (www.zes.com) zum Einsatz, von dem in der Redaktion mehrere Exemplare zum Messen der Leistungsaufnahme von PCs, Notebooks, Monitoren, Beamern und anderen Geräten dienen. Es hat eine Grundgenauigkeit von 0,03 Prozent und ist damit um zwei Klassen besser als die Prüflinge. Seine Messgenauigkeit stellen wir durch regelmäßige Kalibrierung sicher. Zwar steigt auch beim LMG95 der relative Fehler an, je kleiner die zu messende Last ist, dennoch liegen beispielsweise die für die LED-Lampe angezeigten 2,8 Watt um höchstens 0,04 W neben dem wahren Wert.

Den vollständigen Artikel finden Sie in c't 24/2008. (ea)