Energieeinsparmöglichkeiten - Intelligente Schaltanlagen (Smart Panels)

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Intelligente Schaltanlagen sind Verteilerschränke, die 3 Hauptfunktionen umfassen:

  • Messung mit integrierten und eigenständigen Mess- und Steuerfunktionen
  • Verbindung mit integrierten Kommunikationsschnittstellen, mit der Möglichkeit, das elektrische Verteilnetz an Energiemanagementplattformen anzubinden
  • Agieren, d.h. Bereitstellung von Energieeffizienzvorteilen, über Überwachung und Steuerung in Echtzeit sowie Zugang zu Online-Services.

Mit den integrierten Messgeräten sind intelligente Schaltanlagen die natürliche Datenquelle in Elektroinstallationen. Informationen stehen über die lokale Anzeige zur Verfügung oder werden über das Kommunikationsnetz gesendet.

Implementierte Schnittstellengeräte ermöglichen eine einfache und leicht zu installierende Kommunikation. Es werden modernste und effiziente Technologien eingesetzt:

  • Modbus: zur Übertragung von Daten innerhalb der Schaltanlagen und zwischen Komponenten
  • Ethernet-Kabel oder Wifi: innerhalb von Gebäuden und zur Verbindung der Schaltanlage mit dem Rechner
  • Ethernet über DSL/GPRS: zur Verbindung des elektrischen Verteilsystems mit Online-Services

Abb. K25Beispiel eines für Smart Panels entwickelten Kommunikationsgeräts (Energy Server Com'X 510, Schneider Electric)

Wie intelligente Schaltanlagen (Smart Panels) zur Energieeffizienz beitragen können

Intelligente Schaltanlagen dienen zur Überwachung der Elektrizität in der Anlage bereits an der Quelle. Auf diese Weise ist es sehr einfach möglich, zu wissen, wie Energie genutzt wird. Smart Panels sind für einen großen Leistungsbereich ausgelegt, vom Endverteiler bis zur Hauptschaltanlage. Sie bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Visualisierung, von der lokalen bis zur Cloud-basierten integrierten Lösung.

Sie ermöglichen die Überwachung und Steuerung vor Ort und in Echtzeit.

Die wichtigsten Informationen können lokal angezeigt werden: Energieverbrauch, Gerätestatus, Alarme usw. Auch die Steuerung der Schaltgeräte ist möglich: Öffnen, Schließen, Rückstellen von Schutzeinrichtungen usw.

Schlüsseldaten und -funktionen werden über einen lokalen Bildschirm, einen Rechner vor Ort, einen dezentralen Bedienraum oder eine Cloud-Hosting-Plattform dargestellt:

  • Erfassung von Bedarfsspitzen oder ungewöhnlicher Energienutzung
  • Planung einer langfristigen Energienutzung
  • Anzeige von Trends beim Energieverbrauch und somit Ermöglichung von Einsparungen
  • Anzeige von Informationen über vorbeugende, ereignis- und zustandsorientierte

Informationen stehen dem Standortmanager, der Webseiten, die über einen Standardbrowser zugänglich sind, auf einem PC zur Verfügung. Zu Analyse- und Optimierungszwecken können auch externe Experten Zugang erhalten.

Beispiele für Architekturen mit intelligenten Schaltanlagen (Smart Panels)

Systeme zur Überwachung und zur Energiesteuerung sind physikalisch sehr ähnlich und überschneiden sich mit der Architektur von elektrischen Energieverteilungen, deren Layout sie oft nutzen.

Die in Abbildung K26 bis Abbildung K30 dargestellten Anordnungen zeigen mögliche Beispiele und spiegeln die Anforderungen wider, die typischerweise mit der betreffenden Verteilung in Verbindung stehen (in Bezug auf die Anzahl der Abgänge, die Menge und Qualität der benötigten Energie, die digitalen Netze, den Managementmodus usw.). Sie helfen, die verschiedenen Dienste darzustellen und zu erläutern, die genutzt werden können, um die Energieeffizienz zu fördern.

Abb. K26Netzaufbau und Überwachungsstruktur für ein kleineres Unternehmen

Abb. K27Netzaufbau, Überwachungs- und Steuersystem für ein Unternehmen mit mehreren kleinen Standorten

Abb. K28Kommunikationsaufbau eines großen Systems für mehrere Standorte

Abb. K29Netzaufbau, Überwachungs- und Steuerungsstruktur für einen großen Industriestandort

Abb. K30Netzaufbau, Überwachungs- und Steuerungsstruktur für ein großes kommerzielles Gebäude

Außerdem machen diese Diagramme deutlich, dass die Wahl der Komponenten von der Wahl der Architektur abhängig ist (z.B. müssen Wandler kompatibel mit dem digitalen Bus sein). Allerdings kann auch der umgekehrte Fall eintreten, wenn eine technisch-wirtschaftliche Bewertung der Einbaukosten und der erwarteten Ergebnisse der Komponenten zeigt, dass eine andere Architektur kostengünstiger ist. Tatsächlich können die Kosten (Anschaffung und Installation) dieser Komponenten, die manchmal dieselbe Bezeichnung, aber verschiedene Eigenschaften besitzen, stark schwanken und zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen:

  • Ein Messgerät kann zur Messung eines oder mehrerer Parameter mit oder ohne Berechnungen eingesetzt werden (Energie, Leistung, cos ϕ).
  • Das Austauschen eines konventionellen Leistungsschalters gegen einen Leistungsschalter mit einer elektronischen Steuereinheit kann eine Menge Informationen über einem digitalen Bus liefern (effektive und momentane Strommessungen, Leiter-Neutralleiter- und Leiter-Leiter-Spannungen, Unsymmetrie von Phasenströmen, Frequenz, Gesamtwirk- und Blindleistung oder phasenspezifische Wirk- und Blindleistung usw.).

Bei der Planung dieser Systeme ist es deshalb sehr wichtig, Ziele für die Energie­effizienz festzulegen und sich mit allen technologischen Lösungen, einschließlich ihrer individuellen Vorteile, Nachteile und jeglicher Einschränkungen bei der Anwendung, vertraut zu machen (siehe Abb. K31).

Um alle Szenarien abzudecken, könnte es notwendig sein, verschiedene Hardwareangebote zu durchsuchen oder Rat von einem Hersteller eines breiten Angebots von Geräten für elektrische Verteilungen und Informationssysteme einzuholen. Manche Hersteller, Schneider Electric eingeschlossen, bieten Beratungs- und Forschungsdienste zur Auswahl und Installation all dieser verschiedenen Geräte an.

Energieeinsparungen Kostenoptimierung Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit
Frequenzumrichter +++ + +
Hochleistungsmotoren und -transformatoren +++
Versorgung von

Mittelspannungsmotoren

+++
Blindleistungs­kompensation + +++
Management von

Oberschwingungen

+ ++ +
Stromkreiskonfiguration +++
Zusatzgeneratoren ++ +++
Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen (USV) +++
Sanfter Start + + +++
iMCC ++ ++
Architektur basierend

auf intelligenten Geräten
Level 1

++ +
Spezialisierte und zentrale Architektur

für Elektrotechniker
Level 2

+++ ++ +
Allgemeine/herkömmliche zentrale Architektur

Level 3

+ ++ +++

Abb. K31Lösungsüberblick