Diagnose durch elektrische Messungen

Elektrische Messgrößen

Im ersten Schritt des Energieeffizienzansatzes wird eine Diagnose gestellt, deren Hauptaufgabe es ist festzustellen, wo und wie Energie verbraucht wird.

Dazu müssen erste Maßnahmen und ein vergleichender Bewertungsprozess im Hinblick auf eine Auswertung der Leistung entwickelt sowie die Hauptbereiche, in denen Verbesserungen durchgeführt werden sollten, festgelegt und realistische Einsparungen eingeschätzt werden. Die Logik hinter diesem Ansatz basiert auf der Annahme, dass sich nur verbessern lässt, was man auch messen kann.

IEC 61557-12 (VDE 0413-12) ist in großem Umfang und mit einer detaillierten Liste von Anforderungen für Messgeräte gültig und richtet sich an den größten Teil der Anwendungen in Schaltanlagen und Schaltfeldern weltweit. Siehe den Abschnitt zu dieser Norm in Kapitel S Messung, Beachtung der Norm IEC 61557-12 (VDE 0413-12).

Unabhängige Energiemessgeräte sind die natürliche Lösung, um an den wichtigsten Stellen in der Elektroinstallation relevante Daten zu erhalten. Hersteller bieten eine große Anzahl von Geräten an, die den gesamten Spannungs- und Strombereich abdecken und Daten zu einer ganzen Reihe verschiedener elektrischer Größen (Spannung, Strom, Leistung, Energie usw.) über ein lokales Display oder per Fernkommunikation liefern.

Von großem Vorteil ist es aber, wenn die Mess- und Schutzfunktionen in einem einzelnen Gerät kombiniert zur Verfügung stehen. Zunächst können mit dieser Lösung die Geräteinstallationskosten gesenkt werden, denn der Einbau eines einzelnen Geräts kostet weniger als der Einbau von zwei Geräten. Dann werden durch die Kombination dieser beiden Funktionen in einem Gerät aber auch die richtige Dimensionierung der Stromwandler, die Beseitigung des Risikos von Anschlussfehlern und ein ordnungsgemäßer Betrieb gewährleistet, da das komplette Gerät werkseitig geprüft wird.

Beispielhafte Architekturen, die beide Gerätetypen umfassen, sind im Abschnitt Intelligente Schaltanlagen dargestellt.

Geeignete Messgeräte

Vor der Auswahl von geeigneten Messgeräten, startet man in der Planung üblicherweise mit der Erstellung eines Messplanes, in dem die Messungen definiert werden bzgl. Messtellen, Messwerte, Messgenauigkeiten und Zeiten.

Einen Leitfaden für einen Messplan liefert die ISO 50002 in Ihrem Kapitel 5.5.

Auch finden sich in der IEC60364-8-1 (VDE0100-801) Errichtung von Nieder-spannungsanlagen - Energieeffizienz, Anforderungen welche Messungen im Netz erforderlich sind, wo Sie durchzuführen sind und mit welcher Genauigkeit.

In diesem Planungskompendium nutzen wir Beispielhaft die Norm AFNOR FD X30-147 um Ihnen die Anforderungen an den Messplan zu erläutern.

Die französische Norm AFNOR „FD X30-147 Messplan – Erstellung und Umsetzung“, die im November 2015 veröffentlicht wurde und im Folgenden beschrieben wird, ist derzeit das am weitesten entwickelte Dokument für konkrete Möglichkeiten, einen Messplan zu erstellen.

Das Dokument schlägt 3 Stufen der Durchführung vor:

• Basisstufe
• Mittlere Stufe
• Erweiterte Stufe

In den Tabellen von Anhang F dieser Norm sind die geeigneten Messungen festgelegt, die erforderlich sind, um jede Stufe bei der Umsetzung des Messsystems zu erreichen. Einige Auszüge sind in den folgenden Abschnitten enthalten.

Messung nach Zonen oder Maschen

Die Messung der Wirkenergie muss Zone für Zone oder Masche für Masche erfolgen:

Abb. K11 – Angemessene Messungen für elektrische Energie (EN 17267, Table B1, Auszüge)

Kriterium 1: Möglichkeit zur Quantifizierung des Energieverbrauchs nach Bereich und nach Energieeinsatz	niedrig	mittel	hoch
Überwachung des Verbrauchs je Bereich
Jeder Standort (über einen Verrechnungszähler an das Versorgungsnetz angeschlossen) wird als ein Bereich angesehen.	X	X	X
Jede Einrichtung (innerhalb eines Standortes) wird als ein Bereich angesehen.		X	X
Jede Einrichtung ist in Bereiche unterteilt (Werkstatt, Büro, Etagen...).			X
Überwachung des Verbrauchs je Energieeinsatz
Die entsprechenden Verbrauchsmessungen für jede überwachte Energie werden durchgeführt (siehe Tabelle B.2).	X	X	X
Für jeden Bereich wird mindestens ein wesentlicher Energieeinsatz identifiziert und überwacht (siehe Tabelle B.3 und Tabelle B.4).	X	X	X
Für jeden Bereich werden mehrere wesentliche Energieeinsätze identifiziert und überwacht (siehe Tabelle B.3 und Tabelle B.4).		X	X

Messungen je Einsatz

Aufmerksamkeit sollte der Messung je Einsatz geschenkt werden, die hilfreich sein kann, um potenzielle Quellen für Verbesserungen der Energieeffizienz zu ermitteln:

Abb. K12 – Beispiel für Messungen je Einsatz (EN 17267, Table B4)

Energieeinsatz	Messarten
	niedrig	mittel (zusätzlich zu niedrig)	hoch (zusätzlich zu mittel)
HVAC (Heizung, Lüftung und Klimatisierung)	Wirkenergie	Innentemperatur Luftfeuchtemessung COP (Leistungszahl)	--
Beleuchtung	Wirkenergie	–-	–-
Elektrogeräte (PC, Drucker usw.)	Wirkenergie	–-	–-
Motoren	Wirkenergie	Blindenergie	THDi Unb (Spannungs-unsymmetrie)
Generatoren	Erzeugte Wirkenergie	–-	Effizienz (sofern berechenbar)
Druckluftpumpe	Wirkenergie	Blindenergie genormte Luftdurchflussrate Druck	spezifischer Verbrauch
Warmwasser- und Dampferzeugungssystem	Energieverbrauch	erzeugte Wärmeleistung	Effizienz
Kälteanlage	Wirkenergie	Blindenergie erzeugte Kälteleistung	Effizienz COP (Leistungszahl)

• ANMERKUNG: Einige dieser Mengen werden aus Rohmessdaten berechnet (Effizienz, COP).

Messung relevanter Variablen

ISO 50006 bietet Anleitungen für die Messung der energiebezogenen Leistung unter Nutzung energetischer Ausgangsbasen (EnB) und Energieleistungskennzahlen (EnPI). Diese Kennzahlen verbinden die Energiemessung mit anderen relevanten Parametern, z. B. Messung des Energieverbrauchs je m² oder des Energieverbrauchs in Zusammenhang mit der Anzahl der in einer Anlage anwesenden Personen oder anderer Einflussparameter.

Diese maßgeblichen Parameter müssen gemessen oder geschätzt oder aus einer anderen Datenbank übertragen werden.

Abb. K13 – Beispiel für Einflussfaktoren je Einsatz (EN 17267, Table B5)

Energieeinsatz	Typ von Einflussfaktoren
	niedrig	mittel (zusätzlich zu niedrig)	hoch (zusätzlich zu mittel)
HLK (Heizung, Lüftung und Klimatisierung)	Außentemperatur oder Gradtag	Belegungsrate	Leistung der Heizung, Lüftung und Klimatisierung
Beleuchtung	Jahreszeit	natürliches Licht Belegungsrate	–-
Elektrogeräte (PC, Drucker usw.)	--	Belegungsrate	–-
Motoren	--	Umgebungstemperatur	–-
Generatoren	--	Umgebungstemperatur	–-
Druckluftpumpe	--	Umgebungstemperatur	–-
Warmwasser- und Dampferzeugungssystem	--	Wassertemperatur am Einlass Umgebungstemperatur	–-
Kälteanlage	--	Umgebungstemperatur	--

• ANMERKUNG: Die Einflussfaktoren werden nach Tätigkeitssektor ausgewählt.

Überwachung der Elektroinstallation

Es ist ebenfalls wichtig, das Energieverteilungssystem zu überwachen, da einige Messungen eventuelle Probleme mit der Energieeffizienz und zusätzlich Risiken in Verbindung mit Anlagen aufdecken können.

Abb. K14 – Geeignete Messungen nach Art des Abgangs, der Einspeisung, des Generators oder Wechselrichters

Durchzuführende Messung		Relevante Messungen
		Basisstufe	Mittlere Stufe (zusätzlich zur Basisstufe)	Erweiterte Stufe (zusätzlich zur mittleren Stufe)
Lieferort	Am Einspeisepunkt	Wirkenergie	Spannung, Strom, Leistungsfaktor, Wirk- und Blindenergie und -leistung, THDu und THDi, Frequenz	Einzelne Spannungs- und Stromoberschwingungen
Verteilerschrank	Für jeden Abgang mit einer Leistung von min. 100 kVA (z.B. 160 A, 400 V dreiphasig)	Wirkenergie	Spannung, Strom, Leistungsfaktor, Wirk- und Blindenergie und -leistung, THDu und THDi, Frequenz	Einzelne Spannungs- und Stromoberschwingungen
	Für jeden Abgang mit einer Leistung von min. 40 kVA (z.B. 63 A, 400 V dreiphasig)	---	Spannung, Strom, Leistungsfaktor, Wirk- und Blindenergie und -leistung	THDu und THDi
	Für jeden Abgang mit einer Leistung von min. 3,5 kVA (z.B. 16 A, 230 V einphasig)	---	---	Wirkenergie
Transformatoren	Transformatoren	---	Transformatoreffizienz	Spannungsunsymmetrie, einspeise- und abgangsseitige Spannung