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 Niederspannungsanlagen - Energieeffizienz, Anforderungen welche Messungen im Netz erforderlich sind, wo Sie durchzuführen sind und mit welcher Genauigkeit.

Die 2019 veröffentlichte und im Folgenden beschriebene europäische Norm EN 17267 (DIN EN 17267:2020-10)- Plan für die Energiemessung und -überwachung - Gestaltung und Umsetzung - Grundsätze für die Energiedatensammlung" ist das derzeit fortschrittlichste Dokument über konkrete Wege zur Erstellung eines Messplans.

Dieses Dokument schlägt 3 Leistungsstufen vor:

• Niedriger Level
• Mittlerer Level
• Hoher Level

Die Tabellen in Anhang B dieser Norm definieren die geeigneten Messungen, die erforderlich sind, um jede Leistungsstufe des Messsystems zu erreichen. Einige Auszüge sind in den folgenden Absätzen dargestellt.

Messung nach Zonen oder Maschen

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

Abb. K12 – 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. K13 – Beispiel für Messungen je Einsatz (EN 17267, Table B4)

Energieeinsatz	Messarten
	niedrig	mittel (zusätzlich zu niedrig)	hoch (zusätzlich zu mittel)
HLK (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. K14 – 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. K15 – Beispiel für elektrische Messungen je Typ Ausgangsleitung, Eingangsleitung, Generator oder Energieaustauscher (EN 17267, Table B7)

Topologische Position der Ausrüstung		Messarten
		niedrig	mittel (zusätzlich zu niedrig)	hoch (zusätzlich zu mittel)
Abgabestelle	an Abgabestelle	Wirkenergie	U (Spannung) und I (Strom) f (Frequenz) Leistungsfaktor (oder cos phi) Blindenergie Wirk-/Blindleistung THDu und THDi (Gesamtverzerrungsfaktor)	individuelle Strom- und Spannungsoberschwingungen
Verteilertafeln	für jede Ausgangsleitung von mindestens 100kVA Leistung (z. B.: 160 A, 400 V, 3-phasig)	Wirkenergie	U (Spannung) und I (Strom) Leistungsfaktor (oder cos phi) Blindenergie Wirk-/Blindleistung THDu und THDi (Gesamtverzerrungsfaktor)	individuelle Strom- und Spannungsoberschwingungen
	für jede Ausgangsleitung von mindestens 40 kVA Leistung (z. B.: 63 A, 400 V, 3-phasig)	Wirkenergie	U (Spannung) und I (Strom) Wirk-/Blindleistung Leistungsfaktor (oder cos phi)	THDu und THDi (Gesamtverzerrungsfaktor)
Last	für jede Ausgangsleitung von mindestens 3,5 kVA Leistung (z. B.: 16 A, 230 V, einphasig)	--	--	Wirkenergie
Transformator	elektrische Transformatoren	--	Effizienz	Unb (Spannungsunsymmetrie) U (Spannung stromaufwärts und stromabwärts)