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 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.

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 im 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.

Messungen in Zonen und Maschen

Die Wirkenergieje muss je Zone oder Masche gemessen und gespeichert werden:

Durchzuführende Messung	Relevante Messungen
	Basisstufe	Mittlere Stufe (zusätzlich zur Basisstufe)	Erweiterte Stufe (zusätzlich zur mittleren Stufe)
Je Zone oder Masche	Wirkenergie	Blindenergie Scheinenergie Leistung	---

Abb. K8 – Geeignete Messungen der elektrischen Energie

Messung je Anwendung

Die Messung je Anwendung verdient besonderes Augenmerk, da sie hilfreich sein kann, die möglichen Quellen für eine Verbesserung der Energieeffizienz zu bestimmen:

Durchzuführende Messung	Relevante Messungen
	Basisstufe	Mittlere Stufe (zusätzlich zur Basisstufe)	Erweiterte Stufe (zusätzlich zur mittleren Stufe)
HLK	Wirkenergie	Innentemperatur: Feuchtigkeitsmessung Energieleistungs Kennzahlen EnPIs	---
Beleuchtung	Wirkenergie	---	---
Geräte	Wirkenergie	---	---
Motoren	Wirkenergie	Blindenergie	THDI Unsymmetrie

Abb. K9 – Geeignete Messungen je Anwendung

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.

Durchzuführende Messung	Maßgebliche Variable
	Basisstufe	Mittlere Stufe (zusätzlich zur Basisstufe)	Erweiterte Stufe (zusätzlich zur mittleren Stufe)
HLK	Außen­temperatur (oder Gradtag)	Innentemperaturen Innenfeuchtigkeitsmessung Anzahl anwesender Personen oder gleichwertiger Indikator (z.B. Tagesproduktion)	Energieleistungskennzahlen EnPIs  für HLK HLK-Leistung
Beleuchtung	Jahreszeit	Natürliches Licht Anzahl anwesender Personen oder gleichwertiger Indikator (z.B. Tagesproduktion)	---
Geräte	---	Anzahl anwesender Personen oder gleichwertiger Indikator (z.B. Tagesproduktion)	---
Motoren	---	Umgebungstemperatur	---
Generatoren	---	Umgebungstemperatur	---

Abb. K10 – Geeignete Messungen von Einflussfaktoren nach Nutzung

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.

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

Abb. K11 – Geeignete Messungen nach Art des Abgangs, der Einspeisung, des Generators oder Wechselrichters