Beachtung der Norm IEC 61557-12

Analoge Geräte in Elektroinstallationen werden zunehmend durch digitale Geräte ersetzt. Dabei werden zum einen genauere Messungen möglich, aber auch die Messung von neuen Werten unterstützt und es besteht die Möglichkeit, diese den Benutzern sowohl lokal als auch über Fernzugriff zur Verfügung zu stellen.

Geräte zu Überwachungszwecken weisen verschiedene technische Merkmale auf, die ein gemeinsames Bezugssystem erfordern. Mit diesem System müssen Bediener in Bezug auf das Leistungsniveau und die Zuverlässigkeit eine einfachere Auswahl treffen und verschiedene Messparameter interpretieren können.

Alle diese verschiedenen Messgeräte (Geräte zur Leistungsmessung und Überwachung werden „PMD“ genannt, was für „Performance Measuring and Monitoring Device“ steht), müssen die Anforderungen der internationalen Norm IEC 61557-12 (VDE 0413-12) erfüllen: „Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen bis AC 1000 V und DC 1500 V – Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen - Teil 12: Kombinierte Geräte zur Messung und Überwachung des Betriebsverhaltens“.

Die Norm enthält eine Liste der Hauptanforderungen an PMD mit Anleitung zur Anwendung von Wandlern (falls Wandler gefordert sind).

Heutzutage integrieren Geräte wie Leistungsschalter, Schutzrelais und SPS zunehmend Messungen, da der Energieverbrauch so nah wie möglich an den Lasten und auf allen Ebenen des Stromverteilungssystems überwacht werden muss.

Die von diesen neuen Geräten bereitgestellten Messdaten müssen mit den von dedizierten PMD-Geräten bereitgestellten Daten konsistent sein (Messbereich, Messmethode, Genauigkeit, ...), um sie alle zusammenfassen zu können.

Aus diesem Grund wurde im Jahr 2021 die Änderung 1, der IEC 61557-12 veröffentlicht , ein neues EPMF-Konzept ("Equipment embedding Power Metering and Monitoring Functions") wurden, in IEC 61557-12 Änderung 1 hinzugefügt. Es gilt für Geräte, die sowohl ihrer eigenen Produktnorm als auch zusätzlich den Messfunktionen der IEC 61557-12.entsprechen.

Die Auswahl von PMDs und EPMFs, die IEC 61557-12 entsprechen, stellt sicher, dass gemessene Daten verglichen und anschließend auf kohärente Weise aggregiert werden können.

PMD– Leistungsmess- und -überwachungsgeräte, die der Norm IEC 61557-12 entsprechen

PMD-Funktionen

Die Liste enthält alle zu messenden elektrischen Parameter. Für jeden Parameter ist eine Anforderungsliste angegeben, wie z. B. Nennbetriebsbereich, Bereich von Einflussgrößen, Messverfahren usw.

Die berücksichtigten elektrischen Parameter sind folgende:

• Wirkenergie (Klassen entsprechen den in IEC 62053-21 (VDE 0418-3-21) und IEC 62053-22 (VDE 0418-3-22) festgelegten Klassen)
• Blindenergie (Klassen entsprechen den in IEC 62053-23 (VDE 0418-3-23) festgelegten Klassen)
• Scheinenergie
• Wirk-, Blind- und Scheinleistung
• Frequenz
• Effektivwert Phasen- und Neutralleiterstrom
• Effektivwert Spannung
• Leistungsfaktor
• Spannungseinbruch und Überspannung
• Spannungsunterbrechung
• Spannungsunsymmetrie
• Oberschwingungsspannung und -verzerrung
• Oberschwingungsstrom und -verzerrung
• Höchst-, Mindest-, Spitzen-, Durchschnitts- und Mittelwerte

Klassifizierung von Power Monitoring Devices (PMD)

Tabelle 1 der IEC 61557-12 definiert 3 Kategorien von PMD, je nach Anwendungsbedarf:

• PMD-I kann in mehreren Anwendungen verwendet werden, einschließlich grundlegender Energieeffizienzanwendungen
• PMD-II kann in grundlegenden Energieüberwachungsanwendungen und erweiterten Energieeffizienzanwendungen verwendet werden
• PMD-III kann in erweiterten Energieüberwachungsanwendungen und für die Netzwerkleistung verwendet werden

Abb. S09 – Funktionale Klassifizierung von PMD mit minimal erforderlichen Funktionen (IEC 61557-12)

Funktionalitäten Symbol	PMD Typ
	PMD-I Energieeffizienz	PMD-II Grundlegende Energieüberwachung	PMD-III Erweiterte Leistungsüberwachung /Netzwerkleistung
P		☑	☑
Q		☑	☑
S		☑	☑
Ea	☑	☑	☑
Er		☑	☑
Eap			☑
f		☑	☑
I		☑	☑
IN			☑
U u/o V		☑	☑
PF		☑	☑
THDu u/o THDv u/o THD-Ru u/o THD-Rv			☑
THDi u/o THD-Ri			☑

Kennzeichnung

Nach dieser Norm müssen die Geräte mit einem Code versehen sein, der ihre Installationsoptionen, ihre Betriebstemperatur und ihre Genauigkeitsklasse kennzeichnet. Dadurch ist es heute viel einfacher, diese Geräte auszuwählen und zu erkennen (siehe Abb. S10).

Netzanalysator der Reihe PowerLogic PM8000 nach IEC 61557-12 (VDE 0413-12) als:
PMD/SD/K70/0,2 und PMD/SS/K70/0,2

Abb. S10 – Kenzeichnung von Messgeräten nach IEC 61557-12 (VDE 0413-12)

Messbereichsunsicherheit

Der in IEC 61557-12 (VDE 0413-12) vorgegebene Begriff der Leistungsklasse (z. B. Klasse 1 für die Wirkenergiemessung) ist mehr als eine bloße Anforderung in Zusammenhang mit Unsicherheiten bei Nennstrom.

• Eigenunsicherheit: Eine Erfüllung deckt die Leistung unter zwei Gruppen von Referenzbedingungen ab
• Betriebsunsicherheit: Eine Erfüllung deckt die Leistung unter 12 umweltbezogenen und elektromagnetischen Einflussgrößen ab, die den PMD-Betrieb normalerweise betreffen
• Gesamtsystemunsicherheit: Es werden Informationen darüber geliefert, wie die Unsicherheit eines mit externen Wandlern betriebenes PMD eingeschätzt werden kann

Eigenunsicherheit

Eigenunsicherheit ist die Unsicherheit eines Messgeräts, das unter Referenzbe­dingungen (z. B. bei 23 °C) für verschiedene Leistungsfaktorwerte eingesetzt wird. Im Rahmen dieser Norm ist sie ein Prozentsatz des Messwerts (Anzeigewert).

Abb. S11 gibt die Grenzwerte der Eigenunsicherheit für Wirkenergiemessungen der Klasse 1 und Klasse 0,2 bei einem Leistungsfaktor von 1 nach Tabelle 8 der IEC 61557-12 (VDE 0413-12) an.

Abb. S11 – Unsicherheitsgrenzwerte für Wirkenergie bei Leistungsfaktor = 1

Abb. S12 gibt die Grenzwerte der Eigenunsicherheit für Wirkenergiemessungen der Klasse 1 und Klasse 0,2 bei einem Leistungsfaktor von 0,5 induktiv und von 0,8 kapazitiv nach Tabelle 8 der IEC 61557-12 (VDE 0413-12) an.

IEC 61557-12 (VDE 0413-12) gibt außerdem Anforderungen für Leerlaufbedingungen und Einschaltstrom an.

Abb. S12 – Unsicherheitsgrenzwerte für Wirkenergie bei Leistungsfaktor = 0,5 induktiv und 0,8 kapazitiv

Betriebsunsicherheit (auf Grundlage von auf Einflussgrößen zurückzuführende Schwankungen)

Betriebsunsicherheit ist die Unsicherheit unter Bemessungsbetriebsbedingungen (einschl. Abweichungen bei Temperatur, Frequenz, EMV usw.)

IEC 61557-12 (VDE 0413-12) legt Prüfungen und die maximale Unsicherheitsabweichung aufgrund von verschiedenen Einflussgrößen fest, wie z. B. Umgebungstemperatur, Frequenz, Unsymmetrie, Oberschwingungen und EMV.

Abb. S13 – Prüfungen in Bezug auf Einflussgrößen

Einflussgrößen	Maximale Unsicherheitsabweichung für Wirkenergiemessungen nach Tabelle 9 der IEC 61557-12
	Bedingungen	Für Klasse 1	Für Klasse 0,2
Umgebungstemperatur	PF = 1	0,05% / °K	0,01% / °K
	PF = 0,5 Ind	0,07% / °K	0,02% / °K
Hilfsstromversorgung	24 V DC +/-15 %	0,1%	0,02%
Spannung	PF = 1 ; 80% / 120% Un	0,7%	0,1%
	PF = 0,5 Ind ; 80% / 120% Un	1%	0,2%
Frequenz	49 Hz 51 Hz / 59 Hz 61 Hz PF = 1	0,5%	0,1%
	49 Hz 51 Hz / 59 Hz 61 Hz PF = 0.5	0,7%	0,1%
Umgekehrte Phasenfolge		1,5%	0,05%
Spannungsunsymmetrie	0 bis 10%	2%	0,5%
Fehlende Phase	1 oder 2 fehlende Phasen	2%	0,4%
Strom- und Spannungsoberschwingungen	10 % Un 5. Harm. 20 % Imax 5. Harm.	0,8%	0,38%
	Ungeradzahlige Stromoberschwingung	3%	0,6%
	Ungeradzahlige Spannungsoberschwingung	3%	0,6%
Gleichtaktspannungsunterdrückung		0,5%	0,2%
Permanente magnetische Wechselstrominduktion 0,5 mT		2%	2%
Elektromagnetische Hochfrequenzfelder		2%	0,98%
Von Hochfrequenzfeldern induzierte leitungsgeführte Störgrößen		2%	0,98%

Gesamtsystemunsicherheit

Gesamtsystemunsicherheit ist die Unsicherheit, welche die Geräteunsicherheit mehrerer Einzelgeräte (z. B. Wandler, Verdrahtungen, Messgeräte usw.) unter Bemessungsbetriebsbedingungen umfasst.

Falls Wandler im Messgerät integriert sind, sind Gesamtsystemunsicherheit und Betriebsunsicherheit identisch.

Bei externen Wandlern wird empfohlen, Wandler mit der gleichen Leistungsklasse wie der des Messgeräts zu verwenden.

EPMF - Geräte mit eingebetteten Leistungsmess- und Überwachungsfunktionen, die der Norm IEC 61557-12 entsprechen

Geräte mit Power Metering and Monitoring Functions (EPMF) sind Geräte, die beides:

• ihrer Produktnorm hinsichtlich Sicherheit, EMV, klimatischen, mechanischen und funktionalen Anforderungen entsprechen
• Integrieren Sie zusätzliche Leistungsmess- und Überwachungsfunktionen und erfüllen Sie somit auch Anhang H der IEC 61557-12 (veröffentlicht 2021 in, Änderung 1) in Bezug auf die Messleistung

Zum Beispiel ist Masterpact MTZ:

• ein Leistungsschalter gemäß seiner Produktnorm IEC 60947-2 (Sicherheit, EMV, Klima ...)
• ein EPMF gemäß Anhang H von IEC 61557-12 in Bezug auf die Messleistung

Beachten Sie, dass Masterpact MTZ sowohl ein EPMF als auch ein PMD ist (z. B. zusätzliche Konformität mit IEC 61010 und IEC 61326-1 ...)

Abb. S14 – Der Masterpact MTZ ist ein Leistungsschalter, der der Produktnorm IEC 60947-2 entspricht, ein EPMF, der Anhang H der IEC 61557-12 entspricht, und auch ein PMD, der vollständig der IEC 61557-12 entspricht