A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Energiemanagement in dezentralen Stromverteilungssystemen

Bild 1. Anwendungs-möglichkeiten eines AC-Powermonitoring-Systems in Verbindung mit konventionellen elektromechanischen Geräteschutzschaltern

Bild 2. Die Power-D-Box S445 kann sechs steckbare elektronische Geräteschutzschalter aufnehmen

Bild 3. Auf den steckbaren elektronischen Geräteschutzschaltern ist die Messsensorik integriert

Energieeffizienz ist das große Thema, welches sich wie ein roter Faden durch alle Bereiche der Automatisierungs- und Elektrotechnik zieht. So wird unter anderem daran gearbeitet, den Wirkungsgrad bei unterbrechungsfreien Stromerzeugungen zu steigern. Dabei spielt die durchgängige Energieerfassung im Verbrauchersystem eine wichtige Rolle. Beispielsweise lässt sich ein Energiemanagement in Kombination mit einem zentralen Stromverteilungssystem, wie dem System Power-D-Box von E-T-A, realisieren.

Grundsätzlich ist zu sagen, dass sich Energie nur an den Stellen einsparen lässt, an denen man sich bewusst ist, dass sie dort verbraucht wird. Folglich ist für ein Energiemanagement- beziehungsweise ein Powermonitoring-System die Sensorik im Verteilnetz zu erhöhen. Allerdings ist dabei zu berücksichtigen, dass trotz einer großen Zahl erfassbarer Parameter für die jeweilige Applikationen nur eine gewisse Anzahl sinnvoll ist. Somit ist ganz am Anfang einer Systemanalyse für ein Energiemanagement die Frage zu beantworten: Welche Größen sollen überhaupt detektiert werden und mit welchem Ziel?

Vorteile eines Powermonitoring
Welches Potential in der Energieeinsparung liegt zeigen die Normen Z DIN EN 16001 bzw. DIN EN ISO 50001, die ein Energiemanagementsystem für industrielle Betriebe zur Effizienzsteigerung vorschreiben. Zudem gibt es die Möglichkeit über die statistische Auswertung Wartungszyklen zu generieren, die sich nicht nur wie üblich nach einem festen Zeitintervall richten.
Statistische Daten können natürlich auch zu Abrechnungszwecken aufbereitet werden. Wenn beispielsweise mehrere Telekommunikationsanbieter einen gemeinsamen Technikraum oder Mitarbeiter eines Industriebetriebs Energie am Mitarbeiterparkplatz in ihr Elektroautp einspeisen, kann Powermonitoring die verbrauchte Energie zuordnen. Mit ihr lässt sich sogar die Anlagentechnik im Havariefall intelligent weiterbetreiben, beispielsweise in der Telekommunikation durch die Nutzung der Batterie für die wichtigsten Dienste (z. B. Sprach- vor Datenübertragung).

Erfassung in der Stromverteilung
Seit geraumer Zeit beschäftigt sich E-T-A mit Stromverteilersystemen und der Frage wie sich die zu erfassenden Messdaten in Zusammenhang mit den Schutzschalterabsicherungen wirtschaftlich und effizient zur Verfügung stellen lassen. So hat die zentrale Erfassung in einem Stromverteilungssystem – besonders bei Neuanlagen – einige Vorteile:
• Durch die kompakte Bauweise ist nur ein Systemgehäuse notwendig.
• Der Installationsaufwand reduziert sich, da das Absicherungsorgan, der Geräteschutzschalter, zusammen mit der Sensorik zur Last verkabelt werden kann.
• Die einfache modulare Bauweise ermöglicht eine individuelle Anpassung an die Applikation.

Aufbau mit konventionellen Geräteschutzschaltern
Welche Möglichkeiten und Vorteile beispielsweise ein AC-Powermonitoring-System in Verbindung mit konventionellen elektromechanischen Geräteschutzschaltern bieten kann, zeigt Bild 1. Damit lassen sich nicht nur Strom, Spannung, Phasenwinkel sowie Frequenz erfassen, es bietet auch die Auswertungsmöglichkeit als Wirk-, Blind- und Scheinleistung. Weiterhin stehen Messeingänge für AC 230 V und Kategorie III nach DIN EN 61010-1 (VDE 0411-1) zur Verfügung. Die Messwerte lassen sich im Sekundentakt erfassen und „on Board“ für circa 14 Tage speichern. Die Archivierungs-/Exportfunktion für Statistikauswertungen eignet sich auch zur Generierung von Wartungsintervallen sowie für die Rechnungsstellung in Co-Lokationsräumen in der Telekommunikation oder Datencentern.
Durch die LAN-Schnittstelle ist das System auch für einen Master-Slave-Betrieb geeignet. Außerdem ist damit ist auch die Frage des „Secure Access“ beantwortet. Der integrierte Webbrowser mit eigener einstellbarer IP-Adresse, erfordert keine Softwareprogrammierung.

Im Wesentlichen besteht das AC-Powermonitoring-System aus den vier Komponenten:
• Dem Stromverteilungssystem Power-D-Box (Bild 2),
• den elektromechanischen Geräteschutzschaltern,
• der Stromsensorik und den Messmodulen sowie
• der Auswerteeinheit mit integriertem Webserver.
Dabei stehen viele verschiedene Schnittstellen und Protokolle zur Verfügung. Diese Systematik kann sowohl für AC- als auch für DC-Stromverteilungssysteme eingesetzt werden.
Im Zusammenhang mit Powermonitoring kommt auch der Fernsteuerung eine größere Bedeutung zu. Schließlich möchte man die Lasten im Extremfall entsprechend des Energielastverhaltens zu- oder abschalten. Hier bleibt festzustellen, dass elektromechanische Geräteschutzschalter nur mit Zusatzmodulen, zum Beispiel einem Relais oder einem integrierten motorischen Antrieb, ferngesteuert werden. Dieses Zusatzmodul geht natürlich zulasten des umbauten Raums, sodass das System und letztendlich das Volumen der Power-D-Box größer wird.

Powermonitoring mit elektronischem Geräteschutz
Betrachtet man das Power-D-Box System mit elektronischem Geräteschutz, reduziert sich das Gesamtsystem auf drei wesentliche Komponenten:
• Dem Stromverteilungssystem Power-D-Box,
• den elektromechanischen Geräteschutzschaltern mit Messsensorik (Bild 3) sowie
• der Auswerteeinheit mit integriertem Webserver.
Bei dem auf einer Leiterplatte, als steckbare Einheit ausgeführten elektronischen Geräteschutzschalter können Strom und Spannung über eine integrierte Sensorik erfasst werden. Diese Art von Schutzschaltern kennzeichnen sich unter anderem dadurch, dass sie hohe Überströme bzw. Kurzschlussströme begrenzen und dadurch Spannungseinbrüche im System vermeiden. Zudem gewährleistet diese Technologie einen möglichen selektiven Lastabhang, sodass lediglich der defekte Lastkanal abgeschaltet wird. Dadurch geht das Netzteil nicht in Überlast und liefert weiterhin konstanten Strom für die verbleibenden Lastkanäle.
Elektronische Geräteschutzschalter ohne galvanische Trennung sind darüber hinaus noch einfacher fernsteuerbar. Sie enthalten keine bewegte Feinmechanik, da der Schutzschalter rein elektronisch aufgebaut ist. Bei dieser Technologie sind somit keine Zusatzmodule erforderlich, um die Fernsteuerbarkeit sicherzustellen. Daraus ergeben sich auch alle Möglichkeiten zur Verwirklichung eines äußerst kompakten Designs.

Fazit
Durch die enge Verknüpfung von Last und Sensorik lässt sich der Verkabelungsaufwand bei einem zentralen Stromverteilungssystem reduzieren. Die wesentlichen Vorteile von Powermonitoring innerhalb von Stromverteilung und Schutzschalterabsicherung gelten sowohl für konventionelle als auch für elektronische Absicherungselemente. Wobei elektronische Geräteschutzschalter durch die Fernsteuerungsmöglichkeiten zusätzliche Vorteile haben können.

Technische Details
Die elektronischen Überschutzmodule ESX60 S in der Power-D-Box-Bauform bieten frontseitig Platz für sechs Einschubplatinen. Die Nennstromstärken von 2 A, 5 A, 8 A, 12 A und 16 A sind elektronisch voreingestellt. Der Minus-Pol ist aktiv strombegrenzend geschützt. Das Gerät hat einen Betriebsspannungsbereich von DC –37 V bis –72 V und einen Betriebstemperaturbereich von 5 °C bis 55 °C. Die Abschaltung erfolgt einpolig elektronisch ohne galvanische Trennung. Ein Fail Safe-Element ist integriert. Die maximale aktive Strombegrenzung beträgt 150 % des Nennstroms. Die kapazitive Einschaltlast liegt bei dem ESX60-S-16A typischerweise bei 5 000 µF. Zwei integrierte LED zeigen den Betriebsstatus an. Die Signalisierung erfolgt über einen potentialfreien Wechsler.

Der Beitrag als pdf

Autor: Richard Mehl ist Leiter der Sparte Communications & Systems bei der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH in Altdorf.