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01 Das Strommesssystem Pact RCP umfasst eine Rogowski-Spule, den Messumformer sowie eine Haltevorrichtung zum Anbringen auf der Stromschiene

Strommesssystem zum Nachrüsten

02 Grundlage eines Energiemanagementsystems ist die kontinuierliche Erfassung und Überwachung aller relevanten Kenngrößen

03 Der platzsparende Messumformer bietet acht Messbereiche bis AC 4000 A

04 Das Befestigungselement sorgt für einen dauerhaft festen Sitz auf der Stromschiene – auch bei hohen Temperaturen

05 Da die Rogowski-Spulen in 15°-Schritten seitlich verdreht werden können, lassen sie sich auch bei drei eng aneinander liegenden Stromschienen noch komfortabel ausrichten

Wesentlicher Bestandteil eines wirkungsvollen Energiemanagements ist die kontinuierliche Erfassung und Überwachung sämtlicher relevanter Kenngrößen. In vielen bestehenden Anlagen ist dafür oft entsprechende Messtechnik nachzurüsten, was nicht immer unproblematisch ist. Speziell für solche Anforderungen hat Phoenix Contact das Strommesssystem Pact RCP entwickelt.

Der effiziente Einsatz und das umfassende Management der benötigten Energie gewinnen für viele Unternehmen zunehmend an Bedeutung. Sie wollen die Energiekosten senken, die Spitzenlast reduzieren und die Anlagenauslastung optimieren. Möchten die Unternehmen von den staatlichen Fördermaßnahmen für installierte Messsysteme profitieren, sind die unterschiedlichen Maßnahmen seit 2013 an den Aufbau respektive die erfolgreiche Zertifizierung nach DIN EN ISO 50001 geknüpft. Darüber hinaus kann das produzierende Gewerbe Steuererleichterungen geltend machen, wenn es die Voraussetzungen für den Spitzenausgleich erfüllt.

Nachrüsten leicht gemacht
Ein wichtiger Aspekt im Regelkreis eines Energiemanagement- Systems ist die fortlaufende Messung und Kontrolle aller Energiekenngrößen. Zu diesem Zweck muss insbesondere in älteren und über die Jahre gewachsenen Anlagen entsprechende Strommesstechnik nachgerüstet werden. Die Herausforderung bei deren Installation besteht darin, den laufenden Betrieb möglichst aufrechtzuerhalten oder nur kurzzeitig zu unterbrechen, damit keine teuren Stillstandzeiten auftreten. Traditionell werden für die Nachrüstung die sogenannten Umbau-Stromwandler verwendet, da sie sich im Vergleich zu den Standardstromwandlern mechanisch öffnen lassen. Auf diese Weise erhält der Monteur die Möglichkeit, den Strom führenden Leiter in die Schenkel des geöffneten Stromwandlers einzubauen, sodass die aufwendige Demontage von Anlagenteilen und Stromschienen entfällt. In der Vergangenheit resultierte die nachträgliche Installation der Strommesstechnik oft aus der Erweiterung der jeweiligen Anlage. Heute werden zusätzliche Messpunkte eingerichtet, weil die Energieflüsse im Rahmen eines Energiemanagementsystems detailliert erfasst werden müssen. Deshalb hat Phoenix Contact mit dem Retrofit-Strommesssystem Pact RCP (Bild 1) eine Lösung geschaffen, die sich einfach und schnell im Feld nachrüsten lässt.

Vorteile gegenüber Umbau-Stromwandlern
Mit dem Retrofit-Strommesssystem Pact RCP, das sich aus einer Rogowski-Spule zur Strommessung, einem Messumformer mit maximal AC 1 A zum Anschluss an handelsübliche Energiemessgeräte sowie einer Haltevorrichtung zum Anbringen auf der Stromschiene zusammensetzt, lassen sich Wechselströme bis 4.000 A fortlaufend messen (Bild 2). Die Rogowski-Spule umfasst einen Leiterdraht, der um einen festen Körper gewickelt wird, welcher aus einem nicht-leitenden und nicht-ferromagnetischen Werkstoff besteht. Daher spricht man von einer Luftspule. Aus diesem Aufbau ergeben sich wesentliche technische Vorteile gegenüber einem Umbau-Stromwandler. So lassen sich beispielsweise schnelle Stromimpulse erfassen und es kommt zu keiner magnetischen Sättigung. Das Konzept zeichnet sich außerdem durch eine hohe Linearität selbst bei großen Strömen aus. Ferner sind keine gefährlichen Offenspannungen vorhanden und es kann ein breites Frequenzspektrum von 10 Hz bis 5.000 Hz abgedeckt werden. Mit der Rogowski-Spule, die gegen elektromagnetische Interferenzen geschützt ist, können sowohl Oberwellen als auch Transienten aufgenommen werden. Kurzschlussströme verursachen keine Hysterese-Effekte. Nicht zu vergessen, dass sich die Spulen ohne Auftrennen des Stromkreises, also ohne Montagearbeiten, einfach einbauen lassen.

Individuelle Auswahl zwischen acht Messbereichen
Im Strommesssystem Pact RCP erfasst die Rogowski-Spule Ströme bis AC 4.000 A. Das Ausgangssignal der Spule ist eine zum Eingangssignal phasentreue AC-Spannung, die linear zum Primärström ansteigt und 100 mV je AC 1.000 A beträgt. Das Spannungssignal wird an einen nachgeschalteten Messumformer weitergeleitet, der es in einen Strom von AC 0 A bis 1 A umwandelt. Dies ist ein typischer Stromwert, den in der Regel auch Stromwandler sekundärseitig zur Verfügung stellen. Der Stromwert dient als Eingangsgröße für nachfolgende Energiemessgeräte, damit diese dann die gewünschten elektrischen Daten berechnen können. Der Messumformer bietet im Vergleich zum traditionellen Umbaustromwandler einen erheblichen Vorteil, wenn es um die Anzahl der verfügbaren Strommessbereiche geht (Bild 3). Anstatt eines einzigen stehen jetzt acht Strommessbereiche zur Auswahl, sodass sich ein wesentlich breiteres Einsatzspektrum im Feld ergibt. Je nach Anforderung lässt sich der Messumformer durch das Betätigen der DIP-Schalter flexibel für den jeweiligen Anwendungsbereich konfigurieren. Als Strommessbereiche stehen beim Pact RCP AC 0 A bis 100 A, 250 A, 400 A, 630 A, 1.000 A, 1.500 A, 2.000 A sowie 4.000 A zur Verfügung. Anwender erhalten somit eine universelle und platzsparende Alternative zu Umbaustromwandlern.

Schnelle Befestigung auf der Stromschiene
Mit dem Befestigungselement Pact RCP-Clamp lassen sich Rogowski-Spulen mit wenigen Handgriffen sicher und schnell auf der Stromschiene befestigen (Bild 4). Im Inneren des Befestigungselements befindet sich dazu ein Stahlwinkel, der für den dauerhaft festen Sitz der Spule sorgt, selbst wenn die Stromschiene hohe Temperaturen aufweist. Bei der Installation wird das Befestigungselement zunächst auf die Oberkante der Stromschiene gesetzt und mit dem Rändelrad handfest angezogen. Anschließend öffnet der Monteur den Bajonettverschluss der Rogowski-Spule und zieht die gelbe Messspule aus dem Gehäuse. Auf diese Weise lässt sich die Messspule um die Stromschiene herumführen und durch das Einschieben in das Gehäuse wieder schließen. Im nächsten Schritt wird das Spulengehäuse auf das Befestigungselement geschoben, wodurch die Rogowski-Spule fest mit dem Befestigungselement fixiert ist. Damit sind die wenigen Handgriffe der Installation bereits abgeschlossen und sorgen auf diese Weise für kurze Stillstandzeiten. Der Einbau gestaltet sich also komfortabel und schnell. Die Handhabung ist aufgrund der flexiblen und leichten Spulen, die unabhängig von ihrer Länge lediglich 150 g wiegen, besonders anwenderfreundlich. Pro Spule und Befestigungselement wird nur rund eine Minute für das Anbringen benötigt. Durch den geringen Platzbedarf der Rogowski- Spulen sind sie auch an Orten montierbar, wo sich Umbau- Stromwandler wegen ihrer Abmessungen nicht mehr integrieren lassen. Die kompakte Bauform von Pact RCP erweist sich insbesondere bei der Installation auf der mittleren Stromschiene als vorteilhaft.

Problemloser Einbau selbst auf der mittleren Stromschiene
Die auf dem Befestigungselement Pact RCP-Clamp fixierte Rogowski-Spule kann zudem in 15°-Schritten seitlich verdreht werden, um sie optimal auf der Stromschiene auszurichten (Bild 5). So ist es selbst bei geringen Abständen zwischen den einzelnen Stromschienen noch möglich, die Spule auf der mittleren Schiene anzubringen, wo eigentlich kein Platz mehr vorhanden wäre. Durch das Verdrehen der Rogowski-Spule berührt die gelbe Messspule zudem weder die Stromschiene, auf der sie befestigt ist, noch die benachbarte Stromschiene. Diese Funktion hat den praktischen Vorteil, dass die Rogowski-Spulen des Pact-RCP-Systems nicht nur auf isolierten Stromleitungen, sondern auch auf stark erwärmten Stromschienen problemlos betrieben werden können. Aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen der Stromschienen gibt es die Messspule zur optimalen Verlegung in drei verschiedenen Längen von 300 mm, 450 mm und 600 mm. Die Rogowski-Spulen passen sich somit den Dimensionen der Stromschienen an, deren Maße zwischen 30 mm × 10 mm und 160 mm × 10 mm variieren, wobei jede Phase bis zu drei Stromschienen umfassen kann. Ferner lässt sich die Rogowski-Spule auf runden Stromkabeln mit einem Durchmesser bis 60 mm montieren. Das Anbringen gestaltet sich hier ebenfalls einfach: Ein Kabelbinder wird um die Strom führende Leitung sowie durch die beiden Aussparungen des Gehäuseflansches der Rogowski-Spule geführt. Nach dem Festziehen des Kabelbinders ist die Installation abgeschlossen. (no)

Verschiedene Sets für unterschiedliche Anforderungen
Das Retrofit-Strommesssystem Pact RCP basiert auf dem Rogowski-Prinzip. Die industrietaugliche Lösung lässt sich schnell in bestehenden Applikationen nachrüsten, wobei der Anlagenbetrieb meist nicht unterbrochen werden muss. Das vermeidet teure Produktionsausfälle. Das System ist in drei verschiedenen Sets erhältlich, die jeweils aus einem Messumformer und einer Messspule in unterschiedlichen Längen von 300 mm, 450 mm oder 600 mm bestehen. Je nachdem, welche Abmessungen die Stromschienen aufweisen, kann der Anwender so stets die optimale Spulenlänge auswählen. Da sich die Messspule durch das Entriegeln am Gehäuse öffnen lässt sowie weich und flexibel ist, kann sie selbst bei engen Platzverhältnissen mit geringem Arbeitsaufwand installiert werden. Zur Messung von elektrischer Energie sind auch Oberwellen zu erfassen, um die Leistung korrekt zu ermitteln. Aufgrund der großen Bandbreite von 10 Hz bis 5.000 Hz wird das Strommesssystem dieser Anforderung gerecht.

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Autor:
Dipl.-Ing. Jürgen Hobein ist Mitarbeiter im Produktmarketing Analog Monitoring bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont. jhobein@phoenixcontact.com