Wo fange ich an zu messen?
Stromzähler-Lexikon - Lektion 2: Mit dem richtigen Messkonzept Schritt für Schritt zum Energiemanagement
In unserer Blogserie „Stromzähler-Lexikon“ möchten wir unsere Erfahrungen weitergeben. In dieser zweiten Lektion vermitteln wir wie die richtige Herangehensweise um zu einem passenden Messkonzept zu kommen.
Unnötige oder falsche Zähler können schnell die Kosten für das Energiemanagementsystem um 5.000€ oder mehr grundlos in die Höhe treiben. Deswegen empfehlen wir den Messbeginn am Übergabezähler und den Hauptverteilungen. Erst nach einer ersten datenbasierten Analyse sollte das System gezielt auf Anlagen erweitert werden.
Drei Zähler-Ebenen: Übergabezähler, Hauptverteilung und Unterverteilung
Die elektrotechnische Topologie ist in fast jedem Industriebetrieb gleich (Bild oben): Die Energie wird am Übergabepunkt vom Stromnetz geliefert und dort vom Übergabezähler erfasst. Dieser Zähler ist der energiewirtschaftlich relevante Zähler für die Abrechnung. Industriebetriebe bekommen den 15-Minutenlastgang von ihrem Versorger als Basisinformation. Tatsächlich stecken in dem Zähler deutlich mehr Parameter und es können bereits grundsätzliche Fehler hinsichtlich Lastspitzen, Standbyverbrauch, Spannungsschwankung oder Strom-Asymmetrien festgestellt werden. Wir empfehlen mit einer solchen Analyse zu starten, um überhaupt zu entscheiden, ob Einsparpotential besteht.
Oftmals ist der Übergabezähler (Bilder unten) der einzige Zähler auf 20kV-Ebene und deswegen notwendig für die Bestimmung von Trafo- oder Verteilungsverlusten. Aus energiewirtschaftlicher Sicht beginnt hinter dem Übergabezähler das „Submetering“.
Übergabezähler
Direkt hinter dem Übergabezähler befindet sich die 20kV-Verteilung mit den Transformatoren. Die Transformatoren speisen die Sammelschienen der Niederspannungshauptverteiler (NSHVT). Genau an diesem Punkt auf der „Trafo-Unterseite“ befindet sich üblicherweise irgendeine Art der Messung (Beispiele auf den drei Bildern unten).
Je nach Baujahr und Ausstattung findet man an der Trafo-Unterseite Netzqualität-Messgeräte, Multifunktionsgeräte oder analoge Strom- und Spannungsmessgeräte. In den meisten Betrieben empfehlen wir normale Universalmessgeräte. Diese haben das beste Preis-Leistungsverhältnis und lassen sich beispielsweise über Modbus TCP mit sehr hoher Datenqualität mit jeder Auswertungssoftware auslesen. Hochwertige Netzqualität-Messgeräte sollten verwendet werden, wenn häufig Störungen in der Netzqualität auftreten (z.b. Bildschirm-Flackern, USV).
In älteren Anlagen findet man meistens die vier analogen Anzeigegeräte. Eines ist für die Spannungen und die anderen drei für die Phasenströme. Die Geräte können zwar nicht ausgelesen werden, reduzieren jedoch die Arbeit für den Elektriker erheblich: Sowohl die Stromwandler als auch der Spannungsabgriff können einfach an ein modernes Universalmessgerät umgeklemmt werden (Vorsicht beim Umbau: Stromwandler sollten immer kurzgeschlossen werden). Auch die Löcher in der Schaltschranktür können weiterhin verwendet werden, da die Einbaumaße identisch sind. Das neue Universalmessgerät ersetzt alle vier Anzeigen. Durch die drei frei werdenden Löcher in der Schaltschranktür entsteht Platz für weitere Unterzähler.
Die Niederspannungshauptverteiler (NSHVT) haben die Aufgabe den vom Trafo kommenden Strom über die Sammelschiene zu verteilen. Dabei sind die Hauptverteiler meistens ideal geeignet für Messgeräte: Die Kabel sind gut zugänglich. Zudem spart man Verkabelungsaufwand für Kommunikationsleitungen, da mehrere Zähler an einem Ort installiert werden können. Das ist ein großer Vorteil gegenüber der Messung im Unterverteiler oder direkt an der Anlage.
Die Kosten des Messsystems können optimiert werden, wenn nicht gleich alle Anlagen mit Messgeräten ausgestattet werden. Das beste Ergebnis wird erreicht, wenn schrittweise entlang der Energieverteilung vorgegangen wird (siehe Sankey-Diagramm unten). Zunächst wird lediglich der Übergabezähler erfasst, um aus den Lastgang zu erkennen, ob sich ein Energiemanagement überhaupt lohnt. Anschließend wird die Trafo-Unterseite bei der Einspeisung der Niederspannungshauptverteiler an das System angeschlossen.
Praxistipp:
1. Zählerauswahl: Universalmessgeräte haben das beste Preis-Leistungsverhältnis. Es sollte eine Variante mit Modbus TCP verwendet werden. Diese sind mit allen Auswertungssystemen kompatibel. Herstellerspezifische Protokolle oder Impulse sollten immer vermieden werden!
2. Zählerort: Die Niederspannungshauptverteiler sind der ideale Ort für Zähler. Hier können mehrere Zähler an den Zu- und Abgängen angebracht werden und dadurch Verkabelungsaufwand der Kommunikationsleitungen reduziert werden. Nur wenn die einzelne Anlage nicht am Niederspannungshauptverteiler abgegriffen werden kann, ist eine Zählerinstallation an der Anlage sinnvoll. Ausschlaggebend für die Erweiterung der Datenerfassung ist immer der ungemessene Rest. Wenn dieser sowohl im Sankey-Diagramm als auch im zeitlichen Verlauf des Stacked-Charts vollständig erklärt werden kann, ist kein weiterer Zähler notwendig. Wenn nicht klar ist, welche Anlage für die Verbrauchscharakteristik verantwortlich ist, sollten weitere Zähler eingebaut werden.
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