Energiemessung Komponenten und Systeme für die Strom- und Energiemesstechnik

Sicheres Beherrschen und wirksames Optimieren von Antrieben, PV-Anlagen oder Fertigungsprozessen setzt die genaue Kenntnis ihrer elektrischen Größen voraus. Etablierte Methoden skizziert der Beitrag.

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Wesentliche Bestandteile des Verbesserungsprozesses im Bereich der Energiemessung sind die Ermittlung und Zuordnung des Verbrauchs sowie das Vermeiden von Ausfällen. Zu diesem Zweck gibt es eine Reihe von Verfahren, um die Informationen zu sammeln, zu analysieren und unter Umständen direkte Maßnahmen einzuleiten. Nachfolgend soll insbesondere auf die Messung von elektrischen Größen und die damit verbundenen Überwachungsmöglichkeiten eingegangen werden.

Überwachung von Antrieben auf Unter- und Überlast

Bei der Überwachung von Antriebslösungen stehen im Wesentlichen der Schutz des Antriebs und der Anlage im Vordergrund. Dazu werden je nach Applikation verschiedene Größen gemessen und ausgewertet. Soll beispielsweise nur der ordnungsgemäße Betrieb eines Ventilators betrachtet werden, der über einen Keilriemen von einem Motor angetrieben wird, bietet sich eine Unterlast-Überwachung an. Dafür wird zum Beispiel der Cosinus Phi des Antriebs erfasst und analysiert. Die Alarmierung erfolgt über einen Relaiskontakt.

Eine Strommessung dient der Kontrolle des Antriebs auf Überlastung. Sie ist aber lediglich dort sinnvoll, wo der Antrieb genau auf die Anwendung angepasst und nicht überdimensioniert ist. In diesem Fall könnte sich der tatsächliche Strom auch bei einer Überlastung kaum verändern. Deshalb sollte die elektrische Leistung aufgenommen und ausgewertet werden, weil sie direkten Aufschluss über die mechanische Leistung geben kann.

Zur Analyse und Reaktion gibt es je nach Überwachungseinheit unterschiedliche Geräte. Das Spektrum reicht von Komponenten mit einfachen Relaiskontakten für die Abschaltung/Information bis zu Geräten wie dem elektronischen Motor-Manager (EMM), die direkt im Motorkreis schalten können und über ein Bussystem ansteuerbar sind.

Genaues Messen von Wechsel- und Gleichströmen

Zur korrekten Messung elektrischer Ströme müssen Komponenten eingesetzt werden, die für die jeweilige Signalform geeignet sind. Stromwandler fungieren beispielsweise zur Erfassung hoher AC-Ströme in Schaltanlagen. Nur wenn die Ströme permanent gemessen werden, lassen sich die einzelnen Abläufe sicher beherrschen und mögliche Störungen sofort erkennen. Dazu sind die Stromwandler sowohl in der Einspeisung des Schaltschranks als auch in den abgehenden Unterverteilungen der einzelnen Antriebe installiert. Sie nehmen ausschließlich Wechselströme auf und arbeiten nach dem Transformatorprinzip.

Zur Messung wird der Strom führende Leiter durch die Öffnung des Stromwandlers geführt. Sekundärseitig gibt das Gerät 1 A oder 5 A aus. Ein nachgeschalteter Strommessumformer konvertiert daraus ein Normsignal, das als Eingangsgröße für die Steuerung erforderlich ist.

Die Stromüberwachung wird dann über DC-Strommessumformer realisiert. Hier werden Ströme bis zu mehreren hundert Ampere erfasst und stehen ebenfalls zur gezielten Zuordnung von Fehlern oder Verlusten zur Verfügung. Die Messung erfolgt berührungslos über Hall-Sensoren. Der Strommessumformer kann neben DC-Strömen auch AC- und stark verzerrte Ströme in einem breiten Frequenzspektrum sicher messen. Daher wird er auch verwendet, um AC-seitig eine vom Wechselrichter unabhängige Überwachung der Ströme, zum Beispiel am Einspeisepunkt der PV-Anlage, zu ermöglichen.

Die Messdaten liegen in Form von Normsignalen vor. DC-Ströme können ebenfalls per Shunt gemessen werden. In diesem Fall fließt der aufzunehmende Strom über einen Widerstand und verursacht dort einen Spannungsfall. Ein nachgeschalteter Spannungsmessumformer generiert aus dem Spannungs- ein Normsignal.

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