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Energiemessung

Komponenten und Systeme für die Strom- und Energiemesstechnik

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Anbieter zum Thema

ET System electronic GmbH
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.
Phoenix Contact Electronics GmbH

Echteffektivwert-Messung als genaues Verfahren

Die DC-Strommessung mittels Shunt-Widerstand ist etwas aufwändiger, da Zeit für die Installation des Shunts, die notwendigen Abdeckung sowie das Anschließen der elektrischen Leitungen benötigt wird. Darüber hinaus nehmen die einzelnen Komponenten im Vergleich zum schmalen Strommessumformer mehr Platz im Schaltschrank in Anspruch. Normalerweise sollte kein Unterschied zwischen Effektiv- und Echteffektivwert bestehen.

Bild 3: Mit dem universellen Strommessumformer lassen sich Gleich-, Wechsel- und verzerrte Ströme messen
Bild 3: Mit dem universellen Strommessumformer lassen sich Gleich-, Wechsel- und verzerrte Ströme messen
(Archiv: Vogel Business Media)
Es gibt aber immer mehr Verbraucher, die keinen konstanten Strom ziehen, sondern nur kurze Impulse, wie etwa Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung. Deshalb weichen diese Spannungsformen erheblich von der Sinusform ab, was dazu führt, dass eine reine Effektivwert-Messung ungenau wird. Die Echteffektivwert-Messung zeigt hingegen den tatsächlichen Wert eines Wechselstroms an – und zwar unabhängig von der Signalform und vorhandenen Verzerrungen. Außerdem werden Oberschwingungen in großer Bandbreite mit erfasst. Sie resultieren aus der 50-Hz-Grundfrequenz und mehreren anderen Sinuswellen, die ein Vielfaches der 50-Hz-Grundfrequenz bilden.

Strommessumformer mit Echteffektiv-Messung werden in vielfältigen Applikationen eingesetzt (Bild 3). Einerseits wird aus dem aufgenommenen Strom ein Normsignal erzeugt und an die Steuerung weitergeleitet. Das Signal dient allerdings auch der Überwachung von Prozessabläufen. Zu diesem Zweck kann der Anwender am Messumformer entsprechende Melde- oder Schaltschwellen einstellen.

Ein Beispiel aus dem Schienenverkehr soll dies anhand einer Gleichstrommessung verdeutlichen. Zur Überwachung von Gleisanlagen werden je nach Weichenstellung und Weichenfreigabe bestimmte LEDs ein- oder ausgeschaltet. Dies erfolgt in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand, den Sensoren aus dem Feld zurückmelden. Der Strommessumformer erfasst nun den Strom, der zu den LEDs fließt und formt daraus das ausgangsseitige Normsignal, welches an die Steuerung übertragen wird. Auf diese Weise kann die Steuerung feststellen, dass die Funktionen gegeben sind oder eine Störung vorliegt.

Schutz der Anwendung vor Unterspannungen

Die Strommessumformer werden auch zur Pitch-Verstellung der Rotorblätter von Windenergieanlagen verwendet. Während eines simulierten Stromausfalls zur Bestimmung des maximal verfügbaren Stroms des Akku-Packs lässt sich auf Basis des bipolaren Ausgangssignals ermitteln, ob ein bestimmter Antrieb im Motor- oder Generatorbetrieb arbeitet. Daraus können dann entsprechende Maßnahmen abgeleitet werden.

Zum Monitoring einfacher Anlagen im Maschinenbau, die ohne Steuerung betrieben werden, reichen oft simple Überwachungsgeräte aus, welche eine direkte Einstellung über Drehschalter ermöglichen (Bild 4). Eine Hauptanwendung stellt hier die Überwachung der Phasenfolge dar. Darüber hinaus kommt der Kontrolle der Spannungshöhe (insbesondere von Unterspannungen) eine große Bedeutung zu. Dies vor dem Hintergrund, weil die meisten Schäden nicht durch Spannungsüberhöhungen aus dem Versorgungsnetz entstehen, sondern durch Unterspannungen, die zu einer Stromerhöhung in der Anlage und damit zu Beschädigungen führen.

Kostenreduzierung durch Erkennen von Lastspitzen

Bild 4: Um für jede Überwachungsaufgabe die passende Lösung zu bieten, stellt Phoenix Contact eine komplette Produktfamilie zur Verfügung
Bild 4: Um für jede Überwachungsaufgabe die passende Lösung zu bieten, stellt Phoenix Contact eine komplette Produktfamilie zur Verfügung
(Archiv: Vogel Business Media)
Industrielle Unternehmen beschäftigen sich nicht erst seit der geplanten Einführung der DIN 16001/ISO 50001 mit der Erfassung der elektrischen Energie. Die Leistungs- und Energiemessung wird seit langem im Rahmen des Lastmanagements genutzt, um Lastspitzen in einem (in Deutschland üblichen) 15-Minuten-Fenster zu erkennen und, wenn nötig, Lasten abwerfen zu können. Dies ist nach wie vor ein wichtiger Aspekt zur Kostenreduzierung in Industrieanlagen. Durch eine detaillierte Energiemessung lässt sich ferner die Leistungsverteilung in der Anlage ermitteln. Dazu zählen einmalige Lastspitzen, die beim gleichzeitigen Anfahren von Antrieben auftreten. Können durch einen gestaffelten Start der Geräte Lastspitzen vermieden werden, ist eine Anpassung des Vertrags mit dem jeweiligen Stromversorger möglich.

Im Rahmen der Energieeffizienz-Betrachtung kann der Anlagenbetreiber zudem besonders uneffektive Verbraucher detektieren und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. Zukünftig sollen sich die Energiekosten auch den Herstellungskosten eines Produktes zuordnen lassen. Damit sich die vielen aufgenommenen Werte der elektrischen Größen in einem zentralen System speichern und verarbeiten lassen, müssen sie über ein Bussystem weitergeleitet werden. Hierbei kann es sich um ein RS485- oder Ethernet-basiertes System handeln.

* * Dipl.-Ing. Jürgen Hobein und Dipl.-Ing. Andreas Senger sind Produktmanager Monitoring bei Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.

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