Messtechnik

Energieverteilnetze flächendeckend in 3 Ebenen überwachen

| Autor / Redakteur: Rudolf Müller, Kilian Eckert* / Sariana Kunze

Auf Verteilnetzbetreiber kommen künftig hohe Kosten zu, wenn sie ihre Lastflüsse nicht genau kennen. Umfassende Messtechnik zur Erfassung, Übertragung und Auswertung der Daten verschafft den notwendigen Überblick
Auf Verteilnetzbetreiber kommen künftig hohe Kosten zu, wenn sie ihre Lastflüsse nicht genau kennen. Umfassende Messtechnik zur Erfassung, Übertragung und Auswertung der Daten verschafft den notwendigen Überblick (Bilder: Janitza)

Die Deutsche Energieagentur (dena) beziffert den Aufwand für den nötigen Aus- und Umbau der Verteilnetze mit 27,5 Mrd. Euro bis 2020. Diese Kosten lassen sich jedoch fast halbieren. Dazu muss der Betreiber die Lastflüsse genau kennen. Messtechnik zur Erfassung, Übertragung und Auswertung der Daten macht ihn zum Herrn der Lage.

In der Vergangenheit wurden Verteilnetze gemäß der Energieflussrichtung „Top-Down“ von der Hochspannung über die Mittelspannung bis zur Niederspannung beim Endkunden geplant. Seit einigen Jahren verändert sich das Planungsleitbild. Dabei spielen die Anforderungen an effizientere Netze eine genau so große Rolle, wie der Anstieg erneuerbarer Energien. Diese Einflüsse wirken zum größten Teil auf das Niederspannungsnetz: 98 Prozent der erneuerbaren Energien werden in regionale und lokale Verteilnetze eingespeist. Dabei zeichnet sich ab, dass der Ausbau der Entwicklung nicht Schritt halten kann. Dezentrale Energieerzeugungsanlagen führen zu Spannungsanhebungen, die ausgeregelt werden müssen. Andererseits entstehen durch den vermehrten Einsatz von Leistungselektronik starke Verzerrungen des sinusförmigen Stromverlaufes und gefährden somit die vorgeschriebene Spannungsqualität gemäß der Norm EN 50160. Die Wandlung des Stromnetzes zieht schwerwiegende Folgen nach sich: Lastflussumkehr bis hin zur Rückspeisung, Betriebsmittelüberlastungen, Spannungsbanderhöhungen an Einspeisepunkten, Asymmetrien und fluktuierende Lastflüsse. In vermaschten Netzen ist es schwierig, diese Störungen zu lokalisieren, um gezielt einzugreifen. Dies ist jedoch dringend geboten, denn die Anforderungen an die Qualität der Stromversorgung steigen. Elektronische Verbraucher wie EDV oder industrielle Steuerungen benötigen mehr: Kurzzeitige Spannungseinbrüche, Oberschwingungen, Transienten usw. können erhebliche Schäden verursachen. Die gestiegenen Anforderungen an die Spannungsqualität haben sogar juristische Konsequenzen: In einem Urteil vom Februar 2014 hat der Bundesgerichtshof Elektrizität dem Produkthaftungsgesetz unterworfen. Damit haftet der Verteilnetzbetreiber, wenn Elektrogeräte durch schlechte Spannungsqualität Schaden nehmen. Umso wichtiger ist eine umfassende Analyse und Dokumentation der Netzqualität mit zertifizierten Verfahren, wie in der Norm IEC 61000-4-30 Klasse A, beschrieben. Janitza lässt bereits seit 2011 ausgewählte Spannungsqualitätsanalysatoren zertifizieren. Die Geräte beherrschen die kontinuierliche Überwachung der Spannungsqualität, Oberschwingungsanalyse, Überprüfung des internen Versorgungsnetzes gemäß der Normenreihe EN 61000. Eine flächendeckende Überwachung der Energieverteilnetze erfolgt auf drei Ebenen:

Ebene 1: Umspannwerke im Blick behalten

Die Übergabestellen im Umspannwerk verdienen große Aufmerksamkeit. Typische Einsatzfälle sind die Einspeisungen, Übergabepunkte vom übergelagerten Lieferanten oder wesentliche Abgänge zu kritischen Großkunden. Zertifizierte Klasse A Spannungsqualitätsanalysatoren nach IEC 61000-4-30 sind hier unumgänglich. Neben der hochgenauen Energiemessung steht auf dieser Ebene die Spannungsqualität mit ihren vielfältigen Parametern im Vordergrund. Das Messgerät UMG 512 von Janitza bietet sowohl die nötige Performance in der Messtechnik als auch die Protokolle und Schnittstellen zur einfachen Einbindung und Datenübertragung. Außerdem kann es dank eines großen Messwertspeichers bei Übertragungsstörungen die Dokumentation übernehmen. Der integrierte Web-Server sowie die optionale EN50160 App erlauben die lokale Überwachung der Spannungsqualität.

Ebene 2: Messtechnik für Ortsnetzstationen

Die zweite Ebene – die Ortsnetzstationen – wurden in der Vergangenheit im Hinblick auf Messtechnik nahezu ausgeklammert. Inzwischen kommt ihr besondere Aufmerksamkeit zu, denn sie spielt eine Schlüsselrolle im Verteilnetzausbau. Die Messtechnik muss hier die PQ- und Energiemessdaten zur Dokumentation und Fehleranalyse, etwa für EN 50160 PQ-Berichte, bereitstellen. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bietet es sich an, im ersten Schritt lediglich die Einspeisung oder nur wenige Abgänge zu überwachen. Kommt es später zu Netzrückwirkungen oder Kundenreklamationen über unzureichende Spannungsqualität (z.B. Kurzzeitunterbrechungen) – oder steht ein allgemeiner Netzausbau bzw. ein zusätzlicher Ausbau mit dezentralen Energieanlagen an, kann man weitere Abgänge in der Ortsnetzstation überwachen. Dies ist auch im Nachhinein ohne Unterbrechung des Netzbetriebes mit geringem Aufwand möglich. Aus dem Janitza-Portfolio bietet sich der Spannungsqualitätsanalysator UMG 605 als Mastergerät in der Einspeisung an. Für eine umfassende Überwachung der Spannungsqualität nach der EN 50160 erfasst er alle relevanten Parameter, wie Flicker, Kurzzeitunterbrechungen, Transienten etc. Als Schnittstellen stehen RS 485 Modbus, Profibus und Ethernet (TCP/IP) zur Verfügung. Für die Abgänge in der Ortsnetzstation eignen sich Slavegeräte wie das Differenzstrom- (RCM) und Energiedatenmessgerät UMG 20CM oder das Universalmessgerät UMG 103. Das UMG 20CM verfügt über 20 Strommesskanäle, welche als Low-Power-Eingänge ausgeführt sind. Hierbei spart der Anwender Platz und Kosten in dem IKT-Bereich der intelligenten Ortsnetzstation, da die Wandlertrennklemmen entfallen. Das UMG 103 ist ein kompaktes Gerät zum Überwachen einzelner Abgänge. Mit so einer skalierbaren Struktur lassen sich die Kosten für die Anfangsinvestitionen reduzieren. Zudem können die Messstellen künftig einfach erweitert werden.

Ergänzendes zum Thema
 
Überwachen und Messen der Energieverteilnetze in 3 Ebenen

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