So lassen sich Prozesse sicher beherrschen und wirksam optimieren

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Echteffektivwert-Messung als genaues Verfahren

Normalerweise sollte kein Unterschied zwischen Effektiv- und Echteffektivwert bestehen. 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 50Hz-Grundfrequenz und mehreren anderen Sinuswellen, die ein Vielfaches der 50Hz-Grundfrequenz bilden.

Strommessumformer mit Echteffektiv-Messung werden in vielfältigen Applikationen eingesetzt.

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.

Gleichstrommessung im Schienenverkehr

Ein Beispiel aus dem Schienenverkehr soll dies anhand einer Gleichstrommessung verdeutlichen: Zur Überwachung von Gleisanlagen werden je nach Weichenstellung und -freigabe 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.

Strommessumformer in Windenergieanlagen

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.

Schutz der Anwendung vor Unterspannungen

Zum Monitoring einfacher Anlagen im Maschinenbau, die ohne Steuerung betrieben werden, reichen oft simple Überwachungsgeräte aus, welche eine direkte Einstellung über Drehschalter ermöglichen.

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.

Ergänzendes zum Thema

Umfassendes Produktspektrum deckt alle Anforderungen ab

Die industrielle Nutzung stellt unterschiedliche Anforderungen an die Messung und Überwachung elektrischer Größen. Diese reichen vom Einsatz in einer einfachen Strom-, Spannungs- oder Leistungsüberwachung mit direkten Schaltausgängen bis zur umfassenden Messung der elektrischen Größen und deren Weiterleitung über gängige Bussysteme. Phoenix Contact bietet für jede Anwendung die passende Lösung.

Überwachungsrelais der EMD-Produktfamilie kontrollieren beispielsweise Strom, Spannung und Leistung in Applikationen, in denen keine zusätzliche Steuerung installiert ist, sowie bei Strommessungen für verschiedene Kurvenformen.

Zur Energiemessung inklusive der Erfassung der Oberwellenanteile stehen die EMpro-Energiemessgeräte als Grundlage für das Energie-Management zur Verfügung.

Für die Anbindung an die bekannten Kommunikationsprotokolle sind entsprechende Schnittstellen wie Ethernet, Profibus oder Modbus-RTU in die Geräte integriert.

Kostenreduzierung durch Detektierung von Lastspitzen

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 im 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 sie durch einen gestaffelten Start der Geräte 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 die vielen aufgenommenen Werte der elektrischen Größen in einem zentralen System gespeichert und verarbeitet werden können, müssen sie über ein Bussystem weitergeleitet werden. Hierbei kann es sich um ein RS485- oder Ethernet-basiertes System handeln.

* Jürgen Hobein, Andreas Senger, Produktmanager Monitoring, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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Strom- und Energiemesstechnik