eppe cx Anforderungen an ein Messsystem zur effizienten Überwachung von Versorgungsnetzen und technischen Anlagen

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1 eppe cx Aforderuge a ei Messsystem zur effiziete Überwachug vo Versorgugsetze ud techische Alage Dipl.-Ig. Timo Wild MBA, Product Maager Fault Recordig & Power Quality, KoCoS Messtechik AG Fachthema Mit der Sesibilisierug für Versorgugssicherheit i elektrische Netze rückt auch die kotiuierliche Messug der Eergiequalität immer mehr i de Fokus vo Netzbetreiber ud Verbraucher. Um frühzeitig Probleme zu erkee ud etsprechede Vorsorgemaßahme ergreife zu köe, muss im erste Schritt mittels eies geeigete Messsystems das Versorgugsetz oder auch die techische Alage über eie lägere Zeitraum geauestes aalysiert werde. Die Aforderuge a ei geeigetes Messsystem sid je ach Alage ud Eisatzzweck sehr uterschiedlich ud beihalte verschiedeste Messfuktioe. Nicht ur für Eergieversorger, auch für Idustriekude ist eie gute Versorgugsqualität vo sehr hoher Bedeutug. Durch uzureichede köe bei viele Produktiosprozesse teure Produktiosausfälle bis hi zur Zerstörug vo Maschie ud Alage hervorgerufe werde. Folge vo Netzstöruge sid zum Beispiel: Störug der Steuerelektroik vo Maschie Produktiosausfälle Systemabstürze Durchgebrate Leiter Erhitzte Motore, uruhiger Motorlauf Überlastug oder Bräde Ukotrolliertes Auslöse vo Lasttreer oder Sicheruge Schäde a Kompesatiosalage Flacker ud Flimmer vo Bildschirme Korrosio a Rohrleituge ud Erdugssysteme Dateetzwerkprobleme Dateverluste Lichtflacker Uerklärlich gestiegee Eergiekoste Gefährdug vo Mesch ud Eigetum Herabsetzug der Leistugsfähigkeit vo Maschie ud Alage, hohe Verluste Verkürzte Lebesdauer für Geräte Midestaforderuge a die sid i der Norm EN Merkmale der Spaug i öffetliche Elektrizitätsversorgugsetze defiiert. Ahad der dort festgelegte Merkmale sollte grudsätzlich a kritische Netzpukte kotiuierlich überwacht werde. Nur we über eie lägere Zeitraum etsprechede Messdate zur Verfügug stehe, köe durch aussagekräftige Aalyse Aussage über die Qualität des Netzes ud evetuell erforderliche Verbesserugsmaßahme getroffe werde. Messuge mittels mobiler Messgeräte biete ur bedigt aussagekräftige Aalyse, da der gemessee Zeitraum ur eie kleie Ausschitt darstellt ud Störuge meist sporadisch auftrete. Bei Messuge isbesodere im Bereich vo regeerative Erzeugugsalage (PV-Systeme, Widkraftalage etc.) ud idustrielle Alage gewit eie zusätzliche Speicherug ud Aalyse vo Umweltfaktore zuehmed a Bedeutug. Faktore wie Lichteistrahlug, Umgebugstemperatur, Feuchtigkeit, Modultemperatur, Widstärke, Widrichtug, Schallstärke, Motordrehzahl, Geeratortemperatur etc. köe bei der Aalyse oder eier Fehlersuche hilfreiche Iformatioe beisteuer. Aforderuge a das Überwachugssystem Mitarbeiter, egal ob bei Idustrieuterehme oder Netzbetreiber, habe immer weiger Zeit, sich mit der Problematik der auseiaderzusetze. Stetig wachsede Aufgabebereiche, leider teilweise auch durch Stelleabbau bedigt, ud fehledes Fachwisse gestalte eie ausgiebige Eergiequalitätsaalyse oft schwierig. Daher ist es umso wichtiger, dass Parametrieruge vo Messsysteme möglichst eifach zu realisiere sid. Stadardmessuge, zum Beispiel ach EN 50160, müsse auf Kopfdruck parametriert werde köe. Zudem muss ei Aalysetool eie automatische Auswertug ach vorgegebee Richtliie erfülle ud das Ergebis i eiem Report darstelle köe. Vollautomatisierte Überwachugssysteme übertrage permaet die Messdate auf ei zetrales Datesystem ud werte automatisch aus. Ei itegriertes Alarmsystem ifor- 2

2 miert im Fehlerfall veratwortliche Mitarbeiter, welche etsprechede Maßahme ergreife köe. Diestleistugsuterehme wie zum Beispiel die KoCoS Egieerig GmbH köe bei der Aalyse oder der Erarbeitug vo Abhilfemaßahme uterstütze. Aufbau eies effiziete Messsystems Techische Voraussetzuge für ei Messsystem zur permaete Netzaalyse sid uter aderem: Eibidugsmöglichkeit i verschiedee Kommuikatiosetzwerke Eifach zu istallieredes ud zu bedieedes Messgerät Absolut zeitkorreliertes Erfasse der Date Messgerät mit hoher Geauigkeit Uveräderbares Erfasse der Date Großer Messdatespeicher Datesicherheit durch Dual-Prozessor-System Zetrale Auswerte- ud Überwachugsmöglichkeit Der Messaufgabe etsprechede Azahl a Aalogud Biärkaäle Um die Eergiequalität geauestes aalysiere zu köe, werde midestes vier Spaugskaäle ud vier Stromkaäle mit eier Geauigkeit vo midestes 0,1% beötigt. Der vierte Kaal ermöglicht zum Beispiel die zusätzliche Messug des Stromes im Neutralleiter. Dies ist uter Umstäde wichtig, um eie Überlastug des Neutralleiters zu erkee. Des Weitere sid Sesormesseigäge zur Überwachug der Umgebugsbediguge erforderlich. Im Störfall helfe diese zusätzliche Messdate bei der Aalyse ud Erarbeitug vo Abhilfemaßahme, besoders we eie Störug durch mehrere Faktore verursacht wurde. Ei Messsystem, welches uter aderem auch die geate Aforderuge erfüllt, ist der Netzaalysator EPPE CX der KoCoS Messtechik AG. Das Messsystem bietet die Auswahl aus drei verschiedee Aalogmodule ud zusätzlich eiem Sesormodul, wodurch die Awedug äußerst flexibel wird. Die Aalogeigäge verfüge über eie Geauigkeit vo 0,05% ud werde geerell mit 200 khz abgetastet, wodurch hochauflösede Aalyse ermöglicht werde. Aalogmodul 1: 4 x 600 V (L-N), 4 x 600 V (L-N) (Messuge vo zwei Spaugssysteme) Aalogmodul 2: 4 x 600 V (L-N), 4 x 40 A (Messuge a Schutz- oder Messwadler) Aalogmodul 3: 4 x 600 V (L-N), 4 x 3 V (Messuge über extere Stromsesore) Sesormodul: 8 x Aalogeigäge (300 V/10 V/2 V/20 ma) 2 x Temperatureigäge 1 x Aalogausgag Es sollte zudem ausreiched Biäreigäge mit je ach Awedug ausreichedem Messbereich vorhade sei, um zum Beispiel de Status vo Schalterstelluge oder idustrielle Maschie aufzuzeiche. Solche Statusaufzeichuge köe später hilfreiche Iformatioe zur Störugssuche ud Fehlerbehebug beisteuer. Wird das Messsystem a ei Leitsystem ageschlosse, sollte frei parametrierbare Relaisausgäge vorhade sei, mittels derer Status- ud Alarmmelduge sigalisiert werde köe. Abb. 1: Netzaalysator EPPE CX Abb. 2: Aschlüsse EPPE CX 2

3 UW Berdorf GPS ok PQ o DFR o Störschriebe: 5 Fachthema GPS Zeitsychroisatio Mobile Messug Iterlik Gateway Netzwerk Iterlik Gateway UMTS Router UMTS Router Datebak Iteret USB-Stick Mobilfuketz Auswerterecher Abb. 3: Kommuikatios- ud Zeitsychroisatiosmodell Itere Notstromversorgug I de meiste Fälle werde Netzaalysatore a eie gesicherte Stromversorgug ageschlosse. Sollte dies bei Aweduge icht möglich sei, muss das Messgerät über eie itere Notstromversorgug verfüge, um de Ausfall der Spaug aufzeiche zu köe. Die i de meiste Messgeräte eigesetzte itere Batterie hat allerdigs de Nachteil, dass die Batterie ach eier defiierte Zeit ausgetauscht werde muss, was oft ur vom Hersteller durchgeführt werde ka. Kommt hizu, dass eie Batterieüberwachug fehlt, bekommt der Aweder icht eimal eie Iformatio ud wird erst im Störfall ahad der fehlede Aufzeichug iformiert. Eie bessere Lösug bietet der Netzaalysator EPPE CX mit eier absolut wartugsfreie Notstromversorgug. Kommuikatio Um die Messdate übertrage zu köe, muss das Messsystem i Kommuikatiosetze jeglicher Art itegrierbar sei, wie auch i kabellose Netzstrukture. I solche Fälle ist die Awedug vo UMTS/LTE-Router izwische sehr verbreitet. Über das Mobilfuketz lasse sich die Messdate schell ud eifach zu eier Datebak übertrage, ohe ei leitugsgebudees Netzwerk utze zu müsse. Eie adere, Bedie-, Parametrier- ud Auswerterecher kostegüstigere Lösug bietet das regelmäßige Heruterlade der Date via USB-Stick oder Laptop. Allerdigs etfällt hier die Möglichkeit der Beachrichtigug des Beutzers im Fehlerfall. Sivoll ist es, die Messdate regelmäßig, i eiem vordefiierte Zeititervall, vom Messsystem i eie Datebak zu kopiere, um jederzeit eie schelle Zugriff zu gewährleiste. Der Netzaalysator EPPE CX ist mit alle gägige Kommuikatiosschittstelle wie RS232, RS485, elektrischem Etheret, optischem Etheret (LWL) ud USB (aktiv/passiv) ausgestattet. Dabei hat die Übertragug mit optischem Etheret über Lichtwelleleiter de große Vorteil, besoders störuempfidlich zu sei. Die Dateübertragug wird icht durch äußere elektrische oder elektromagetische Störfelder beeiflusst. Mittels eies Dual-Prozessor-Systems wird die Messwertaufahme im Gerät vom Bedie- ud Kommuikatiosprozess etkoppelt, was auch hier eie sichere Dateaufahme ud -speicherug ermöglicht. Verfüge Messsysteme über eie Rigspeicher, köe die Date zusätzlich zur Datebak über eie bestimmte Zeitraum im jeweilige Gerät gespeichert werde, bevor sie überschriebe werde. Die Speicherkapazität des Messsystems sollte für eie Dateaufahme vo über eiem Jahr ausgelegt sei. 3

4 Zur Eibidug i Statiosleittechik oder zur Itegratio i adere Systeme sollte das Messsystem über verschiedee Kommuikatiosdieste wie Modbus oder de weltweit akzeptierte iteratioale Stadard IEC verfüge. Zeitsychroisatio Bei eier flächedeckede Eergiequalitätsmessug müsse die Messwerte aller Geräte absolut zeitgleich erfasst werde. Nur durch eie etsprechede Zeitsychroisatio köe die Messergebisse mehrerer Messsysteme gleichzeitig überwacht ud aalysiert werde. Welche Sychroisatiosmethode aus techischer ud wirtschaftlicher Sicht am beste geeiget ist, hägt vo de Gegebeheite am jeweilige Eisatzort ab. EPPE CX hat scho i der Grudausstattug alle gägige Schittstelle zur Zeitsychroisatio implemetiert: Geräteiterer GPS-Empfäger Elektrischer GPS-Telegramm- ud Zeitimpulseigag DCF77-Pulstelegrammeigag Sekude-/Miute-Impulseigag IRIG-B-Eigag NTP/SNTP Sychroisatio über das Kommuikatiosetzwerk Iterlik-Bus zur Veretzug mehrerer Geräte Somit ka der Aweder vor Ort die etsprechede Sychroisatiosart wähle oder äder, ohe Hardwareäderuge am Gerät durchführe zu müsse. Messfuktioe Die beötigte Messfuktioe sid immer abhägig vo der Messaufgabe bzw. der Awedug. Ist eie eifache Messug ach der Europäische Norm EN gefordert, werde ur die Messfuktioe Eergiequalitätsaufzeichug ud Ereigisaufzeichug beötigt. Bei geauere Utersuchuge vo Systeme ud detaillierte Aalyse vo Störugsursache köe weitere Messfuktioe hilfreiche Iformatioe liefer. Eergiequalitätsaufzeichug Die kotiuierliche Aufzeichug aller Netzparameter erlaubt umfassede Eergiequalitätsaalyse ach DIN EN oder idividuell defiierbare Qualitätskriterie. Durch eie automatische Auswertug ud Erstellug vo Qualitätsberichte als PDF-Datei sollte Qualitätsachweise jederzeit auch ohe spezielle Ketisse leicht zu erbrige sei. Kotiuierliche Dateaufzeichug Die Datelogger-Fuktio zeichet Messdate lückelos auf. Die aufgezeichete Date köe a eie Zetralrecher übermittelt werde, ohe die Messug zu uterbreche. Somit sid lückelose Aufzeichuge über viele Jahre möglich. Lagzeitaufzeichuge liefer umfassede Iformatioe über das gesamte Netzgeschehe, mache lagsame Veräderuge sichtbar, die sich zum Beispiel durch eie wadelde Verbraucher- oder Erzeugerstruktur ergebe, ud decke Eergiesparpotetiale auf. Ereigisaufzeichug Die Ereigisaufzeichug liefert Iformatioe über Zeitpukt, Höhe ud Dauer vo Grezwertverletzuge sowie eie Klassifizierug der Ereigisse zum Beispiel ach EN 50160, UNIPEDE, CBEMA oder ITIC. Zudem sollte auf Wusch die Ereigissigature aufgezeichet ud graphisch dargestellt werde köe. Schelle Störaufzeichug Alle aaloge ud biäre Sigale werde bei Grezwertverletzuge mit eier eistellbare Auflösug vo 100 Hz bis 30 khz aufgezeichet. Die Aufzeichug umfasst separat eistellbare Zeitfester für Vor-, Fehler- ud Nachgeschichte. Dabei ka die Fehleraufzeichugsdauer fest eigestellt oder durch die tatsächliche Ereigisdauer gesteuert werde. Diese Aufzeichuge ermögliche umfassede ud detaillierte Aalyse vo Netzfehler. Lagsame Störaufzeichug Der Effektivwert-Störschreiber ka außer de direkt gemessee aaloge ud digitale Sigale auch alle daraus berechete Größe wie Frequez, Usymmetrie, Mit-, Gege- ud Nullsystem, Wirk-, Blid- ud Scheileistug, Oberschwiguge usw. aufzeiche. Die Abtastrate ist zwische 1 Hz ud der doppelte Systemfrequez eistellbar. Die Aufzeichug ist ideal zur Erkeug ud Beurteilug vo lagsame Vorgäge wie zum Beispiel Netzpedeluge, Geeratorüberwachug oder Maschiealäufe geeiget. Aufzeichug vo digitale Ereigisse ud Zustäde Über Biäreigäge werde im Wesetliche Melduge wie zum Beispiel vo Schutzrelais, Schalterstelluge oder Maschiezustäde eigelese, die für die Aalyse vo Störaufzeichuge eie etscheidede Bedeutug habe. Zudem köe über die Biäreigäge Störschriebe ausgelöst werde, um im Schaltmomet eie hochaufgelöste Aufzeichug des Netzzustades zu erhalte. Logische Ereigisse Es köe logische Verküpfuge aus aaloge ud biäre Messsigale gebildet werde. Werde parametrierte Bediguge erfüllt, köe Alarmmelduge über Relaisausgäge oder via versedet werde. Der -Versad sollte 4

5 direkt vom Messgerät erfolge ud icht vo eiem zetrale Dateserver, um Zeitverzögeruge zu verhider. Mittels dieser Fuktio lässt sich beim Netzaalysator EPPE CX i Verbidug mit dem Sesormessmodul ei sehr flexibles Kotroll- bzw. Überwachugssystem umsetze. Der Beutzer wird umgehed iformiert, we zum Beispiel die Modultemperatur bei PV-Alage, die Widstärke bei Widkraftalage oder der Eergieverbrauch vo Maschie etc. überschritte wird. Eergiezähler Mit eiem itegrierte Eergiezähler ka zusätzlich zur Messug der Eergiequalität der Eergieverbrauch vo Alage überwacht ud ahad vo Tredaalyse über große Zeiträume optimiert werde. Es sollte Wirk-, Blid- ud Scheieergie aufgezeichet ud geauestes aalysiert werde köe. Je ach Messaufgabe wird eie detaillierte 4-Quadrate-Messug beötigt. Software Eie dem Messgerät etsprechede Software sollte über umfagreiche Möglichkeite für die Bedieug eies eizele Messgerätes bis hi zur Admiistratio komplexer Messgeräteverbäde verfüge. Wie bereits erwäht, ist für de Aweder die zur Verfügug stehede Zeit oft sehr begrezt. Daher sollte sich die Software a Praxisaforderuge orietiere ud möglichst eifach zu bediee sei. Für de Aweder muss es möglich sei, eie Messug ach Norm (z.b. EN 50160) durchzuführe, ohe sich lage mit der Software auseiaderzusetze oder a eier Schulug teilehme zu müsse. Im Gegesatz dazu sollte die Software sehr wohl über die Möglichkeite verfüge, umfagreiche Messuge mit komplexe Messgeräteverbäde zu verwalte, zu parametriere ud die Messergebisse ausgiebig aalysiere zu köe. Bei der Aalyse der Date existiere izwische zahlreiche Tools, welche die Auswertug vereifache. Eie Software, welche diese Möglichkeite gut abbildet, ist die der KoCoS Messtechik AG. Alle Softwarevariate sid sehr eifach zu bediee ud zeiche sich uter aderem durch folgede Fuktioe aus: Flexible Parametrierug zur optimale Apassug a verschiedeste Messaufgabe Ferparametrierug/-verwaltug Vollautomatischer Messbetrieb mit Dateferübertragug Archivierug der Aufzeichuge i eier Datebak Drucke oder Versede vo Fehler- ud PQ-Berichte Exportiere i gägige PQ- ud Störschriebformate Olie-Moitorig Import- ud Exportfuktioe ermögliche de Dateaustausch zwische uterschiedliche Systeme über stadardisierte Dateformate wie PQDIF, COMTRADE, CSV (Excel) ud XML (Nequal) Komfortables Aalysetool mit automatischer Auswertug ud Beurteilug der Netzqualität ach iteratioal gültige Norme (z.b. EN 50160) Uterstützug mehrerer Bildschirme (optimale Übersicht, alle Ifos auf eie Blick) Abb. 4: Geräteverwaltug 5

6 Geräteverwaltug Die Statusiformatioe aller i der Software eigebudee Geräte werde i eier Geräteliste übersichtlich agezeigt, Geräteeistelluge köe eifach ud schell agepasst werde. Zusätzlich köe Messgeräte ud dere Statusiformatioe ahad eier graphische Geräteverwaltug beispielsweise i eier Ladkarte oder eiem Schaltpla agezeigt werde. Der Beutzer erhält dadurch eie optimale Überblick über alle Messuge auch i umfagreiche Netzüberwachugssysteme. Auswertug vo Messdate Netz- ud Eergiequalitätsaalyse köe automatisch ach Norm (z.b. EN 50160) durchgeführt werde, wofür dem Beutzer zahlreiche Aalysewerkzeuge zur Verfügug stehe. Auch für die Beurteilug der aufgezeichete Störschriebe ud der adere Messfuktioe ethält die Software eie umfagreiche Sammlug vo leistugsfähige Aalysewerkzeuge. Beispiele: Lagsame Veräderuge mit Tredaalyse Ereigisaufzeichug mit Sigaturdarstellug Flicker-Aalyse Oberschwigugsaalyse Aalyse vo Zwischeharmoische Ereigisklassifizierug ud -bewertug (UNIPEDE, ITIC etc.) Graphische Azeige der Extremwert-Dauerwertverteilug Tabellarische Übersicht vo Grezwertverletzuge Beutzerdefiierte Grezwert- ud Aalyseeistelluge Automatisches Erzeuge vo Woche-, Moats-, Quartals- ud Jahresberichte Berechug ud Sigaldarstellug vo Differezstrommessuge Komfortable Zoomfuktioe ud variable Skalierug Überlagerug verschiedeer Sigalverläufe Formelsammlug ud Editor für die Berechug weiterer Netzgröße Vektordarstelluge Idividuelle Berichterstellug über Zwischeablage Automatische Berichterstellug Abb. 5: Tredaalyse 6

7 Abb 6: Aalyse eier Störfallaufzeichug Fazit Modere Messsysteme müsse aufgrud der Vielfalt a Messaufgabe eie hohe Fuktiosvielfalt ud Flexibilität bereitstelle. Trotzdem hat der Aweder eie Aspruch auf eie eifache ud ituitive Bediebarkeit. Es muss Aweder möglich sei, ohe spezielle Ketisse Messuge ach vorgegebee Norme (z.b. EN 50160) durchführe zu köe ud die Messergebisse übersichtlich aufbereitet, zum Beispiel i Form eies Berichts, zu exportiere. Im Gegesatz dazu wolle Nutzer mit hohem Fachwisse die Möglichkeit habe, komplexe Messuge mit aschließede hochdetaillierte Aalyse durchzuführe. Zudem ist ohe eie ausgereifte ud eifach zu bedieede Software selbst das beste Messsystem utzlos. Wer hier mit dem ötige Weitblick arbeitet, hat als Hersteller sicher eie gute Vorsprug vor dem Wettbewerb. 7

8 Wie sicher ist Ihre Stromver- sorgug? Dipl.-Ig. Timo Wild MBA Product Maager Fault Recordig & Power Quality, KoCoS Messtechik AG Timo Wild studierte Elektrotechik a der Fachhochschule Südwestfale mit dem Abschluss Diplom-Igeieur. Bei der KoCoS Messtechik AG ist er seit 2008 als Produktmaager für Störschreiber ud Power Quality Messsysteme veratwortlich. Berufsbegleited absolvierte er zudem a der Fachhochschule Südwestfale ei geeralistisches Maagemet-Studium mit dem akademische Grad MBA (Master of Busiess Admiistratio). KoCoS Messtechik AG Südrig Korbach, Germay Phoe Fax ifo@kocos.com EPPE CX Eergiequalitätsmessug Multifuktioales Mess- ud Aalysesystem zur umfassede Überwachug elektrischer Alage i alle Spaugsebee. Lückelose, vollautomatische Messuge bei eifacher Bedieug garatiere aussagekräftige Aalyse über eie weite Eisatzbereich. Sesor-Messeigäge Iovativer Touchscree Itegrierter Störschreiber Messug ach EN Logische Verküpfuge Eergiezähler IEC KoCoS Messtechik AG