Projekt 29990/01

Weiterentwicklung und Erprobung einer Vorrichtung zur Bestimmung elektrischer Kenngrößen dezentraler Verbraucher innerhalb eines verzweigten Stromnetzes speziell für produzierende Unternehmen – 2. Phase

Projektdurchführung

EurA AG Suhl
Mauerstr. 8
98527 Suhl

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der verarbeitenden Industrie mit typischerweise vielen einzelnen Stromverbrauchern ist die Kenntnis der Verbrauchswerte an möglichst allen wichtigen Verbrauchern eine wichtige Voraussetzung, um ge-zielte Einsparungsmaßnahmen im Stromverbrauch durchführen zu können. Die Einsparpotentiale haben einen direkten Umweltbezug, da nicht verbrauchte Elektroenergie u.a. eine Schonung von fossilen Ener-gieträgern, Vermeidung von radioaktiven Abfällen, geringerer CO2-Ausstoß und einen geringeren not-wendigen Netzausbau nach sich ziehen. Zur Erhebung detaillierter Stromverbrauchsdaten müsste an jedem einzelnen Verbraucher ein Stromzähler installiert werden, wobei die Messdaten einer großen An-zahl von Stromzählern dann zentral ausgewertet werden müssen. Bisher konnte eine umfassend Mes-sung der Stromverbrauchswerte an vielen Einzelverbrauchern nicht kostengünstig realisiert werden, da es keine sehr preiswerten und flexiblen Messgeräte am Markt gibt. Handelsübliche Geräte für dreiphasen-Messung kosten etwa 300,-€. Auch die Übertragung und Verarbeitung der Messdaten von sehr vielen, örtlich getrennten Messeinrichtungen ist bisher nicht Bestandteil der Geräte. Um diese Marktlücke zu schließen, hat sich die EurA Innovation GmbH entschlossen, ein Messgerätesystem für Elektroenergie zu entwickeln, dass für den massenhaften Einsatz geeignet ist. Die Entwicklung wird mit folgender Ziel-setzung durchgeführt: niedriger Preis je Verbrauchermessstelle (ca. 50,-€ Verkaufspreis); einfache und platzsparende Installation; technische Eignung zur einfachen Datenübertragung und Verarbeitung einer großen Anzahl von Messstellen; individuell anpassbar an vielfältige Gerätekombinationsmöglichkeiten. Innerhalb des Vorhabens soll der Nachweis der technischen Machbarkeit unter Berücksichtigung der da-bei auftretenden Rahmenbedingungen in industrieller Umgebung erbracht werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die ursprünglich angedachte Lösung ist nicht umsetzbar, da eine direkte Übertragung der Momentan-werte von Strom und Spannung nicht zeitgleich möglich ist, und zusätzlich von der Datenmenge nicht zu bewältigen ist. Deswegen ist ein komplett anderes Verfahren entwickelt worden. Dieses beinhaltet die Berechnung der Leistung bereits am Messknoten. (Verarbeitungs-Baugruppe der Analogsignale von den Stromsensoren). Dabei wird der Momentanwert für den Strom gemessen, und mit einem Momentanwert für die Spannung multipliziert. Die Spannungskurve wird dabei über die mathematische Sinusfunktion nachgebildet. Die Synchronisation auf die wirkliche Netzspannung erfolgt dabei über einen Nulldurch-gangsimpuls, der von einem speziellen Netzteil bereitgestellt wird.
Im Verlauf der Entwicklung wurde folgende Baugruppenaufteilung definiert: Stromsensoren (Messung des Stroms mit analogem Ausgang); Messknoten (digitale Auswertung von bis zu 12 Stromsensoren und mathematische Berechnung einer normierten Leistung anhand der gerechneten mitlaufenden Sinuskurve für die Spannung); Datencluster (Datensammlung, Zwischenspeicherung der Daten von bis zu 8 Messknoten und Ausgabe über Ethernet); Powerline-Datenübertragung (Zukauf- Baugruppe für die Datenübertragung mit Ethernet-Protokoll); Netzteil mit Nulldurchgangsimpuls-Ausgang; Zentraleinheit mit Spannungsmessung zur Datensammlung aller Messstellen und Korrektur der normierten Leistung mit der aktuell gemessenen Spannung und Datenausgabe an ein übergeordnetes System.
Die gewonnenen Erkenntnisse sind in einem Laboraufbau umgesetzt und praktisch nachgewiesen wor-den. Die Software ist dazu modellbasiert entwickelt worden. Die Geforderte Genauigkeit von < 5% Feh-ler konnte nachgewiesen werden. Der angestrebte Verkaufspreise je Messstelle von 50,-€ ist durch eine detaillierte Kalkulation bestätigt worden. Die Datenübertragung konnte nur mit wenigen Teilnehmern un-tersucht werden. Es wird eingeschätzt, dass auf Grund der Datenreduktion und der Datenzwischenspei-cherung in einem SQL-Server mit frei wählbarem Übertragungszeitraum eine zeitunkritische Datenüber-tragung auch für eine große Zahl von Messstellen funktioniert.
Das Gesamtergebnis ist so positiv, dass eine Weiterentwicklung hin zu einem produktionsreifen Geräte-system durchgeführt werden soll.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse dienen als Grundlage für eine geplante Geräteentwicklung in einer beantragten zweiten Entwicklungsphase.


Fazit

Das entwickelte System stellt eine bisher technisch so noch nicht umgesetzte Lösung dar, die einige wesentliche Verbesserungen gegenüber den marktgängigen Geräten bietet. Ein niedriger Preis, viele Messstellen drahtlos vernetzbar und leicht montierbar, damit soll das zukünftige Gerätesystem einen breiten Markt für Neuinstallationen und auch für Nachrüstung erschließen