Energie- und Netzanalysatoren: Ihre Fragen, unsere Antworten.

Ein Großteil des Energieverbrauchs ist auf Industrieanwendungen zurückzuführen. Die spürbare Reduzierung des Energiebedarfs erfordert unter anderem eine optimale Energie- und Leistungseffizienz von Versorgungsnetzen und Elektroinstallationen. Das dataTec-Portfolio bietet eine herausragende Auswahl an Netzqualitäts- und Energiemessgeräten für die Systemprüfung und Leistungsanalyse sowie Fehlersuche und Dokumentation. Hiermit können Versorgungs- und Industriebetriebe Energiedaten über einen langen Zeitraum aufzeichnen, Anomalien sichtbar machen und gezielte Maßnahmen zur Optimierung und Instandhaltung ergreifen.

Die Analyse des Versorgungsnetzes bildet die Grundlage zur Optimierung der Energieeffizienz und des Energieverbrauchs. Eine schlechte Spannungsqualität des Stromnetzes kann erhöhte Energiekosten, frühzeitigen Maschinenverschleiß oder sogar Stillstandzeiten in der Produktion zur Folge haben. Insbesondere Oberschwingungen sind eine wichtige Ursache für Netzstörungen. Spannungsschwankungen und Transienten können zudem EDV-Probleme, vermehrte Leuchtmittel-Defekte oder abgebrannte Schirmdrähte verursachen. 

3-Phasen-Leistungsmesser mit Netzanalyse-Funktion bieten eine detaillierte Netzüberwachung, indem sie alle relevanten Messgrößen eines Versorgungsnetzes erfassen. So können Anlagenbetreiber die Versorgung einer Maschine oder eines Antriebs optimiert regeln und potenziellen Problemen vorbeugen. Eine gute Netzqualität ist darüber hinaus ein wesentlicher Aspekt für das regenerative Lastmanagement im Smart Grid.

Mess- und Prüftechnik hilft dabei, die Betriebssicherheit, Systemleistung, Energieverteilung oder die Zuverlässigkeit und Steuerung von Energieversorgungssystemen zu validieren. Dies umfasst folgende Anwendungen:

• Smart Grid (Intelligentes Stromnetz): Smart Grids sollen zuverlässige Stromnetze gewährleisten und erneuerbare Energien integrieren. Ein intelligentes Kontroll- und Steuerungssystem ermöglicht es, Störungen frühzeitig zu erkennen und die Energieverteilung zu optimieren.
• Analyse der Stromqualität in Grid-Anwendungen: Um Netzstörungen wie Spannungseinbrüche und -spitzen, Stromunterbrechungen oder hochfrequentes Rauschen zu vermeiden, muss die Netzleistung präzise erfasst werden.
• Zustandsüberwachung von Anlagen und Maschinen: Werden mechanische Fehler in Anlagen und Maschinen frühzeitig erkannt, lassen sich Reparaturkosten und potenzielle Produktionsausfälle minimieren.
• Leistungsumwandlung in Stromversorgungssystemen: Leistungswandler müssen immer intelligenter und effizienter werden, um dem Wandel hin zu erneuerbaren Energien gerecht zu werden und die Anforderungen dezentraler Stromnetze zu erfüllen.

In einem Smart Grid (intelligentes Stromnetz) kooperieren Stromerzeuger, Speicher und Verbraucher miteinander. In Verbindung mit einer intelligenten Steuerung von Verbrauchern (Lasten) durch die Energieübertragungs- und Verteilungsnetze soll nur so viel Strom bereitgestellt werden, wie momentan abgenommen wird. Stromspitzen bzw. Leistungsschwankungen werden hierdurch je nach Netzauslastung ausgeglichen. Die Vernetzung erfolgt durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien sowie ein dezentrales Energiemanagement.

Durch die intelligente Vernetzung können eine effiziente Nutzung und Integration der erneuerbaren Energien sowie eine Optimierung der Netzauslastung erreicht werden. So können bestimmte Verbraucher in einem Grid, zum Beispiel Kühlschränke, zur Minimierung von Stromspitzen kurzzeitig abgeschaltet werden, um den Stromverbrauch der Küchenherde zur Mittagszeit zu decken. Alternativ könnte die intelligente Steuerung von Waschmaschinen und Wäschetrocknern in Form eines Nachtmodus den reduzierten Energiebedarf der Industrie nutzen.

Die Entwicklung von Smart Grids resultiert aus einer dezentralen Stromerzeugung durch Windkraft-, Photovoltaik- und Biogasanlagen sowie auch von den konventionellen Kraftwerken. Eine Regelung des Stromverbrauchs kann durch technische Voraussetzungen oder auch durch eine intelligente Tarifpolitik erreicht werden. Dazu gehört das „Smart Metering“, eine intelligente Abfrage der verbrauchten Leistung bei den einzelnen Verbrauchern bzw. Haushalten und die damit verbundene Steuerung der abschaltbaren Verbraucher innerhalb eines Haushalts.

Der Energieverbrauch in einem Stromnetz kann mit Energie- und Netzanalysatoren erfasst werden. Energie- und Netzanalysatoren überwachen elektrische Netzwerke durch präzise Messungen von Parametern wie Spannung, Stromstärke, Frequenz und Leistungsfaktor. Dabei nehmen sie auch Oberwellen ins Visier, die unerwünschte harmonische Schwingungen darstellen können. Energie- und Netzanalysatoren konzentrieren sich auf die Optimierung der Energieeffizienz in verschiedenen Umgebungen. Sie messen den Energieverbrauch von einzelnen Geräten, identifizieren Energieverluste und berücksichtigen dabei auch Transienten, das heißt kurzzeitige Strom- oder Spannungsspitzen. Die Erfassung von Transienten ermöglicht die frühzeitige Erkennung potenzieller Schäden und die Umsetzung von Gegenmaßnahmen. Netz- und Energieanalysatoren spielen eine entscheidende Rolle bei der proaktiven Wartung und Optimierung elektrischer Systeme. Sie berücksichtigen auch den Klirrfaktor, um eine präzise und zuverlässige Leistungsbewertung zu ermöglichen. Dies trägt zu einem kosteneffizienten Betrieb und einer verantwortungsvollen Nutzung von Energie bei.

Elektronische Komponenten und Geräte wie LEDs oder Handys benötigen eine niedrigere Eingangsspannung als die 230 V aus der üblichen Netzversorgung. Hierfür wandeln entsprechende Vorschaltgeräte die 230 V AC auf Spannungen im Bereich von 5 bis 15 V DC um. Die Vorschaltgeräte müssen folgende Funktionen erfüllen: Strombegrenzung, Spannungsreduktion und Gleichrichtung der Netzspannung. Die Vorschaltgeräte und integrierte Tiefsetzsteller führen dazu, dass das Versorgungsnetz mit unterschiedlichen parasitären Rückkopplungen beaufschlagt wird, die das Netz beeinflussen und „verschmutzen“. Typischerweise sind dies Stromharmonische, die in Verbindung mit der frequenzabhängigen Leitungsimpedanz durch entsprechende Oberwellen zur Verschmutzung der Netzspannung führen und entsprechende Störungen bei anderen Verbrauchern hervorrufen können.

Ein Energieanalysator oder Power Logger misst und dokumentiert die Netzqualität sowie die Leistungsdaten von Anlagen, Maschinen oder Gebäuden. Ziel ist es, den Energieverbrauch zu optimieren und den störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Energieanalysatoren liefern eine Echtzeit-Momentaufnahme des Energieverbrauchs und ermöglichen je nach Messfunktion auch Energiestudien mit entsprechender Protokollierung.

Ein Netzqualitätsanalysator (Power Quality Analyzer) wird zur kontinuierlichen Überwachung und Analyse von ein- und dreiphasigen Versorgungsnetzen eingesetzt, um Störungen zu identifizieren, die Schäden an angeschlossenen Geräten verursachen können. Er unterstützt die Fehlersuche und Protokollierung und verbessert die vorbeugende Instandhaltung. Zudem lassen sich Energieverluste identifizieren, um die Einhaltung der Versorgungsanforderungen sicherzustellen. Stromnetze unterliegen Störungen zum Beispiel Spannungsspitzen, Unterbrechungen oder Oberwellen. Auch der zunehmende Einfluss von erneuerbaren Energien, E-Fahrzeugen oder netzgekoppelten Stromspeichern erfordert moderne Messtechnik, um die Netzqualität präzise zu überwachen und zu analysieren. Ein Power Quality Analyzer ermöglicht spezielle Messanwendungen in Übertragungs- und Verteilungsnetzen, um Netzqualitätsprobleme zu quantifizieren.

Ein Netzqualitätsrekorder ermöglicht die detaillierte Erfassung von Störungen in der Energieversorgung mit einer langen Aufzeichnungsdauer von mehreren Monaten oder gar Jahren. Trendanalysen und Klasse-A-Netzüberwachungen gewährleisten die Versorgungsqualität und zeigen Energieverluste auf. Der Einbau in die Elektroanlage erfolgt ohne Unterbrechung der Netzstromversorgung.

Leistungsanalysatoren werden eingesetzt, um elektronische Schaltungen, Energieverbraucher oder Netzbelastungen auszuwerten. Es gibt verschiedene Arten von Leistungsanalysatoren: 

• Mit einem 3-Phasen-Leistungsanalysator können die Kennzahlen eines 1- oder 3-phasigen Systems, zum Beispiel eines Energie-Versorgungsnetzes, detailliert erfasst werden. Mit einem Leistungsanalysator lassen sich unter anderem der Stromverbrauch, die Energiemenge, die Wirk-, Blind- und Scheinleistung, der Leistungsfaktor oder die Effektivität einer Leistungsübertragung ermitteln. Zudem werden Grundparameter wie Spannung, Strom, Frequenz, Phase oder Harmonische erfasst. Software-basierte Detailanalysen ermöglichen eine Validierung der Energieflüsse und bilden die Bewertungsgrundlage für präventive Wartungsmaßnahmen und Prozessoptimierungen. Idealerweise ist ein Leistungsmesser mit zusätzlichen Netzanalyse-Funktionen ausgestattet. 
• Ein DC-Leistungsanalysator für elektronische Schaltungen bietet präzise Einblicke in die Leistungsaufnahme (den Stromverbrauch) eines elektrischen Verbrauchers. So kann die Ein- und Ausgangsleistung einer Schaltung gemessen werden, um beispielsweise den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung zu bestimmen. Zudem lassen sich die Ein- und Ausschaltcharakteristika analysieren und grundsätzliche Parameter wie Spannung, Strom, Frequenz, Phase oder Harmonische messen.

Energieverluste in Gebäuden lassen sich unter anderem mit einer Wärmebildkamera erkennen (Thermografie). Mit Wärmebildkameras lassen sich Temperaturanomalien effizient lokalisieren. Sie kommen bei der Gebäudeinspektion, Anlagenwartung oder in HLK-Systemen zum Einsatz. Die Kameras liefern detaillierte Bilder und präzise Messwerte in Echtzeit. Ihr Einsatz erfolgt berührungslos. So lassen sich der Zustand eines Gebäudes oder eines Systems zum Beispiel elektrische Anlagen, kontrollieren und Fehler diagnostizieren, die zu mechanischen Störungen oder Energieverlusten führen können. Die Visualisierung von thermischen Anomalien bildet die Grundlage für weitere messtechnische Analysen des Gebäudezustands.

Thermografie kann die Suche nach Wärmeverlusten an Gebäuden erleichtern. Die gebräuchlichsten Instrumente zur Evaluierung von Wärmeverlusten sind Wärmebildkameras (Infrarotkameras). Wärmebildtechnik zeigt fehlende, beschädigte oder unzureichende Dämmungen, Luftlecks in der Gebäudehülle, eindringende Feuchtigkeit und unsachgemäß ausgeführte Bauarbeiten auf. Eine Reparatur dieser Schäden ist oft kostspielig, daher ist eine fundierte Gebäudeanalyse unabdingbar. Die Messungen erfolgen berührungslos und stellen eine zerstörungsfreie (nicht-invasive) Prüfung dar.

Schadhafte Komponenten in elektrischen und mechanischen Anlagen stellen ein hohes Sicherheitsrisiko dar und können zu kostenintensiven Ausfallzeiten führen. Für zuverlässige elektrische Infrastrukturen in Industrie- und Versorgungsunternehmen bietet Wärmebildtechnik (Thermografie) eine besonders komfortable und sichere Möglichkeit, die Anlagenkomponenten regelmäßig zu überprüfen und die Netzsicherheit sowie -effizienz zu gewährleisten. 

Mit tragbaren Wärmebildkameras lassen sich Temperaturanomalien einfach lokalisieren und elektrische Asymmetrien und Energieverluste sichtbar machen. Die Kameras liefern detaillierte Bilder und präzise Messwerte in Echtzeit. Ihr Einsatz erfolgt störungsfrei während des laufenden Betriebs und in sicherem Abstand zur Anlage. In kritischen elektrischen Anlagen kann auch eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung mit fest installierten Wärmebildkameras sinnvoll sein, um keine Energieanomalie zu versäumen und potenzielle Ausfallursachen rechtzeitig zu erkennen. Durch die Nutzung von Wärmebildkameras im Rahmen regelmäßiger Inspektions- und Instandhaltungsmaßnahmen können Unternehmen die betriebliche Energieeffizienz maximieren sowie ungeplante Reparaturen und Ausfallzeiten vermeiden.

Lecks in Druckluftsystemen lassen sich mit Industrieschallkameras lokalisieren. Druckluftsysteme in Industrieanlagen können durch Verschleiß oder mangelhafte Wartung beschädigt werden. Entstehende Leckagen beeinträchtigen die Energie- und Kosteneffizienz der Anlagen und führen unter Umständen zu Qualitätsproblemen oder sogar Produktionsausfällen. Ultraschallkameras vereinfachen es Instandhaltungstechnikern, die Lecksuche zu einem Teil ihrer Wartungsroutine zu machen, um Druckluftlecks frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Die Überlagerung des akustischen Bildes mit dem Sichtbild einer solchen Digitalkamera erfolgt in Echtzeit und Lecks sind sofort sichtbar.

Die regelmäßige Inspektion von Hochspannungssystemen ist für Versorgungsunternehmen obligatorisch, um elektrische Anomalien in Schaltanlagen, Transformatoren etc. zu erkennen und die Stromversorgung aufrecht zu erhalten. Teilentladungen deuten auf einen Isolierungsfehler hin und können zu Gerätestörungen oder schweren Unfällen führen. Ultraschallkameras liefern präzise Schallbilder, mit denen sich unterschiedliche Teilentladungsarten sofort erkennen und interpretieren lassen.

Jede elektrische Installation muss vor der ersten Inbetriebnahme (Erstprüfung) und später in regelmäßigen Abständen (Wiederholungsprüfung) beispielsweise im Rahmen von Wartungen mit einem VDE-Prüfgerät auf die Wirksamkeit ihrer elektrischen Sicherheit geprüft werden. Für eine solche VDE-Sicherheitsprüfung kommen Installationstester und Gerätetester zum Einsatz. Zu den vorgeschriebenen Messungen gehören die Niederohm-, Isolations-, Erdwiderstands-, Standortisolations-, Schleifen- und Netzimpedanzmessung. Die Messwerte müssen abschließend rechtssicher dokumentiert werden.