Eigentlich m?sste es hei?en: Wer falsch misst, misst Mist.
Gerade in Zeiten der lauter werdenden Forderungen nach Energieeffizienz, aber auch in vielen anderen Bereichen
kann auf das Messen von relevanten Werten nicht verzichtet werden. Denn was nicht gemessen wird, kann weder
bewertet noch verbessert werden. Der GAU bei Messungen sind fehlerhafte Messergebnisse. Doch wodurch
entstehen Messfehler? In diesem Newsletter beleuchten wir Messungen in der elektrischen Energietechnik und welche Faktoren das Messergebnis verf?lschen k?nnen.
Als Erstes: Deninieren Sie Ihre Erwartungen
Stellen Sie sich vor, dass Sie einen Marathon laufen und nach dem Zieleinlauf schauen Sie auf Ihre Stoppuhr. Ist
Ihre gelaufene Zeit gut oder schlecht? Die Antwort h?ngt von Ihrer Erwartung ab. Wenn Sie diese im Vorfeld nicht definiert haben, k?nnen Sie weder zufrieden noch entt?uscht sein – Sie hatten kein Ziel. So verh?lt es sich auch bei Messungen. Im Vorfeld muss f?r jede Messstelle eine Anforderung an die Genauigkeit definiert werden.
Hierzu m?ssen zuerst ein paar Fragen beantwortet werden:
– Ist die Messung abrechnungsrelevant?
– Wird die Messung f?r den Nachweis einer Norm ben?tigt?
– Werden die Messwerte in einem Energiedatenmanagementsystem verwendet?
– Werden die Messwerte f?r eine Regelung ben?tigt?
– Gibt es eine Norm f?r meine Messaufgabe?
Falls keine der obigen Fragen relevant ist, bleibt immer noch die Frage: Welche Genauigkeit m?chte ich erreichen? Die Kosten f?r eine Messung stehen im direkten Zusammenhang mit der Genauigkeit. Wenn pauschal die h?chste Genauigkeit definiert wird, schl?gt sich dies in den Kosten der Messung nieder. Wer bei dem Aufbau der Messung typische Fehler vermeidet, erreicht bereits mit einer Standard-Messtechnik eine ausreichend hohe Messgenauigkeit.
Messung ?ber STromwandler
Meist kann der Strom nicht direkt gemessen werden. In solchen F?llen m?ssen Stromwandler eingesetzt werden. Diese wandeln die zu messenden Str?me in direkt messbare Werte um. Einfach gesagt: Ein Stromwandler funktioniert physikalisch wie ein kleiner Transformator. Doch bei der Auswahl und dem Anschluss dieses unscheinbaren Bauteils liegt ein gro?es Fehlerpotential. Die Auswahl des Stromwandlers hat einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit des Messergebnisses.
Was ist hier zu beachten:
1. Die Gr??e des Prim?rverh?ltnisses des Stromwandlers ist auf den zu erwartenden Strom anzupassen. Der er-
wartete Strom sollte sich im letzten Drittel des Prim?rverh?ltnisses bewegen. Beispiel: An der Messstelle flie?t ein Strom von ca. 220 A. Ein Stromwandler mit 300 A Prim?rstrom h?tte noch 80 A Reserve und die Messung w?re im letzten Drittel (200 – 300 A) des Messbereiches. W?rde dagegen ein 1000 A Stromwandler eingesetzt werden, w?re der Messfehler durch den zu gro?en Messbereich des Stromwandlers um ca. 50 % h?her. Gerade in Schwachlastzeiten kommt es dann zu einer ungenauen Erfassung von Energiemengen.
2. Die Klasse des Stromwandlers h?ngt direkt mit derGenauigkeit der Messung zusammen. Die Klasse gibt den
maximalen Amplitudenfehler bei Nennstrom des Prim?rwertes an. Ein Wandler der Klasse 1 hat einen 10-fach
h?heren Messfehler als ein Wandler der Klasse 0,1. Meist werden Stromwandler eingesetzt, die die Klasse 1 einhalten. Werden Wandler jedoch nachtr?glich eingebaut, wird meist auf Kabelumbauwandler zur?ckgegriffen. Dieser Wandler-Typ hat in der Regel eine schlechtere Klasse von 3 oder sogar nur 5. Stromwandler haben zudem einen Phasenfehler, der ebenfalls von der Klasse abh?ngt.
3. Die B?rde des Stromwandlers ist ein weiterer Punkt, der zu ber?cksichtigen ist. Im Fachjargon hei?t dies: Der
Stromwandler darf weder „?berb?rdet“ – noch „unterb?rdet“ werden. Einfach betrachtet ist die B?rde der ohm-
sche Widerstand, der an einem Stromwandler maximal angeschlossen werden darf. Die angeschlossene B?rde
kann ein Messger?t und die ben?tigte Anschlussleitung zwischen Messger?t und Stromwandler sein. Wird die
angegebene B?rde des Stromwandlers nicht eingehalten, kommt es zwangsl?ufig zu Messabweichungen. Die
B?rde eines Stromwandlers wird als Scheinleistung in VA angegeben. Diese Belastung darf nicht ?berschritten
werden (?berb?rdet) und sollte auch nicht zu weit unterschritten werden (unterb?rdet). Im Gegensatz zu analo-
gen Messger?ten haben aktuelle digitale Messger?te eine sehr geringe B?rde.
4. Der Querschnitt der Anschlussleitung vom Stromwandler zu dem Messger?t ist von der Leitungsl?nge
und der B?rde des Stromwandlers abh?ngig. Wird der Querschnitt zu klein gew?hlt, ist ein nicht unerheblicher
Messfehler unvermeidlich.
Messung ?ber einen Summenstromwandler
Wenn die Messaufgabe den Einsatz eines Summenstromwandlers erfordert, sind hier ebenfalls Berechnungen
?ber die B?rde notwendig. Zu ber?cksichtigen sind hier nicht nur die B?rden der Stromwandler, sondern auch die B?rde des Summenstromwandlers und dessen Verlustleistung. H?ufig bringen die Stromwandler nicht einmal die Verlustleistung des Summenstromwandlers auf.
Genaigkeit des Messger?tes
Jeder Hersteller gibt als Qualit?tsmerkmal die Genauigkeitsklasse seiner Messger?te an. Die Klassifizierung gibt
die maximal zu erwartende Abweichung eines Messwertes vom wahren Wert der zu messenden Gr??e an.
Sie wird in % angegeben und ist die Eigenabweichung ?ber den genormten Messbereich. Bei analogen
Messger?ten ist diese einfach zu berechnen.
Beispiel:
Ein analoges Amperemeter kann maximal 100 A messen und hat eine Klasse von 1. Bei gemessenen 100 A wird die maximale Abweichung von 1 % eingehalten. Werden nur 25 A gemessen, so liegt die Abweichung bereits bei bis zu 4 %.
Doch wie verh?lt sich der Fehler bei digitalen Messger?ten, die keine endg?ltige Skala haben? Hier ist es kompli-
zierter und die Frage kann nicht mehr pauschal beantwortet werden. Misst ein Messger?t nach Norm, zum Beispiel der DIN EN 61557-12, werden die maximalen Fehler unter anderen bei definierter Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und definierten Oberschwingungen angegeben. Wird das Messger?t au?erhalb der Spezifikation betrieben, kann sich auch die Genauigkeit ?ndern. Zudem m?ssen in den einzelnen Messwerten unterschiedliche Bemessungs- und Betriebsbereiche angegeben werden.
Beispielsweise im Strommessbereich bleibt der angegebene Fehlerbereich gleich, sofern der Messwert zwischen
10 % und 120 % des Inenn liegt.
Beispiel:
Stromwandler 500/5 A – hier wird innerhalb des Bereiches von 50 bis 600 A die angegebene Genauigkeit des Messger?tes eingehalten. Bei Str?men unter 50 A, etwa in Schwachlastzeiten, kann es zu einem gr??eren
Fehler kommen. In der Spannung ist dieser Bereich zwischen 20 % und 120 % festgelegt. Somit wird deutlich, warum Messger?tehersteller mehrere Klassen f?r verschiedene Messwerte angeben.
Fazit
Wie Sie gelesen haben, gibt es einige Fehlerquellen, die zu Messfehlern f?hren k?nnen. Wer bei der Projektierung und dem Aufbau einer Messung die hier genannten Fehler vermeidet, wird Messergebnisse mit einer geringen und daher akzeptablen Abweichung zum tats?chlichen Wert bekommen. Fehler sind immer mit angegeben. Dies bedeutet, dass sowohl zu hohe als auch zu niedrige Werte gemessen werden k?nnen. Im optimalen Fall heben sich Messfehler gegenseitig auf.
Wenn in der Praxis Messfehler auftreten, liegt der Grund nicht immer an falsch dimensionierten Stromwandlern. H?ufig ist eine falsche Verdrahtung des Messger?tes der Grund f?r die fehlerhaften Messwerte. Hier ist der Messfehler sehr hoch und wird dennoch oft nicht erkannt. Wie im Vortext schon beschrieben, kann mit einer Standard-Messtechnik eine ausreichend hohe Messgenauigkeit erreicht werden. Messungen im Hause KBR best?tigen dies in der Praxis. F?r unser Energiemanagement nach ISO 50001 wird das eigene Energiedatenmanagement visual energy betrieben. Unter anderem wird die bezogene elektrische Energie vom Energieversorger gemessen, um die Stromabrechnung zu pr?fen.
Die Genauigkeit der eigenen Messwerte wird verifiziert, indem diese mit den Werten des EVU-Z?hlers vergleichen werden. Als abrechnungsrelevante Messung ist die Genauigkeit des Z?hlers des Energieversorgers als sehr hoch einzustufen. Im monatlichen Vergleich der kWh-Messung des Energieversorgers mit den durch das KBR Messger?t gemessenen Werten liegt die Abweichung bei unter 0,1 %. Gemessen wird mit dem Standard-Messger?t multimess F96 aus dem Hause KBR und Stromwandlern der Klasse 0,5.
F?r Fragen zu Ihrer Messaufgabe stehen Ihnen unsere Vertriebsingenieure und unser Produktmanagement gerne zur Verf?gung.
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