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  • Smart Panels für smartes Energiemanagement

Die bei der Stromerzeugung entstehenden Treibhausgasemissionen sollen nach dem Willen der Bundesregierung bis 2050 auf Null gesenkt werden. Diese ambitionierte Zielsetzung kommt unter anderem in rechtlichen Vorschriften wie der Energieeinsparungsverordnung (EnEV) oder dem Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) zum Ausdruck. In dieselbe Richtung weist schon seit 2015 die Niederspannungsanlagen-Norm DIN VDE 0100-801. In all diesen Regularien geht es wesentlich darum, den Energieverbrauch durch gezielte Steuerung der Verteilerströme und eine optimierte Lastenverteilung zu reduzieren. In Niederspannungsanlagen lässt sich dieses effizienzorientierte Energiemanagement nur durch Installation intelligenter Komponenten realisieren. 

Strom zuverlässig und ohne Risiken für Menschen oder Anlagen von der Mittelspannung zum Endabnehmer zu bringen, ist die Kernaufgabe einer Niederspannungsanlage. Mittlerweile steht jedoch längst nicht mehr nur die sichere Verteilung im Fokus – mindestens ebenso wichtig ist heute ein effizienzoptimierter Energieeinsatz. Das verdeutlicht nicht zuletzt die Anlagennorm DIN VDE 0100-801, in der die Richtlinien für den Aufbau energieeffizienter Niederspannungsanlagen formuliert sind. Bei der Umsetzung dieser Vorgaben führt kein Weg mehr am Einsatz digitaler Systemarchitekturen und damit am Aufbau intelligenter Niederspannungsanlagen vorbei. Denn ein effizienzorientiertes Energiemanagement lässt sich nur mit Hilfe vernetzter Lastabnehmer, intelligenter Messsysteme und ausgefeilter Datenaustauschlösungen realisieren. Erst durch die konsequente Vernetzung von Gebäudetechnik und Maschinen im Sinne eines Industrial Internet of Things (IIoT) und die darauf basierenden Datenauswertungen zu Gebäudeinfrastrukturen und Wertschöpfungsketten kann Energie so kostensparend und ressourcenschonend wie möglich eingesetzt werden. 

Grundkonzepte intelligenter Niederspannungsanlagen 

Um aus den verfügbaren Daten über Verteilerströme und Lastenverteilungen maximalen Nutzen für die Energieverteilung zu ziehen und zugleich in einem vertretbaren Kostenrahmen zu bleiben, muss zunächst grundsätzlich von „Big Data“ zu „Smart Data“ übergegangen werden, d.h. von ungeordneten Datenmengen zur intelligenten Strukturierung und Analyse von Datensätzen. Die Systemarchitektur EcoStruxure von Schneider Electric setzt genau hier an. Sie vereint gleichsam unter einem Dach vernetzte Produkte und Edge Control sowie Apps, Analysen und Services. Edge Control ist dabei nichts anderes als die Übertragung des IT-Konzepts Edge-Computing auf die digitale Steuerung elektrischer Anlagen: Auf Basis der ermittelten Energieverbrauchsdaten werden zeitkritische Entscheidungen unmittelbar vom System getroffen und alle erforderlichen Steuerungsmaßnahmen eingeleitet und umgesetzt. Das garantiert eine schnelle Reaktionszeit bei Toleranzabweichungen und bei Bedarf eine selektive Abschaltung unkritischer Verbraucher. Auch störfallbedingte Ausfallzeiten werden so deutlich reduziert. Die Ergebnisse der Messungen lassen sich dann im nächsten Schritt auf Analyseebene filtern und mit Blick auf die Benchmarking-Anforderungen eines Unternehmens auswerten. Sie werden so zu ‚Smart Data‘, anhand derer sich weitere Einsparmöglichkeiten erschließen lassen. 

Inbegriff energieeffizienter Niederspannungsanlagen auf Basis dieser Systemarchitektur sind die Schneider Electric Smart Panels: Bei diesen intelligenten Anlagen werden alle angeschlossenen Lastabnehmer vernetzt. Stromverbrauch, Stromqualität und Stromverteilung werden gemessen, und die Last wird anhand der ermittelten Messdaten und der vom Planer konfigurierten Parameter gesteuert. Um diesen modernen Anforderungen – vernetzen, messen, agieren – eines effizienten Energiemanagements stets optimal gerecht werden zu können, entwickelt Schneider Electric die Komponenten seiner Smart Panels kontinuierlich weiter. 

Offener Leistungsschalter mit modularen Funktionserweiterungen 

Zu den Hauptakteuren aktueller Smart Panels zählt der offene Leistungsschalter Masterpact MTZ für 630 bis 6300 Ampere (A). Er unterstützt integrierte Leistungs- und Energiemessungen der Genauigkeitsklasse 1 und überzeugt mit modularen Funktionserweiterungen, die einen technisch wie wirtschaftlich skalierten Einstieg in ein smartes Energiemanagement ermöglichen und sich einfach in Form von Software-Modulen im Auslösegerät Micrologic X installieren lassen. Solche „digitalen Module“ sind zum Beispiel für eine zügige Wiederherstellung der Stromversorgung, eine Wellenformerfassung bei Auslöseereignissen oder eine phasenbezogene Analyse des Energieverbrauchs verfügbar. Die ergänzenden Module liefern somit allesamt Daten zur Sicherung der konstanten Netzqualität: Spannungsabfälle, Lastschwankungen oder risikoreiche Oberschwingungen werden zuverlässig erfasst. Die Werte lassen sich mittels NFC-Schnittstelle wahlweise direkt vor Ort oder per Remotezugriff via Smartphone, Tablet oder Multi-Monitor-Systeme abrufen. Die Techniker können die Ursache eines Störfalls somit unabhängig vom eigenen Standort schnell und sicher diagnostizieren und die erforderlichen Maßnahmen einleiten. Darüber hinaus werden alle Messdaten auch vom übergeordneten Energiemanagementsystem erfasst und liefern so letztlich einen Teil der Datenbasis, anhand derer in Betrieben operative und strategische Entscheidungen in Sachen Energieeffizienz getroffen werden. 

Funktionsvielfalt auf engstem Raum 

Um ihre Steuerungsaufgaben optimal erfüllen zu können, müssen Smart Panels auf engstem Raum eine Vielzahl von Funktionen in sich vereinen. Schneider Electric hat daher mit den Power Metern multifunktionale Digitalgeräte zur Datenerfassung und Leistungssteuerung entwickelt, die sich nahtlos in Smart Panels integrieren lassen. Die Geräte können unter anderem die Aufgaben von Messgeräten, Relais und Messwandlern übernehmen und realisieren mittels einer hochsensiblen Abtasttechnik vor allem bei hohen nichtlinearen Lasten präzise Messungen von harmonischen Oberschwingungen. Die Meter sind mit einer RS485-Kommunikatonsschnittstelle ausgestattet und lassen sich in alle gängigen Energiemanagement- und Leitsysteme integrieren. Alle Werte können dann entweder direkt am Panel-Display oder per Remotezugriff abgelesen werden. 

Abgerundet wird die kommunikative Flexibilität der Panel durch das Kommunikationsmodul Acti 9 Smartlink. Es nimmt einen Spitzenplatz unter den Reiheneinbaugeräten ein und lässt sich problemlos in jedes beliebige Gebäudemanagementsystem integrieren. Durch die Verbindung von Steuerungs-, Zähl- und Schutzfunktionen unterstützt es in jeder Umgebung die Realisierung energieeffizienter Lösungen. Das Acti 9 Smartlink ermöglicht auf der Grundlage des Modbus-Protokolls den echtzeitbasierten Informationsaustausch zwischen Schaltgeräten und Überwachungssystemen oder Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Dabei signalisiert die Verbindungseinheit die Schaltposition und identifiziert den Auslösestatus. Dadurch ist auf den ersten Blick erkennbar, weshalb ein Ereignis ausgelöst wurde. 

Fazit 

Mit den Smart Panels von Schneider Electric stehen heute intelligente Niederspannungsanlagen zur Verfügung, die eine effizienzoptimierte Energieverteilung ermöglichen und so einen wichtigen Beitrag zur Erfüllung der Vorgaben von Gesetzgeber und Normierungsinstanzen leisten. Ihre integralen Komponenten ermöglichen ein Energiemanagement auf höchstem Niveau und bieten durch Teilmodularität zudem die Möglichkeit, schon mit moderaten Anfangsinvestitionen einen Einstieg in die Optimierung des Energieeinsatzes zu realisieren. Die Investitionskosten amortisieren sich dabei rasch: In der Gebäudetechnik und im Anlagenbau lassen sich durch Einsatz intelligenter Niederspannungsanlagen Energiekosteneinsparungen von bis zu 30 Prozent erzielen. Smart Panels sind so gewissermaßen der zentrale physikalische Teil der digitalen Transformation eines Unternehmens. Die prozessgesteuerten digitalen Abläufe auf den SPS-, SCADA-, MES- und ERP-Ebenen werden letztlich erst mit ihrer Hilfe möglich.

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