Bild 01: Die Lösungen von Efen sind so konzipiert, dass sie den vorhandenen Platz im Schalt schrank bestmöglich nutzen. (Quelle: Efen)
Die veränderte Erzeugung elektrischer Energie stellt die Netze vor große Herausforderungen. Im Vordergrund – gerade in der Berichterstattung in den Medien – stehen häufig die großen Übertragungsnetze, die beispielsweise Windenergie von der Küste in den Süden transportieren sollen. Aber auch die Verteilnetze im Mittelspannungs- und Niederspannungsbereich müssen an neue Gegebenheiten angepasst werden. Hier sind vor allem die große Anzahl kleinerer und dezentral arbeitender Erzeuger eine Herausforderung. Als weitere Schwierigkeit kommt die unregelmäßige Erzeugung hinzu – nachts arbeiten Photovoltaikanlagen nicht, und bei Windstille oder zu starkem Wind erzeugen Windenergieanlagen keinen Strom. Auch auf der Verbraucherseite kommen neue Herausforderungen auf die Verteilnetze zu: so erhöhen beispielsweise Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen oder die Versorgung von Wärmepumpen den Energiebedarf. Da sowohl die Einspeisung als auch der Strombedarf sich über den Tagesverlauf ändern, können stark schwankende Auslastungen in den Verteilnetzen auftreten.
Aufrüstung der Ortsnetze
Die Verteilnetze auf Niederspannungsebene werden vom Ortsnetztransformator bis zum Verbraucher heute in vielen Fällen nicht durch Messtechnik überwacht. Störungen durch Spannungsschwankungen fallen deswegen oft erst beim Verbraucher auf. Im Rahmen der Energiewende müssen die Ortsnetze deswegen aufgerüstet werden, um dem Betreiber des Ortsnetzes jederzeit einen Überblick zu ermöglichen. In Deutschland gibt es insgesamt rund 600 000 Ortsnetzstationen, in denen die Mittelspannung auf Niederspannung transformiert wird, um so die Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. Bei den Ortsnetzstationen und teilweise auch bei den nachgelagerten Verteilerschränken besteht dabei immer häufiger der Bedarf an Messtechnik, um die Ortsverteilnetze smart zu machen. Denn nur eine ständige Überwachung der wesentlichen Netzparameter geben dem Netzbetreiber einen Überblick über die Lastflüsse und somit die Möglichkeit, auf kritische Situationen schnell zu reagieren. Nur so kann er einen weitgehend störungsfreien Netzbetrieb garantieren.
Angepasste Messtechnik
Durch die sehr große Anzahl der Ortsnetzstationen ist eine skalierbare Lösung gefragt. Die Anzahl der installierten Verteilerschränke wird somit noch einmal deutlich größer. Hier besteht zudem die Herausforderung, dass der zur Verfügung stehende Platz sehr beschränkt ist. Die Netzbetreiber versuchen daher auf eine standardisierte und skalierbare Lösung zu setzen, die eine zuverlässige Messtechnik bietet und auch die notwendigen Übertragungsprotokolle beherrscht. Und natürlich müssen die Lösungen auch wirtschaftlich sein, denn die Kosten für elektrische Energie sollen durch die Nachrüstung der Ortsnetze nicht übermäßig steigen.
Der Spezialist für Sicherheits-Schnittstellen in Energie-Verteilanlagen Efen [1] bietet für diese Aufgaben ein umfangreiches Portfolio an, mit dem Netzbetreiber ihre Ortsnetzstationen und Verteilerschränke mit passender Messtechnik nachrüsten können. Sämtliche Lösungen sind so konzipiert, dass sie auch bei beengten Platzverhältnissen eingebaut werden können (Bild 1). Stromwandler lassen sich beispielsweise direkt in die Sicherungs-Lastschaltleisten integrieren, sodass deren Abmaße unverändert bleiben, Messmodule können platzsparend auf die Sicherungs-Lastschaltleisten montiert werden (Bild 2) und Interface-Module passen in den Reserveplatz im Verteilerschrank oder lassen sich an der Schranktür montieren (Bild 3).
Platzsparend integriert
Ein typisches Beispiel für die Integration der Messtechnik bieten die NH-Sicherungs-Lastschaltleisten E5 (Bild 4). Kleinsignal- bzw. Stromwandler sind vollständig innerhalb der Hüllmaße der Lastschaltleisten untergebracht. Dies spart Platz und ermöglicht eine präzise Energie- und Lastdatenerfassung im laufenden Betrieb. Die NH-Sicherungs-Lastschaltleisten werden auch als vorkonfigurierte Komplettsets geliefert, die bereits mit Strom- oder Kleinsignalwandlern ausgestattet sind. Da diese von der Bauform identisch zu alten Lastschaltleisten sind, ist der Austausch im Verteilerschrank problemlos.
Die aktuelle Generation der Messmodule MEM 1 Gen 2 sind lediglich 40 mm hoch und können sehr platzsparend auf der Sicherungs-Lastschaltleiste montiert werden. Sowohl in Kabelverteilerschränken als auch in Ortsnetzstationen ist in praktisch allen Fällen ausreichend Platz für die Installation vorhanden. Die Anschlüsse der Messmodule sowohl für die Spannungsversorgung als auch die Datenübertragung sind in RJ45 ausgeführt. Damit ist eine Installation nach dem Plug‑and‑play‑Prinzip möglich. Alle relevanten Daten für die Netzanalyse werden so direkt ausgewertet und an übergeordnete Systeme übertrage.