Strom- und Energiemesstechnik
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Strom- und Energiemesstechnik
Strom- und Energiemesstechnik Stromerfassung und -auswertung Die WAGO-Lösung für Energieüberwachung und -einsparung Rogowski-Spulen, Serie 855 •Zur Wandlung von Wechselströmen bis 500 A/2000 A Auswerteschaltung für Rogowski-Spulen, Serie 789 •Zur Erfassung von Wechselströmen bis 500 A bzw. 2000 A über drei Rogowski-Spulen •Die Auswerteschaltung ermöglicht eine phasenrichtige Wandlung auf Wechselstromsignale von 100 mA zur Anbindung an das WAGO-I/O-SYSTEM Serie 750. WAGO-I/O-SYSTEM, Serie 750 3-Phasen-Leistungsmessklemmen •Zur Auswertung von Spannungen und Strömen, Leistung und Energieverbrauch in 3-Phasen-Netzen Inhalt 2 Energiemanagement als System 6 Aus der Praxis 7 Leistungs- und Energiemessung mit 3-Phasen-Leistungsmessklemmen 8 Umfassende Netzanalyse im WAGO-I/O-CHECK 12 Aufsteck-Stromwandler, Serie 855 14 Aufsteck-Stromwandler, Serie 855 … mit picoMAX®-Steckverbinder 20 Kabelumbau-Stromwandler, Serie 855 22 Auswerteschaltung für Rogowski-Spulen 26 Rogowski-Spulen, Serie 855 28 JUMPFLEX®, Serie 857 und 2857 30 Intelligente Stromsensoren 36 Die verschiedenen Messverfahren 38 Glossar 40 JUMPFLEX®-Strommessumformer, Serie 857 und Serie 2857 •Zur Erfassung von Gleich- und Wechselströmen und zur Wandlung in analoge Normsignale (z.B. 0 … 10 V, 4 … 20 mA usw.) Intelligente Stromsensoren, Serie 789 •Zur Überwachung von Gleich- und Wechselströmen bis zu 140 A •Die Datenübertragung erfolgt mittels MODBUS-Kommunikation (RS-485). Stromwandler, Serie 855 •Zur Wandlung von Wechselströmen - Aufsteck-Stromwandler mit CAGE CLAMP® - Aufsteck-Stromwandler mit picoMAX®-Steckverbinder - Kabelumbau-Stromwandler 3 Energiemanagement als System DIN EN ISO 50001 Energiemanagementsysteme unterliegen normierten Anforderungen, wenn sie zu einer Zertifizierung führen sollen. Die individuell erforderlichen Maßnahmen variieren stark und sind ein kontinuierlicher Prozess. Ziel: Energiekosten, Treibhausgase und andere Umweltauswirkungen reduzieren. Dazu bedarf es der drei Säulen: Energieteam Energiemanagementbeauftragter + Team Vom Topmanagement festgelegt (Verantwortlichkeiten schaffen) Hier dargestellt als PDCA-Zyklus gemäß ISO 50001: Energiepolitik und Energieplanung Korrektur- und Vorbeugungsmaßnahmen; Management-Review Kontinuierliche Verbesserung Verwirklichung und Betrieb Überprüfung, Messung, Analyse; Audit Zertifizierung Um gemäß der DIN 50001 zertifizierungsfähig zu sein, muss ein Unternehmen/eine Organisation ... ... ein Energiemanagementsystem in Übereinstimmung mit der DIN 50001 einführen und dokumentieren, ... den Anwendungsbereich und die Grenzen seines/ ihres Energiemanagementsystems festlegen und dokumentieren sowie verwirklichen und aufrechterhalten, ... bestimmen und dokumentieren, wie es/sie die Anforderungen der DIN 50001 mit Blick auf die ständige Verbesserung seiner/ihrer Energieeffizienz erfüllen Energiepolitik In Art und dem Umfang des Energieeinsatzes der Organisation angemessen •Verpflichtungen zur ständigen Verbesserung •Verfügbarkeit notwendiger Informationen und Ressourcen •Einhaltung rechtlicher und anderer Anforderungen (Ziele definieren) Energieplanung •Ermittlung und Bewertung des bisherigen und aktuellen Energieeinsatzes und -verbrauchs •Abschätzung des zukünftigen Energieeinsatzes und -verbrauchs •Identifizierung der wesentlichen Energieverbräuche, Priorisierung von Verbesserungsmöglichkeiten (Vom Groben ins Feine) Vereinfachend geht es also darum, Verantwortlichkeiten festzulegen, den Istzustand zu ermitteln, kontinuierlich Ziele und Maßnahmen zu definieren und deren Erfüllung zu überprüfen. 4 Aus der Praxis Einführung eines Energiemanagementsystems bei WAGO Energiemanagement ist bei WAGO kein Schlagwort, sondern gelebter Ressourcen- und Umweltschutz. Alle organisatorischen und technischen Maßnahmen dienen dem Ziel, möglichst wenig Energie in der Produktion und dem Betrieb der Gebäude aufzuwenden. Dabei ist der sparsame Umgang mit Ressourcen schon seit vielen Jahren in den Grundsätzen der Firmenpolitik verankert. Die in 2012 erfolgreich bestandene Zertifizierung des Energiemanagements gemäß DIN EN ISO 50001 in Deutschland bildet die Grundlage für unser systematisches weltweites Handeln. Hier stützen wir uns vor allem auf folgende Säulen: „Als eines der ersten Unternehmen überhaupt, wurde WAGO im Jahr 2012 zertifiziert“! • Systematische energetische Bewertung bei Beschaffung von Maschinen, Anlagen bzw. bei Neu- und Umbauten • Systematische Installation und Auswertung von Energiezählern • Erweiterung von softwareunterstütztem Energiedatenmanagement • Bildung von Kennzahlen und Vergleichswerten (Berücksichtigung von Abhängigkeiten, z.B. Produktionsleistung oder für Heizung und Lüftung die Wettereinflüsse) • Abteilungsübergreifende Zusammenarbeit von Facility-Management, insbesondere mit Produktion, Instandhaltung – Einkauf und Controlling • Durchführung von internen Audits • Sensibilisierung und Schulung aller Mitarbeiter zum Thema Energie Eine Zertifizierung gemäß DIN EN ISO 50001 wird von verschiedenen Stellen angeboten. Da WAGO seit jeher den Nachhaltigkeitsgedanken und die Ressourcenschonung im Firmenleitbild hatte, konnte WAGO bereits im Jahr 2012 als eines der ersten Unternehmen zertifiziert werden und zwar schon 6 Monate nach Start des internen Prozesses. Energiemanagement lohnt sich immer: •Für Unternehmen im produzierenden Gewerbe gilt ab 2015: Ersparnis bei der Strom- und Ökosteuer als Spitzensteuerausgleich •EEG-Umlagebefreiung für energieintensive Unternehmen, die mehr als 14 % der Bruttowertschöpfung in Energie investieren. •Transparenz •Reduzierung der Energiekosten •Reduzierter Ausstoß von Treibhausgasen, und somit des „Carbon Footprint“ Ihres Unternehmens 5 •Erfassung der Energieverbrauchswerte von Maschinen und Anlagen •Ermittlung und Verarbeitung aller relevanten Messgrößen •Umfassende Netzanalyse •Einbindung in das WAGO-I/O-SYSTEM: feldbusunabhängig, kompakt und flexibel 6 Leistungs- und Energiemessung mit 3-Phasen-Leistungsmessklemmen Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 bietet ein vollständiges, aufeinander abgestimmtes Produktportfolio für die Energiemessung. Die 3-Phasen-Leistungsmessklemmen dienen der Erfassung und Verarbeitung aller relevanten Messgrößen eines dreiphasigen Versorgungsnetzes. Sie ermöglichen dem Anlagenbetreiber, Transparenz über den Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen zu gewinnen sowie eine umfassende Netzanalyse durchzuführen. Außerdem ist der Anlagenbetreiber in der Lage, anhand der gelieferten Messgrößen die Versorgung eines Antriebs oder einer Maschine optimiert zu regeln und die Anlage vor Schäden oder Ausfällen zu bewahren. Hierzu können die 3-Phasen-Leistungsmessklemmen in bereits bestehende Systeme integriert werden. Energieverbrauch Spannung Strom n Ih e k n e s r Wi üt Wir sch sten! o k e i g r re Ene nen! i h c s a eM zen Ihr 750-493 750-494 750-495 3~ 480 V 3~ 480 V 3~ 480 V/ 690 V 1 A (750-493) 5 A (750-493/000-001) 1 A (750-494) 5 A (750-494/000-001) 1 A (750-495) 5 A (750-495/000-001) Rogowski coil (750-495/000-002) Wirkenergie/-leistung Phasenlage Blindleistung/-energie über Funktionsbaustein Scheinleistung/-energie über Funktionsbaustein Drehfelderkennung Leistungsfaktor () Frequenzmessung 4-Quadranten-Betrieb (induktiv, kapazitiv, Verbraucher, Erzeuger) Oberwellenanalyse (bis zur 41. Harmonischen) Neutralleitermessung Erweiterter Temperaturbereich Gehäusebreite 12 mm 12 mm 24 mm 7 Leistungs- und Energiemessung mit 3-Phasen-Leistungsmessklemmen Genereller Aufbau Leistungs- und Energiemessung an einer Maschine im AC-480V-Netz mit 750-493, 750-494 Leistungs-, Energie- und Neutralleitermessung an einer Maschine im AC-480V/-690V-Netz mit 750-495 L1 L2 L3 N L1 IL1 L2 IL2 L3 IL3 N IN L1 L2 L3 N L1 L2 L3 L1 IL1 L2 IL2 L3 IL3 N IN Maschine N L3 L2 L1 Maschine Anwendung Anschluss von Stromwandlern an die 3-Phasen-Leistungsklemmen k-S1 2007-8873 Klemmenblock für Stromwandler I-S2 k-S1 I-S2 k-S1 8 I-S2 L1 L2 L3 N PE 1 171 1 Anschluss von Rogowski-Spulen mit Vorschaltgerät an die 3-Phasen-Leistungsklemme 750-494 IL1 IL2 IL3 IN OUT 789-652 Rogowski - Current Transducer US POWER 24 V OV L1 L1 L2 IN U1 GND U2 GND U3 GND L3 L3 L2 ON ON 1 MS A C B D 24V 0V A C B D C B D AI1 AI2 L1 IL1 A SD 1 171 C D B 1 I/O USR +US +US -US -US -US 13 14 A NS 750-880 0: WBM 255: DHCP 13 14 01 02 LINK 1 ACT LINK 2 ACT ETHERNET W 8 1 2 3 4 5 6 7 8 +US + + UV1 UV2 L2 IL2 — — 0V 0V L3 IL3 S N N X1 S X2 750-470 750-494 750-600 Direkter Anschluss von Rogowski-Spulen an die 3-Phasen-Leistungsklemme 750-495/000-002 L1 L2 ON 1 750-880 0: WBM 255: DHCP L3 LINK 1 ACT LINK 2 ACT MS A C B D 24V 0V N 13 14 01 02 ETHERNET W 8 ON L3 L2 1 2 3 4 5 6 7 8 L1 A C B D 13 14 A B C D E F G H 15 16 A B C D E F G H AI1 AI2 L1 IL1 I1+ I1- A B C D NS I/O USR SD + + UV1 UV2 L2 IL2 I2+ I2- — — 0V 0V L3 IL3 I3+ I3- S N N IN+ IN- X1 S X2 750-470 750-495/000-002 750-600 9 Umfassende Netzanalyse im WAGO-I/O-CHECK Konfiguration und Visualisierung der Messwerte • Grafische Darstellung des Busknotens • Anzeige, Aufzeichnung und Export der Prozessdaten (Messwerte) • Einstellungen der Anwendung • Einstellungen für die Messungen der einzelnen drei Phasen • Einstellungen der Busklemme • Einstellungen für die Speicherung der Energiewerte Übersicht der Messwerte der drei Phasen Konfiguration der Messwerte ist ebenso per Funktionsbaustein möglich 10 Oberwellendiagramm Verlauf der Messwerte 11 Überall dort, wo hohe Ströme erfasst und weiterverarbeitet werden müssen, sind Aufsteck-Stromwandler das Mittel der ersten Wahl. Die Stromwandler der Serie 855 transformieren primäre Bemessungsströme in galvanisch getrennte Sekundärströme von 1 A bzw. 5 A – mit einer Messgenauigkeit von einem Prozent (Genauigkeitsklasse 1). Sie können bei Temperaturen von -5 bis +50 °C eingesetzt und dauerhaft mit bis zu 120 Prozent des Nennstroms belastet werden. Die Serie 855 ist UL-zertifiziert (Recognized Components) und für den Einsatz in Niederspannungsnetzen mit 230 V, 400 V und 690 V geeignet. Die Aufsteck-Stromwandler sind induktive, nach dem Trafo-Prinzip arbeitende 1-Leiter-Stromwandler. Das Besondere ist die schraubenlose, schock- und vibrationsfeste CAGE CLAMP®-Anschlusstechnik. Die CAGE CLAMP®Anschlusstechnik ermöglicht die schraubenlose Kontaktierung von Leitern mit Querschnitten zwischen 0,08 mm2 und 4 mm2. Die Anschlüsse sind sowohl von der Vorderals auch von der Rückseite der Stromwandler erreichbar. Das Kunststoffgehäuse der Serie 855 ist besonders robust und kann auf verschiedene Arten montiert werden: auf Rundleitern, auf Kupferschienen, auf Montageplatten und – variantenabhängig – auf Tragschienen. • Schraubenlose Anschlusstechnik mit CAGE-CLAMP®-Anschluss • Ständig mit 120 % des primären Nennstroms überlastbar • Niederspannungsstromwandler für max. Betriebsspannungen bis 1,2 kV • UL (Recognized Components) 12 Aufsteck-Stromwandler, Serie 855 Montage auf Rundleiter Montage auf Tragschiene mit Tragschienenadapter Schnellbefestigungsadapter Montage auf Kupferschiene Montage auf Montageplatte Leiter anschließen WAGO-Aufsteck-Stromwandler – die zeitsparende Installation CAGE-CLAMP®-Anschluss Schnellbefestigungsadapter 3 1 1 3 2 2 13 Aufsteck-Stromwandler, Serie 855 03 855-03xx/xxxx-xxxx Schiene 1: 30 x 10 mm Schiene 2: 25 x 12 mm Schiene 3: 20 x 20 mm Rundleiter: 26 mm 04 855-04xx/xxxx-xxxx Schiene 1: 40 x 10 mm Schiene 2: 30 x 15 mm Rundleiter: 32 mm 05 855-05xx/xxxx-xxxx Schiene 1: 50 x 12 mm Schiene 2: 40 x 30 mm Rundleiter: 44 mm 14 Bestellnummer 855-0301/0050-0103 855-0305/0050-0103 855-0301/0060-0101 855-0305/0060-0101 855-0301/0075-0201 855-0305/0075-0201 855-0301/0100-0201 855-0305/0100-0201 03 855-0301/0150-0501 855-0305/0150-0501 855-0301/0200-0501 855-0305/0200-0501 855-0301/0250-0501 855-0305/0250-0501 855-0301/0400-1001 855-0305/0400-1001 855-0301/0600-1001 05 04 855-0305/0600-1001 855-0401/0400-0501 855-0405/0400-0501 855-0501/1000-1001 855-0505/1000-1001 Primärer Bemessungsstrom 50 A 60 A 75 A 100 A 150 A 200 A 250 A 400 A 600 A 400 A 1000 A Sekundärer Bemessungsstrom 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A 1A 5A Bemessungsleistung Genauigkeitsklasse 1,25 VA 3 1,25 VA 1 2,5 VA 1 2,5 VA 1 5 VA 1 5 VA 1 5 VA 1 10 VA 1 10 VA 1 5 VA 1 10 VA 1 Zubehör 855-9900 Tragschienenadapter für Aufsteck-Stromwandler (für 855-3xx/xxxx-xxxx und 855-4xx/xxxx-xxxx) 855-9910 Schnellbefestigungsadapter (2 Stück inklusive Kabelbinder) 15 Stromwandler, die nicht direkt mit einem Verbraucher beschaltet werden, müssen aus Sicherheitsgründen sekundärseitig kurzgeschlossen werden! Wenn die Sekundärseite nicht niederohmig belastet wird, treten erhebliche Spannungserhöhungen auf. Diese stellen eine Gefahr für Personen dar sowie eine Beeinträchtigung Die Durchführung der Primärwicklung ist mit „K-P1“ und „L-P2“ bezeichnet, die Anschlüsse der Sekundärwicklung sind mit den entsprechenden Kleinbuchstaben „k-S1“ und „I-S2“ bezeichnet. I-S2 k-S1 der Funktionssicherheit des Stromwandlers. Um diese Sicherheit und Funktion zu gewährleisten, kommt der Klemmenblock für den Stromwandler 2007-8873 zum Einsatz. Durch einfaches Betätigen des Hebels wird der Stromwandler über einen eingelegten Schaltungsbrücker automatisch kurzgeschlossen. L L2 I-S2 (K) P2 L3 k-S1 (K) P1 L3 L1 16 L2 I-S2 L3 PE k-S1 2007-8873 Klemmenblock für Stromwandler S1 (k) S2 (l) Klemmenblock für Stromwandler Leistungsbedarf eines Stromwandlers Bei der Ermittlung des tatsächlichen Leistungsbedarfs sind, neben den Verlustleistungen der anzuschließenden Geräte, auch die Verluste der Messleitungen zu berücksichtigen. Zur Realisierung dieser Anforderungen ist es notwendig, dass das Leistungsangebot (die Nennscheinleistung) des Stromwandlers auf den tatsächlichen Leis- tungsbedarf der Messanordnung abgestimmt wird. Zur Ermittlung des tatsächlichen Leistungsbedarfs müssen, neben dem Eigenleistungsbedarf der angeschlossenen Messgeräte, auch die Leitungsverluste der an den Sekundärkreis des Wandlers angeschlossenen Messleitungen berücksichtigt werden. Leistungsberechnung von Kupferleitungen zwischen Messgerät und Stromwandler IS2 x 2 x l VA PV= ACU x 56 IS l ACU PV = Sekundär Bemessungsstromstärke [A] = Einfache Leitungslänge in m = Leitungsquerschnitt in mm² = Verlustleistung der Anschlussleitungen Hinweis: Bei gemeinsamer Drehstrom-Rückleitung gelten halbe Werte von PV ! Beispiel: Eingesetzt wird ein Stromwandler 1 A bzw. 5 A und ein Amperemeter auf der Sekundärseite, in einer Entfernung von 10 m zwischen Wandler und Messgerät. Stromwandler 1 A Stromwandler 5 A 12 x 2 x 10 VA PV= 1,5 x 56 PV= = 0,24 VA 52 x 2 x 10 VA 1,5 x 56 = 5,95 VA 2007-8873 bestehend aus Menge Bestellnummer Bezeichnung 2x 249-117 Schraubenlose Endklammer, 10 mm breit 3x 282-882 Verriegelungskappe zum Koppeln mehrerer Trennhebel, 2-polig 1x 282-884 Verriegelungskappe zum Koppeln mehrerer Trennhebel, 4-polig 3x 2007-8442 Schaltungsbrücker isoliert, 2-fach 1x 2007-8807 2-Leiter-Schutzleiterklemme mit berührungssicherer Prüfbuchse für Prüfstecker Ø 4 mm 4x 2007-8811 2-Leiter-Trenn- und Messklemme mit berührungssicheren Prüfbuchsen für Prüfstecker Ø 4 mm 6x 2007-8821 2-Leiter-Trenn- und Messklemme mit berührungssicheren Prüfbuchsen für Prüfstecker Ø 4 mm 2x 2007-8892 Abschluss- und Trennplatte, 1,5 mm dick, ohne Plombiermöglichkeit 2x 2009-135 WMB Inline, unbedruckt 1x 282-435/011-000 Brücker, isoliert, 1-3-5 17 Heutzutage ist eine ausführlichere Strommessung in vielen Anlagen erforderlich. Der für die Messung verfügbare Raum ist meistens eingeschränkt, während relativ niedrige Werte gemessen werden. Gleichzeitig muss die Genauigkeit der Messung ausreichend sein (mindestens Klasse 1). Alle diese Anforderungen sind hier in einem Produkt vereint. Der sehr kompakte Stromwandler wurde speziell für den Anschluss an digitale Mess- systeme entworfen. Der wichtigste Vorteil aber besteht darin, dass er mit seinen Abmessungen speziell für die Verwendung in einem 3-Phasen-Leitungsschutzschalter mit einem Phasenabstand von 17,5 mm entwickelt wurde. Der Stromwandler wird mit einem Anschluss mit Klemmentechnologie für die einfache Installation der Sekundärleitungen geliefert. Der optionale Tragschienenadapter macht den Stromwandler zu einer Runden Sache. •Erster Stromwandler mit picoMAX®-Steckverbinder •Montage auch auf engstem Raum •Das einfache Verbundsystem ermöglicht einen Phasenabstand von 17,5 mm und passt sich optimal jedem Leitungsschutzschalter an. •Tragschienenadapter zur Befestigung des Stromwandlers auf Tragschienen bzw. Montageplatten •Ströme von 64 A bzw. 35 A auf 1 A gewandelt •Genauigkeitsklasse 1 18 Aufsteck-Stromwandler, Serie 855 … mit picoMAX®-Steckverbinder Der Anschluss leicht gemacht! Die Montage schnell und einfach! <_____________________ 54 ________________________> <_________ 25 _________> 5 _ 7, __ Ø ____ _ __ __ _ __ __ __ __ __ __ __ _ _ __ _< __ __ __ > _ _ __ <_____ 19 _____> <______________ 38 _______________> <____17,5 ____><____17,5 ____> <_______17,5_______> <_____ 19 _____> 5 __ 7, __ Ø ____ <___________ 30 ___________> __ _ _ __ __ __ __ _ _ __ __ __ __ _ _ __ __ < __ _ __ __ > __ _ _ <____ 17,5 ____> Die Abmessung unschlagbar! <_________________ 46,3 _________________> <_________ 27 ________> Primärer Bemessungsstrom Sekundärer Bemessungsstrom Bemessungsleistung Genauigkeitsklasse 855-2701/0035-0001 35 A 1A 0,2 VA 1 855-2701/0064-0001 64 A 1A 0,2 VA 1 Bestelln. 855-9927 Tragschienenadapter 19 20 Die kompakten teilbaren Kabelumbau-Stromwandler sind speziell für das Nachrüsten in bestehenden Anlagen geeignet. Kabelumbau-Stromwandler finden insbesondere Anwendung in Fällen, bei denen der Strom pfad nicht unterbrochen werden darf. Die Genauigkeit des Kabelumbau-Stromwandlers führt zu besonders genauen Strommessungen. Die Belastung der Kabelumbau-Stromwandler ist mit der angegebenen Bemessungsleistung am Ende des Kabels. Alle Wandler sind mit farbkodiertem Kabel ausgelegt. Zwei mitgelieferte UV-beständige Kabelbinder gewährleisten eine sichere und einfache Montage. Der Anschluss – leicht gemacht! Die Montage – schnell und einfach! Kabelumbau-Stromwandler, Serie 855 Bestellnummer Primärer Sekundärer Bemessungs- GenauigKabellänge Bemessungsstrom Bemessungsstrom leistung keitsklasse 855-3001/0060-0003 60 A 1A 0,2 VA 3 5m 855-3001/0100-0003 100 A 1A 0,2 VA 3 5m 855-3001/0200-0001 200 A 1A 0,2 VA 1 3m 855-3001/0250-0001 250 A 1A 0,2 VA 1 3m 855-4001/0100-0001 100 A 1A 0,2 VA 1 3m 855-4001/0150-0001 150 A 1A 0,2 VA 1 3m 855-4001/0200-0001 200 A 1A 0,2 VA 1 3m 855-4101/0200-0001 200 A 1A 0,5 VA 1 3m 855-4101/0250-0001 250 A 1A 0,5 VA 1 3m 855-4101/0400-0001 400 A 1A 0,5 VA 1 3m 855-5001/0400-0000 400 A 1A 0,5 VA 0,5 3m 855-5001/0600-0000 600 A 1A 0,5 VA 0,5 3m 855-5001/1000-0000 1000 A 1A 0,5 VA 0,5 3m 855-5101/1000-0000 1000 A 1A 0,5 VA 0,5 3m 21 Die Auswerteschaltungen für Rogowski-Spulen dienen der Erfassung von Wechselströmen im Drehstromsystem, im Bereich von 5 … 2000 A. Über drei Rogowski-Spulen wird das Magnetfeld um den jeweiligen Leiter herum berührungslos erfasst und als proportionales Spannungssignal an die Auswerteschaltung geleitet. Die Auswerteschaltung bereitet diese drei Spannungssignale phasenrichtig auf und wandelt diese in Wechselstromsignale von jeweils 100 mA, die an die 3-Phasen-Leistungsmessklemmen weitergegeben werden. Die im 22 WAGO-I/O-SYSTEM betriebene 3-Phasen-Leistungsmessklemme erlaubt die Messung der elektrischen Daten eines dreiphasigen Versorgungsnetzes wie Spannung, Strom, Wirkleistung und Energieverbrauch. Der Anwender ist so jederzeit in der Lage, den Belastungszustand (Schieflage, Blindanteile) zu ermitteln, den Verbrauch zu optimieren und die Maschine oder Anlage vor Schäden und Ausfällen zu bewahren. Durch die einfache Montage der Rogowski-Spulen ist auch die nachträgliche Ausrüstung bestehender Anlagen ohne Unterbrechung des Prozesses möglich. Auswerteschaltung für Rogowski-Spulen IL1 IL2 IL3 IN OUT 789-652 Rogowski - Current Transducer US POWER IN 24 V OV L1 L1 L2 L2 U1 GND U2 GND U3 GND L3 L3 ON 1 750-880 0: WBM 255: DHCP ETHERNET W 8 ON 1 2 3 4 5 6 7 8 +US 13 14 01 02 LINK 1 ACT LINK 2 ACT MS A C B D 24V 0V A C B D +US +US -US -US -US 13 14 A C B D AI1 AI2 L1 IL1 A B C D (Leitungslänge < 30 m) NS I/O USR SD + + UV1 UV2 L2 IL2 — — 0V 0V L3 IL3 S N N X1 S X2 750-470 Bestellnummer 789-652 750-494 750-600 Eingangssignal Ausgangssignal Überstrom Empfindlichkeit 750 A 10,05 mV; 50 Hz, sinusförmig 3000 A 40,2 mV; 50 Hz, sinusförmig 3 x RT 500 (500 A) 3 x AC 100 mA 789-654 750-494 3 x RT 2000 (2000 A) siehe Seite 7 855-9100/500-000 855-9300/500-000 siehe Seite 24-25 855-9100/2000-000 855-9300/2000-000 23 Rogowski-Spulen, Serie 855 Dünner, leichter, flexibler, aufklappbarer Stromsensor Die Rogowski-Spule ist eine geschlossene Luftspule, mit einem teilbarem Spulenkörper und mit einem nichtmagnetischen Kern. Die Rogowski-Spule wird um einen Leiter oder eine Stromschiene herum platziert. Der durch den Leiter fließende Wechselstrom erzeugt ein Magnetfeld, das in der Rogowski-Spule eine Spannung induziert. Die- ses Messverfahren gewährleistet eine galvanische Trennung zwischen dem primären Stromkreis (Leistungsfluss) und dem sekundären Stromkreis (Messung). Die einfache Montage der Rogowski-Spulen erlaubt auch eine nachträgliche Ausrüstung bestehender Anlagen ohne aufwendige Installation oder Unterbrechung des Prozesses. • Die einfache Montage der Rogowski-Spulen macht auch die nachträglich Ausrüstung bestehender Maschinen und Anlagen ohne Unterbrechung des Prozesses möglich. • Weiter Messbereich, nur zwei Typen der Rogowski-Spulen statt viele verschiedene Stromwandler • Platzersparnis, insbesondere bei der Messung von hohen Strömen • Die Einbindung in das WAGO-I/O-SYSTEM erlaubt die Verknüpfung der Messergebnisse mit Aktionen z.B. zur Verbrauchsoptimierung oder Vorbeugung von Schäden, im Unterschied zu einem reinen Messsystem. • Nutzung bestehender Bausteine in CODESYS 24 27,4 Ø5 Rogowski-Spulen – die zeitsparende Installation 34,4 1500 / 30001,5 m RT 500: Leitungslänge RT 2000: Leitungslänge 3 m schwarz -Us Ø max 55 IpIp RT 500: Ø max 55 RT 2000: Ø max 125 Ø5 15,7 weiß +Us Bestellnummer Eingang Ausgang Beschreibung RT 500, Leitungslänge 1,5 m 855-9100/500-000 500 A 10,05 mV 855-9300/500-000 RT 500, Leitungslänge 3 m 855-9100/2000-000 RT 2000, Leitungslänge 1,5 m 2000 A 855-9300/2000-000 40,2 mV RT 2000, Leitungslänge 3 m 25 Der Strommessumformer 857-550 dient zur Erfassung von Wechsel- und Gleichströmen AC/DC 0 … 1 A sowie AC/DC 0 … 5 A und wandelt das Eingangssignal ausgangsseitig in ein analoges Normsignal (z.B. 4 … 20 mA). Strommessumformer Der Rogowski-Messumformer 857-552 erfasst Effektivwerte von Wechselströmen über eine Rogowski-Spule und wandelt das Eingangssignal ausgangsseitig in ein analoges Normsignal (z.B. 4 … 20 mA). 857-550 857-552 Eingangssignal AC/DC 0 … 1 A AC/DC 0 … 5 A Rogowski-Spulen 500 A/2000 A Frequenzbereich 16 Hz … 400 Hz 16 Hz ... 1000 Hz Ausgangssignal Spannung: 0 … 5 V, 1 … 5 V, 0 … 10 V, 2 … 10 V Strom: 0 … 10 mA, 2 … 10 mA, 0 … 20 mA, 4 … 20 mA Digitalausgang DO Bürde Versorgungsspannung 26 DC 24 V/100 mA Strom ≤ 600 Ω, Spannung ≥ 2000 Ω Strom ≤ 600 Ω, Spannung ≥ 1000 Ω DC 24 V JUMPFLEX®-Strommessumformer Strommessumformer/Rogowski-Messumformer 0 … 20 mA Strommessumformer 857-550 A C B Stromwandler 250 A/1 A A C B D A C B D A C D B SPS DO/Signalisierung 24 V/100 mA L1 D Power • Konfiguration über DIP-Schalter/PC-Konfigurationstool/Smartphoneapp • Digitaler Schaltausgang (Schaltschwellen frei konfigurierbar) • Ausgangssignal (konfigurierbar) • Echteffektivwert-Messung (TRMS) oder arithmetischer Mittelwert • Kalibrierte Messbereichsumschaltung • Signalisierung der Messbereichsüberschreitung • Sichere 3-Wege-Trennung mit 2,5kV-Prüfspannung gemäß EN 61140 Rogowski-Messumformer 857-552 RT 500 (500 A) +US 0 … 20 mA A B C D A B C D A B C D A B C D -US SPS Rogowski-Spule L1 DO/Signalisierung 24 V/100 mA Power • Konfiguration über DIP-Schalter/PC-Konfigurationstool/Smartphoneapp • Digitaler Schaltausgang (Schaltschwellen frei konfigurierbar) • Ausgangssignal (konfigurierbar) • Verwendung unterschiedlicher Rogowski-Spulen möglich • Echt-Effektivwertmessung (TRMS) • Bei Montage keine Unterbrechung der Stromschiene nötig • Kalibrierte Messbereichsumschaltung • Signalisierung der Messbereichsüberschreitung/Leitungsbruch des Messmittels • Sichere 3-Wege-Trennung mit 2,5kV-Prüfspannung gemäß EN 61140 27 Der Strommessumformer 2857-0550 wird zur Messung von AC-/DC-Strömen und deren galvanisch getrennter Wandlung in Normsignale im Bereich der Prozess-, Abwasser-, Energietechnik und im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt. Anwendung finden die Geräte beim Schutz von Anlagen, Systemen und Personen durch Potentialtrennung (zur Vermeidung von externen Beeinflussungen wie Gegentaktsignale oder schwimmende Massen, Potentialanhebung) der Messsignale sowie durch Überstromerfassung. Das Gerät dient insbesondere zur Strommessung und Überstrommeldung sowie zur gleichzeitigen Trennung von Feldsignalen zum zentralen Steuerungs- oder Leitsystem, das die weitere Signalverarbeitung vornimmt. Mit Hilfe des Displays 2857-0900 lassen sich aktuelle Messwerte optimal anzeigen bzw. Einstellungen vornehmen. • Konfiguration über DIP-Schalter/PC-Konfigurationstool/Smartphoneapp • Digitaler Schaltausgang (Schaltschwellen frei konfigurierbar) • Wechsler-Relaisausgang mit 6 A • Ausgangssignal (konfigurierbar) • Echt-Effektivwertmessung (TRMS) • Kalibrierte Messbereichsumschaltung • Signalisierung der Messbereichsüberschreitung • Sichere 3-Wege-Trennung mit 2,5kV-Prüfspannung gemäß EN 61140 28 JUMPFLEX®-Strommessumformer Serie 2857 Anwendungsbeispiel 0 … 20 mA DO/Signalisierung 24 V/100 mA A B C D A B C D A B C D A B C D Einspeisung L1 SPS Notstrom Power Beleuchtungsüberwachung Strommessumformer 2857-550 Eingangssignal AC/DC 100 A Frequenzbereich 15 … 2000 Hz Ausgangssignal Strom: ± 10 mA; 0 … 10 mA; 2 … 10 mA; ± 20 mA; 0 … 20 mA; 4 … 20 mA Spannung: ± 5 V; 0 … 5 V; 1 … 5 V; ± 10 V; 0 … 10 V; 2 … 10 V Ausgang – Digital DC 24 V/100 mA Ausgang – Relais 1 Wechsler (1u) AC 250 V/6 A Bürde Versorgungsnennspannung Strom < 600 Ω Spannung > 1000 Ω DC 24 V 29 JUMPFLEX®-Konfiguration, Serie 857 und 2857 Interface-Konfigurationssoftware Folgende Geräte werden bereits unterstützt: 857-401: Trennverstärker 857-500: Frequenzmessumformer 857-531: Grenzwertschalter 857-550: Strommessumformer 857-552: Rogowski-Messumformer 857-801: Temperaturmessumformer für Pt-Sensoren 857-809: Potipositionsmessumformer 857-811: Temperaturmessumformer für TC-Sensoren 857-819: Millivolt-Messumformer 2857-0401: Universal-Trennverstärker 2857-0533: RTD-Grenzwertschalter 2857-0534: TC-Grenzwertschalter 2857-0550: Strommessumformer AC/DC 100 Die Interface-Konfigurationssoftware – alternativ zur Einstellung über DIP-Schalter Die Software bietet: • Einfache EXE-Anwendung • Automatische Modulerkennung • Visualisierung der Prozesswerte • Parametrierung des digitalen Schaltausgangs (Grenzwertfunktionalität) • Kommunikation über WAGO-USB-Service-Kabel 750-923 oder WAGO Bluetooth® Adapter 750-921 30 Interface-Konfigurationsapp auf Android-Basis JUMPFLEX®-ToGo Die JUMPFLEX®-ToGo-Konfigurationsapp – alternativ zur Einstellung über DIP-Schalter Die kostenlose App „JUMPFLEX®-ToGo“ bringt die Leistungsfähigkeit einer PC-basierten Konfigurationssoftware auf Ihr mobiles Endgerät. Konfigurieren Sie über ein Smartphone oder einen Tablet-PC auf Android-Basis mit einem Fingerstreich Ein- und Ausgangsparameter Geräteinformation Eingangsparameter für die Messumformer der Serie 857. Ebenso einfach können Sie sich die Konfigurationsdaten sowie den aktuellen Messwert anzeigen lassen. Die Kommunikation zwischen Smartphone und Messumformer übernimmt dabei der WAGO Bluetooth® Adapter 750-921. Ausgangsparameter Digitaler Ausgang Ist-Wert 750-921 QR-Code 31 Adressierung 1 ... 32 Sen sor en Statusanzeige Intelligente Stromsensoren zur Überwachung von Solaranlagen bzw. Wechselrichtern für Gleichstrommessungen mit großem Strommessbereich 32 289-965 RJ-45-Anschlussbaustein für Stromsensormodule Intelligente Stromsensoren … zur Überwachung von Solaranlagen über MODBUS-Kommunikation Messbereich 789-620 789-621 789-622 DC 0 ... 80 A DC 0 … 140 A AC 0 ... 50 A eff Übertragungsfehler ≤ 0,5 % vom Endwert Spannungsversorgung Durchführung 12 V … 34 V ( über RJ-45) 15 mm (für Stromleiter) Schnittstelle RS-485 Protokoll MODBUS over serial line 1 … 32 Adressierung Max. Buslänge ≤ 1200 m Anbindung an ein WAGO-PERSPECTO®Bediengerät Serielle Schnittstelle RS-485 Versorgungsspannung z.B. 787-1002 EPSITRON® COMPACT Power 33 Die verschiedenen Messverfahren Shunt-Messung(AC/DC) Die Messung des Stromes erfolgt über einen niederohmigen Widerstand (Shunt) zu dem ein Spannungsmesser (Voltmeter) parallel geschaltet ist. Der Strom ist proportional zu der am Shunt-Widerstand gemessenen Spannung I = U/R. Der Shunt kann vor oder hinter die Last geschaltet werden (High-Side-Verfahren/Low-Side-Verfahren). Unsere Produkte sind für beide Varianten gerüstet, somit kann der Anwender frei entscheiden, wo der Leitungsstrang aufgetrennt werden soll. Neben Gleich- und Wechselströmen ist das Shunt-Messverfahren auch für die Messung von überlagerten Signalen (DC + AC) geeignet. Es lassen sich Genauigkeiten von 0,1 % und besser erreichen. Zur Messbereichserweiterung können für reine Wechselstrommessungen Aufsteck-Stromwandler der Serie 855 mit vordefiniertem Teilungsverhältnis eingesetzt werden. Ie Messeinrichtung Ushunt V Rshunt Ue Rmess Ie= Ushunt / Rshunt High-Side-Verfahren Ie Rmess Messeinrichtung Ue Ushunt Rshunt V Ie= Ushunt / Rshunt Low-Side-Verfahren Shunt-Messung in Kombination mit Aufsteck-Stromwandler (AC) Aufsteck-Stromwandler kommen bei höheren Messströmen zum Einsatz. Sie arbeiten nach dem transformatorischen Prinzip und erweitern den Messbereich eines bestehenden Messsystems (i.d.R. Shunt-Wandler). Die Anzahl der Sekundärwicklungen gibt das festeingestellte Teilungsverhältnis wieder. Der galvanisch getrennte Ausgangswechselstrom ist proportional und phasengleich zu dem Eingangswechselstrom. Typischerweise liegt der Messfehler unter 1 %. B A I I Transformatorprinzip 34 Hall-Sensoren (AC/DC) Um den Leiter herum ist ein weichmagnetischer Kern angebracht, der durch einen kleinen Luftspalt unterbrochen ist, in dem sich der Hall-Sensor befindet. Durch den Strom im Leiter wird in diesem Ring ein Magnetfluss erzeugt. Der Hall-Sensor wird ebenfalls von diesem Magnetfluss durchflossen und liefert ein Spannungssignal proportional zum Messstrom. Dieses Signal wird aufbereitet und zur Verarbeitung weitergeleitet. Mit dem Hall-Verfahren können je nach Bauart verschiedene Signale (AC/DC) und Messbereiche abgebildet werden. Die erreichbare Messgenauigkeit liegt zwischen 0,5 % und 1 %. Hall-Sensor Uout I mess Hall-Sensor Rogowski-Spule (AC) U U, I Eine geschlossene Luftspule, d.h. eine Spule ohne Eisenkern, wird um den Leiter angebracht. Durch den Wechselstrom in der zu messenden Leitung wird in die Rogowski-Spule eine Spannung induziert, die proportional zum Leiterstrom ist. Diese Spannung wird verstärkt und ausgewertet. Ein Messfehler kleiner 2 % sowie eine Ansprechschwelle von wenigen Ampere garantieren ein unkompliziertes Messen von hohen bis hin zu sehr hohen Wechselströmen. Messverfahren Vorteil Anwendungsgebiet Shunt • Sehr hohe Genauigkeit • Für Gleich- und Wechselströme geeignet • Integration in Steuerungs- und Regelsysteme • Prozess- und Energietechnik Shunt + Stromwandler • Für höhere Wechselströme geeignet • Potentialfreie Messung • Installations- und Anlagentechnik • Netzüberwachung und -analyse Hall • Potentialfreie Messung • Für höhere Ströme • Gleich- und Wechselstromvarianten • Solaranlagen und allgemeine Energietechnik • Steuerungsprozess mehrerer Einzelanlagen 35 Glossar Scheinleistung Die gesamte Leistung, die sogenannte Scheinleistung (S), eines Übertragungsnetzes setzt sich aus Wirkleistung und Blindleistung zusammen. Eine positive Scheinleistung im Sinne des Verbrauchers bedeutet: Die Leistung wird aus dem Netz bezogen. Eine negative Scheinleistung bedeutet hingegen: Die Leistung wird wieder ins Netz zurückgegeben. S=U*I + - S + I - Wirkleistung U - P=UR*IR S U Die Wirkleistung (P) ist die effektiv verbrauchte Leistung. Sie hat keine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom und bezieht sich auf eine ohmsche Last. Bei einer Wechselspannung wird die Wirkleistung durch die Multiplikation der Effektivwerte von Strom und Spannung berechnet. I Blindleistung Unter dem Begriff Blindleistung (Q) versteht man eine Belastung im Stromnetz, die sich gegen den Stromfluss von Erzeuger zum Verbraucher stellt. Die Blindleistung ist das Produkt aus Strom und Spannung an einem Blindwiderstand. Blindleistungen entstehen an allen Geräten, die an Wechselstromnetze angeschlossen sind. Bei angelegter Spannung erzeugt jedes elektrische Gerät ein elektro-magnetisches Feld. Durch diese Wechselspannung wird das magnetische Feld regelmäßig auf- und abgebaut. Beim Abbauen wird die im Feld gewonnene Energie wieder an das Stromnetz zurückgegeben und führt zu einem höheren Widerstand für den angelegten Stromfluss. 36 Q=UL*IL + + - - U + - I S Oberwellen Die Frequenz der Ströme, auch Oberwellen genannt, sind Vielfache der Grundfrequenz von 50 Hz. Man definiert den Oberwellengrad als das Verhältnis zwischen der Frequenz der Oberwelle und der Grundwellenfrequenz. Oberwellen entstehen durch Betriebsmittel mit nichtlinearer Kennlinie wie Transformatoren, Gleichrichter, Fernsehgeräte, Computer, Halogenbeleuchtungen usw. Die nichtsinusförmigen Ströme dieser Verbraucher verursachen an der Netzimpedanz einen Spannungsfall, der die Netznennspannung verzerrt und die ordnungsgemäße Funktion des Betriebsmittels beeinträchtigt. Zu den Folgen der Oberwellenverunreinigung gehören Störungen von Schutzgeräten, Überhitzung und frühzeitige Alterung von Elektrogeräten, Verlust der mechanischen Stabilität, Leistungsabfall, Messfehler, Erhöhung des Geräuschpegels, Festplattenstörungen, Systemabstürze, Betriebsausfälle usw. Werden in einem Netz viele Geräte betrieben, von denen die 3. Oberwelle erzeugt wird, dann kann sich daraus eine erhebliche Strombelastung des Neutralleiters ergeben. Durch Oberwellen verursachte Neutralleiterströme insbesondere in TN-C Netzen vagabundieren im gesamten Potentialausgleich-System über Wasserund Heizungsrohre, Erdungssysteme, Schirme von Datenleitungen, Videoleitungen, Kommunikationssysteme und können an Rohrleitungen zu erhöhter Korrosion bzw. Lochfraß führen. Eine permanente Oberwellen- und Neutralleiterstromanalyse muss deshalb die Grundlage sein, dass eine permanente Versorgungs-, Überspannungs- und vor allem Brandsicherheit gewährleistet ist. Grundfrequenz 50 Hz 3. harmonische Oberwelle (150 Hz) Die Addition ergibt eine nichtsinusförmige Kurvenform. 37 Arithmetischer Mittelwert Der arithmetische Mittelwert (auch Durchschnitt) ist der Quotient aus der Summe aller erfassten Messwerte und der Anzahl der Messwerte. Bei periodischen Wechselgrößen (z.B. Sinus) beträgt der arithmetische Mittelwert Null. Daher ist er für Wechselgrößen nicht aussagekräftig bzw. gibt nur Auskunft über einen eventuell vorhandenen Gleichanteil. Bei Gleichgrößen entspricht der arithmetische Mittelwert über die Zeit betrachtet dem durchschnittlichen Messwert. Sinusstrom 400 300 200 A 100 0 -100 3/2T 1/2T 2T -200 -300 -400 Periode Sinus arithmetischer Mittelwert Effektivwert Der Effektivwert, RMS (Root Mean Square), oder auch TRMS (True Root Mean Square) ist die Quadratwurzel aus dem Quotienten der quadrierten Messwerte und der Anzahl der Messwerte. In der Elektrotechnik entspricht der Effektivwert einer Wechselgröße dem Wirkwert der Gleichgröße. Er ist charakteristisch für die umgesetzte Leistung im Verbraucher. Ieff ≈ 1 n n ∑x 2 i i=1 Effektivstrom 400 350 Häufig findet sich eine Unterscheidung zwischen den Begriffen RMS und TRMS. Dies ist jedoch lediglich historisch bedingt, damit neuere Messverfahren gegenüber formfaktorbasierenden hervorgehoben werden. Prinzipiell wird bei WAGO nach dem TRMS-Verfahren gemessen, allerdings wird keine spezielle Unterscheidung vorgenommen, da beide Begriffe den gleichen mathematischen Zusammenhang beschreiben und lediglich ein Hinweis auf die besondere Messgenauigkeit gegeben werden soll. 38 300 250 200 A 150 100 50 0 1/2T T Periode Betrag des Sinus 3/2T RMS 2T Digitale Verarbeitung Bei der digitalen Verarbeitung wird das Signal in definierten, sehr kurzen Zeitabständen abgetastet (digitalisiert). Die abgetasteten Werte werden verarbeitet und z.B. in ein analoges Normsignal umgewandelt. Eingangssignal 400 300 200 100 Digitale Verfahren werden immer gebräuchlicher, da eine einfache Reproduzierbarkeit und eine signalgetreue Abbildung aufgrund sehr hoher Abtastraten garantiert werden. Darüberhinaus ist die weitere Verarbeitung und Weiterleitung der digitalisierten Informationen einfacher, weniger störanfällig und aufgrund der Software flexibler. 0 -100 1/2T -200 -300 -400 Abtastung 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Abgetastetes Signal Analoge Verarbeitung Bei der analogen Verarbeitung wird das Eingangssignal direkt einer Verarbeitungseinheit zugeführt und nach einer festgelegten Übertragungsfunktion aufbereitet. Die Verarbeitung erfolgt dann über Operationsverstärker (OPV) und einige passive Komponenten. 39 MX-NA-DE-DE-BA-140108_001 · 0888-0599/0200-0101 · Strommesstechnik 2.0 DE · Printed in Germany · Technische Änderungen vorbehalten WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG Postfach 2880 · 32385 Minden Hansastraße 27 · 32423 Minden Telefon: Zentrale 0571/887 - 0 Vertrieb 0571/887-222 Auftragsservice 0571/887-333 Technischer Support 0571/887-555 Telefax 0571/887-169 E-Mail info@wago.com Internet www.wago.com