von Niederspannungsnetzen

Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bewertung des Zustandes und der Qualität von Niederspannungsnetzen, in dessen verzweigten System sich eine Vielzahl von angeschlossenen Verbrauchern befindet, durch

Ermittlung von Netzmessdaten mittels Power-Quality-Mess-und Prüfein- richtungen sowie Übertragung der Netzmessdaten mittels Schnittstelle an ein Leitsystem oder in abrufbarer Form zu einem Server gemäß Oberbegriff des Anspruches.

Aus der DE 10 2006 034 164 B4 ist ein mehrpoliger Blitzstrom - und/oder Überspannungsableiter in Reihenklemmausführung vorbekannt. Dieser

Überspannungsableiter dient bevorzugt zum Schutz von Geräten und Anlagen der Informationstechnik und besteht aus Basisteil, ausgebildet als Durchgangs- klemme, und in das Basisteil einsetzbarer Steckmodule mit Schutzelementen zur Hutschienenmontage.

Gemäß einer dortigen Ausführungsform ist eine Leiterplatte vorgesehen, welche eine Einrichtung zur drahtlosen Fehler- und Zustandsüberwachung, zum Beispiel in Form eines RFID-Transponders aufweist. Die Leiterplatte kann auch Mittel zur Temperaturüberwachung der auf den übrigen Leiterplatten befindlichen Schutzelemente enthalten. Solche Mittel können Temperatur- sensoren sein, die jeweils nahe, insbesondere gegenüberliegend der

Schutzelemente befindlich sind .

Insofern besitzt also der oben geschilderte, beka nnte Überspannungsableiter eine Eigendiagnoseeinheit. Bei dem Smart-Meter gemäß DE 20 2012 010 818 U l weist dieses eine

Elektronik zur Erfassung des Stromverbrauches und zur Ausgabe von den Stromverbrauch repräsentierenden Daten über eine Datenkommunikations- schnittstelle auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine LAN-Schnittstelle

zum Auslesen und Programmieren des Smart-Meters vorgesehen, während wenigstens eine weitere Schnittstelle und die Elektronik des Smart-Meters dazu eingerichtet sind, zur Steuerung sonstiger externer Geräte zu dienen, die dann zum Beispiel über ein Feldbussystem von dem ebenfalls an das Feldbussystem angeschlossenen Smart-Meter gesteuert werden können.

Ebenso besteht die Möglichkeit, in das Gehäuse des Smart-Meters einen Webserver zu integrieren, so dass der von dem Smart-Meter ermittelte

Stromverbrauch von externen Geräten, zum Beispiel auch von Mob iltelefonen, über eine geeignete Software über das Internet abgefragt werden kann.

Die Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion nach

DE 10 2014 219 913 Al besitzt eine spezielle Schaltungsanordnung nach Art einer Wheatstone'schen Messbrücke, um den Zustand der dort vorhandenen Überspannungsschutzelemente zeitlich unmittelbar zu erkennen.

Zur Zustandskontrolle können alternativ oder zusätzlich temporäre, aber auch periodisch wiederkehrende Messungen vorgenommen werden.

Eine lokale Signalisierung des Zustandes kann beispielsweise durch ein optisches und/oder akustisches Signal oder ein Display erfolgen. Eine

Fernsignalisierung kann durch eine Fernmeldung, zum Beispiel über einen Automatisierungsbus oder allgemein mittels Telekommunikation, realisiert werden.

Aus der WO 2016/091239 Al ist eine Mess- und/oder Prüfvorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung und/oder Einschätzung der Qualität oder der Stabilität von Stromnetzen vorbekannt. In dieser Druckschrift wird herausgestellt, dass aufgrund neuer, verteilter Erzeugereinheiten zur Bereitstellung elektrischer Energie in vielen Fällen aufgrund fehlender Messgeräte zu r Erfassung der Spannungsqualität Netzstörungen auftreten. Ein dezentral gespeistes Netz benötigt ein Mindestmaß an ebenfalls dezentralen Mess- und Regel- einrichtungen, um das Netz stabil und effizient betreiben zu können sowie um Störungen der Versorgungsqualität (Power Quality) in Endverbraucher- haushalten zu erkennen und zu beheben. Diesbezüglich schlägt die

WO 2016/091239 Al eine Mess- und/oder Prüfvorrichtung vor, die mit

Netzabgreifmitteln und Netzteil ausgeführt ist, welche mit einer Einheit mit wenigstens einer AD-Wandlerschaltung zur kontinuierlichen Abtastung, Digitalisierung und Weitergabe von wenigstens Spannungs- und/oder

Frequenzwerten der Netzspannung über eine Schnittstelle ausgerüstet ist. Eine Mikrocontrollereinheit dient der Aufbereitung u nd/oder Wandlung der Daten und steht mit der Mess- und/oder Prüfvorrichtung in Verbindung.

Verfahrensseitig erfolgt nun eine Bestimmung von Netzmessdaten, eine

Weitergabe der Messdaten über eine erste, lokale Datenverbindung einer internen Mikrocontrollereinheit oder ein IT-Gerät, ein Verarbeiten und/oder Bearbeiten aber auch ein Bewerten der Daten in der Mikrocontrollereinheit und/oder dem IT-Gerät sowie ein Versehen der Daten mit Zeitstempel und Ortskennzeichnung. Im Anschluss werden die Daten über eine zweite

Datenverbindung einem Rechenzentrum und/oder ein weiteres IT-Gerät und/oder ein Speichermedium weitergegeben. Im Rechenzentrum oder beim Energieversorger kann dann eine Bewertung der Daten vorgenommen werden und gegebenenfalls ein Eingriff in das Netz erfolgen.

Bei der EP 2 478 607 Bl wird ein Verfahren zur Überwachung eines

elektrischen Energieversorgungsnetzes vorgeschlagen, bei dem an mindestens zwei unterschiedlichen Messstellen in dem Energieversorgungsnetz eine den Zustand des elektrischen Energieversorgungsnetz charakterisierende Erfassung von Messwerten vorgenommen wird . Jedem Messwert wird ein den Zeitpunkt seiner Erfassung angebender Zeitstempel zugeordnet. Darüber hinaus wird eine Schwellenwertbetrachtung anhand eines Referenzwertes vorgenommen. Ebenfalls erfolgt eine statistische Auswertung und Übergabe der Daten an eine Leitstelleneinrichtung des Energieversorgungsnetzes.

Die DE 10 2013 018 482 Al zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Charakterisierung und Überwachung eines elektrischen

Netzes oder eines Stromnetzabschnittes eines elektrischen Netzes bzw.

einer elektrischen Anlage. Ziel der dortigen Lehre ist es, bereits im Vorfeld Entscheidungen zur Vermeidung von Störfällen treffen zu können und/oder erforderliche Schaltvorgänge oder andere Gegenmaßnahmen automatisch auszuführen.

Diesbezüglich erfolgt der Aufbau eines Netzwerte-, Mess- und Überwachungs- systems sowie eine mathematische Bewertung einer Vielzahl der einleitenden Messwerte, um hiernach anha nd von Erfahrungswerten die netzqualitäts- sichernden Maßnahmen einzuleiten.

Bei dem Datengewinnungsverfahren zur Qualitätsbewertung von Elektroenergie nach DE 10 2004 022 719 B4 soll ebenfalls eine vorausschauende Erkennung und schnelle Beseitigung von Qualitätsstörungen erreicht werden. Anhand der Information des Netzes werden mittels Spannungs- und Stromwandlern zum Erfassen momentaner Ströme und Spannungen Werte an bestimmten Erfassungspunkten ermittelt und mittels A/D-Wandler digitalisiert.

Anhand relevanter, qualitätsbestimmender Kennwerte wird ein mathematisch determinierter Vergleich einlaufender Messdaten mit Kenn- oder Normwerten vorgenommen, um hieraus die Netzqualität zu definieren.

Bekannt sind weiterhin Netzqualitätsmessgeräte, auch ausgeführt zur

Hutschienenmontage. Beispielsweise sei hier das Gerät UMD 705 der Firma Helvatron genannt (siehe www. helvatron. com/de/power-quality/umd-705).

Zusammenfassend ist es aus dem Stand der Technik bekannt, mittels bereits am Markt erhältlicher Mess- und Prüftechnik die Qualität eines

Niederspannungsnetzes zu überprüfen, die gesammelten Daten aufzubereiten und über ein Leitsystem dem Energieversorger bereitzustellen. Entsprechende Mess- und Prüfeinrichtungen müssen jedoch in sehr aufwä ndiger Weise an möglichst vielen Stellen des Netzes integriert und dort elektrisch

angeschlossen werden. Weiterhin müssen Möglichkeiten zur Datenübertragung von derartigen Mess- und Prüfeinrichtungen zum Leitsystem geschaffen werden. All die vorgenannten Maßnahmen sind jedoch mit einem erheblichen Aufwand und zusätzlichen Kosten verbunden.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein

weiterentwickeltes Verfahren zur Bewertung des Zustandes und der Qualität von Niederspannungsnetzen, in denen sich eine Vielzahl von angeschlossenen Verbrauchern befindet, anzugeben, bei denen Netzmessdaten ermittelt werden und hierbei auf an sich bekannte Power-Quality-Mess-und

Prüfeinrichtungen zurückgegriffen wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre des

Anspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige

Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Demnach werden in erfindungsgemäßer Weise die im Niederspannungssystem eingesetzten und bereits vorhandenen oder einsetzbaren Überspannungs- Schutzeinrichtungen, die über eine Eigendiagnoseeinheit und eine drahtlose oder drahtgebundene Standard-Schnittstelle verfügen, mittels integrierter oder adaptierter Power-Quality-Mess-und Prüfungseinrichtungen zur Ermittlung von Netzmessdaten ertüchtigt.

Durch den bereits bestimmungsgemäßen vielfältigen Einsatz derartig

ertüchtigter Überspannungsschutzeinrichtungen an unterschiedlichsten Stellen des Niederspannungsnetzes ist eine Netzzustands-Landkarte erstellbar. Die sich hieraus orts- und zeitbezogen ergebenden Netzzustandsdaten werden, vom Netzbetreiber abrufbar, bereitgestellt. Bereits heute ist davon

auszugehen, dass mindestens in jedem Gebäude eine Überspannungsschutz- einrichtung vorhanden ist. Betrachtet man ein gesamtes Niederspannungs- system, dann ist von einer Vielzahl von Überspannungsableitern auszugehen, die das Netz quasi schwarmartig durchdringen. Mit Ertüchtigung dieser bereits vorhandenen oder noch einzusetzenden Überspannungsschutzeinrichtungen zur Ermittlung von Netzmessdaten liegt eine neue Qual ität der Durchdringung oder Durchsetzung des Netzes vor, so dass nicht nur die Netzqualität beurteilt werden kann, sondern die Möglichkeit besteht, den Schutzpegel de r

Überspannungsschutzeinrichtungen anzupassen, zum Beispiel bei auftretenden Schalthandlungen im Netz. Dabei besteht die Möglichkeit, das

Niederspannungssystem in einzelne Unternetze zergliedert zu betrachten und zum Beispiel bei einem Netz in einer Industrieumgebung Daten für den

Netzbetreiber zu gewinnen, die diesen veranlassen können, die Versorgung und Vergütung in einer solchen Industrieumgebung im Vergleich zu

Netzsystemen in reinen Wohngebieten zu differenzieren. Eine derartige

Analyse von Netzsystemen gewinnt insbesondere Bedeutung durch die Zunahme der Anzahl und den Einsatz von Elektrofahrzeugen, die regelmäßig netzbetriebene Ladestationen anfahren müssen.

Im erfindungsgemäßen Sinne werden also die bei Überspannungsschutz - einrichtungen vorhandenen Möglichkeiten zur drahtlosen oder draht- gebundenen Datenübertragung genutzt, um neben zum Beispiel

Eigendiagnosedaten der Überspannungsschutzeinrichtungen die erwähnten Power-Quality-Mess-und Prüfdaten, die mit entsprechenden Einrichtungen gewonnen werden, zur Zustandsanalyse bereitzustellen.

In erfindungsgemäßer Weise sind die bevorzugt eingesetzten

Überspannungsschutzeinrichtungen bereits mit einer Power-Quality-Mess-und Prüfeinrichtung versehen. Manuell oder über einen Datenbefehl wird die im Überspannungsableiter integrierte Funktion zur Netzqualitätsbestimmung freigegeben oder abgerufen.

Wenn beispielsweise innerhalb der Netzzustands-Landkarte sich in einem bekannten lokalen Bereich Anzeichen schlechter Netzqualität häufen, kann durch Zuschaltung weiterer, bisher nicht aktivierter Überspannungsschutz- einrichtungen mit integrierter Power-Quality-Mess-und Prüfeinrichtung die örtliche Auflösung erhöht und festgestellt werden, welcher angeschlossene Verbraucher momentan Ursache für Netzstörungen ist. H ierbei kann es sich zum Beispiel um Spannungseinbrüche, verstärkte Oberwellenbildung, unerwünschte Phasenverschiebung oder dergleichen handeln.

In diesem Sinne umfasst die Netzzustands-Landkarte Angaben zum

Oberwellenspektrum, wobei aus den ermittelten Oberwellenspektren Daten zur Anpassung parametrierbarer Filter abgeleitet werden.

Diese Anpassung vorhandener parametrierbarer Filter erfolgt durch

bidirektionale Datenübertragung und entsprechend bidirektional ausgefü hrte Standard-Schnittstellen zeitnah, so dass Netzeinbrüche oder Netzausfälle vermeidbar sind.

Letztendlich kann aus der Netzzustands-Landkarte, die orts- und zeitbezogene Daten umfasst, eine statistische Auswertung und eine Langzeitbetrachtung des oder der jeweils überwachten Netze erfolgen, um Maßnahmen zur gleichmäßigen Netzauslastung abzuleiten und diese den Verbrauchern aber auch den Netzbetreibern zur Verfügung zu stellen, so dass letztendlich die Möglichkeit besteht, ein Preismodell für Energieversorger zu erarbeiten, dass dynamisch und im Sinne der Optimierung der Netzqualität strukturiert ist.

Mindestens ein Teil der verbrauchernahen Überspannungsschutzeinrichtungen sind parametrierbar bzw. werden mit aktiven, parametrierbaren Filtern versehen, so dass sich im Niederspannungsnetz ein verteiltes Filtersystem ergibt. Diesem verteilten Filtersystem werden Informationen über das jeweilige Oberwellenspektrum zugeführt, um im Anschluss durch Anpassung der dezentralen Filter die Netzqualität zu verbessern.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Datenübertragung bevorzugt bidirektional, so dass ausgehend von Daten der jeweils aktuellen Netzzustands-Landkarte Eigenschaften der Überspannungsschutzeinrichtungen zum Schutzbedürfnis, wie Ansprechspannung, Einstellwerte für die Überstromschutzfunktion,

Kurzschlussströme im Netz und ähnliches dynamisch parametrierbar sind.

Die Daten der Netzzustands-Landkarte werden beispielsweise über ein

Internetportal zur Verfügung gestellt und können mit Hilfe einer

Applikationssoftware abgerufen werden.

Die erfindungsgemäße Lehre zielt darauf, Informationen, die nicht mit der originären Funktion von Überspannungsschutzeinrichtungen verbunden sind, zu ermitteln, und diese über eine Standard -Schnittstelle an ein übergeordnetes Leitsystem oder auf eine Anwender-Applikationssoftware zu übertragen. Diese besonderen Informationen beziehen sich auf netztypische Eigenschaften, wie Oberwellen, Spannungseinbrüche oder dergleichen, die von Power-Quality- Modulen ableitbar sind. Derartige Power-Quality-Module werden in die

Überspannungsschutzeinrichtungen integriert oder können in einfacher Wei se als Adapteranordnung auf ein Überspannungsschutzgerät aufgesteckt und mit diesem elektrisch verbunden werden.

Ein Vorteil der so umgesetzten Funktionsintegration besteht darin, dass es nicht notwendig ist, separate Geräte zu installieren und einen zusätzlichen Kommunikationskanal zu schaffen. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass ausgehend von der Grundfunktion von Überspannungsschutzgeräten diese an einer Vielzahl von Stellen im Netz vorhanden und damit im Netz verteilt sind. Beispielsweise sind Überspannungsschutzgeräte auch in der Einspeisehaupt- verteilung eingesetzt und können an dieser Stelle Informationen zur

Netzqualität im gesamten nachgeschalteten System ermitteln.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft auch d ie Möglichkeit der

Kommunikation verschiedener, derart ertüchtigter Überspannungsschutzgeräte. So kann als Konsequenz aus einem ermittelten Oberwellenspektrum eine Anpassung von aktiven Filtern vorgenommen werden, zum Beispiel bezogen auf einen angeschlossenen Verbraucher. Hierdurch kann das

Oberwellenspektrum im gesamten Niederspannungssystem positiv beeinflusst werden. Dadurch, dass die Möglichkeit besteht, parametrierbare Filter durch dezentrale Anordnung die Überspannungsschutzgeräte ebenfalls zu dezentralisieren, ergibt sich eine vorteilhafte Alternative zu r ansonsten üblichen Installation zentraler Filtereinheiten. Anordnungen mit verteilten Filtern in einem Netzsystem können schneller reagieren und sind auch kostenseitig vorteilhafter im Vergleich zu einer zentralen Einheit.