Der Stromzähler eines Betriebs zeigt, wie viel elektrische Energie insgesamt verbraucht wurde. Er erklärt jedoch nicht, wann dieser Verbrauch entstand, welche Anlagen die höchsten Leistungen verursachten und weshalb selbst in produktionsfreien Zeiten eine auffällig hohe Grundlast bestehen bleibt.
Ein Lastprofil stellt die elektrische Leistung über der Zeit dar. Dadurch werden Anfahrvorgänge, Schichtwechsel, Produktionspausen, gleichzeitig betriebene Großverbraucher und dauerhaft laufende Nebenanlagen sichtbar. Aus derselben Messung lassen sich der Energieverbrauch, wiederkehrende Leistungsspitzen und mögliche Einsparpotenziale ableiten.
Für ein belastbares Ergebnis reicht eine Strommessung allein meist nicht aus. Ein Leistungs- und Energierecorder muss Spannung und Strom zeitgleich erfassen und deren Phasenbeziehung berücksichtigen. Ebenso wichtig sind die richtige Netzkonfiguration, geeignete Stromwandler, eine ausreichend lange Messdauer und ein sinnvoll gewähltes Aufzeichnungsintervall.
Inhaltsverzeichnis
- Was zeigt ein Lastprofil?
- Leistung, Energie, Spitzenlast und Grundlast unterscheiden
- Warum eine reine Strommessung nicht ausreicht
- Messaufbau im ein- und dreiphasigen Netz
- Stromwandler richtig auswählen und montieren
- Wie lange sollte ein Lastprofil aufgezeichnet werden?
- Aufzeichnungsintervall und Mittelwertzeit festlegen
- Grundlast erkennen und bewerten
- Spitzenlast richtig interpretieren
- Einzelne Verbraucher im Lastprofil identifizieren
- Blindleistung und Leistungsfaktor berücksichtigen
- Oberschwingungen und nichtlineare Verbraucher
- Lastprofildaten systematisch auswerten
- Einsparpotenziale aus dem Lastprofil ableiten
- Typische Mess- und Interpretationsfehler
- Sicherer Einbau im Schaltschrank
- Praxisbeispiel in einem Produktionsbetrieb
- Messgerät und Stromwandler auswählen
- Welche Messgeräte und Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Was zeigt ein Lastprofil?
Ein Lastprofil beschreibt den zeitlichen Verlauf der elektrischen Wirkleistung eines Verbrauchers, einer Maschine, einer Unterverteilung oder eines vollständigen Betriebs. Auf der horizontalen Achse wird die Zeit dargestellt, auf der vertikalen Achse üblicherweise die Leistung in Kilowatt.
Je nach Messgerät können gleichzeitig weitere Größen aufgezeichnet werden:
- Strom und Spannung je Phase,
- Wirk-, Blind- und Scheinleistung,
- Wirk-, Blind- und Scheinenergie,
- Leistungsfaktor und cos φ,
- Frequenz,
- Unsymmetrie zwischen den Außenleitern,
- Oberschwingungen und Gesamtverzerrung THD,
- Minimal-, Mittel- und Maximalwerte.
Die Darstellung kann wenige Sekunden eines Maschinenstarts oder mehrere Wochen eines kompletten Produktionsbetriebs umfassen. Erst durch die Kombination von zeitlichem Verlauf und Betriebsinformationen wird sichtbar, welche Anlagen zu welchem Zeitpunkt Energie benötigen.
Leistung, Energie, Spitzenlast und Grundlast unterscheiden
| Kenngröße | Einheit | Bedeutung |
|---|---|---|
| Wirkleistung | kW | Momentan oder über ein Intervall gemittelte Leistung, die in Arbeit, Wärme oder Bewegung umgesetzt wird |
| Wirkenergie | kWh | Über einen Zeitraum verbrauchte elektrische Arbeit |
| Spitzenlast | kW | Höchster Leistungswert innerhalb eines definierten Auswertungsintervalls |
| Grundlast | kW | Dauerhaft oder über längere Zeit bestehende Mindestleistung |
| Blindleistung | kvar | Leistungsanteil für elektrische und magnetische Felder, der keine nutzbare Wirkarbeit erzeugt |
| Scheinleistung | kVA | Gesamtbelastung aus Wirk- und Blindleistungsanteilen |
Die elektrische Energie ergibt sich aus der zeitlichen Integration der Wirkleistung:
E = ∫ P(t) dt
Bei diskreten Messwerten kann näherungsweise gerechnet werden:
E [kWh] = Summe aus P [kW] × Messintervall [h]
Eine Anlage, die zwei Stunden konstant 50 kW aufnimmt, verbraucht 100 kWh. Derselbe Energieverbrauch kann aber auch durch 100 kW während einer Stunde entstehen. Für die Energiekosten können beide Fälle ähnlich sein, für die Auslegung des Netzanschlusses und mögliche Leistungspreise unterscheiden sie sich jedoch deutlich.
Warum eine reine Strommessung nicht ausreicht
Aus dem Strom allein lässt sich die tatsächliche Wirkleistung nur näherungsweise abschätzen. Eine einfache Berechnung mit Nennspannung ignoriert Spannungsschwankungen, Phasenverschiebungen, Unsymmetrie und verzerrte Stromformen.
Für eine korrekte Leistungsmessung müssen Spannung und Strom zeitgleich erfasst werden. Die momentane Leistung ergibt sich aus:
p(t) = u(t) × i(t)
Im Drehstromnetz werden die Leistungen der einzelnen Phasen beziehungsweise Messpfade zusammengeführt. Dabei muss jeder Stromkanal dem richtigen Spannungskanal zugeordnet sein.
Eine Stromzange kann zwar zeigen, wann ein Verbraucher ein- und ausgeschaltet wird. Für eine belastbare Energie- und Kostenanalyse ist jedoch ein Leistungs- und Energierecorder mit Spannungs- und Stromeingängen erforderlich.
Messaufbau im ein- und dreiphasigen Netz
Vor Beginn der Aufzeichnung muss die tatsächliche Netzform im Messgerät eingestellt werden. Typische Konfigurationen sind:
- einphasiges Netz,
- Drehstromnetz mit Neutralleiter,
- Drehstromnetz ohne Neutralleiter,
- unsymmetrisch belastetes Netz,
- Gleichspannungs- oder gemischte AC/DC-Anwendung.
In einem dreiphasigen Netz müssen die Spannung L1 und der Strom I1 zum selben Außenleiter gehören. Entsprechendes gilt für L2/I2 und L3/I3. Werden die Kanäle vertauscht, entstehen falsche Leistungsfaktoren und unplausible Wirk- oder Blindleistungswerte.
Vor dem eigentlichen Messstart sollten kontrolliert werden:
- richtige Netzform,
- Phasenfolge und Kanalzuordnung,
- Stromwandlerbereich und Übersetzungsverhältnis,
- Vorzeichen der Wirkleistung,
- plausible Spannungs- und Stromwerte,
- ausreichender Speicher und sichere Geräteversorgung.
Ein negativer Leistungswert kann auf einen falsch herum montierten Stromwandler hinweisen. Er kann aber auch korrekt sein, wenn eine Anlage elektrische Energie zurückspeist. Das Vorzeichen muss deshalb anhand der Messaufgabe bewertet werden.
Stromwandler richtig auswählen und montieren
Der Stromwandler bestimmt wesentlich, welchen Strombereich das Messgerät erfassen kann. Zur Verfügung stehen unter anderem geschlossene Stromzangen, flexible Stromschleifen und AC/DC-Stromwandler.
| Stromwandler | Typische Stärke | Wichtige Einschränkung |
|---|---|---|
| Geschlossene Stromzange | Gute Positionierung und definierter magnetischer Kreis | Leiter muss in die Zangenöffnung passen |
| Flexible Stromschleife | Montage um große Leiter, Schienen und schwer zugängliche Stellen | Üblicherweise nur für Wechselstrom; Lage und Schleifenschluss beachten |
| AC/DC-Stromzange | Messung von Wechsel- und Gleichstromanteilen | Nullabgleich und mögliche Sensordrift berücksichtigen |
| Fest eingebauter Stromwandler | Dauerhafte Unterzählung und Energiemonitoring | Übersetzungsverhältnis und sekundärseitige Sicherheit beachten |
Der Messbereich sollte nicht unnötig groß gewählt werden. Wird ein 10-kA-Wandler für einen Verbraucher mit normalerweise 20 A eingesetzt, nutzt das Signal nur einen sehr kleinen Teil des verfügbaren Bereichs. Dies kann die Auflösung und Genauigkeit verschlechtern.
Bei der Montage sind folgende Punkte wichtig:
- nur einen einzelnen Leiter beziehungsweise eine einzelne Stromschiene umfassen,
- Stromflussrichtung entsprechend der Markierung ausrichten,
- Zange oder flexible Schleife vollständig schließen,
- Abstand zu benachbarten Hochstromleitern berücksichtigen,
- Stromwandlerkabel sicher verlegen,
- den eingestellten Messbereich dokumentieren.
Werden Hin- und Rückleiter gemeinsam umfasst, heben sich ihre Magnetfelder weitgehend auf. Das Messgerät zeigt dann trotz vorhandener Verbraucher einen zu kleinen oder nahezu null Ampere betragenden Strom an.
Wie lange sollte ein Lastprofil aufgezeichnet werden?
Die Messdauer muss alle für den Betrieb typischen Zustände enthalten. Eine kurze Messung während einer ruhigen Produktionsphase kann weder die tatsächliche Spitzenlast noch den Wochenendverbrauch zuverlässig zeigen.
| Fragestellung | Sinnvolle Messdauer |
|---|---|
| Startverhalten einer einzelnen Maschine | Mehrere vollständige Start- und Arbeitszyklen |
| Verbrauch einer Produktionsanlage | Mindestens ein vollständiger repräsentativer Produktionstag |
| Schicht- und Wochenendverhalten | Eine vollständige Woche oder länger |
| Schwankende Auftrags- oder Saisonproduktion | Mehrere Wochen beziehungsweise verschiedene Produktionsphasen |
| Erfolgskontrolle einer Maßnahme | Vergleichbare Messung vor und nach der Umsetzung |
Die Messkampagne sollte normale Produktionsbedingungen abbilden. Betriebsferien, ungewöhnlich geringe Auslastung, Wartungsstillstände oder außergewöhnliche Großaufträge müssen in der Auswertung kenntlich gemacht werden.
Eine längere Aufzeichnung ist nicht automatisch besser, wenn betriebliche Ereignisse nicht dokumentiert werden. Ein Anlagen- oder Schichtprotokoll erleichtert die spätere Zuordnung von Laständerungen erheblich.
Aufzeichnungsintervall und Mittelwertzeit festlegen
Das Aufzeichnungsintervall bestimmt, wie detailliert Veränderungen sichtbar werden. Ein Intervall von mehreren Minuten eignet sich für langfristige Energieverläufe, kann aber kurze Startspitzen vollständig glätten.
| Auswertungsziel | Typisches Vorgehen |
|---|---|
| Motorstart oder kurzer Lastsprung | Hohe zeitliche Auflösung bis in den Sekunden- oder Subsekundenbereich |
| Maschinenzyklus | Aufzeichnung deutlich schneller als der kürzeste relevante Zyklusabschnitt |
| Tages- und Wochenlastprofil | Verdichtete Mittelwerte im Sekunden- oder Minutenbereich |
| Vergleich mit einem Energieversorger | Zusätzliche Auswertung im vertraglich verwendeten Leistungsintervall |
Ein häufig verwendeter Wert für die vertragliche Leistungsbewertung ist ein 15-Minuten-Mittelwert. Maßgeblich sind jedoch der konkrete Stromliefervertrag und die Daten des Netz- beziehungsweise Messstellenbetreibers.
Werden innerhalb von 15 Minuten 50 kWh verbraucht, entspricht dies einer mittleren Leistung von:
P = 50 kWh / 0,25 h = 200 kW
Eine kurze Motorstartspitze von 400 kW über wenige Sekunden muss deshalb nicht zu einer vertraglichen 15-Minuten-Spitzenlast von 400 kW führen. Für die elektrische Belastung der Anlage und mögliche Spannungseinbrüche kann sie trotzdem relevant sein.
Ideal ist eine Messung mit hoher interner Auflösung, aus der später unterschiedliche Mittelwertintervalle gebildet werden können.
Grundlast erkennen und bewerten
Die Grundlast ist die Leistung, die auch ohne eigentliche Produktion bestehen bleibt. Sie wird besonders während der Nacht, an Wochenenden, in Pausen und während Betriebsstillständen sichtbar.
Typische Grundlastverbraucher sind:
- Druckluftkompressoren und Leckagen,
- Lüftungs- und Absauganlagen,
- Kälte- und Kühlwassersysteme,
- Heizungen und Begleitheizungen,
- Pumpen im Dauerlauf,
- Server, Netzwerktechnik und USV-Anlagen,
- Maschinen im Stand-by-Betrieb,
- Beleuchtung und Gebäudetechnik.
Bereits eine kleine dauerhaft vorhandene Leistung verursacht über das Jahr einen erheblichen Energieverbrauch. Eine Grundlast von 10 kW entspricht innerhalb von 24 Stunden 240 kWh. Entscheidend ist deshalb nicht nur die Höhe, sondern auch die Dauer.
Nicht jede Grundlast ist vermeidbar. Sicherheitssysteme, Frostschutz, IT-Infrastruktur oder notwendige Kühlung müssen möglicherweise dauerhaft betrieben werden. Die einzelnen Anteile sollten trotzdem bekannt und technisch begründet sein.
Spitzenlast richtig interpretieren
Spitzenlasten entstehen häufig, wenn mehrere große Verbraucher gleichzeitig betrieben werden. Typische Ursachen sind:
- gleichzeitiger Start mehrerer Maschinen,
- Aufheizen elektrischer Öfen oder Trockner,
- Kompressoren während eines hohen Druckluftbedarfs,
- Kälteanlagen bei hoher thermischer Last,
- elektrische Ladeeinrichtungen,
- Pumpen und Lüfter ohne gestaffelte Einschaltung.
Bei der Bewertung muss zwischen drei Arten von Spitzen unterschieden werden:
| Spitzenart | Dauer | Typische Bedeutung |
|---|---|---|
| Sehr kurze Einschaltspitze | Millisekunden bis Sekunden | Netzbelastung, Schutzorgane, Spannungsfall und Maschinenstart |
| Prozessbedingte Leistungsspitze | Sekunden bis Minuten | Maschinenzyklus, Aufheizung oder Lastsprung |
| Gemittelte Lastspitze | Vertraglich definiertes Zeitintervall | Mögliche Bedeutung für Leistungspreis oder Anschlussauslegung |
Eine Maßnahme zur Spitzenlastreduzierung muss zur jeweiligen Spitzenart passen. Ein gestaffelter Maschinenstart kann einen kurzen Einschaltstrom reduzieren. Für einen hohen 15-Minuten-Mittelwert reicht dies möglicherweise nicht aus, wenn anschließend alle Anlagen gleichzeitig unter Volllast laufen.
Einzelne Verbraucher im Lastprofil identifizieren
Ein Lastprofil der Hauptverteilung zeigt zunächst nur die Summe aller angeschlossenen Verbraucher. Einzelne Anlagen lassen sich anhand charakteristischer Leistungssprünge und Betriebszeiten eingrenzen.
Hilfreich sind:
- Schicht- und Produktionsprotokolle,
- Maschinenlaufzeiten aus der Steuerung,
- gezieltes Ein- und Ausschalten im sicheren Betriebszustand,
- Vergleich mit bekannten Anschlussleistungen,
- zusätzliche Messung an Unterverteilungen,
- temporäre Unterzähler an großen Verbrauchern.
Ein eindeutiger Rückschluss allein aus der Kurvenform ist nicht immer möglich. Zwei Maschinen mit jeweils 30 kW können denselben Lastsprung erzeugen. Auch ein Verbraucher mit 30 kW Anschlussleistung nimmt im Teillastbetrieb möglicherweise deutlich weniger Wirkleistung auf.
Für komplexe Anlagen ist ein schrittweises Messkonzept sinnvoll: Zunächst wird die Hauptverteilung aufgezeichnet, anschließend werden auffällige Unterverteilungen und schließlich einzelne Großverbraucher untersucht.
Blindleistung und Leistungsfaktor berücksichtigen
Wirkleistung beschreibt die tatsächlich umgesetzte Energie. Leitungen, Transformatoren und Schaltgeräte werden jedoch durch den gesamten Strom und damit auch durch Blind- und Verzerrungsanteile belastet.
Bei induktiven Verbrauchern wie Motoren und Transformatoren kann ein ungünstiger Leistungsfaktor zu höheren Strömen führen. Mögliche Folgen sind:
- zusätzliche Leitungsverluste,
- stärkere Belastung von Kabeln und Transformatoren,
- geringere nutzbare Anschlussleistung,
- mögliche Kosten für Blindenergie, abhängig vom Vertrag.
Ein Lastprofil sollte deshalb nicht nur die Wirkleistung, sondern auch Blindleistung, Scheinleistung und Leistungsfaktor enthalten. Dabei ist zu beachten, dass cos φ und der gesamte Leistungsfaktor bei verzerrten Stromformen nicht zwingend dieselbe Aussage liefern.
Oberschwingungen und nichtlineare Verbraucher
Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, LED-Beleuchtung, Ladegeräte und andere leistungselektronische Verbraucher können nichtsinusförmige Ströme aufnehmen. Dadurch entstehen Oberschwingungen.
Diese können unter anderem:
- Neutralleiter zusätzlich belasten,
- Transformatoren und Leitungen erwärmen,
- Verluste erhöhen,
- Kompensationsanlagen beeinflussen,
- Messungen mit ungeeigneten Geräten verfälschen.
Für eine reine Energie- und Lastprofilanalyse genügt häufig ein Leistungs- und Energierecorder mit True-RMS-Messung. Besteht der Verdacht auf Netzqualitätsprobleme, sollte ein Netzanalysator eingesetzt werden, der Oberschwingungen, THD und gegebenenfalls Ereignisse oder Signalformen detaillierter auswertet.
Lastprofildaten systematisch auswerten
Eine strukturierte Auswertung erfolgt zweckmäßig in mehreren Schritten:
- Messung plausibilisieren: Kanalzuordnung, Vorzeichen, Netzform und Stromwandler prüfen.
- Gesamtenergie bestimmen: Aufgezeichnete Energie mit vorhandenen Zählerdaten vergleichen.
- Grundlast markieren: Nächte, Pausen und Wochenenden getrennt betrachten.
- Spitzenwerte bestimmen: Momentane Maximalwerte und gemittelte Leistungsspitzen unterscheiden.
- Betriebszeiten zuordnen: Laständerungen mit Produktions- und Maschinenprotokollen vergleichen.
- Phasen vergleichen: Unsymmetrien und ungewöhnliche Einzelphasenlasten erkennen.
- Leistungsfaktor prüfen: Blindleistung und Scheinleistung bewerten.
- Maßnahmen priorisieren: Einsparung, Umsetzbarkeit und betriebliche Auswirkungen gegenüberstellen.
Für den Vergleich verschiedener Tage kann es sinnvoll sein, Tagesprofile übereinanderzulegen. Wiederkehrende Spitzen werden dadurch leichter erkennbar als in einer einzigen langen Zeitreihe.
Auch eine sortierte Lastdauerlinie ist hilfreich. Dabei werden alle Leistungswerte der Größe nach geordnet. Sie zeigt, wie viele Stunden eine bestimmte Leistung überschritten wurde, bildet aber den zeitlichen Ablauf nicht mehr ab.
Einsparpotenziale aus dem Lastprofil ableiten
Typische Maßnahmen sind:
- unnötige Grundlastverbraucher außerhalb der Betriebszeit abschalten,
- Maschinenstarts zeitlich staffeln,
- Aufheizprozesse und Ladezeiten verschieben,
- Druckluftlecks beseitigen,
- Kompressor- und Pumpenregelungen optimieren,
- Stand-by-Zeiten reduzieren,
- Lastmanagement für Öfen, Kälteanlagen oder Ladepunkte einsetzen,
- Leistungsfaktor und Blindleistung verbessern,
- Unterzähler für dauerhaft auffällige Bereiche installieren.
Vor einer Investition sollte die erwartete Einsparung anhand des gemessenen Lastprofils berechnet werden. Die reine Anschlussleistung eines Verbrauchers ist dafür nicht ausreichend. Entscheidend sind die tatsächliche Leistungsaufnahme und Laufzeit.
Nach der Umsetzung ist eine Vergleichsmessung unter möglichst ähnlichen Produktionsbedingungen erforderlich. Nur so lässt sich erkennen, ob die Maßnahme den Energieverbrauch oder die Spitzenlast tatsächlich reduziert hat.
Typische Mess- und Interpretationsfehler
Strom wird mit Leistung gleichgesetzt
Spannung, Phasenverschiebung und Stromverzerrung werden nicht berücksichtigt. Die berechnete Leistung kann erheblich vom tatsächlichen Wert abweichen.
Stromwandler und Spannungskanäle sind vertauscht
Der Strom von L1 wird mit der Spannung von L2 verrechnet. Leistungsfaktor und Leistung werden unplausibel.
Stromwandler sind falsch herum montiert
Verbrauch erscheint als Einspeisung oder einzelne Phasen heben sich in der Gesamtleistung teilweise auf.
Der Strommessbereich ist zu groß
Der normale Laststrom nutzt nur einen kleinen Teil des Sensorbereichs. Kleine Verbraucher und Grundlaständerungen werden ungenauer erfasst.
Die Messdauer ist zu kurz
Wochenendgrundlast, seltene Großverbraucher oder Schichtwechsel fehlen in der Aufzeichnung.
Das Messintervall ist zu lang
Kurze Spitzen und Maschinenzyklen werden geglättet und bleiben unsichtbar.
Ein Sekundenmaximum wird mit der vertraglichen Spitzenlast verwechselt
Der Energieversorger kann Leistung über ein längeres Intervall mitteln. Beide Werte erfüllen unterschiedliche Bewertungszwecke.
Grundlast wird vollständig als Verschwendung bewertet
Notwendige Sicherheits-, Kühl-, IT- oder Bereitschaftssysteme werden nicht von vermeidbaren Dauerverbrauchern getrennt.
Produktionsmenge wird nicht berücksichtigt
Ein Tag mit höherem Energieverbrauch kann effizienter sein, wenn gleichzeitig deutlich mehr produziert wurde. Zusätzlich zum absoluten Verbrauch sollte daher eine geeignete Energiekennzahl je Produkt oder Prozess betrachtet werden.
Sicherer Einbau im Schaltschrank
Für die Leistungsmessung werden Spannungsleitungen direkt mit dem elektrischen Netz verbunden. Der Einbau darf deshalb nur durch entsprechend qualifizierte Personen unter Beachtung der betrieblichen Sicherheitsregeln erfolgen.
Vor der Messung sind insbesondere zu prüfen:
- Messkategorie und zulässige Spannung des Recorders,
- Messkategorie von Leitungen, Klemmen und Stromwandlern,
- erwarteter Kurzschlussstrom am Messort,
- sichere und berührungsgeschützte Anschlusspunkte,
- geeignete persönliche Schutzausrüstung,
- Zugentlastung und sichere Kabelführung,
- Schließen des Schaltschranks während der Aufzeichnung.
Auch wenn Stromzangen ohne Unterbrechung des Leiters montiert werden können, bedeutet dies nicht, dass die vollständige Installation gefahrlos unter Spannung vorgenommen werden darf. Das betriebliche Freischalt- und Schutzkonzept ist maßgeblich.
Praxisbeispiel: Lastprofil eines Produktionsbetriebs
Ein metallverarbeitender Betrieb kennt seinen monatlichen Energieverbrauch, kann die wiederkehrenden Leistungsspitzen jedoch keiner bestimmten Anlage zuordnen. Für sieben vollständige Tage wird ein Leistungs- und Energierecorder an der Hauptverteilung installiert.
Die Aufzeichnung zeigt:
- eine Grundlast von ungefähr 38 kW während der Nacht,
- eine normale Produktionslast zwischen 140 und 230 kW,
- wiederkehrende gemittelte Spitzen von mehr als 350 kW am Schichtbeginn,
- kurze zusätzliche Einschaltspitzen beim Start großer Motoren.
Durch den Vergleich mit den Maschinenprotokollen wird festgestellt, dass am Schichtbeginn gleichzeitig ein elektrischer Ofen aufheizt, der zentrale Druckluftkompressor nachlädt und mehrere Werkzeugmaschinen gestartet werden.
Eine Messung an den Unterverteilungen zeigt außerdem, dass ein Teil der nächtlichen Grundlast durch den Kompressor verursacht wird. Während der produktionsfreien Zeit schaltet er regelmäßig nach, obwohl keine planmäßigen Druckluftverbraucher aktiv sind. Eine Leckagesuche bestätigt einen unnötigen Druckluftverbrauch.
Als Maßnahmen werden:
- die Ofenaufheizung zeitlich vorgezogen,
- Maschinenstarts gestaffelt,
- Druckluftleckagen beseitigt,
- nicht benötigte Absaugungen automatisch abgeschaltet.
Eine zweite Messkampagne unter vergleichbarer Auslastung zeigt eine niedrigere Grundlast und deutlich geringere gemittelte Leistungsspitzen. Die Produktionsmenge bleibt unverändert.
Das Beispiel verdeutlicht, dass Energieverbrauch und Spitzenlast getrennte Ursachen besitzen können. Die Leckage beeinflusst hauptsächlich die über viele Stunden anfallende Energie, während die gleichzeitigen Starts für die Leistungsspitze verantwortlich sind.
Messgerät und Stromwandler auswählen
Für die Auswahl werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- einphasiges oder dreiphasiges Netz,
- Netzspannung und Frequenz,
- maximaler und typischer Betriebsstrom,
- Leiterdurchmesser beziehungsweise Stromschienenabmessungen,
- Wechselstrom, Gleichstrom oder gemischte Anwendung,
- Messung an Haupt- oder Unterverteilung,
- gewünschte Messdauer und zeitliche Auflösung,
- benötigte Wirk-, Blind- und Scheinleistungswerte,
- Anforderungen an Oberschwingungs- und Netzqualitätsanalyse,
- Innen- oder Außeneinsatz,
- lokaler oder entfernter Zugriff auf die Daten,
- Export-, Berichts- und Kostenanalyse,
- Messkategorie und Umgebungsbedingungen.
Ein Energierecorder eignet sich besonders für langfristige Last- und Verbrauchsprofile. Bei der Untersuchung von Spannungseinbrüchen, transienten Ereignissen oder detaillierten Oberschwingungen wird dagegen ein entsprechend ausgestatteter Netzqualitätsanalysator benötigt.
Welche Messgeräte und Produkte eignen sich?
Leistungs- und Energieanalysatoren
Die Kategorie Leistungs- und Energieanalysatoren / Energierecorder umfasst Geräte für Lastprofilaufzeichnungen, Energieaudits, Verbrauchsmessungen und Netzanalysen.
Je nach Ausführung stehen unterschiedliche Spannungs- und Stromeingänge, Stromwandler, Speicherintervalle, Kommunikationswege und Analysefunktionen zur Verfügung.
PEL 113 Leistungs- und Energierecorder
Der PEL 113 ist ein kompakter Leistungs- und Energierecorder mit drei Spannungs- und drei Stromeingängen sowie einer beleuchteten Digitalanzeige.
Er misst und speichert unter anderem:
- Wirk-, Blind- und Scheinleistung,
- Wirk-, Blind- und Scheinenergie,
- Leistungsfaktor und Phasenparameter,
- Spannungen und Ströme,
- Gesamtverzerrung von Strom und Spannung.
Über USB, Ethernet oder Wi-Fi können Messwerte übertragen und mit der Software PEL Transfer ausgewertet werden. Das Gerät eignet sich insbesondere für Energieaudits, Lastprofile und industrielle Wartungsaufgaben.
PEL104 Power-Energy Logger
Der PEL104 ist für längere Messkampagnen und detaillierte Energieverbrauchsanalysen ausgelegt.
Er ermöglicht eine fortlaufende Aufzeichnung mit einem Erfassungstakt bis hinunter zu 200 ms. Messdaten werden auf einer SD-Speicherkarte abgelegt. Für Kommunikation und Fernzugriff stehen abhängig von der Konfiguration USB, Ethernet, Bluetooth, Wi-Fi und Mobilfunk zur Verfügung.
Damit lassen sich sowohl längerfristige Lastprofile als auch vergleichsweise kurze Leistungsänderungen erfassen. Alarmgrenzen unterstützen die Überwachung festgelegter Leistungswerte.
PEL106 für Außenanlagen und raue Umgebungen
Der PEL106 besitzt ein feldtaugliches Gehäuse in Schutzart IP67 und eignet sich dadurch auch für Messkampagnen im Freien oder unter rauen Umgebungsbedingungen.
Er verfügt über vier Spannungs- und vier Stromeingänge und zeichnet Leistungs- und Energiewerte mit einem Erfassungstakt bis hinunter zu 200 ms auf. Verschiedene Kommunikationsschnittstellen ermöglichen die Überwachung länger laufender Messkampagnen aus der Ferne.
PEL112 als kompakter Recorder ohne Display
Der PEL112 ist ein kompakter Leistungs- und Energierecorder mit Magnethalterung und drei Spannungs- sowie drei Stromeingängen.
Die Ausführung ohne Display eignet sich für längerfristige Installationen im Schaltschrank. Das Gerät kann auch bei Umgebungstemperaturen bis −20 °C eingesetzt werden und ist damit beispielsweise für Kühlhäuser interessant.
PQA820 für ergänzende Leistungs- und Netzanalyse
Der PQA820 kombiniert die Aufzeichnung von Leistung und Energie mit weiterführenden Netzparametern.
Neben Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie den entsprechenden Energiewerten erfasst das Gerät Leistungsfaktor, Frequenz, THD und Oberschwingungen von Spannung und Strom bis zur 50. Ordnung.
Der PQA820 eignet sich deshalb, wenn neben dem Lastprofil auch der Einfluss von Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen oder anderen nichtlinearen Verbrauchern untersucht werden soll.
Fazit: Das Lastprofil macht Energieverbrauch und Leistungsbedarf nachvollziehbar
Ein Gesamtzähler zeigt nur die verbrauchte Energie. Das Lastprofil ergänzt die zeitliche Information und macht sichtbar, wann Grundlast, Produktionslast und Leistungsspitzen entstehen.
Für eine belastbare Analyse müssen Spannung und Strom gleichzeitig gemessen werden. Eine reine Stromaufzeichnung kann die tatsächliche Wirkleistung bei Blindleistung, Unsymmetrie und nichtlinearen Verbrauchern nicht zuverlässig bestimmen.
Messdauer und Aufzeichnungsintervall richten sich nach der Fragestellung. Kurze Intervalle zeigen Maschinenstarts und Lastsprünge, während längere Messkampagnen Schicht-, Wochenend- und Grundlastverläufe erfassen.
Die höchste momentane Leistung darf nicht automatisch mit der vertraglich relevanten Spitzenlast gleichgesetzt werden. Entscheidend ist das jeweils verwendete Mittelungsintervall.
Besonders große Einsparpotenziale liegen häufig in unnötigen Dauerverbrauchern und der zeitlichen Überschneidung großer Lasten. Eine Vergleichsmessung nach der Umsetzung zeigt, ob die Maßnahmen tatsächlich wirksam sind.
Häufige Fragen zur Lastprofilmessung
Was ist der Unterschied zwischen Leistung und Energie?
Leistung beschreibt den momentanen Energiebedarf in Kilowatt. Energie beschreibt die über einen Zeitraum verbrauchte elektrische Arbeit in Kilowattstunden.
Wie lange sollte ein Lastprofil gemessen werden?
Die Messung sollte mindestens einen vollständigen repräsentativen Betriebszyklus umfassen. Für Schicht-, Nacht- und Wochenendverläufe ist häufig eine Messdauer von mindestens einer Woche sinnvoll.
Kann ich das Lastprofil nur mit einer Stromzange messen?
Eine Stromzange zeigt den Stromverlauf. Für eine genaue Wirkleistungs- und Energiemessung müssen zusätzlich Spannung und Phasenbeziehung erfasst werden.
Was ist die Grundlast eines Betriebs?
Die Grundlast ist die Leistung, die auch bei geringer oder vollständig ruhender Produktion dauerhaft bestehen bleibt. Typische Ursachen sind Kühlung, Druckluft, Lüftung, Pumpen, IT und Stand-by-Verbraucher.
Was ist eine Spitzenlast?
Die Spitzenlast ist der höchste Leistungswert innerhalb eines definierten Auswertungsintervalls. Sehr kurze Einschaltspitzen und über mehrere Minuten gemittelte Leistungsspitzen müssen getrennt bewertet werden.
Warum zeigt das Messgerät eine negative Leistung?
Mögliche Ursachen sind ein falsch herum montierter Stromwandler, eine falsche Zuordnung von Strom- und Spannungskanälen oder eine tatsächliche Energierückspeisung.
Wie finde ich heraus, welcher Verbraucher eine Spitze verursacht?
Das Lastprofil wird mit Maschinen-, Schicht- und Produktionsprotokollen verglichen. Bei Bedarf werden anschließend Unterverteilungen oder einzelne Großverbraucher separat gemessen.
Welches Messintervall ist richtig?
Das Intervall muss kürzer als der kleinste relevante Vorgang sein. Für Maschinenstarts ist eine hohe zeitliche Auflösung erforderlich. Für Wochenprofile können zusätzlich verdichtete Minuten- oder Viertelstundenwerte verwendet werden.
Wann benötige ich einen Netzqualitätsanalysator?
Ein Netzqualitätsanalysator ist sinnvoll, wenn neben Leistung und Energie auch Oberschwingungen, Spannungseinbrüche, Unsymmetrie oder andere Netzstörungen untersucht werden sollen.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden Netzform, Spannung, Strombereich, Leiterabmessungen, Messdauer, erforderliche Zeitauflösung, Innen- oder Außeneinsatz, gewünschte Leistungs- und Energiegrößen, Kommunikationsanforderungen sowie Anforderungen an Oberschwingungs- und Netzqualitätsanalyse.