Von Planung und Engineering bis zu Betrieb und Instandhaltung – die Digitalisierung schafft auch in der elektrischen Energieverteilung neue Möglichkeiten: Softwarebasierte Planungstools und Engineering-Systeme sowie digitale Zwillinge sorgen vom ersten Schritt an für entscheidend mehr Effizienz, Fehlerfreiheit, Flexibilität und Sicherheit in der Planungsphase. Digitale Gebäude-Zwillinge ermöglichen die optimale Abstimmung aller Anlagen und Gewerke, verhindern Fehler und senken die Planungs-, Bau- und Wartungskosten nachhaltig.
Die Integration kommunikationsfähiger Schutz-, Schalt- und Messgeräte macht die Elektrifizierung zum Bestandteil der industriellen Automatisierung oder von Energiemanagement-Systemen. Präzise Datenerfassung und Visualisierung sowie server- oder cloudbasierte Analysen ermöglichen die Optimierung von Anlagenbetrieb, Energieverbrauch und Wartungsintervallen sowie innovative Servicegeschäftsfelder.
Als zentralen Mehrwert gewährleisten digitale Siemens-Softwaretools wie beispielsweise die Tools aus der Simaris-Suite dabei eine hohe Transparenz schon bei der Planung elektrischer Energieverteilungsanlagen. Die Kompatibilität zur Bauwerksdatenmodellierung BIM (Building Information Modeling) von zum Beispiel Simaris busbarplan als leistungsfähiges Planungs- und Projektierungstool für Schienenverteiler-Systeme schafft die Grundlage, einen gewerkeübergreifenden digitalen Zwilling zu erstellen. Die Daten dieses digitalen Zwillings können in jeder Phase des Projektes verwendet und bis hin zum Betrieb des Gebäudes angereichert werden.
Im Betrieb kann die Wirtschaftlichkeit von Anlagen wesentlich erhöht werden: Anlagenverfügbarkeit und Ausfallsicherheit steigen. Wartungsintervalle lassen sich ebenso optimieren wie die Lebensdauer. Auch in Bezug auf die Energieeffizienz in Industrieanlagen, Infrastrukturen und Gebäuden erschließt die Digitalisierung neue Potenziale: Wo intelligente Systeme in der Energieverteilung Daten in großem Umfang erheben, verarbeiten und analysieren können, entsteht daraus wertvolles Wissen. Betreiber können damit auf der Basis einer durchgängigen Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und eines Energiedaten-managements Ressourcen effizienter einsetzen und den Verbrauch entsprechend minimieren. Und nicht zuletzt lassen sich mit den erfassten Daten auch Instandhaltungskonzepte im Sinne einer vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) nachhaltig verbessern und die Resilienz vernetzter Infrastrukturen in Gebäuden und Produktionsanlagen erhöhen.
Daten intelligent nutzen
Die Voraussetzung dafür bilden vielfältige Mess- und Zustandsdaten, wie sie insbesondere IoT-fähige Schutz-, Schalt- und Messgeräte über ihre eigentlichen Aufgaben hinaus liefern. Allerdings stellt selbst eine große Anzahl an Daten für sich genommen noch keine aussagekräftige Information dar. Vielmehr geht es darum, die erfassten Informationen sinnvoll in Beziehung zueinander zu setzen, zu analysieren und übersichtlich zu visualisieren.
In der Energieverteilung übernehmen diese Aufgabe leistungsfähige Softwaretools beispielsweise für das Energiemanagement, für ein einfaches umfassendes Energiemonitoring, für die Zustandsüberwachung oder ein vorausschauendes Wartungsmanagement. Einer Studie (1) zufolge kann Predictive Maintenance die Produktivität um durchschnittlich 25 Prozent steigern. Die Zahl der Ausfälle reduziert sich um bis zu 70 Prozent, Wartungskosten sinken um bis zu 25 Prozent.
Besondere Potenziale ergeben sich dabei, wenn entsprechende Softwaretools auch in ein übergeordnetes cloudbasiertes Analysesystem eingebettet werden, etwa in die offene IoT-Plattform Mindsphere von Siemens: Der Aufwand für eine eigene IT-Infrastruktur für das technische Gebäude- und Instandhaltungsmanagement lässt sich dadurch wesentlich reduzieren. Zudem kann in Cloud-Systemen ein enormes Datenvolumen von unterschiedlichen Geräten gespeichert und verarbeitet werden, das ortsunabhängig für umfangreiche Analysen zur Verfügung steht.
Softwaretools von Siemens
Ein solches Tool ist die Diagnosestation Simaris Control von Siemens. Als digitaler Zwilling der Schaltanlage sammelt und visualisiert die PC-basierte Software vielfältige Daten in der Anlage selbst, genauer: in der Niederspannungsschaltanlage Sivacon S8plus. Über eine OPC-Schnittstelle sind diese Daten zudem auch für cloudbasierte Anwendungen verfügbar. Eine übersichtlich strukturierte und intuitiv bedienbare Oberfläche ermöglicht den Zugriff auf sämtliche Informationen zu Anlagenzustand, Sensordaten, Messwerten und Energiebedarf. Zusätzlich lassen sich über die Oberfläche angeschlossene Geräte parametrieren sowie Anpassungen in der Anlagenstruktur selbst vornehmen.Dies ermöglicht eine schnelle Inbetriebnahme und einen flexiblen Betrieb.
Über die Funktion „Health Index“ lassen sich dabei anhand der bisherigen Betriebsdaten auch Aussagen über den Zustand der Anlage und einzelner Abzweige treffen. Auf dieser Grundlage sind Prognosen über die noch zu erwartende Lebensdauer der jeweiligen Geräte möglich. Störungen können so frühzeitig identifiziert und behoben, Ausfälle präventiv vermieden und Wartungsroutinen besser geplant werden. Service und Wartung lassen sich dementsprechend optimieren. Und auch die Anlagendokumentation kann komplett papierlos über Simaris Control erfolgen: Alle Unterlagen wie Stücklisten, Stromlaufpläne oder Gerätehandbücher, die zu einem Abzweig gehören, sind einfach über die Oberfläche aufzurufen. Zusätzlich lassen sich auch eigene Unterlagen mit wenigen Handgriffen einbinden.
Die Diagnosestation Simaris Control bildet für komplexe Anforderungen, wie Motor-Control-Center-Anwendungen, eine leistungsvolle Schnittstelle zu Automatisierungs- und Energiemanagementsystemen sowie zu cloudbasierten Lösungen wie Mindsphere. Darüber hinaus kann auch die cloudbasierte IoT-Datenplattform 7KN Powercenter 3000 als einfacherer Einstieg in IoT dienen. Das Kommunikations-Gateway SGW1050 sorgt für eine direkte Anbindung der Energiedaten von den Schienenverteilern in Cloud-Anwendungen wie zum Beispiel Mindsphere.
Datenübertragung per Stromschiene
Um die Potenziale der Digitalisierung bis zum Verbraucher voll auszuschöpfen, lohnt es sich, Schienenverteiler-Systeme einzusetzen. Die erfassten Daten können direkt und zuverlässig über mehrere hundert Meter übertragen werden. Als Alternative zu aufwendiger Datenkabel-Verlegung oder potenziell unzuverlässigen Funkverbindungen ist dies durch neue Technologien inzwischen auch direkt über Stromschienen möglich. Als Vorbild dafür dient die Datenübertragung über vorhandene Stromnetze, wie sie beispielsweise immer mehr Energieversorger nutzen, um intelligente Zähler, sogenannte Smart Meter, über weite Strecken anzubinden und darüber den Netzbetrieb intelligent zu überwachen und zu steuern.
Die technische Voraussetzung dafür schafft ein Verfahren, mit dem sich bereits vorhandene Übertragungswege mehrfach nutzen lassen. Die Signale werden dabei über variable Trägerfrequenzen zusätzlich auf die drei Phasen des Schienenverteilers auf- und anschließend wieder demoduliert. Durch die Mehrfachnutzung von vorhandenen Leiterbahnen gilt dieser Übertragungsweg als sehr schnell und kostengünstig umsetzbar. Darüber hinaus gewährleistet das Verfahren, das im Fall von Stromnetzen als „powerline communication“ (PLC) bezeichnet wird, eine hohe Resistenz gegenüber Störeinflüssen, wie beispielsweise Oberwellen und damit einen sehr zuverlässigen Datenverkehr.
Als Kommunikationsstandard für entsprechende Anwendungen hat sich G3-PLC (2) etabliert. Dieser starke und sichere Standard wurde speziell für die Datenübertragung in Smart Grids und Industrienetzen entwickelt, um aus Energieverteilungen intelligente Netzwerke zu machen, und Betreibern damit neue Möglichkeiten zu eröffnen. Dank der hohen Reichweite lassen sich Daten per G3-PLC auch über weite Strecken hinweg einfach und ohne Einsatz von Repeatern übertragen.
Bei den Schienenverteiler-Systemen Sivacon 8PS ist das Powerline-Modul zusammen mit kommunikationsfähigen Schutz-, Schalt- und Messgeräten in den Abgangskasten integriert. Es lässt sich per Plug-and-Work an das Schienensystem anschließen bzw. mit sogenannten Retrofit-Kits an bereits vorhandenen Abgangskästen nachrüsten. Messdaten wie Leistung und Strom sowie Diagnoseinformationen, wie beispielsweise Schaltzyklen, können dann über die Leiterbahnen des Schienenverteilers an übergreifende Automatisierungs- und Energiemanagementsysteme weitergegeben werden.
Fazit
Eingesetzt als Datenlieferanten, schaffen Anlagen zur elektrischen Energieverteilung die Voraussetzung für mehr Sicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit im Betrieb. Sie spielen im Ökosystem von industriellen Anlagen, Infrastrukturen und Gebäuden damit eine wesentliche Rolle – und eine bisher weitgehend unterschätzte. Umso mehr lohnt es sich, die spezifischen Vorteile der Digitalisierung auch auf der Niederspannungsebene zu nutzen.
