Einen Schaltschrank mit dem Internet verbinden: Warum und wie?
Ein Schaltschrank – sei es eine Hauptniederspannungsschaltanlage (TGBT), ein Sekundärverteilerschrank, eine Motorsteuerungsschaltanlage oder ein Blindleistungskompensationsschrank – ist das Herzstück der elektrischen Anlage eines Standorts. Die Fernanbindung bietet unmittelbare Vorteile:
- Energieüberwachung: Verbrauchsdaten (kWh, kW, cos phi) in Echtzeit verfolgen, um die Stromrechnung zu optimieren und Anomalien zu erkennen
- Fehlermeldungen: Bei Auslösung einer Schutzvorrichtung oder eines Alarms sofort benachrichtigt werden
- Vorbeugende Wartung: Erkennen von Phasenungleichgewichten oder Temperaturanstiegen noch vor dem Ausfall
- Konformität mit ISO 50001: Verfügbarkeit detaillierter Verbrauchsdaten für das Energiemanagement
Typische Komponenten eines vernetzten Schaltschranks
Ein Hauptverteilerschrank oder ein vernetzter Verteilerschrank umfasst in der Regel:
Kommunikationsfähige Energiezähler:
- Hauptzähler (kWh, kW, kVAR, Leistungsfaktor, Oberschwingungen) mit Modbus RTU/TCP
- Teilstromkreiszähler (Beleuchtung, HLK, Prozess, Büros)
- Netzanalysatoren (Stromqualität, THD)
Kommunikationsfähige Schutzvorrichtungen:
- Kommunikationsfähige Leistungsschalter (Status, gemessener Strom, Anzahl der Auslösungen)
- Fehlerstromschutzschalter (Fehlerstrom, Status „aktiviert“/„ausgelöst“)
- Motorschutzrelais (Strom, Temperatur)
Umgebungssensoren:
- Temperatursensor im Schrank (Thermostat)
- Türöffnungssensor (Sicherheit)
- Feuchtigkeitssensor
Der 4G-Router auf DIN-Schiene: das Herzstück des vernetzten Schaltschranks
Der industrielle 4G-Router auf DIN-Schiene ist die Komponente, die den Fernzugriff auf den Schaltschrank ermöglicht. Seine Eigenschaften müssen an die Umgebungsbedingungen im Schaltschrank angepasst sein:
| Merkmal | Anforderungen an den Schaltschrank |
|---|---|
| Bauform | 35-mm-DIN-Schiene |
| Stromversorgung | 24 V DC (oder 12–48 V DC / 100–240 V AC) |
| Betriebstemperatur | -20 bis +60 °C (nicht klimatisierte Schaltschränke) |
| RS-485-Anschluss | Unverzichtbar für Modbus-RTU-Zähler |
| Ethernet-Anschluss | Für Ethernet-Zähler/-Geräte |
| Integriertes VPN | IPsec oder OpenVPN |
| Externe Antenne | SMA-Anschluss für Koaxialkabel zur externen Antenne |
| Schutzart | Mindestens IP20 (geschlossener Schaltschrank) |
Modbus-Protokoll in Schaltschränken
Modbus RTU über RS-485 ist das vorherrschende Protokoll in Schaltschränken für Zähler und Messgeräte. Hier sind die typischen Register für Energiezähler:
| Messwert | Modbus-Register (Typ) | Einheit |
|---|---|---|
| Spannung Phase 1 | 3000 (nur Lesezugriff, Eingangsregister) | 0,1 V |
| Strom Phase 1 | 3020 | 0,01 A |
| Gesamtwirkleistung | 3060 | 0,1 kW |
| Gesamtwirkenergie | 4000 | 0,1 kWh |
| Gesamt-Cos phi | 3080 | 0,001 |
| Spannungs-THD | 3100 | 0,1 % |
Diese Register variieren je nach Hersteller und Modell – lesen Sie daher stets die Modbus-Dokumentation des Zählers.
RS-485-Verkabelung in einem Schaltschrank
Die RS-485-Verkabelung für einen Modbus-Bus in einem Schaltschrank erfordert einige Vorsichtsmaßnahmen:
- Geschirmtes 2-adriges Kabel (z. B. Belden 9842 oder Draka LiYCY 2×0,25 mm²)
- 120-Ω-Abschluss am Ende des Busses (Widerstand oder Jumper bei bestimmten Geräten)
- Polarisation: Bestimmte RS-485-Master erfordern Polarisationswiderstände am Anfang des Busses
- Trennung von Stark- und Schwachstrom: Verlegen Sie das RS-485-Kabel getrennt von den Stromkabeln (>30 cm oder in einem separaten Kabelkanal)
- Anschluss der Abschirmung: Schließen Sie die Abschirmung nur auf einer Seite (Master-Seite) an die Schrankerdung an, um Masseschleifen zu vermeiden
Energieüberwachung über einen vernetzten Hauptverteilerschrank
Sobald der 4G-Router und die Modbus-Zähler installiert sind, kann die Überwachungsplattform Folgendes anzeigen:
- Lastverlauf: Wirkleistung in kW über 24 Stunden, 7 Tage, 30 Tage
- Verbrauch nach Verbrauchsart: Aufteilung auf Beleuchtung / Prozess / Büros / HLK
- Netzqualität: THD, cos phi, Phasenunsymmetrie
- Warnmeldungen: Überschreitung der vertraglich vereinbarten Leistung, unsymmetrischer Strom, Schaltschranktemperatur
- ISO 50001-Bericht: CSV-/Excel-Export für Energieaudit