Fachartikel: Energiemanagement und Differenzstromüberwachung für Kliniken

Die Haßberg-Kliniken sind ein Verbund der Allgemeinkrankenhäuser im Landkreis Haßberge an den Standorten Haßfurt und Ebern. Bei einer Modernisierung der Niederspannungsverteilungen wurde auch eine Energiedatenerfassung und Differenzstromüberwachung von PQ Plus installiert. Die Systeme schaffen Energietransparenz, ermöglichen Energieeinsparungen, vereinfachen die Wartung und erlauben Stromabrechnungen für die Mieter.

Das größte Haus der Haßberg-Kliniken [1] ist das im Jahr 1945 gegründete Krankenhaus in Haßfurt. Kontinuierliche An- und Ausbauten führten sukzessive zu einer Ausweitung der Kapazität auf jetzt 150 Planbetten. Das Leistungsspektrum umfasst die Anästhesie, die Akutgeriatrie mit zertifiziertem Alters-Trauma-Zentrum, die Allgemeinchirurgie mit Sektion Gefäßchirurgie, die Orthopädie und Unfallchirurgie, die Innere Medizin Kardiologie und Gastroenterologie sowie die Gynäkologie & Geburtshilfe. In Haßfurt werden jährlich rund 7 000 stationäre und fast 9 000 ambulante Fälle von circa 450 Mitarbeitern versorgt.

Das Haus Ebern der Haßberg-Kliniken blickt auf eine über 100-jährige Geschichte zurück und bietet eine Kapazität von derzeit 50 Betten auf einer internistischen Station, welche auch eine Intermediate-Care-Station sowie die Palliativmedizin mit einer SAPV-Außenstelle beinhaltet. In Ebern werden jährlich etwa 250 stationäre und rund 1 300 ambulante Fälle von circa 60 Mitarbeitern betreut.

Modernisierung der Niederspannungsverteilungen

Im Jahr 2020 wurde mit der Modernisierung der Niederspannungsverteilungen in Haßberg und in Ebern begonnen. Bei dieser Maßnahme sollte auch eine Energiedatenerfassung, ein Differenzstromüberwachung und ein Energiemanagementsystem implementiert werden. Mit den Daten sollte auch die Abrechnung der Energiekosten für die Mieter und Dienstleister, zum Beispiel die Kantine, ermöglicht werden. Überzeugen konnte das Planungsbüro und den Betreiber die Hard- und Software von PQ Plus. Das Produktportfolio von PQ Plus umfasst die Schwerpunkte Netzqualitätsüberwachung nach DIN EN 50160, RCM/Differenzstromüberwachung, Verbrauchs- und Leistungsmessung, MID-konforme Messung als auch die Drittmengenabgrenzung. Die Mitarbeiter beraten Anwender und Interessenten bei der Auswahl der richtigen Messtechnik für ihre Projekte, sie unterstützen bei der Installation und führen Inbetriebnahmen durch.

Die Universaleinbaumessgeräte UMD98 LB erfassen alle Energiedaten.
Bild: PQ Plus

Energieverbrauch analysieren und optimieren

Energiemessgeräte und Energiemanagement-Software ergänzen sich ideal in der Überwachung und Verbesserung der Energieeffizienz und Sicherheit elektrischer Gebäudeinfrastrukturen. Energiemessgeräte erfassen den Energieverbrauch in Echtzeit an verschiedenen Punkten im Gebäude. Die Energiemanagement-Software sammelt diese Daten und stellt sie in übersichtlichen Dashboards dar, die es den Nutzern ermöglichen, den Energieverbrauch zu überwachen und Trends zu identifizieren. Durch die Analyse der Daten aus den Energiemessgeräten kann die Energiemanagement-Software Einsparpotenziale identifizieren. Weiterhin kann sie so konfiguriert werden, dass sie Alarme auslöst, wenn der Energieverbrauch unerwartet ansteigt oder sich außerhalb vordefinierter Grenzwerte bewegt. Jens Schübel, Technischer Leiter bei der PQ Plus GmbH, erklärt: „Unsere Energiemessgeräte bieten eine Vielzahl von Funktionen und Möglichkeiten, um den Anforderungen für das Energiemanagement mehr als gerecht zu werden. Von kostengünstigen Energiezählern und Universalmessgeräten mit hoher Genauigkeit, über unser kompaktes und modulares System für eine Vielzahl an zentralen Messungen bis hin zu unseren Netzqualitätsanalysatoren mit hoher Abtastung und zusätzlichen Messeingängen für Fehlerstrommessungen decken wir alle Anwendungen und Anforderungen ab.“ Durch die verschiedenen Schnittstellen und vielfältigen Protokollen, wie Modbus, M-Bus, MQTT, SNMP und Bacnet IP, können die Daten über unterschiedliche Wege in die Software von PQ Plus, aber auch in Fremdsysteme einfach integriert werden.

Software für eine aussagekräftige Datenauswertung

Die Software Envis Web bildet die Grundlage zur Optimierung der zur Verfügung stehenden Energie. Die Aufzeichnung und Auswertung aller relevanten Energie erfolgt automatisiert. Aufgrund dieser Datenbasis ist es möglich, zeitnah Einsparpotentiale zu lokalisieren, die notwendigen Maßnahmen einzuleiten und den Erfolg zu kontrollieren. Die Dashboard-Oberfläche von Envis Web lässt sich frei parametrieren und bietet so für jeden User eine auf seine Bedürfnisse zugeschnittene Darstellung über Energieflüsse im Unternehmen. Die Lastganganalyse visualisiert eine Dauerkennlinie der Messdaten. In der Regel liegen hier 15-Minuten-Wirkleistungsmesswerte als Grundlage vor. Aus der Grafik heraus wird ersichtlich, welchen zeitlichen Anteil über einen gewählten Gesamtzeitraum eine bestimmte Leistung nachgefragt wird. Dadurch können Möglichkeiten gefunden werden, Leistungsspitzen zu reduzieren und dadurch Energiekosten zu senken. Einsparpotenzial bietet ebenfalls das Senken der Grundlast.

In Envis Web lassen sich bedarfsgerechte und usergerechte Dashboards erstellen. Diese bieten eine Datenanalyse wichtiger Messpunkte auf einen Blick.
Bild: PQ Plus

Vernetzte Hardware

In den Haßberg-Kliniken kommen circa 15 Universaleinbaumessgeräte UMD98 LB zum Einsatz. Das UMD 98 ist ein leistungsfähiges Fronttafeleinbaumessgerät und ersetzt alle Analogmessgeräte. Es misst 3/4-phasig Strom und Spannung im Vier-Quadranten-Betrieb in Klasse 0,2 und damit die Arbeit in Klasse 0,5s sowie alle üblichen Netzgrößen, zum Beispiel Oberschwingungen bis zur 50. Harmonischen. Das Gerät wird über Stromwandler mit N/5 A und N/1 A angeschlossen. Das UMD98 hat zwei Analogeingänge zur RCM-Messung. Es kann in 230/400-V-TN-S-Netzen eingesetzt werden. Über die Ethernet-Schnittstelle und den frontseitigen Mini-USB-Anschluss kann auf das Gerät zugegriffen werden. Damit sind auch Internetprotokolle einlesbar und es lassen sich SPS- und Gebäudeleitsysteme einfach anbinden. Digitale Ein-/Ausgänge und eine serielle RS-485-Schnittstelle sind ebenfalls integriert.

Erfassung von Energieflüssen und Differenzströmen

Circa 45 Strommessmodule MMI erfassen die Energieflüsse und Differenzströme in den verschiedenen Bereichen der Haßberg-Kliniken. Das MMI 12 wurde für die Fernüberwachung des Energieverbrauchs entwickelt. Es ist für die Montage auf einer DIN- Hutschiene oder Montageplatte ausgelegt und hat keine lokale Anzeige. Durch dieses Konzept eignet es sich für eine breite Palette von Anwendungen in der Energietechnik und intelligenten Netzen, in der Gebäudeautomation und individuellen Produktionsprozessen sowie zur Infrastruktur-Fernüberwachung und zum automatischen Lastmanagement. Das Modul misst zwölf Ströme über ein- oder dreiphasige Stromwandler. Es ermöglicht die Messung von elektrischen Grundparametern von bis zu vier Dreiphasen-Abzweigleitungen. Es wird über den lokalen Bus an ein System vom Typ MMU 3 oder MMB 700 angeschlossen, das für Spannungsmessungen, die Konzentration von gemessenen Daten und den Zugriff auf ein übergeordnetes System verwendet wird. Bis zu fünf MMI-12-Module können an einem einzigen Bus betrieben werden, was kompakte Messungen an bis zu 20 Dreiphasen-Abzweigleitungen bzw. von 60 Strömen ermöglicht. Die Variante MMI 12 RCM ist speziell für die Differenzstrommessung ausgelegt.

Die Strommessmodule MMI erfassen die Energieflüsse und Differenzströme in den verschiedenen Bereichen der Haßberg-Kliniken.
Bild: Haßberg-Kliniken/Frank Hußlein

Kontinuierliche Differenzstrommessung

Im Bereich der elektrischen Installation können unvorhergesehene Schäden in der Isolation mittels einer kontinuierlichen Differenzstrommessung rechtzeitig festgestellt werden. So lässt sich die Wiederholungsprüfung bei erhöhten Differenzstromwerten vorziehen. Meist lässt sich dadurch eine unkontrollierte Abschaltung der Anlage verhindern. Ein willkommener Nebeneffekt ist, dass eine Prüfung der Isolation gemäß DGUV-Vorschrift 3 entfallen darf. Dieser Sachverhalt ist in der DIN VDE 0105-100/A1 (VDE 0105-100/A1) [5] dokumentiert. Hierzu heißt es: „Wenn ein Stromkreis durch ein Differenzstrom-Überwachungsgerät nach DIN 62020 (VDE 0663) … ständig überwacht wird und diese Überwachungseinrichtungen einwandfrei funktionieren, kann auf die Messung des Isolationswiderstands verzichtet werden.“ Oftmals ist eine herkömmliche Isolationsmessung recht aufwendig. Teilweise müssen Anlagenkomponenten wie Frequenzumrichter oder Schaltnetzteile abgeklemmt werden, weil die empfindlichen Halbleiterbauelemente durch die Prüfspannungen geschädigt werden können.

Die Stromwandler erlauben eine detaillierte Analyse der elektrischen Anlage.
Bild: Haßberg-Kliniken/Frank Hußlein

Drittmengenabgrenzung erlaubt Energieabrechnung

Die Daten aus den Lastprofilzählern CMD EEG-104CLP ermöglichen die Abrechnung der Energiekosten im Rahmen einer Drittmengenabgrenzung. Die Geräte haben die Zulassungen PTB-A 20.1, PTB-A 50.7 und MID B+D. Der 15-Minuten-Lastgangspeicher hat eine Speichertiefe von über drei Jahren. Die Visualisierung der Daten kann über den integrierten Webserver erfolgen. Die Vernetzung erfolgt über die integrierte TCP/IP-Schnittstelle mit Modbus TCP. Ein Logbuch dokumentiert eichrechtsrelevante Events und Konfigurationsänderungen. Ein beleuchtetes, großes und gut ablesbares LC-Display zeigt die Daten Vorort an. Die Möglichkeit der Drittmengenabgrenzung war ein wichtiges Kriterium für die Haßberg-Kliniken bei der Auswahl des Energiemanagementsystems. Leitet ein Letztverbraucher an einen anderen Letztverbraucher Strommengen weiter – also an einen Dritten – spricht man von Drittmengen. Eine Abgrenzung dieser Drittmengen vom eigenen Verbrauch wird dann notwendig, wenn der Hauptverbraucher energiewirtschaftliche Privilegien für Stromverbräuche in Anspruch nimmt, wie eine reduzierte Stromsteuer beim Netzbezug. Die reduzierten Umlagen, Steuern und Abgaben gelten nur für den Hauptverbraucher und nicht für Dritte. Nicht immer sind Drittmengen im Betrieb so eindeutig zu identifizieren, wie es bei einer vermieteten Bürofläche oder Betriebswohnung der Fall ist. Oft befinden sich auf dem Firmengelände Küchen, Getränkeautomaten oder Kaffeemaschinen, die von Dritten betrieben werden. Beispiele sind ebenso Funkmasten und Ladesäulen für Elektroautos.

Fazit

„Mit dem bei uns verbauten System von PQ Plus können die Energieströme genau analysiert und verfolgt werden. Bei der Zertifizierung nach DIN EN 50001 vor circa drei Jahren, konnte unser Meßkonzept und die verwendeten Geräte auch den Zertifizierer überzeugen“, berichtet Frank Hußlein, Technischer Leiter bei den Haßberg-Kliniken. Bereits jetzt konnten deutliche Einsparpotenziale erkannt und genutzt werden. Da das System die Möglichkeit bietet neben den herkömmlichen Messungen über Schnittstellen auch den Verbrauch von Wasser und Gas zu erfassen, möchte F. Hußlein diesen Bereich in naher Zukunft weiter ausbauen. „Die im Einsatz befindliche Differnzstrommessung erleichtert die Überwachung und Früherkennung im Bereich der NSHV. Es können Schäden frühzeitig erkannt, und damit unkontrollierte Abschaltungen vermieden werden. Der Entfall der Prüpflicht der Isolation im Bereich der NSHV ist ein weiterer Pluspunkt“, erklärt F. Hußlein.