Elektrotechnik 12/2014 by AZ Fachverlage AG

Heft 12 | Dezember 2014 WWW.ELEKTROTECHNIK.CH ELEKTROTECHNIK AUTOMATION, TELEMATIK GEBÄUDETECHNIK

Produkte für maximale Versorgungssicherheit

8 16

Energiesparpotenzial bei Antrieben

Oberschwingungen Teil 2

Stromspeicher-Dimensionierung

NIN-Know-how, Leserfragen Teil 106

Zu 100% sichere Energieversorgung?

Um seine Patienten auch bei Stromausfällen sicher und zuverlässig versorgen zu können, setzt das Kantonsspital Aarau auf innovative ABB-Technologien. In Spitälern und vielen anderen Gebäuden sorgen elektrotechnische Anlagen und Notstromsysteme von ABB für eine sichere Stromversorgung und eine effiziente Gebäudeautomation. www.abb.ch/betterworld

Absolut.

Editorial

ET-Wettbewerb Dezember 2014

Energieeffizienz Liebe Leserin, lieber Leser Einmal mehr rückte das Dauerthema Energiestrategie des Bundes in den Fokus von Politik, Wirtschaft und Medien. Die Debatten und Voten im Parlament, Meinungen der Experten und verschiedener Interessenvertreter hinterlassen beim Normalbürger mehr Fragen als Antworten zur zukünftigen Energieversorgung des Landes. Wie könnte es auch anders sein, denn wie sich die Welt im Jahr 2050 mit Energie versorgen wird, mit welchen sozialen, ökonomischen und ökologischen Folgen wir zu rechnen haben und mit welchen Massnahmen und Bedingungen wir uns auf dem Weg dahin auseinandersetzen müssen, lässt sich heute nicht schlüssig beantworten. Schweizer Haushalte und eine leistungsfähige Industrie können sich heute auf eine funktionierende Stromproduktion und -verteilung verlassen. Diese ist weitgehend sicher, ohne Unterbrüche und sauber, abgesehen von europäischem Kohlestrom, der wohl aufgrund EU-CO2-Emissionsziele nicht mehr allzu lange fliessen dürfte. Anders in China, wo 80 Prozent des Stroms aus Kohle stammen. Obwohl China weltweit die grössten Kapazitäten für erneuerbare Energien aufweist, kann es den immensen Energieverbrauch für seine stark wachsende Wirtschaft nur mit Kohle abdecken. 2012 verbrauchte das Land vier Milliarden Tonnen Kohle, etwa so viel wie der Rest der Welt zusammen. In der Schweiz sind trotz Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum, mehr Wärmepumpen, Elektrofahrzeugen und elektronischen Geräten der Energieverbrauch pro Kopf seit 2005 leicht gesunken und der Stromverbrauch stabil geblieben. Bis 2020 will der Nationalrat den durchschnittlichen Energieverbrauch pro Person um weitere 16 Prozent gegenüber dem Jahr 2000 senken und bis 2035 sollen es sogar 43 Prozent sein. Der Schlüssel dazu ist Energieeffizienz, einer der wichtigsten Pfeiler in der Energiestrategie des Bundes. Das Einsparpotenzial bei Gebäuden und Antrieben ist nach wie vor enorm, wie der Artikel Seite 8 zeigt. Die Technologien sind bereit, die Investitionskosten berechenbar und wir können damit heute schon loslegen, auch wenn nicht alle Antworten zu den 2050er-Jahren auf dem Tisch liegen.

Nennen Sie zwei von drei möglichen Funktionen eines intelligenten Hauses: • Türanmeldung • Fenster schliessen • Lichtsteuerung

Geben Sie Ihre Antwort auf der ET-Webseite www.elektrotechnik.ch ein und gewinnen Sie eines von drei Jahresabonnements für die Zeitschrift «Kochen» im Wert von je 68 Franken.

«Recycling» und «Förderbeiträge» waren die richtigen Antworten zur Wettbewerbsfrage in ET 11/2014 (siehe Artikel Seite 4 in ET 11/2014). Die folgenden drei Gewinner/-innen haben je eines von drei Büchern «Die schönsten Naturparadiese in der Schweiz» von Martin Arnold und Roland Gerth, im Wert von je 56 Franken gewonnen: Herr Roland Biedermann, 6003 Luzern Herr Ernst Bitter, 8910 Affoltern am Albis Frau Vanessa Boesch, 6052 Hergiswil

Hansjörg Wigger, Chefredaktor Elektrotechnik 12/14 | 1

LUXA LED-Strahler: Macht die Nacht zum Tag Theben erweitert die Reihe der erfolgreichen LUXA LED-Strahler mit integriertem Bewegungsmelder um ein weiteres, lichtstarkes Gerät. Die vier LEDs des LED-Strahlers LUXA 102-180 entsprechen rund 230 Watt eines herkömmlichen Halogenstrahlers. Mit einer Lichtleistung von 2000 Lumen beleuchtet der LED-Strahler zuverlässig auch grössere gewerbliche Flächen und macht die Nacht zum Tag. Weitere, baugleiche Strahler ohne Bewegungsmelder-Funktion runden das Produktprogramm ab.

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Inhalt

Inhalt Editorial 1 Schlüssel Energieeffizienz

Wirtschaft und Verbände 4 Kurse zum Minergiemodul Raumkomfort

4 Niko Group übernimmt die Züblin Gruppe

5 Digitalisierung der Energie als Basis für mehr Effizienz

5 13. BauHolzEnergie-Messe stiess auf reges Interesse

6 Das intelligente Haus 6 Drahtex AG eröffnet Niederlassung in Bern

Dezentrale Batteriespeicher spielen zukünftig für die Stromversorgung eine wichtige Rolle. Mehr Informationen dazu finden Sie auf den Seiten 16 bis 27. (Bild: der grösste Batteriespeicher der Schweiz auf dem EKZ-Gelände in Dietikon).

6 Zur Titelseite: Neue Sicherungsschalttrennleiste

8 Grosses Energiesparpotenzial bei Antrieben

Automation und Elektronik 12 Tipps für den optimalen Einsatz 16 Stromspeicher-Dimensionierung 20 Warum fallen Lithium-IonenBatterien aus? 24 Die richtige Batterie für Selbstversorger 27 Batteriespeicher ist offiziell am Markt für Regelenergie

34 KNX-Bussystem 38 Sicher und warm durch 40 46 48 49 50

den Winter Oberschwingungen Teil 2 Innovative Spline AG feiert 10 Jahre Erfolg Höchste Sicherheit, kleine Verluste Intelligente Steuerung Managementplattform für voll integrierte Gebäude

Maschinen und Geräte

30 Wie hoch darf die Messlatte sein? 32 Auch bei KNX lässt sich

Service 65 67 71 72

Produktanzeigen Stellenanzeigen Impressum Themenvorschau

51 Auf das Netzwerk kommt es an 51 Drei Viertel des Datenverkehrs verlagern sich in die Cloud

52 Rückblick auf das

noch sparen

Perfekte Steuerung und Medienmanagement für: – Bankettsaal – Konferenzräume – Restaurant, Bar – Foyer AMX Distributor: Arocom AG, Telefon +41 61 377 87 97 Weitere Infos unter: www.arocom.ch

Brain Food Brandverhalten von Kabeln Brandverhalten von PVC-Kabeln NIN-Know-how 106

Informations- und Kommunikationstechnik

28 Schnittverletzungen vermeiden

Installations- und Gebäudetechnik

Aus- und Weiterbildung 56 58 60 62

15. asut-Kolloquium

d g a n g: e ll e m R u n tu ir v it m S lu ti o n s iPa d A PP c a ti o n S o u d E & l m e r c ia to r e) AMX C om im A P P -S s lo n te s (N E U : ko Bild: Campus Hotel Hertenstein, Weggis

Wirtschaft und Verbände

Kurse zum Minergiemodul Raumkomfort Mit dem Minergiemodul Raumkomfort stehen sowohl für Neubauten als auch für Renovationsobjekte qualitativ hochwertige und geprüfte Steuerungslösungen für die Regelung der Raumtemperatur zur Verfügung. Theben HTS AG ist seit Januar 2014 Anbieter eines zertifizierten Minergiemoduls Raumkomfort. Es basiert auf den hochwertigen KNX-Komponenten aus dem eigenen

de Baufachleute der Sparten Energie-, Gebäude-, Haus- und Elektrotechnik sowie an interessierte Energieplaner. Im kürzlich durchgeführten Ausbildungskurs erklärte Kursleiter Daniel Knechtli von Theben HTS die Grundlagen des Minergiemoduls sowie die Verteilung des Gesamtenergieverbrauchs innerhalb eines Gebäudes. Zudem erläuterte er den Nutzen der Energieeffi-

Daniel Knechtli (rechts) erklärt die Inbetriebnahme der Anlage.

Unternehmen und besteht aus einem Raumtemperatur-Fühler und -Regler, einer Bedienstelle, einem Binäreingang für Fensterkontakte, einem Heizungsaktor und einem Stellantrieb. Damit die Installateure berechtigt sind, das zertifizierte System und seine Komponenten bei ihren Kunden nach Reglement zu installieren, organisiert Theben HTS eintägige Kurse zum eigenen Minergiemodul. Der Kurs richtet sich an planende und ausführen-

zienzklassen der Gebäudeautomation nach SIA 386.100 (EN15232). Im Kurs stehen den Teilnehmern für die Konfiguration und Parametrierung des Systems vorgefertigte Minergiemodul-Panels zur Verfügung, auf denen alle im Modul enthaltenen KNX-Komponenten installiert sind. Für die Vernetzung ist KNX-Grundwissen sowie ein sicherer Umgang mit der ETS Enginieering Tool Software erforderlich. Mit Unterstützung von Daniel Knechtli

konfigurieren die Teilnehmer eine Anlage, deren korrektes Funktionieren sie auch testen können. Damit die Parametrierung auch in der Praxis problemlos gelingt, hat Theben HTS ein Handbuch verfasst. Es führt den Systeminstallateur Schritt für Schritt durch die Parametrierung und stellt somit sicher, dass alle Einstellungen korrekt vorgenommen werden und sämtliche Verknüpfungen innerhalb der Anlage richtig konfiguriert sind. Für die Tests stehen umfangreiche Checklisten zur Verfügung. Für Elektroinstallateure sind Heizsysteme meist ein Buch mit sieben Siegeln. Daniel Knechtli vermittelt deshalb die Grundlagen zu Radiatorenund Fussbodenheizungen sowie zur Heiztechnik in Bezug auf das Regelverhalten oder die Auswahl des Regelalgorithmus. Das sind wichtige Informationen, wenn es in einem Bauprojekt darum geht, die Kommunikation zwischen den Gewerken Elektro und Heizung sicherzustellen. Mit dem Minergiemodul Raumkomfort vereinfacht sich für die Installateure auch die Planung. Schreibt nämlich ein Ingenieur eine Raumregelung nach Minergie aus, ist für jeden Beteiligten sofort und eindeutig klar, was geliefert werden muss. Nach dem Tageskurs sind die Teilnehmer berechtigt, das Minergiemodul Raumkomfort von Theben zu installieren, sofern sie bei der GNI die allgemeine Ausbildung zum Modul bereits besucht haben. www.g-n-i.ch www.theben-hts.ch

Niko Group übernimmt die Züblin Gruppe Die Niko Group, eine belgische Firmengruppe, hat die Schweizer Firmengruppe mit der Muttergesellschaft M. Züblin AG, aus Wallisellen, Schweiz, übernommen. Die Firma Züblin wurde 1986 von Michael Züblin gegründet und ist spezialisiert auf die Entwicklung und Produktion von Präsenz- und Bewegungsmeldern. Die Gruppe ist in der Schweiz, Deutschland, Österreich, Frankreich und Polen tätig und liefert ihre Produkte für die Steigerung der Energieeffizienz von Beleuchtungen in über 30 Länder weltweit. Die Züblin Gruppe weist einen Umsatz von mehr als 20 Mio. Euro aus und beschäftigt 65 Mitarbeitende. Die Übernahme unterstützt die Wachstumsstrategie der Niko Group im Bereich der Lichtsteuerung. Frühere Übernahmen in diesem Bereich waren die dänischen Firmen Servodan (übernommen 2008) und Unotech (übernommen 2013 und heute komplett integriert in Servodan). Heute verkauft Servodan mit 50 Mitarbeitenden Präsenz- und Bewegungsmelder

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hauptsächlich in Dänemark und Skandinavien. Zusammen mit Servodan wird Züblin eine der führenden Unternehmen für energieeffiziente Beleuchtungsprodukte und -systeme in Europa. Das umfangreiche Produktsortiment bietet Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen im Beleuchtungssektor. Niko Group ist ein etabliertes belgisches Familienunternehmen, welches im Jahre 1919 gegründet wurde. Heute erwirtschaftet Niko Group einen Umsatz von mehr als 130 Mio. Euro und beschäftigt über 620 Mitarbeitende. Die Niko Group steht als unangefochtener Marktführer für Elektroinstallationsmaterial und Heimautomatisierung im belgischen Markt und verfügt auch Vertriebsorganisationen in die Niederlande, Frankreich, Slowakei, Dänemark und Schweden.

www.zublin.ch

Rund 500 Unternehmer/-innen und Politiker/-innen diskutierten kürzlich am Swiss Green Economy Symposium in Winterthur über nachhaltige Erfolgsrezepte für die Schweiz. Bundesrat Johann Schneider-Ammann sprach von «Cleantech» als Zauberwort in aller Munde: «Angesichts der weltweit wachsenden Bevölkerung und der knappen Ressourcen rücken innovative technische Lösungen in den Mittelpunkt. Ich bin überzeugt, dass unsere Wirtschaft dafür gut aufgestellt ist. Die Zukunft für sie heisst «smart»: schnell, mutig, agil, robust und tough. Die Rezepte der Zukunft seien neue industrielle Lösungen zum schonungsvollen und gleichzeitig wirtschaftlich rentablen Umgang mit den natürlichen Ressourcen. Swisscom-CEO Urs Schaeppi begründete in seinem Referat das Engagement des Unternehmens im Bereich Nachhaltigkeit. «Nachhaltiges Wirtschaften und langfristige Verantwortung gehören zu unseren zentralen Werten, sind Teil unserer DNA. Dank modernen ICT-Lösungen können wir etwa in den Bereichen Klimaschutz, mobiles Arbeiten, Medienkompetenz und Gesundheit einen wichtigen Beitrag zur Gesellschaft leisten.» Swisscom gehört heute zu den fünf nachhaltigsten Telekommunikationsunternehmen Europas. Der Auftritt von Schneider Electric als Presenting Partner des zweiten Swiss Green Economy Symposiums machte Lust auf die «grüne» Zukunft: Gemeinsam mit BMW bot der Energiemanagement-Spezialist allen Teilnehmenden

in Winterthur die Möglichkeit, die neue, lautlose Mobilität zu testen. Die vollelektrischen BMW-i3-Testfahrzeuge wurden denn auch rege begutachtet und benutzt. Die für den Stadt- und Pendlerverkehr konzipierten, umweltfreundlichen Autos werden weltweit mit Wallbox-Heimladestationen ausgeliefert, deren Technologie von Schneider Electric stammt. In seinem Keynote-Referat zeigte Matthias Bölke, CEO und Country President Schneider Electric (Schweiz) AG, auf, dass Energiemanagement und Energieeffizienz die wirkungsvollste und wirtschaftlichste Antwort auf die vielfältigen globalen Herausforderungen im Energie- und Klimabereich darstellen. «Wir stehen am Beginn einer neuen Ära», sagte er, «die Digitalisierung hat die Industrie und den Gebäudesektor erreicht und ermöglicht es uns, Energiedaten für alles zu erhalten, von der Produktionsanlage über den Flughafen bis zum Einkaufszentrum.» Mit den verfügbaren Energiedaten und geeigneten Energiemanagement-Werkzeugen können Einsparungen von bis zu 60 Prozent erzielt werden, wie ein Referenzbau in Rotkreuz zeigt. Würden alle Potenziale im Gebäudesektor systematisch mit 30 Prozent Energieeffizienz genutzt, könnte die Schweiz über sieben Terawattstunden Strom-Import einsparen. Dies ist mehr als 2,5 Mal so viel, wie das Kernkraftwerk Mühleberg heute jährlich produziert. www.lifefair.ch www.schneider-electric.ch

Wirtschaft und Verbände

Digitalisierung der Energie als Basis für mehr Effizienz

Bundesrätin Doris Leuthard informiert an der BauHolzEnergieMesse über die Energiestrategie 2050. (Bild: Stefan Weber)

13. BauHolzEnergieMesse stiess auf reges Interesse Während vier Tagen informierten sich Private und Fachleute an der 13. Schweizer BauHolzEnergie-Messe über energieeffizientes Bauen, Modernisieren, Holzbau sowie Erneuerbare Energien. Die rund 400 Aussteller äusserten sich positiv über das qualitativ hochstehende Publikumsinteresse. Auf grossen Anklang stiessen auch die rund 40 Fach- und Publikumsveranstaltungen mit nationalen und internationalen Referenten mit alleine über 2000 Teilnehmenden. Die BauHolzEnergieMesse verzeichnete insgesamt gegen 20 000 Besucherinnen und Besucher. Die nächste Bau + Energie Messe findet vom 26. bis 29. November 2015 an der BERNEXPO in Bern statt, parallel zur Messe Bauen + Wohnen. www.bauholzenergie.ch

Bundesrat Johann Schneider-Ammann im Gespräch mit Matthias Bölke, CEO Schneider Electric (Schweiz) AG.

Elektrotechnik 12/14 | 5

Wirtschaft und Verbände

Das intelligente Haus •

•

• Mit Gebäudeautomation lassen sich Lichter, Fenster und vieles mehr intelligent verbinden und die Stromeffizienz, der Komfort und die Lebensqualität deutlich erhöhen. Über Smartphone, Tablet oder PC können die verschiedenen Funktionen einfach gesteuert werden: • Mit Zentral Aus werden per Tastendruck im Eingangsbereich alle Lichter auf einmal gelöscht. Durch komplettes Abschalten (kein Stand-by)

•

wird der Energieverbrauch von Geräten minimiert. Verbrauchsmessung: Das intelligente Stromzählersystem zeigt den Stromverbrauch auf – in Kilowattstunden und Schweizer Franken. Dynamische Dämmung: Im Winter wärmt die Sonne bei offenen Storen das Gebäude und spart Heizenergie. Im Sommer blocken die geschlossenen Storen die Hitze ab und halten den Innenraum kühl. Lichtkomfort und Effizienz: LEDLeuchtmittel und -Leuchten lassen sich bedarfsgerecht schalten und dimmen oder in verschiedene Lichtszenen setzen. Photovoltaik: Solarmodule produzieren problemlos den Strombedarf für eine ganze Familie. Je nach Fläche auch mehr. Die Energiegewinnung ist umweltfreundlich und wirtschaftlich attraktiv. E-Mobility Ladeinfrastruktur: Per App ist der Ladestatus des Elektrofahr-

zeuges ersichtlich. So kann der Akku bei Bedarf bei der richtigen Steckdose geladen werden. • Zentraler Stromspeicher: Überschüssiger selbsterzeugter Strom wird gespeichert und nach Sonnenuntergang für elektrische Geräte gebraucht. • Intelligente Türanmeldung: Die intelligente Türanmeldung erkennt, wer klingelt. Ist niemand zu Hause, werden automatisch Bilder vom Besucher gemacht. Ein Gespräch kann auch über eine App erfolgen. Eco2friendly ist eine Plattform für alle Teilnehmer im Umfeld der energieeffizienten Elektroinstallation. Die Plattform ermöglicht es, Ideen zu diskutieren, Fachwissen auszutauschen und über Lösungen informiert zu werden. Je besser eine Elektroinstallation geplant wird, desto mehr wird sie helfen, Strom zu sparen und gleichzeitig den Komfort zu erhöhen. www.ottofischer.ch

Drahtex AG eröffnet Niederlassung in Bern Drahtex AG eröffnete am 1. Dezember 2014 eine Niederlassung an der Hühnerhubelstrasse 62 in Belp. Unter der Leitung von Roger Müller bietet das Unternehmen professionelle Verbindungstechnik für die Datenkommunikation an. Damit baut Drahtex – nebst dem Hauptsitz in Zürich-Wallisellen und der Niederlassung in Lausanne – ihre Position in der Schweiz weiter aus. «Dies ist ein weiterer wichtiger Schritt, um den Wachstumskurs fortzusetzen und die Position als führender Fiber Optic Gesamtlösungsanbieter zu festi-

gen», sagt Thomas Brodbeck, CEO der Drahtex AG. Roger Müller, verantwortlich für die Niederlassung und Verkaufsregion Bern, verfügt über langjährige Erfahrung in den Bereichen Netzwerkplanung und Verkauf. Zuletzt war er während 20 Jahren in der Firma Kablan AG als Geschäftsfeldleiter Netzwerke tätig. Daniel Lehmann bringt eine grosse Erfahrung im Bereich Aktiv-Komponenten mit und wird den neuen Geschäftsbereich Aktiv-Komponenten in der Drahtex AG aufbauen. Als Netzwerkspezialist war er während 17 Jah-

ren bei der Firma Kablan AG tätig, zuletzt als CTO und Leiter aktive Komponenten. Michael Zutter ist für das Produktmanagement und den Verkauf Innendienst in Bern verantwortlich. Er verfügt über langjährige Erfahrung im Einkauf und Verkauf sowie im Produktmanagement. Er war zuletzt während fünf Jahren in der Firma Kablan als Produktmanager und Schulungsverantwortlicher von passiven Komponenten tätig.

www.drahtex.com

Zur Titelseite: Die neue Sicherungsschalttrennleiste für weniger Energieverlust in Produktion und Netzen Weniger Stromverlust, mehr Personensicherheit – das sind die wichtigsten Vorteile der neuen Sicherungsschalttrennleiste Fuchs-185. Diese arbeitet wirtschaftlicher als alle Vorgängermodelle mit Sammelschienenabstand 185 mm. In kurzer Zeit amortisieren sich Mehrkosten. Die Vorteile der neuen Sicherungsschalttrennleiste Fuchs-185: • Zertifiziert nach IEC/EN 60947-3 und IEC/EN 60269 • Hohe persönliche Arbeitssicherheit

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• Solide Handhabung dank grosser Kupferdimensionierung und thermisch hochstabilem, glasfaserverstärktem Kunststoff • Einspeisungen, Sammelschienentrennungen und Abgänge in Kombination mit der Fuchs-185 für bis zu 2000 A • Nennbelastung im Dauerbetrieb, kein Reduktionsfaktor im Verbund Robert Fuchs AG 8834 Schindellegi Tel. 044 787 05 10 www.fuchs.ch

Wirtschaft & Verbände

Strom-Effizienz:

Reden ist Silber – Handeln ist Gold Ihre Kunden verlangen nach Stromeffizienz und Nachhaltigkeit in ihren Bauvorhaben. Damit Sie diese Anforderungen wunschgemäss erfüllen können, helfen wir Ihnen nicht nur mit technischem Wissen und gutem Rat: Die ElektroMaterial AG macht den Schritt zur Tat und lanciert mit EM ecowin eine StromeffizienzInitiative, die Sie und Ihre Kunden für Ihr Engagement mit barer Münze belohnt.

Mit jährlichen Fördergeldern in der Höhe von 1 Million Franken setzt die EM ein starkes Zeichen zugunsten von effizienten Stromsparmassnahmen. Fragen Sie Ihren Kundenberater nach der Stromeffizienz-Initiative EM ecowin oder informieren Sie sich unter: www.elektro-material.ch/ecowin

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Basel

Bern

Genève

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Lausanne

Lugano

Luzern

Sion

Zürich

www.elektro-material.ch

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Wirtschaft und Verbände

5. Motor Summit, Zürich

Grosses Energiesparpotenzial bei Antrieben Alle zwei Jahre treffen sich Hersteller, Anwender, Forscher und Behörden am Motor Summit 2014 und diskutieren über Fortschritte im Bereich Antriebssysteme und Energieeffizenz. In der Industrie schlummert ein gewaltiges Potenzial von sechs oder mehr TWh pro Jahr. Nun soll eine Bildungsoffensive in den Betrieben auf das Thema aufmerksam machen.

Der Anteil der Motoren mit Frequenzumrichtern erreicht nur knapp 20 Prozent.

56,4 Prozent der erfassten Motoren sind älter als ihre technische Lebensdauer.

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Stefan Hartman*

Am 5. Motor Summit, der alternierend zur internationalen Konferenz «Energy Efficiency in Motor Driven Systems (EEMODS) stattfindet, trafen sich vom 7. bis 9. Oktober 180 Teilnehmende aus 25 Ländern in Zürich. Der Motor Summit sei eine einmalige Begegnungschance, sagt Conrad U. Brunner, Veranstalter und Programmleiter «Topmotors»: «Hersteller und Anwender sitzen am gleichen Tisch wie Behördenvertreter, welche Gesetze und Standards formulieren.» Aus diesem interessanten Spannungsdreieck resultiere ein Konsens, nämlich dass der Markt von «unten» angeschoben werden muss – mit zwingenden Mindestanforderungen an die Effizienz der elektrischen Antriebe. Dies sei nötig, da die Industrie bei Neuanschaffungen nach wie vor auf billige Motoren und nicht-drehzahlgeregelte Modelle mit Frequenzumrichter setze, statt auf solche, welche von den Lebenszyklus-Kosten her am sinnvollsten wären, bedauerte Conrad U. Brunner in einer seiner Interventionen am Summit. Die USA, Mexiko, China, Japan haben die Mindestanforderungen der neuen IE3-Standards bereits eingeführt. Dabei handelt es sich um effiziente Motoren, die sich auch mit Frequenzumrichtern je nach Last regeln lassen. In der Schweiz und der EU treten sie im Januar 2015 zeitgleich in Kraft – mit langen Übergangsfristen von 18 Monaten, was Conrad U. Brunner etwas gar lange scheint. Ein entsprechendes Gesetz (Energiegesetz, EnG) ist vom Bund zwar 2009 beschlossen worden. «Gleichwohl», sagt Brunner, «haben viele Importeure noch grosse Mengen an alten Motoren an Lager genommen, * Stefan Hartmann, Fachjournalist, www.presseladen.ch

Am Motor Summit in Zürich wurden erstmals hochenergieeffiziente Elektromotoren mit der Global Efficiency Medal ausgezeichnet. Die Medaillenvergabe hat zum Ziel, den Einsatz hocheffizienter Motoren auch in Schwellenländern anzuregen, womit eine Verringerung des Energieverbrauchs und damit eine signifikante CO2-Reduktion erzielt werden kann. Organisiert wird der Wettbewerb von SEAD (Super-efficient Equipment and Appliance Deployement), einem internationalen Zusammenschluss von 16 Ländern und einer Initiative des Clean Energy Ministerial (CEM). Ausgezeichnet wurden Produkte der Nanyang Explosion Protection Group Company Ltd. aus der Provinz Henan in der Volksrepublik China sowie der Siemens Ltd. in Mumbai, Indien.

und die wollen sie jetzt natürlich auf den Markt bringen.» Es fehlen Fachleute für Energieeffizienz «Meist sind die Motoren überdimensioniert, nicht drehzahlgeregelt, und oben-

Wirtschaft und Verbände

Auszeichnung für energieeffiziente Motoren

Jeder fünfte Antrieb ist veraltet. Alte ineffiziente IE1- und IE2-Antriebe stellen in der Industrie 80 Prozent der Motoren. (alle Bilder: Topmotors)

drein Stromfresser», sagt Rita Werle von Topmotors. Sie hat zusammen mit Rolf Tieben, ebenfalls Topmotors, in den vergangenen 4 Jahren das «Easy»-Programm (Förderprogramm von S.A.F.E. für effizientere elektrische Antriebe in

der Industrie; siehe ET 3/2014 Seite 34) im Rahmen der wettbewerblichen Ausschreibungen umgesetzt. Bei der Auswertung der Analysen von insgesamt 4142 Motoren in 18 grossen Schweizer Betrieben waren sie mit der

Wirtschaft und Verbände

Motoren schlucken 80 Prozent des Stromverbrauchs in der Industrie Was haben Antriebssysteme mit dem Klima bzw. der Energiewende zu tun? Conrad Brunner: Antriebssysteme sind ein grosses, unbearbeitetes Gebiet. Sie gingen in der Energie- und Klimadebatte lange Zeit vergessen. Dabei liegt hier das grösste Effizienzpotenzial der Industrie, das so verlockend ist wie ein ungehobener Schatz.

Conrad U. Brunner leitet das Programm «Topmotors» (www.topmotors.ch) von S.A.F.E. zur Förderung energieeffizienter Antriebssysteme. Brunners Büro Impact Energy AG ist eine Plattform, auf der industriebezogene Projekte koordiniert werden.

Weshalb soll die Industrie diesen Schatz nicht heben wollen? Sie würde das vermutlich schon tun, aber es fehlt der ökonomische Anreiz. Wieso soll man etwas verändern, das bis dato gut läuft? Da spielt auch ein Quäntchen Bequemlichkeit hinein. Das müssen Sie erklären. Wenn man mit Effizienz ernst macht, muss man ineffiziente Antriebe abstellen, um sie zu analysieren und eventuell auszuwechseln. Firmen befürchten, dass dadurch der Produktionsablauf gestört wird. Darum warten sie lieber zu, bis ein Motor den Geist aufgibt. Dazu kommt, dass der Strom derzeit sehr billig ist und etwa 1 bis 2 Prozent des Jahresumsatzes beansprucht. Weshalb also investieren, wenn der Strompreis stimmt? Der billige Strom ist ein trügerisches Argument; ein alter Antrieb, der 30 Jahre lang läuft, braucht zu viel Energie und kostet letztlich zu viel Geld, was zur Blockierung von Investitionen führt. Am Ende resultieren höhere Gesamtkosten. Es ist darum ökonomisch unsinnig, nicht in die Erneuerung zu investieren. Wie zahlt sich die Investition aus? Die Erneuerung zahlt sich in der Regel in weniger als drei Jahren aus – dieser Payback ist der zu hebende Schatz. Zum Vergleich: Bei einer Gebäudesanierung

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ist man froh, wenn man einen Payback von 20 Jahren hat. Beim Motor Summit wurde eine «Abwrackprämie» genannt. Was war damit gemeint? Wir haben diesen Sommer bei der Auswertung der Topmotors-Untersuchung in 18 grossen und mittleren Schweizer Betrieben festgestellt, dass fast 60 Prozent der 4142 Antriebe doppelt so alt sind wie sie sein sollten. Das sind eigentliche Auslaufmodelle, die durch einen modernen IE3-Typus ersetzt gehören. Was besagen die Standards IE3 und IE4? IE3 und IE4 sind hocheffiziente Motoren und derzeit das Beste, was am Markt verfügbar ist. Motoren vom Stand IE2 und IE1 sind im Vergleich dazu ineffizienter. Mit einem Frequenzumrichter lässt sich die Drehzahl eines Motors nahezu beliebig regeln. Aufgrund der tieferen Drehzahlen sinkt die benötigte Leistung signifikant ab. Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern in Kombination mit IE3- oder IE4-Motoren, optimaler Dimensionierung und besserer Systemintegration, sind Energieeinsparungen von 20 bis 30 Prozent möglich. Da besteht wohl noch grosser Handlungsbedarf? In der Tat müssen in den nächsten zwei Jahren in der Schweiz viele alte Modelle abgebaut und rezykliert werden. Der IE3-Standard wird weltweit gesehen einen riesigen Schub bewirken, und schon wartet der noch effizientere IE4. Das kommt offenbar nur zögernd in den Chefetagen an, die sich über den billigen Strom freuen. Man darf nicht vergessen: Ineffiziente Motoren werden mit Strom betrieben, der zu 50 Prozent aus nichterneuerbaren, fossilen oder nuklearen Quellen stammt. Und lieber jetzt auf effiziente Antriebe setzen, als erst, wenn die Strompreise wieder ansteigen. Sie engagieren sich seit über 7 Jahren in China, das uns eine ganze Nasenlänge voraus ist, warum ist das so? Was in China abläuft, ist für die Welt wichtig: Wenn ich in der Schweiz eine Kilowattstunde Strom durch Effizienzmassnahmen einspare, spare ich 100 Gramm CO2 – wenn ich berechne, dass da auch schmutziger Importstrom aus Kohle drin ist, spare ich sogar 200 Gramm. Mache ich das Gleiche in China, entfallen dort 1000 Gramm CO2 pro Kilowattstunde. Denn der Emissionsfaktor von CO2 ist in China viel höher, weil 80 Prozent des Stroms aus Kohle stammt. In Europa sind es übrigens 600 Gramm.

Tatsache konfrontiert, dass in den Betrieben oft die geeigneten Ansprechpartner fehlten. Es braucht Weiterbildung von Betriebsfachleuten, lautete daher eine deutliche Forderung am Motor Summit. Daher will Topmotors 2015 ein Pilotprojekt (z. B. Energietechnik- und Management in der Industrie/ET & M) zur Schulung von betriebsinternen Fachleuten durchführen. Sie sollen in einem sechstägigen Kurs Kompetenzen in Sachen Energieeffizienz erwerben. Und sie sollen das nötige fachliche Rüstzeug bekommen, damit sie das Management von sinnvollen Investitionen in effiziente Antriebssysteme überzeugen können. «Das fachtechnische Personal in den Betrieben weiss, wie man gute Produkte – Schokolade, Zement oder Glas – herstellt. Aber wie man das energieeffizient macht, dazu sind ihre Fachkenntnisse oft nicht ausreichend», erklärt Topmotors-Mann Rolf Tieben. Strategie «Velani» Parallel zur Weiterbildung arbeitet das Büro Impact Energy AG von Conrad U. Brunner im Auftrag des Bundes an der Strategie «Velani» (Verbesserung elektrischer Antriebssysteme in der Industrie). Dabei handelt es sich um eine weitere Hilfestellung für die Industrie. «Velani» basiert auf der Annahme, dass in der Industrie ein Effizienzpotenzial von sechs oder mehr TWh pro Jahr schlummert. Doch wie spart die Industrie diese enorme Menge elektrische Energie ein? Conrad U. Brunner sagt dazu: «Wir versuchen, ein systematisches Vorgehen zur Verbrauchsoptimierung bei kleinen, mittleren und grossen Betrieben zu definieren und dafür Tools und Hilfsmittel zu entwickeln.» Ein Beispiel ist der «Standard Test Report» von Topmotors, mit dem der Ist-Zustand (Energieverbrauch und -kosten usw.) erfasst und ein Sollzustand definiert werden kann. Rolf Tieben: «Unser Tool STR veranschaulicht zudem den Effekt einzelner Verbesserungen und deren Payback.» www.motorsummit.ch www.topmotors.ch

Smart Home System.

Sie sehen aus wie Lüsterklemmen, sind aber Mikrocomputer. Sie sind Schalter, Dimmer, Motorsteuerung, Rechner, Datenspeicher und Netzwerkadapter in einem. Und ein Teil des revolutionären Smart Home Systems von digitalSTROM. digitalSTROM vernetzt alle elektrischen Geräte, Leuchten und Taster im Haus über die bestehenden Stromleitungen unsichtbar zu einem intelligenten Miteinander. Jedes elektrische Gerät bekommt eine der cleveren Klemmen. Jede Klemme speichert ihre eigenen Einstellungen und ruft konfigurierte Szenen ab. Gesteuert wird dann alles per Lichtschalter, Smartphone oder Tablet. Mit dieser Technik eröffnen sich ungeahnte Möglichkeiten für luxuriösen Wohnkomfort. Sowohl im Neubau als auch im Bestand. Überzeugen Sie sich selbst von den Möglichkeiten modernen Wohnens mit digitalSTROM. www.digitalstrom.com

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Damit jeder Tag mit einem guten Morgen digitalSTROM: dasfür ausgezeichnete beginnt. digitalSTROM Ausgeschlafene.

Automation und Elektronik

Frequenzumrichter

Tipps für den optimalen Einsatz Frequenzumrichter setzen sich in der Gebäudetechnik zunehmend durch. Mit gutem Grund: Gegenüber konventionellen Antrieben ermöglichen sie Energieeinsparungen von bis zu 60 Prozent. Die Voraussetzung dafür ist die optimale, anwendungsindividuelle Spezifikation des Umrichters. Ein Überblick zeigt, welche Faktoren dabei zu beachten sind.

Frequenzumrichter G120P von Siemens mit grafischem Bedienteil für einfache Inbetriebnahme. (Bild: Siemens)

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Adrian Hediger*

Anlagen der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK) sind auf höchste Belastungen ausgelegt. In 85 Prozent der Fälle ist der tatsächliche Bedarf jedoch niedriger als die ausgelegte Leistung. Lüftung und Pumpen laufen dennoch auf Volllast – unnötigerweise. Ganz anders beim Einsatz von Frequenzumrichtern: Diese ermöglichen die exakte Drehzahlsteuerung von Elektromotoren. So lässt sich sicherstellen, dass die Leistung von Pumpen und Lüftungen innerhalb eines Systems stets dem aktuellen Bedarf entspricht. Das speziell für HLK-Anwendungen konzipierte Frequenzumrichter-Modell G120P von Siemens beispielsweise steuert Luftströme und flüssige Medien in gebäudetechnischen Systemen sehr effizient. So unterstützt das Gerät den optimalen Betrieb durch eine aktive und intelligente Steuerung. Über die Reduzierung der Betriebskosten hinaus kann der Umrichter dabei auch vielfältige Ereignisse detektieren. Wenn beispielsweise die Pumpe blockiert ist oder trockenläuft, schützt das Gerät die Anlage, indem es entweder einen Alarm auslöst oder den Motor stoppt. Wird die Pumpe nicht gebraucht, kann der intelligente Ruhezustand unnötiger Abnutzung vorbeugen – und dadurch noch mehr Energie einsparen. Um eine solche intelligent geregelte Anlage zu realisieren, ist naturgemäss eine sorgfältige Planung erforderlich. Das betrifft zum einen die korrekte Auslegung der Pumpe. Zum anderen muss der Frequenzumrichter für optimale Ergebnisse anwendungsindividuell spezifiziert werden. Welche Erfolgsfak-

* Adrian Hediger, Produktmanager Frequenzumrichter, adrian.hediger@siemens.com

toren dabei zu beachten sind, lässt sich in zehn Punkten zusammenfassen: 1. EMV-Vorschriften Die EMV-Vorschriften stellen für Wohn- und Geschäftsgebäude generell höhere Anforderungen als für industrielle Umgebungen. Deshalb müssen HLK-Frequenzumrichter die Grenzwerte der EMV-Kategorie C2 nach EN 61800-3 einhalten und über einen EMV-Filter der Klasse A verfügen. Für besonders sensible Bereiche, wie zum Beispiel Krankenhäuser, empfiehlt sich der Einsatz von Geräten nach EMV-Kategorie C1 (Filter Klasse B). Die Anteile der erzeugten Oberwellenströme sind in Europa durch die Norm EN 61000-3-12 geregelt. Diese Grenzwerte müssen eingehalten werden. Sofern der Umrichter diese Norm nicht erfüllt, sind zusätzliche netzseitige Drosseln einzuplanen. Zur Einhaltung der EMV-Vorgaben sind immer geschirmte Motorleitungen zu planen. Bei dezentral installierten IP54/55Geräten ist ein separater Potenzialausgleich mit mindestens 16 mm2 zu planen und zu legen. Bei der Verwendung langer Motorleitungen ist zu beachten, dass ab einer Leitungslänge von 50 Metern die EMV-Normen nicht mehr erfüllt sind. In diesem Fall sind Sinusausgangsfilter zu verwenden, die die maximale Leitungslänge auf 200 Meter erweitern und dabei erst noch eine längere Motor-Lebensdauer sicherstellen. Der Hersteller sollte getestete Kombinationen von Umrichter und Filtern empfehlen können. 2. Einfache Installation Um die Umgebung eines Frequenzumrichters vor elektromagnetischen Einflüssen durch seinen Betrieb zu schützen, ist dessen einwandfreie Installation unerlässlich. Die Verkabelung muss also EMV-gerecht ausgeführt sein, um Störungen in sensiblen Systemen, beispielsweise der Feldbuskommunikation, zu vermeiden. Wichtigster Punkt ist dabei der korrekte Anschluss des Motorkabelschirmes an beiden Enden der Leitung. Vor der Installation sollte die Baustellen-Logistik geklärt sein, damit das benötigte Zubehör wie passende EMV-Kabelverschraubungen, Kabelschuhe usw. rechtzeitig vor Ort sind. 3. Installation ausserhalb eines Schaltschrankes Im Gebäudebereich werden Umrichter sehr oft ausserhalb eines Schaltschrankes installiert, beispielsweise direkt an einem Lüftungsgerät (Air Handling Unit). Dadurch reduzieren sich die Kosten für Motorkabel, Installation und Schaltschrankplatz. Hierfür geeignete Umrichter sind als Varianten in der Schutzklasse IP54 ausgeführt und tolerieren Betriebstemperaturen bis 60 °C. Damit erlauben IP54-Geräte auch den Einsatz in Räumen mit Heizkesseln. Beschichtete Leiterplatten sorgen für eine längere Lebensdauer in staubbelasteten Umgebungen. Bei der Montage an Schienensystemen ist zudem zu prüfen, ob für den benötigten Fluss des Kühlluftstroms eine separate Rückwand notwendig ist. 4. Einfache Inbetriebnahme Ein grafisches Bedienteil mit einem Inbetriebnahme-Assistenten hilft massgeblich bei der einfachen Inbetriebnahme eines Frequenzumrichters. Eine besonders elegante und kosteneffiziente Möglichkeit bietet sich, wenn die Bedienteile modular gewechselt werden können: Die Inbetriebnahme geschieht über ein komfortables grafisches Display, danach wechselt man für den Dauerbetrieb auf ein günstigeres Basis-Bedienteil. Für Serien-Inbetriebnahmen mit der immer gleichen Konfiguration eignet sich ein Frequenzumrichter, der die Möglichkeit zum sogenannten Parameter-Cloning bietet. Damit lässt sich in

...zu vielfältig für ein einfaches Leuchtmittel. Genau richtig für Ihr nächstes Projekt!

Art. Nr.

Strom

Leistung

Kelvin

Lumen

Winkel

CRI

Masse

1227 1230 1240

300 mA 300 mA 300 mA

12 W 12 W 12 W

2700 K 3000 K 4000 K

740 lm 780 lm 840 lm

45° 45° 45°

> 90 > 90 > 80

ø 50x86 ø 50x86 ø 50x86

44 44 44

Art Nr. Nr Art.

Ausschnitt

aussen Durchmesser

Farbe

R70

ø 68 mm

ø 83 mm

Weiss matt

R80

ø 75–80 mm

ø 93 mm

Weiss matt

R95

ø 95 mm

ø 110 mm

Weiss matt

Q95

ø 95 mm

□ 110 x 110 mm

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Automation und Elektronik

Sekundenschnelle und auf einfachste Weise eine Konfiguration von einem Gerät auf ein anderes übertragen. Dies kann über Speicherkarten oder über den internen Speicher des Bedienteils erfolgen. Bei der Verwendung von IP54- oder IP55-Geräten sollte der Wechsel des Bedienteils oder der Zugang zur Speicherkarte ohne zusätzliches Werkzeug möglich sein.

Checkliste zur Spezifikation von Frequenzumrichtern • Einhaltung der geltenden Normen im Gebäude • EMV-gerechte Installation inkl. Bereitstellung von Installationsmaterial • Passende Schutzklasse entsprechend dem Einsatzort • Einfache Inbetriebnahme und Parameterübertragung • HLK-Funktionalität für dezentrale Regelung • Nahtlose Einbindung in Gebäudeleitsystem über nativen Systemfeldbus • Unterstützung der benötigten Schnittstellen für Sensoren • Tools für Planung, Inbetriebnahme und Service • Wartungsfreundlichkeit • Weltweites Angebot an Schulung, Service, Garantie und Support

5. Integrierte HLK-Funktionalität Ein Frequenzumrichter soll alle für den jeweiligen Einsatzbereich benötigten Funktionen mitbringen. Viele Frequenzumrichter sind jedoch in erster Linie für Industriemaschinen konzipiert und damit nur bedingt für gebäudetechnische Anwendungen geeignet. Das bedeutet im Umkehrschluss: Speziell auf HLK-Anlagen zugeschnittene Lösungen sind hier eindeutig im Vorteil. Bei der Integration des Umrichters in ein übergeordnetes Gebäudeleitsystem sind die Vorzüge einer dezentralen Regelung im Gerät zu bewerten. Hierdurch lassen sich Regelgeschwindigkeit und Dynamik teils deutlich erhöhen. Beispielsweise können mehrere integrierte PID-Regler nicht nur Druck oder Temperatur auf dem gewünschten Level halten, sondern auch externe Geräte steuern. Mehrzonenregler und Echtzeitfunktionen tragen dazu bei, dass der Umrichter auch im Inselbetrieb ganze Gebäudeteile autark regeln kann. Eine eingebaute PLC-Funktionalität stellt sicher, dass selbst komplexere Anwendungen mühelos realisiert werden können. Ein integrierter Brandfallbetrieb sorgt für mehr Sicherheit im Gebäude,

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indem im Notfall Fluchtwege rauchfrei gehalten werden. Gleichzeitig folgt der Umrichter einer ausgeklügelten Fehlerfall-Strategie, um den Betrieb so lange wie möglich aufrechtzuerhalten. 6. Einbindung in das Gebäudeleitsystem Der Frequenzumrichter sollte sich nahtlos über die Feldbusschnittstelle in das Gebäudeleitsystem einbinden lassen. Die meistverwendeten Protokolle hierfür sind Modbus RTU in Europa sowie P1 und BACnet MS/TP in Amerika und Asien. Bei der Ausschreibung ist darauf zu achten, dass der Umrichter den nativen Feldbus des Leitsystems unterstützt. Eine Einbindung über Router bzw. Gateways oder Konverter verursacht zumeist höhere Hardwarekosten und drosselt die Performance. 7. Breites Angebot an Schnittstellen Ein HLK-Umrichter verfügt idealerweise über vielfältige Anschlussmöglichkeiten für Steuersignale, Sensoren und Statusmeldungen. Neben analogen und digitalen Ein- und Ausgängen sind auch Schnittstellen für Temperatursensoren und PTC-Motorfühler wichtig. Sind diese Schnittstellen vorhanden, können passive Sensoren ohne den Einsatz zusätzlicher Hardware geplant werden. Dadurch werden die Gesamtkosten der Installation weiter reduziert. Sämtliche Ein- und Ausgänge sollten potenzialfrei ausgeführt sein. 8. Unterstützende Tools Unterstützende Tools erleichtern die Planung, die Inbetriebnahme und den Service: So gewährleistet beispielsweise die Berechnung von Netzrückwirkungen während der Planung, dass keine unzulässigen EMV-Störungen im Gesamtsystem auftreten. Bei der Inbetriebnahme bietet eine komfortable Bediensoftware die Möglichkeit, komplexe Applikationen mit grafischer Unterstützung zu erstellen. Eine OszilloskopFunktion vereinfacht Wartung und Fein-Tuning: Die Ursache von Fehlern lässt sich damit ohne zusätzliche Messgeräte untersuchen, und Regelkreise können manuell weiter optimiert werden. 9. Wartungsfreundlichkeit Geräteteile wie zum Beispiel Kühllüfter, die präventiv ausgetauscht werden müssen, sollten werkzeuglos und ohne das Gehäuse zu öffnen auswechselbar sein. Sollte es zu einem Geräteausfall kommen, ist es wichtig, dass die Stillstandzeit möglichst kurz bleibt und der

Austausch mit möglichst wenig Arbeitsaufwand durchgeführt werden kann. Eine gute Lösung ist in diesem Zusammenhang ein modular aufgebautes Gerät. Bei diesem kann dann beispielsweise die Leistungselektronik separat gewechselt werden. Geräte, bei denen die Anschlüsse für Motor und Netzleitungen mit steckbaren Verbindungen ausgeführt sind, vermeiden beim Wechsel einen erneuten Verdrahtungsaufwand. Bei modularen Geräten muss im Regelfall weder die Steuerverkabelung noch die Parametrierung neu erstellt werden. Der Frequenzumrichter verrichtet bereits wenige Minuten nach der Wartungsmassnahme wieder seinen Dienst. Zur Minimierung der Stillstandzeiten trägt auch ein separat gesichertes Backup sämtlicher Anlagen-Parametrierungen bei. Besonders unkompliziert ist dies, wenn der Umrichter den Parametersatz auf eine Speicherkarte sichern kann. So können die Parameterdaten mühelos auf einen Backup-Server gespielt werden. 10. Weltweiter Service und Support Auch die lokale Präsenz von Reparaturcentern ist entscheidend für möglichst kurze Stillstandzeiten. Eine weltweit aufgestellte Supportorganisation garantiert internationale Unterstützung im Störungsfall. Garantieleistungen führender Hersteller bieten Kostensicherheit nicht nur für die Dauer der gesetzlichen Gewährleistung, sondern auch darüber hinaus. Fazit Pumpen und Ventilatoren in HLK-Anlagen lassen sich mit Frequenzumrichtern effizient steuern. Um Energieeinsparungen von bis zu 60 Prozent zu realisieren, ist jedoch eine anwendungsindividuelle Spezifikation des Umrichters notwendig. Besondere Bedeutung haben dabei spezielle gebäudetechnische Funktionalitäten und eine EMVkonforme Installation. www.siemens.com/bt/de/G120P

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Zudem ist es möglich, eine weitere Tonquelle wie z.B. einen DVDPlayer in den DAP 255 einzuspeisen. Via Apple-Airplay können Titel von Smartphones und Tablets einfach via W-LAN auf den DAP 255 gestreamt werden.

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Die NIN 2015 liegt bereits vor. Die neuen Brandschutzrichtlinien der VKF werden 2015 schweizweit gültig. Darin ist für die Stromversorgung sicherheitsrelevanter Gewerke eine Installation mit Funktionserhalt E30 bis E90 gefordert. Die Änderungen sind wirklich umfassend. Es ist unbedingt zu empfehlen, die Ausführung von Kabelanlagen noch während der Planung mit den zuständigen Behörden zu klären. Für Sicherheitskabelanlagen sind Kabeltypen auszuwählen, die nach DIN 4102-12 auf ihren Funktionserhalt im Brandfall (30 – 90 Minuten) geprüft wurden, zugelassen sind und über ein Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis verfügen. Sie müssen mit einer Kabeltragkonstruktion installiert werden, die gemeinsam mit dem Kabel geprüft wurde. Nach der Installation ist dem Bauherrn bzw. der abnehmenden Behörde eine Übereinstimmungserklärung als Nachweis zu übergeben. Dätwyler bereitet Planer, Installateure und Endkunden seit zwei Jahren auf die neuen Richtlinien und Normen vor. Für 2015 ist eine weitere Seminarreihe geplant, die auch die Neufassung der KBOB und die Vorgaben der europäischen Bauproduktenverordnung thematisieren wird.

Seit 25 Jahren bietet Dätwyler Kabel, Trag- und Befestigungssysteme mit Funktionserhalt an. Unsere innovativen keramisolierten Sicherheitskabel bieten rund

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Elektrotechnik 12/14 | 15

Automation und Elektronik

Eigene Stromversorgung im Haus über Photovoltaik

StromspeicherDimensionierung Dezentrale Stromspeicher könnten in Zukunft eine grosse Rolle spielen, wenn es um die Steigerung des Eigenverbrauchs der selbstproduzierten Photovoltaikenergie und um die Optimierung des Energiemanagements eines Gebäudes geht. Die Energie aus dem Stromspeicher zum Eigenverbrauch muss nicht transportiert werden, Spitzenbelastungen im Netz lassen sich reduzieren und die Energieproduktion des öffentlichen Netzes wird entlastet. Ob ein Stromspeicher dabei auch wirtschaftlich betrieben werden kann, hängt stark von der richtigen Stromspeicherdimensionierung ab.

wichtige Rolle spielen. Auch die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen wird durch die weiter sinkenden Vergütungstarife und die anzunehmende Steigerung der Strompreise abnehmen. Die Betreiber von Photovoltaikanlagen werden deshalb bestrebt sein, die produzierte PV-Energie kurzfristig zu speichern und selbst zu verbrauchen, um bei den Energiebezugskosten zu sparen und dadurch die Photovoltaikanlagen weiter wirtschaftlich betreiben zu können. Dieser Beitrag zeigt das Potential von Stromspeichern anhand eines Büround Wohngebäudes auf.

Lithium-Ionen-Stromspeicher zur Speicherung von Photovoltaikenergie. (Quelle: www.ibc-solar.de/)

Fabian Bütikofer und Sebastian Mario Frei* Durch den immer höheren Anteil an erneuerbaren Energien im Schweizer Stromnetz kommt es vermehrt zu Ungleichgewichten zwischen Produktion und Verbrauch. Um die Verteilnetze zu entlasten, werden dezentrale Stromspeicher, welche direkt beim Erzeuger eingesetzt werden, in Zukunft eine

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Stromspeicherdimensionierung Stromspeicher sind momentan mit hohen Kosten verbunden, was viele Photovoltaik-Betreiber von der Anschaffung abhält. Im Rahmen der BachelorDiplomarbeit wurde untersucht, ob sich ein Stromspeicher überhaupt wirtschaftlich betreiben lässt und welche Steigerung der Energieautarkiegrade durch den Einsatz eines Stromspeichers erzielt werden kann. Die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage im Verbund mit einem Stromspeicher hängt stark von der Dimensionierung des Stromspeichers ab. Durch die hohen Speicherkosten und die momentan noch relativ tiefen Strompreise nimmt der Kapitalwert des Gesamtsystems durch den Einsatz eines Stromspeichers stark ab. Dies verdeutlicht Bild 2, in welchem der Kapitalwert (Gewinn nach der Betrachtungsdauer) mit wachsender Speicher-

kapazität ersichtlich ist. Ziel ist es, den Stromspeicher so zu dimensionieren, dass der Kapitalwert nach Betrachtungsdauer positiv ist und ein möglichst hoher Energieautarkiegrad resultiert. Da durch einen Stromspeicher mit den heutigen Speicherkosten noch keine Erhöhung des Kapitalwerts der Gesamtanlage erreicht werden kann, ist das wirtschaftliche Potential als eher schlecht einzustufen. Das energetische Potential eines Stromspeichers hingegen ist auch bereits heute sehr gut. So lässt sich die Energieautarkie nach der Berechnungsmethode dieser Bachelorarbeit mit einem 38-kWh-Lithium-Ionen-Stromspeicher um bis zu 16 Prozent steigern, wie Bild 2 zeigt. Die Auswirkungen eines wirtschaftlich dimensionierten Stromspeichers und die resultierende Energieautarkie sind auch im Speicherverlauf von Bild 5 ersichtlich. Grafik zur Speicherdimensionierung Wenn man die Grafik zur Stromspeicherdimensionierung für einen Lithium-Ionen Speicher betrachtet, so ist der Kapitalwert für das gewählte Objekt und den Parametern bei einer Speichergrösse von 38 kWh noch gerade positiv. Dies bedeutet, dass der Gewinn nach Betrachtungsdauer mit einem 38 kWh Speicher und einem Energieautarkiegrad von 56 Prozent mit 828 Franken resultiert und die Gesamtanlage noch wirtschaftlich ist. Wenn man den Lithium-Ionen-Speicher auf 39 kWh auslegen würde, wäre der Kapitalwert nach Betrachtungsdauer be-

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Stromspeicherdimensionierung für ein 450 m2 grosses Büro- und Wohngebäude mit einer 30 kWp Photovoltaikanlage.

reits negativ und die Anlage nicht mehr wirtschaftlich. Wenn man den Stromspeicher kleiner als 38 kWh Speicherkapazität wählt, resultiert ein höherer Kapitalwert und die Anlage ist wirtschaftlicher, jedoch wird der Energieautarkiegrad kleiner. Das Ziel war, den Stromspeicher wirtschaftlich auszulegen und einen möglichst hohen Energieautarkiegrad zu erreichen. Deshalb wurde die Grösse der Speicherkapazität gewählt, bei welcher der Kapitalwert noch gerade positiv ist und somit ein möglichst hoher Energieautarkiegrad resultiert. Der Stromspeicher kann jedoch je

nach Bedürfnis auch auf andere Kriterien ausgelegt werden. Als Grundlage der Berechnung dienten zum einen ein BleiSäure-Speicher mit einem Wirkungsgrad von 78 Prozent und einer Lebensdauer von 12 Jahren und ein LithiumIonen-Speicher mit einem Wirkungsgrad von 88 Prozent und einer Lebensdauer von 19 Jahren. • Kapitalwert = Gewinn nach Betrachtungsdauer von 25 Jahren • Energieautarkiegrad = Anteil der im Gebäude verbrauchten Energie, welche durch selbst produzierte Energie abgedeckt wird. 100 Prozent Ener-

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Zukunftsszenario zur Stromspeicherdimensionierung für ein 450 m2 grosses Büro- und Wohngebäude mit einer 30-kWp-PV-Anlage. Der Stromspeicher kann auf einen 58-kWh-Lithium-Ionen-Stromspeicher mit maximalem Energieautarkiegrad von 59% dimensioniert werden.

Automation und Elektronik

Potenzial zur Netzentlastung für ein 450 m2 Büro- und Wohngebäude mit der wirtschaftlichen Speichergrösse eines Lithium-Ionen-Speichers von 38 kWh im Monat Juni.

Auszug aus dem erstellten Berechnungstool: Speicherverlauf für ein 450 m2 grosses Büro- und Wohngebäude mit einer 30-kWp-PV-Anlage und einem 38-kWh-Lithium-Ionen-Stromspeicher im Monat Juli.

gieautarkiegrad bedeutet, dass das Gebäude autark vom Netz funktioniert. • Eigenverbrauchsanteil = Anteil der selbst produzierten Energie, welche im Gebäude eigenverbraucht wird. 100 Prozent Eigenverbrauchsanteil bedeutet, dass die gesamte selbst produzierte Energie im Gebäude eigenverbraucht wird und keine Energie ins Netz zurückgespiesen wird. Zukunftsszenario Um abzuschätzen, wie sich das wirtschaftliche Potential in Zukunft verändern könnte, wurde unter anderem ein mögliches Zukunftsszenario erstellt. Die variablen Parameter wie die Investitionskosten der PV-Anlagen, die Förderbeiträge, die Speicherkosten des Stromspeichers, die technischen Eigenschaften des Speichers sowie auch die Energiepreise wurden prozentual an-

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hand der Entwicklungen der letzten Jahre angepasst. Mit den neuen Werten wurde eine neue Grafik zur Stromspeicherdimensionierung gebildet (Bild 3). Die Stromspeicherdimensionierung für das Zukunftsszenario 2016 mit einem Lithium-Ionen-Speicher zeigt auf, dass der Kapitalwert zukünftig weniger stark absinken wird. Dies ermöglicht, dass man den Speicher in Zukunft auf den maximalen Energieautarkiegrad und nicht mehr auf den letzten möglichen positiven Kapitalwert dimensionieren könnte. Daraus resultiert ein höherer Kapitalwert nach einer Betrachtungsdauer von 25 Jahren und somit eine verbesserte Wirtschaftlichkeit. Netzentlastung Durch die Eigenverbrauchssteigerung und die daraus resultierende Erhöhung des Energieautarkiegrades können Stromspeicher dazu beitragen, das

Stromnetz zu entlasten. Das Potenzial zur Netzentlastung wird in Bild 4 für einen Lithium-Ionen-Stromspeicher und für das Beispielobjekt Wohnungs- und Bürogebäude aufgezeigt. Die Differenz aus dem PV-Ertrag und der Rücklieferung ins Netz ohne Stromspeicher entsteht durch den direkten Eigenverbrauchsanteil des Gebäudes. Durch die Anwendung eines Stromspeichers kann die Rücklieferung ins öffentliche Stromnetz nochmals um mehr als die Hälfte reduziert werden. Zusätzlich zur verringerten Rückspeisung ins Netz reduziert sich auch der Energiebezug aus dem Netz. Eine allfällige Integration von Elektrofahrzeugen führt zusätzlich noch zu einer weiteren Netzentlastung, sodass sich die Rückspeisung ins öffentliche Netz auf ein Minimum reduziert. Fazit Das wirtschaftliche Potential von Stromspeichern ist momentan noch sehr gering. Das energetische Potential ist jedoch bereits heute sehr gut, denn durch die Stromspeicher können der Energieautarkiegrad und der Eigenverbrauchsanteil stark gesteigert werden und so zur Netzentlastung beitragen. Es kann allerdings von einer erhöhten Wirtschaftlichkeit von Stromspeichern für die nahe Zukunft ausgegangen werden, da sich die technischen Eigenschaften von Stromspeichern verbessern, der Strompreis allgemein steigen wird und die Vergütungstarife weiter sinken. Je nach zukünftiger Veränderung von Parametern könnte sogar eine Erhöhung des Kapitalwerts durch Stromspeicher erzielt werden. Stromspeicher stellen eine gute Möglichkeit dar, die Veränderungen in der Energielandschaft zu bewältigen und einen Beitrag zur Energiestrategie 2050 zu leisten. Momentan hängt jedoch noch viel davon ab, wie sich die Kosten der Speichersysteme und die Energiepreise entwickeln werden und ob sich Bedürfnisse wie Sicherheit der Stromversorgung, Autarkie vom Energieversorger und Rendite beim Endkunden durchsetzen werden. ■

* Sebastian Mario Frei und Fabian Bütikofer waren Studenten der Hochschule Luzern, Bereich Technik & Architektur. Dieser Beitrag entstand aus einer Bachelor-Diplomarbeit in Zusammenarbeit mit der Firma Elektrolink aus Frutigen. Betreut wurde die Arbeit durch Prof. Volker Wouters und Dr. Axel Seerig.

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Automation und Elektronik

Leistungsbewertung in Wochen anstatt in Jahren

Warum fallen LithiumIonen-Batterien aus? Auf der Konferenz Batteries 2013 in Nizza, Frankreich, präsentierte ein Redner Diagramme die kontinuierlich steigende Energiedichten zeigten. Als das Publikum den Vortragenden fragte: «Glauben Sie an diese Vorhersagen?», antwortete der befangene Redner mit einem starken chinesischen Akzent mit Nein. Ein gedämpftes Lachen erhob sich. Die Batterieindustrie sieht in naher Zukunft keine signifikanten Verbesserungen bei der Energiedichte. Isidor Buchmann* Nach dem Rückruf 2008, als sich LiIonen-Batterien in Konsumgütern zerlegten, wurde ein zusätzliches Augenmerk auf die Sicherheit gelegt und die Batterien wurden sicherer (siehe Artikel ET 4 + 12/2013). Mit dem Aufkommen des Elektrofahrzeugs rückt die Langlebigkeit in den Vordergrund und Experten beginnen zu erforschen, aus welchem Grunde Batterien ausfallen. Während bei Laptops und Mobiltelefonen eine zwei- bis dreijährige Batterielebensdauer mit 500 Zyklen akzeptabel ist, erscheint einem die 8-Jahres-Garantie eines Elektrofahrzeugs (EV) kurz,

wenn man bedenkt, dass ein Ersatz-Akku den Preis eines neuen Kompaktwagens hat. Wenn man die Lebensdauer der Batterie auf, sagen wir, 20 Jahre verlängern könnte, dann wäre das Fahren eines EV selbst bei einer hohen Anfangsinvestition gerechtfertigt. Das Fahren eines schicken EV wie beispielsweise das Model-S von Tesla kann auch eher aus Begeisterung als wegen des Nutzens attraktiv sein. Im Oktober 2012 haben Besitzer des Nissan Leaf in Kalifornien und Arizona Nissan verklagt und behauptet, die Fahrzeuge hätten einen Konstruktionsfehler, der bewirke, dass sie ihre Akkulaufzeit und Kilometerleistung vorzeitig

Chemische Bezeichnung Material

Coulomb-Effizienz1

Lithiumkobaltoxid2

Gut, nur leichter Rückgang bei 50–60 °C

(LCO)

LiCoO2 (60% Co)

Lithium-Mangan-Oxid2 (LMO)

LiMn2O4

Lithiumeisenphosphat2 (LFP) Lithium-Nickel-ManganKobalt-Oxid2 (NMC) Lithium-Nickel-KobaltAluminium-Oxid2 (NCA) Lithium-Titanat3 (LTO)

LiFePO4 LiNiMnCoO2 (10–20% Co) LiNiCoAIO2 (9% Co) Li4Ti5O12

Anmerkungen

Hohe Kapazität, begrenzte Leistung; anfällig, Handy, Laptop Schwach, CE ist niedrig, fällt Hohe Kapazität, hohe Leisweiter bei 40 °C tung, tolerant bei falscher Anwendung Mässig, CE sinkt bei Elektrowerkzeuge, E-Bikes, 50–60 °C EV, medizinische Geräte, Gut, geringer Abfall bei Notstromversorgung (UPS) 60 °C k. A. Elektroantrieb (Tesla Model S), Gitterspeicherung Ausgezeichnet Sehr langlebig, aber teuer und geringe spezifische Energie

1 Die am häufigsten verwendeten Li-Ionen-Batterien, deren Coulomb-Effizienz als ausgezeichnet, gut, mässig und schwach bewertet wurde. Batteriehersteller sollten eines Tages die CE als Zahlenwert angeben.

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einbüssen. Bei der Fahrt im heissen Klima wurde dafür die Hitze verantwortlich gemacht. Die Batterie des Leaf hat kein aktives Thermomanagement um die Zellen zu kühlen. Dieses wurde als Grund genannt, warum die Batterie nach ein bis zwei Jahren im Gebrauch 27,5 Prozent ihrer Kapazität verlieren würde. Die Hersteller von Elektrofahrzeugen wählen ihre Batteriesysteme sorgfältig aus. Die Wahl beginnt mit der Auswahl der Zellen, die eher für Langlebigkeit als für hohe spezifische Energie optimiert sind. Batterien für industrielle Anwendungen sind bei gleicher Amperestundenzahl in der Regel grösser und schwerer als die in Konsumgütern. Nissan wählte wegen ihrer guten Leistung eine Li-Ionen-Batterie auf Mangan-Basis. Batterien müssen im Wettkampf gegen die Zeit strapaziöse Lebensdauertests durchlaufen, wobei das Testprotokoll oft zwingend eine Schnellladung von 1,5 C (weniger als eine Stunde) und eine Entladung von 2,5 C (20 Minuten) bei einer extremen Temperatur von 60 °C (140 °F) erfordert. Auch unter diesen Bedingungen darf die Batterie nach 500 Zyklen nur 10 Prozent ihrer Leistung verlieren, was einem ein- bis zweijährigen Fahren entspricht. Dies simuliert die Fahrt eines EV durch eine «biblische Hölle», samt Hinterlassen von Beschleunigungsstreifen für aggressives Fahren. Dennoch beeindruckt die Batterie mit einer Kapazität von 90 Prozent. Warum hat der Leaf also bei besseren Bedingungen so viel seiner Kapazität verloren?

* Isidor Buchmann ist der Gründer und CEO von Cadex Electronics Inc. Er schrieb den Bestseller «Batteries in a Portable World». Cadex ist spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Batterieladegeräten, Testgeräten, Schnelltest- und Überwachungsgeräten. www.batteryuniversity.com www.cadex.com.

Feldausfälle kommen nur ans Licht, wenn das Produkt einige Jahre in Gebrauch war. Professor Jeff Dahn von der Dalhousie-Universität weiss das und gemeinsam mit seinen Kollegen entwickelte er die Coulomb-Effizienz (CE), ein Verfahren, das die Effizienz definiert, mit der Elektronen in einem elektrochemischen System übertragen werden.

Während des Aufladens wird Lithium von der Grafit-Anode (negative Elektrode) angezogen und das Spannungspotenzial ändert sich. Wenn das Lithium bei der Entladung wieder abwandert, wird die Batterie nicht vollständig auf den Ausgangszustand zurückgesetzt. Es bildet sich eine Grenzschicht aus Lithiumatomen auf der Oberfläche der Anode, die Solid Electrolyte Interface (SEI) genannt wird. Die SEI-Schicht besteht aus Lithiumoxid und Lithiumcarbonat die mit jedem Batteriezyklus wächst. Die Grenzschicht wird dicker und bildet schliesslich eine Barriere, die eine Interaktion mit dem Grafit verhindert (siehe auch ET 2/2014, Seite 44). An der Kathode (positive Elektrode) entsteht eine ähnliche restriktive Schicht, die als Elektrolyt-Oxidation bekannt ist. Dahn betont, dass dies durch eine Spannung von über 4,10 V/ Zelle bei hoher Hitze bewirkt wird, und schädlicher für die Batterie ist als anstrengende Lade-/Entladezyken. Je länger die Batterie in diesem Zustand bleibt, umso höher sind die Leistungseinbussen. Der Aufbau kann zu einem plötzlichen Kapazitätsverlust führen,

der allein über die Zyklen nur schwer vorherzusagen ist. Dieses Phänomen ist seit einigen Jahren bekannt, aber über die Messung der Coulomb-Effizienz können diese Effekte wissenschaftlicher und systematischer nachgewiesen werden. Die CE misst beide Veränderungen: den Lithiumverlust durch das SEIWachstum an der Anode und die Elek-

Coulomb-Effizienz. Fünf Versuchsbatterien werden auf ihre Coulomb-Effizienz getestet. Eine höhere CE bedeutet eine längere Lebensdauer.

trolyt-Oxidation an der Kathode. Die Ergebnisse können dazu verwendet werden, die Lebenserwartung einer Batterie durch Quantifizierung der parasitären Reaktion einzustufen. Die CE einer perfekten Batterie wäre 1 000 000. Wäre dies der Fall, so würde die Li-Ionen-Batterie gemäss Dahn ewig halten. Eine ausgezeichnete Coulomb-Effizienz ist 0,9999, ein Niveau, das manche LCO (Lithium-Kobalt-Oxid 2)-Batterien erreichen. Bei den mit Abstand besten LiIonen-Batterien in Bezug auf CE sind die Lithium-Titanat (LTO). Sie haben das Potenzial, 10 000 Zyklen zu erreichen. Der Nachteil sind die hohen Kosten und die geringere spezifische Energie. Die CE-Werte (auch C-Wert genannt), verändern sich mit der Temperatur und der Ladezeit. Mit längerer Zyklusdauer kommt die Selbstentladung zum tragen und die CE sinkt (verschlechtert sich). Die Elektrolyt-Oxidation an der Kathode verursacht die Selbstentladung. Li-Ionen verlieren etwa zwei Prozent pro Monat bei 0 C (32 F) bei halber Aufladung und bis zu 35 Prozent bei 60 C (140 F) bei voller Aufla-

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Zusammenhang zwischen Coulomb-Effizienz und Lebensdauer. Batterien mit hohen CE-Werten halten am längsten, die mit niedrigen Werten versagen zuerst (mit Genehmigung der Dalhousie-Universität) 1 bei C/20 und 30 °C (86 °F). (20 Stunden Aufladung und Entladung); 2Kathodenmaterial; 3 Anodenmaterial

Zyklusleistung von Li-IonenBatterien bei 1C-, 2C- und 3C-Auf- und -Entladung. Mässige Lade- und Entladeströme verringern den strukturellen Abbau. Dies gilt für die meisten Batterien.

dung. Tabelle 1 zeigt die Daten der häufigsten Lithium-Ionen-Systeme. Die CE wird als ausgezeichnet, gut, mässig und schwach bewertet und bezieht sich auf 30 ° C (86 ° F). Lithium-Ionen-Batterien haben sich dank Elektrolytzusätzen verbessert. Jede Zelle enthält mehrere Zusatzstoffe und deren Zusammensetzungen werden von den Herstellern geheim gehalten. Zusatzstoffe senken den Innenwiderstand durch Minimierung der Korrosion. Sie verringern auch die Vergasung, beschleunigen die Herstellung durch Feinabstimmung des Befeuchtungsprozesses und verbessern die Leistung bei niedrigen und hohen Temperaturen. Der Zusatz von 1–2 Prozent Vinylencarbonat verbessert das SEI an der Anode, begrenzt die ElektrolytOxidation an der Kathode und verbessert die CE-Werte. Andere Additive bieten zusätzliche Vorteile und es stellt sich die Frage: «Können diese Chemikalien miteinander interagieren?» Wie ein Patient, der mehrere Medikamente nimmt, den Arzt darüber informieren muss, bevor dieser weitere Pillen verschreiben kann, können ähnliche Bedingungen auch bei Batterien vorherrschen. Die CE stellt mögliche Beein-

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trächtigungen bereits nach Wochen fest, anstatt jahrelang auf das Auftreten von Symptomen warten zu müssen. Um den Zusammenhang zwischen CE und der Lebensdauer zu untersuchen, arbeitet Dalhousie mit BatterieHerstellern zusammen, darunter E-One Moli in Vancouver. Das Testumfeld bestand aus 160 Zellen, vier von jedem Typ. E-One Moli stellte 80 Zellen mit ihrer eigenen «Geheimzutat» zur Verfügung; Dalhousie spezifizierte die anderen 80 Elektrolytproben. Alle Bestandteile wurden sorgfältig dokumentiert, mit Ausnahme derjenigen des Zellenherstellers; diese werden streng als Firmengeheimnis gehütet. Dalhousie bestimmte fünf Batterien, die untersucht wurden. Tabelle 2 zeigt die CE dieser fünf Proben mit Werten im Bereich von 0,9960 bis 0,9995; Tabelle 3 zeigt die Testergebnisse nach dem Ausfall der Batterien. Entsprechend der Erwartung Dalhousies und zu deren Zufriedenheit stimmte die CE gut mit der Zykluszahl überein. Die Batterien mit hoher CE hielten am längsten; diejenigen mit niedrigen CEWerten fielen zuerst aus. Zum Batterieverschleiss gehört auch der strukturelle Abbau, der mit her-

kömmlichen Zyklustests erfasst werden kann. Dr. Dahn nennt diese Art der Prüfung die «Wurstmachine». Während die Messung der Coulomb-Effizienz, bei der Dalhousie führend ist, zur Entwicklung von Batterien beiträgt, indem sie eine punktuelle Beurteilung der Zusatzstoffe liefert, wird die anschliessende Überprüfung mit der alten «Wurstmachine» vorgenommen. Abbildung 4 zeigt den Kapazitätsverlust durch den strukturellen Abbau einer älteren Li-Ionen-Batterie bei 1C-, 2Cund 3C-Zyklen. Der schnelle Kapazitätsverlust bei höheren C-Werten kann durch Lithiumbesatz an der Anode durch schnelles Aufladen verursacht werden. Die Coulomb-Effizienz von Dalhousie hat das Interesse der Gerätehersteller erweckt, unter anderem der Hersteller aus dem Gesundheitswesen und von Elektrofahrzeugen. In Tesla-Fahrzeugen wird die 18650 verwendet, da diese Zelle leicht und zu einem niedrigen Preis erhältlich ist. Die Wahl der 18650-Zelle für den Tesla Roadster, dem ersten EV von Tesla, galt damals als aussergewöhnlich, da diese Zelle ursprünglich für Kameras, Laptops, medizinische Geräte und E-Bikes entwickelt wurde. Vielleicht wusste Elon Musk, der Gründer von Tesla Motor, nicht, dass Lithium-Ionen-Batterien auf KobaltBasis einen hohen (guten) CE-Wert haben, der bei sorgsamer Anwendung zur Langlebigkeit beiträgt. Der Mangel an Robustheit wurde durch Überdimensionierung des Packs gelöst. Heute wird im Tesla Model S eine Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA) verwendet, eine chemische Zusammensetzung mit hoher spezifischer Energie, hoher spezifischer Leistung und einer hohen Zykluszahl, die jedoch im Preis etwas höher liegt. Tesla überdimensioniert auch die NCA um Belastungen zu reduzieren. Die Batterien der Modelle S-60 und S-85 sind überdimensioniert, sodass sie selbst bei Autobahngeschwindigkeiten einen C-Wert von 0,25C (C/4) nicht überschreiten. Dadurch kann sich Tesla auf maximale Laufzeit und Langlebigkeit konzentrieren, aber die Nachteile sind ein höherer Batteriepreis und ein erhöhter Energieverbrauch aufgrund des schwereren Fahrzeugs. Die Li-Ionen-Batterien auf Mangan-Basis des Nissan Leaf haben ausgezeichnete Laborergebnisse, jedoch hat man vielleicht übersehen, dass die Batterie bei hoher Spannung und hoher Temperatur Schaden nimmt. Wie die

18650 für Grossanwendungen wird allmählich verschwinden. Zusammenfassung Vier mutmassliche «Abtrünnige» sind für Kapazitätsverlust und schliesslich das Ende der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien verantwortlich: 1. Mechanischer Abbau der Elektroden oder Verlust des Stapeldrucks bei prismatischen- und «pouch-Zellen». Sorgfältiges Zellen-Design und die richtigen Elektrolytzusätze minimieren diese Ursache. 2. Bildung des Solid Electrolyte Interface (SEI) an der Anode, das eine Sperrschicht bildet und die Wechselwirkung mit Grafit verhindert. 3. Bildung der Elektrolyt-Oxidation an der Kathode, die zu plötzlichem Kapazitätsverlust führen kann. Eine dauerhaft hohe Spannung bei höheren Temperaturen fördert dieses Phänomen. 4. Lithiumüberzug an der Oberfläche der Anode durch schnelle Aufladungszeiten. (Der höhere Kapazitätsverlust bei gesteigerten C-Werten in Abbildung 4 könnte dadurch verursacht worden sein.)

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Preis und Langlebigkeit werden bestimmen, wie weit man mit einer Batterie fahren kann und das EV setzt hierbei die Obergrenze. Mit heutigen Technologien ist der Einsatz von Batterien in Zügen, Schiffen und Flugzeugen kaum sinnvoll. Im Bezug auf den 100-mal höheren Heizwert im Vergleich zur Batterie gegen das mächtige Öl anzukämpfen ist schwierig. In vielen Bereichen kann jedoch Erdöl nicht mit der Batterie mithalten, denn sie ist sauber, ruhig, klein und liefert auf Knopfdruck sofort Energie. ■

Automation und Elektronik

CE-Tests zeigen, können diese beiden Bedingungen mehr Schaden verursachen als die Lade-/Entladezyklen allein, vor allem bei LMO (Lithium-Manganoxid2). Die NMC (Lithium-NickelMangan-Kobalt-Oxid2) ist besser und eine Verschlechterung der CE-Leistung ist nur bei über 50 °C (123 °F) zu beobachten. Die gute Nachricht ist, dass die Batterie des Leaf robust ist und in den meisten Teilen der Welt gut funktionieren wird. Im Gegensatz wählte Henrik Fisker eine LFP (Lithium-Eisen-Phosphat2) von A123, ebenfalls ein robustes System bei den Laborzyklen, jedoch mit weniger günstigen CE-Werten beim Betrieb über 50 °C (123 °F). Während die Nachfrage beim Tesla Model S die Produktionskapazität übersteigt, wird der ebenso atemberaubende Sportwagen von Fisker nicht mehr hergestellt. Die hohe Leistung, sowie die grossen Produktionsmengen und die gute Verfügbarkeit machten die 18650 zu einem Vorreiter bei den Lithium-Ionen-Batterien. Ein erfolgreicher EV-Markt wird aber zukünftig die 18650 durch eine grössere Zelle ersetzen. Der Preis pro kWh wird sinken und der Vorteil der

Wir danken Dr. Jeff Dahn, Professor für Physik und Chemie, Dalhousie-Universität, für seinen Redaktionsaufwand. Dr. Dahn gilt weltweit als angesehener Wissenschaftler auf dem Gebiet hochentwickelter Lithium-Batterien. Er ist einer der bahnbrechenden Entwickler der Lithium-Ionen-Batterie, verfasste 560 in Fachzeitschriften veröffentlichte Gutachten und reichte 61 patentierte Erfindungen ein. Dr. Dahn ist Autor des renommierten Journal of the Electrochemical Society.

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Software mit Marktpotenzial

Die richtige Batterie für Selbstversorger Mindestens einmal im Jahr bringt die Firma Vela Solaris (Winterthur) ein Update der Simulations- und Planungssoftware Polysun auf den Markt. Mit der Software lassen sich Heizungs- und Energieversorgungsanlagen unter Einbezug erneuerbarer Energien optimal planen. Im Zentrum der jüngsten Updates steht der Batteriespeicher, mit dem Betreiber von Photovoltaikanlagen ihren Eigenverbrauch optimieren können. Das neue Software-Tool ging aus einer Zusammenarbeit mit der ETH Zürich hervor.

mit seiner in Winterthur domizilierten und zehn Mitarbeiter starken Firma Vela Solaris. Witzig hatte an der ETH Zürich Elektrotechnik studiert und im Bereich Optoelektronik promoviert. Anschliessend arbeitete er bei einer Softwarefirma, einem Spin-Off der ETH. «Da bekam ich Lust, selbst etwas auf die Beine zu stellen», erzählt Andreas Witzig. Die Möglichkeit bot sich

Benedikt Vogel* Für viele Planer und Entwickler im Bereich der Erneuerbaren Energien ist sie unentbehrlich: die Software Polysun. Mit der Software lassen sich Energiesysteme mit Solarthermie, Wärmepumpen und Photovoltaik (PV)-Anlagen planen, bei Bedarf auch im Verbund mit fossil betriebenen Kleinkraftwerken wie z. B. Blockheizkraftwerken. Die Anfänge der Software reichen ins Jahr 1992 zurück. Unterdessen ist Version 7 auf dem Markt. Die Software ist in zwei Qualitätsversionen und 13 Sprachen erhältlich. Der Preis liegt je nach Paket zwischen 1200 und 4700 Franken. Wie jede Software muss auch Polysun ständig den Bedürfnissen der Nutzer angepasst werden. Dafür sorgen regelmässige Updates. Version 6 stellt den Nutzern seit Mitte 2013 das Werkzeug zur Verfügung, um Batteriespeicher richtig zu dimensionieren, dies auch unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Tiefentladungen die Lebensdauer einer Batterie verkürzen. Version 7 enthält neu ein Werkzeug, mit dem Forscher und Entwickler intelligente Steuerungseinheiten für die Regelung von Verbrauchsgeräten (Las-

* Benedikt Vogel arbeitet im Bereich Forschungskommunikation im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE). Weitere Auskünfte zu dem Projekt erteilt michael.moser@bfe.admin.ch, Leiter des BFE-Forschungsprogramms Netze.

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Der ETH-Elektrotechniker Andreas Witzig hat Vela Solaris 2007 als Spin-Off der Hochschule Rapperswil gegründet. (Bild: B. Vogel)

ten), Produktionsanlagen und Speicher in einem Haushalt entwickeln können. Solche Steuerungseinheiten werden beispielsweise gebraucht, soll der Eigenverbrauch von selbstproduziertem Photovoltaik-Strom optimiert werden. Das nächste Update (Version 8) ist schon aufgegleist: Hier wird es nicht mehr um den Eigenverbrauch eines Haushalts wie bei Version 7 gehen, sondern um den Eigenverbrauch eines ganzen Quartiers im Nahwärmeverbund. Hinter Polysun steht Andreas Witzig

2005 an der Fachhochschule in Rapperswil (HSR). Dort kam Witzig mit Polysun in Berührung, die am Institut für Solartechnik der HSR rund um Professor Ueli Frei mit viel wissenschaftlichem Fleiss und massgeblicher Unterstützung des Bundesamts für Energie entwickelt worden war. Andreas Witzig erkannte mit zwei weiteren Mitarbeitern des Instituts für Solartechnik das Marktpotenzial der Software. Sie entschieden sich zum Aufbau eines Spin-Offs, das die Resul-

tate der akademischen Forschung kommerzialisiert. Das war die Geburtsstunde von Vela Solaris. Für das Gründerteam war es ein Sprung ins kalte Wasser, denn anders als bei der ETH üblich, bietet die HSR Unternehmensgründern nicht die Möglichkeit, mit einem Teilzeitpensum beschäftigt zu bleiben. «Das hat uns gezwungen, richtig anzufangen, nicht mit einem 20 Prozent-Pensum Firma zu spielen», sagt Witzig im Rückblick. Die Gründer standen trotzdem nicht ganz alleine. Sie profitierten von externer Hilfe, insbesondere der von Thomas Schmidheini präsidierten Stiftung Futur zur Förderung von Jungunternehmen im Umfeld der HSR. Der grosse Schritt zur Anwenderfreundlichkeit Als Andreas Witzig noch unter dem Dach der HSR arbeitete, erweiterte er ab 2005 die Polysun-Software. Die Benutzeroberfläche wurde neu gestaltet. Jetzt konnten die User die Komponenten der Energiesysteme auf einer Zeichnungsfläche wie ein Steckspiel mit Rohrleitungen zu einem Heizsystem verbinden. Die zu den Komponenten gehörenden Daten werden dabei in einer Datenbank hinterlegt. Sobald ein Energiesystem in der Software aufgebaut ist, wird aus diesen Daten die Performance des Gesamtsystems berechnet. Im Januar 2007 wurde Vela Solaris als Spin-Off der HSR gegründet. Polysun wurde nun so erweitert, dass sie neben Solarthermie auch Photovoltaik und Wärmepumpen umfasste. 2011 dann brachten Witzig und seine Kollegen Version 5 der Software auf den Markt. Jetzt war Polysun so benutzerfreundlich gestaltet, dass die Software «bereit für den Markt und grosse Kun-

den» war, wie Witzig sagt. Damit dieser Schritt gelingen konnte, war die Zahl der Software-Entwickler vorübergehend auf acht Personen erhöht worden. Die nötigen Mittel konnten durch eine Kapitalerhöhung mit privaten und institutionellen Investoren gefunden werden. In den letzten Jahren hat Vela Solaris die Software mit zusätzlichen Funktionen angereichert. Seit der Version 5

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einer Wärmepumpe ausgestattetes Einfamilienhaus bisher knapp 20 Prozent des PV-Stroms selber nutzen, steigt der Selbstversorgungsgrad bei Einsatz einer Batterie (6 kWh Kapazität) und einer optimalen Steuerung der Wärmepumpe auf 36 Prozent. Zwar könnte der Selbstversorgungsgrad durch Einsatz einer grösseren Batterie weiter gesteigert werden. Dies wäre aufgrund der höheren Beschaffungskosten der Batterie unter dem Strich aber weniger lukrativ (bezogen auf die aktuellen Batteriekosten und Einspeisetarife für PV-Strom). «Unsere grösste Herausforderung war, die einschlägigen Parameter zu bestimmen und in einer Formel zu verknüpfen, um mit einem Algorithmus den Lebenszyklus der Batterien korrekt zu beschreiben», sagt ETH-Forscher Vrettos im Rückblick. Dieser Algorithmus ist nicht nur für Polysun interessant, er könnte auch in die aktuellen Bemühungen der Heizungsbranche zur Festlegung von Batteriestandards einfliessen. Nicht nur die verfügbaren Standards rund um Batteriespeicher lassen heute zu wünschen übrig, sondern auch die Verfügbarkeit der Daten: Für die auf dem Markt erhältlichen Batterien sind nicht immer alle zur Modellierung notwendigen Daten greifbar. Weil die Hersteller teilweise die notwendigen Daten nicht zur Verfügung stellen, ist der mit Polysun 7 erfasste Batteriekatalog zurzeit noch beschränkt.

findet man bei Polysun ein «All-inone-Tool», also die Möglichkeit, verschiedenste Verknüpfungen von Solarthermie-Anlagen, Wärmepumpen und PV-Modulen in einer einzigen Berechnung durchzuführen. Seit 2007 entstanden spezielle Firmenversionen, anfangs für die wichtigen Schweizer Solarspezialisten Soltop, Schweizer Metallbau und Helvetic Energy. Weiter konnten Heizungsanbieter wie Hoval, Walter

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ETH-Forscher beschreibt Lebenszyklus von Batterien Betreiber von Photovoltaikanlagen setzen heute in zunehmendem Mass Batteriespeicher ein, um den Eigenverbrauch des selbst produzierten PV-Stroms zu erhöhen. Um diesem Markttrend gerecht zu werden, suchte Vela Solaris 2011 die Zusammenarbeit mit der ETH Zürich. Ziel der Kooperation: Die Software Polysun so weiterentwickeln, dass Anlagen mit Batterie-Zwischenspeicher mit Blick auf eine Eigenverbrauchsoptimierung optimal geplant werden können. Um eine Batterie mit der Software wirklichkeitsnah modellieren zu können, müssen zahlreiche Parameter einfliessen: dies sind neben Ladekapazität, Lade-/ Entladeleistung, Lebenszeit/Degradation auch Parameter im Zusammenhang mit der chemischen Zusammensetzung der Batterie. ETH-Doktorand Evangelos Vrettos hat unter Einbezug dieser Parameter einen Algorithmus für Bleibatterien entwickelt. Auf dieser Grundlage etablierte Vela Solaris dann das Modell für die Batteriekomponente, wie sie in den neusten Versionen der PolysunSoftware enthalten ist. «Dank unseres Algorithmus können Planer jetzt für beliebige Gebäudetypen und PV-Flächen berechnen, welches die ideale Grösse des Batterie-Zwischenspeichers ist und welcher Selbstversorgungsgrad sich mit PV-Strom erreichen lässt», sagt Vrettos. Um es an einem Beispiel zu illustrieren: Konnte ein mit einer PV-Anlage und

Automation und Elektronik Simulation von Stromproduktion und -verbrauch eines Hauses (mit PV-Anlage und Batteriespeicher) durch die Polysun-Software: Die Grafik zeigt für vier aufeinander folgende Tage die Erträge der PV-Anlage (schwarz). Übersteigt die PV-Produktion den Eigenverbrauch (rot), dann wird der überschüssige Strom zur Ladung der Batterie verwendet (blau) oder – wenn diese voll ist – ins Netz eingespeist (grün). Liegt die Produktion von Solarstrom unter dem Verbrauch, wird der fehlende Strom aus der Batterie bezogen (gestrichelt blau) oder – nachdem die Batterie leer ist – aus dem Netz (gestrichelt grün). (Bild: Vela Solaris)

Meier und CTA beliefert werden, sowie international tätige Firmen wie Sonnenkraft, Tisun, Bosch und Vaillant. Vela Solaris baute parallel dazu ein weltweites Netzwerk von Vertriebspartnern auf und etablierte das Onlinemarketing. Wichtig waren und sind die Abkommen mit Testinstituten, welche die Daten der Komponenten zur Verfügung stellen, aufbauend auf dem europäischen Teststandard Solar Keymark bzw. den analogen Standards in den USA und China. Heute hat die Software 18 000 Nutzer weltweit, OnlineNutzer eingeschlossen. Seit 2013 ist Vela Solaris rentabel. Andreas Witzig macht kein Geheimnis daraus, dass er in einem Markt agiert, in dem einem nichts geschenkt wird. Im Bereich Photovoltaik ist wegen der Vielzahl von Gratistools kaum Geld zu verdienen, im Bereich Wärme muss er sich gegen zwei deutsche Konkurrenten (Valentin/Berlin, Hottgenroth/Köln) behaupten. Jeweils die Hälfte des Umsatzes erzielt Vela Solaris mit Lizenzen für Kleinkunden sowie mit Firmenversionen. Know-how von der ETH In dieser Situation ist ständige Weiterentwicklung Pflicht. «Wir sind eine innovative Firma, daher brauchen wir Hightech-Forschungsprojekte. Das zeichnet uns gegenüber der Konkurrenz aus», betont Andreas Witzig. Freie

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Ausgangspunkt dieses Projekts war eine unter Betreibern dezentraler PVAnlagen verbreitete Frage: Wie gelingt es mir, einen möglichst hohen Anteil meines PV-Stroms selber zu verbrauchen? Polysun 7 zeigt dem Heizungsund Energieplaner, wie das Gesamtsystem aus PV-Anlage, Verbrauchsgeräten (Wärmepumpe und weitere Lasten) sowie Batteriespeicher ausgelegt werden muss, damit ein möglichst hoher Selbstversorgungsgrad erreicht werden kann (siehe Textbox). «Schon neun Monate nach Projektstart konnten wir die ersten Resultate im Polysun-Release mitgeben», sagt Witzig. Das war Mitte 2013. Das zweite Update sowie eine vertiefte Zusammenarbeit mit dem Wechselrichterhersteller SMA folgte Mitte 2014. Ein weiteres Update Mitte 2015 wird die PV-Eigenverbrauchsoptimierung perfektionieren. «Vela Solaris ist ein Beispiel für gelungenen Wissenstransfer», sagt Michael Moser, Bereichsleiter Elektrizität in der Sektion Energieforschung des

Eine Heizanlage in der Darstellung von Polysun: Eine PV-Anlage (oben links) bzw. das Stromnetz (symbolisiert durch den Masten) liefern den Strom, mit dem unter anderem eine Wärmepumpe (unten Mitte) betrieben wird, die Heizwärme und Warmwasser liefert. Damit ein möglichst grosser Anteil von PV-Strom im eigenen Haushalt verwendet werden kann, wird eine Batterie (unten links) als Zwischenspeicher eingesetzt. (Bild: Vela Solaris)

Mittel werden in neue Innovationsprojekte investiert. Bereits früher kooperierte die Firma mit dem Institut für Dynamische Systeme und Regelungstechnik von ETH-Professor Lino Guzzella. Im Jahr 2011 suchte Witzig die Kooperation mit Göran Andersson, Leiter des ETH-Instituts für Energieübertragung, das über Kompetenzen und ein gutes Netzwerk z. B. zu den Energieversorgern verfügt. So entstand ein vom Bundesamt für Energie unterstütztes Forschungsprojekt, das von 2011 bis 2015 dauert und eine zentrale Grundlage lieferte für die bereits realisierten bzw. noch geplanten Polysun-Updates.

Bundesamts für Energie, das die Entwicklung von Polysun in verschiedenen, aufeinander aufbauenden Projekten kontinuierlich gefördert hat. Die Software ist nicht nur für Planer und Entwickler von Energiesystemen von Bedeutung. Auch Forscher, Regulierungsbehörden und Energieversorgungsunternehmen brauchen die Software, um das Energieversorgungssystem planen zu können, das durch den Ausbau der dezentralen Versorgung immer komplexer wird. ■

Seit Mitte Juni kann der EKZ-Batteriespeicher offiziell zur Stabilität des Wechselstromnetzes in Europa beitragen. In den letzten Monaten wurden die EKZ und ihr 1-MW-Speicher in Dietikon von Swissgrid einer aufwendigen technischen und betrieblichen Prüfung unterzogen (siehe auch ET 4/2013 Seite 25). Nun wurde das Präqualifikationsverfahren erfolgreich abgeschlossen, der Speicher wurde ohne Ausnahme qualifiziert. «Die EKZ können nun als Systemdienstleistungsverantwortlicher mit dem Speicher an den OnlineAuktionen für Primärregelenergie der Swissgrid teilnehmen. Die Anlage in Dietikon ist damit der erste eigenständige Batteriespeicher mit kommerziellem Marktzugang in Europa und das erste Nicht-Wasserkraftwerk, das in der Schweiz Primärregelenergie anbietet», sagt Peter Franken, Leiter Geschäftsbereich Netze der EKZ. Im Vergleich zu einem Wasserkraftwerk ist der Batteriespeicher zwar mit einem Megawatt Leistung relativ klein. Er hat jedoch den Vorteil, dass er sehr schnelle Reaktionszeiten hat. «Der Batteriespeicher kann in weniger als einer

Sekunde von ein Megawatt Laden auf ein Megawatt Entladen wechseln, so Abweichungen viel schneller ausgleichen und gleichzeitig dem Frequenzsignal sehr genau folgen. Dank dieser Flexibilität kann er im Markt eine wichtige Rolle spielen», erläutert Franken. Auch Jörg Spicker, Leiter Market Operations und Mitglied der Geschäftsleitung bei Swissgrid, ist erfreut über die erfolgreiche Präqualifikation: «Dass wir nun zum ersten Mal einen Batteriespeicher für die Lieferung von Regelenergie qualifizieren konnten, ist ein wichtiger Schritt in die Stromzukunft.» Die steigende Zahl erneuerbarer Energiequellen führt zu immer schnelleren Frequenzschwankungen im Stromnetz und stellt das Netz damit vor grosse Herausforderungen. «Batteriespeicher entsprechen mit ihrer schnellen Reaktionszeit der steigenden Nachfrage nach sekundenschneller Regelung», so Jörg Spicker. In Europa wird eine Netzfrequenz von 50 Hertz verwendet. Damit die Frequenz stabil bleibt, müssen Produktion und Verbrauch elektrischer Leistung immer im Gleichgewicht sein. Abweichungen, führen zu einer Verän-

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Batteriespeicher ist offiziell am Markt für Regelenergie

derung der Netzfrequenz, welche zu einem europäischen Stromausfall führen können. In der Schweiz ist es die Aufgabe von Swissgrid, Netzüberlast oder Netzunterlast rechtzeitig zu erkennen. Schon bei minimalen Abweichungen der Netzfrequenz vom Sollwert muss je nachdem positive oder negative Regelleistung eingesetzt werden, um die Frequenz stabil bei 50 Hertz zu halten. Die Kapazität für diese Regelleistung muss jederzeit bereitstehen. www.swissgrid.ch www.ekz.ch

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Schnittverletzungen vermeiden Abisolieren, Schneiden, Sägen und Bohren gehören zu den Grundtätigkeiten in der Elektroinstallation. Mit falschen Werkzeugen und durch unkorrekte Handhabung können Schnittverletzungen entstehen. Mit der richtigen Ausrüstung und mit einigen Vorsichtsmassnahmen lassen sich aber solche Unfälle vermeiden. Rico De Boni Schnittverletzungen Noch schnell mit dem Messer die Kabelisolation entfernen, Rohr abschneiden, Einführung fürs Kabel ausschneiden oder Grat am Blechkanal entfernen, dabei ausgerutscht und schon blutet es massiv. Die Gefahr ist zum Teil gar nicht erkennbar, es passiert einfach so. Zwar bleibt es meist bei Bagatellverletzungen, die mit einem Pflaster verarztet werden können. Doch es kann auch anders sein. Gerade an Fingern und an der Hand können schnell schlimme Verletzungen entstehen. Die Wunde muss gar nicht tief oder gross sein, es reicht schon,

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Feste Klinge

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Taschenmesser

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wenn man eine Sehne durchtrennt, die für die Bewegung eines Fingers notwendig ist. Eine Schnittverletzung ist ein Fall für den Arzt, wenn das Hautgewebe so tief durchtrennt ist, dass man bereits das Fettgewebe sieht, man Gefühlsbeeinträchtigungen spürt oder tiefe Stichverletzungen hat. Durch die Verwendung geeigneter Werkzeuge, aber auch durch die richtige Handhabung der schneidenden Werkzeuge, lässt sich das Risiko einer Schnittverletzung deutlich vermindern. Messer als Universalwerkzeug Für was lässt sich ein einfaches Messer nicht alles einsetzen. Es schneidet Papier und Karton, es löst Isolationen und

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Einfacher Einklappschutz

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Messer mit zwei einfahrbaren Klingen

trennt Kunststoffrohre (Bild 159). Ein universelles Messer hat aber seine Tücken. Es kann viel, aber es ist auch für vieles ungeeignet. Darum sind doch einige Punkte zur Messerwahl und zum Gebrauch zu beachten: • Das richtige Messer für die jeweilige Schneideaufgabe wählen: Beispielsweise festes Messer zum Abschneiden von Rohren und zum Ausreiben • Um ein Abrutschen der Hand vom Messergriff zur Klinge zu vermeiden, muss das Messer über einen abrutschfesten Griff verfügen • Stumpfe Messer sind gefährlich, weil sie beim Schneiden einen grossen Kraftaufwand bedingen und dies wiederum führt leicht zum unkontrollierten Abgleiten. Nur gutgeschliffene Messer lassen sich einfach und ohne grossen Kraftaufwand führen. • Taschenmesser (Bild 160) sind zwar universell, es besteht aber die Gefahr, dass die Klinge beim Arbeiten zuklappt und es dabei zu Verletzungen an Fingern kommt. Bei Messern mit einer einfachen Klingensicherung wird dies verhindert. Durch die Betätigung des Schiebers wird das Einklappen der Klinge verunmöglicht (Bild 161). Ein solches Messer darf in der Standardausrüstung nicht fehlen. • Während der Arbeitspause und beim Nichtgebrauch müssen die scharf geschliffenen Schneiden abgedeckt sein. Bei Messern mit einziehbarer Klinge ist das schnell erledigt (Bild 162). • Es darf nie gegen den Körper oder auf Körperteile hin gearbeitet werden; beim Abgleiten sind sonst Schnittverletzungen vorprogrammiert. • Trifft das Messer irrtümlicherweise auf einen spannungsführenden Leiter, kann ein gefährlicher Körperstrom fliessen. Diese Gefahr wird durch ein isoliertes Messer verhin-

Maschinen und Geräte

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VDE-Messer

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Kabelentmantler universell für Rund -und Flachkabel

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Schutzhülle zum Stechbeitel

dert. Die teilisolierte Klinge verhindert beim Abgleiten einen Kurzschluss (Bild 163). Kabelöffner Spezielle Abisolierzangen und Kabelöffner erlauben sicheres, aber auch rationelles Arbeiten ohne Schnittgefahr. Es gibt praktisch für alle Leitungsarten das geeignete Messer um Mantel- und Leiterisolationen zu trennen Mit einem Universal-Entmantler sind die Aussenisolationen schnell getrennt (Bild 164). Eine Schnittgefahr besteht nicht und die Gefahr, dass falsch abisoliert wird, ist klein. Darum sind Kabelöffner aller Art beim Abisolieren und Entmanteln von Leitungen den Messern vorzuziehen. Geschützt aufbewahren Nur mit gut geschliffenen Werkzeugen lässt sich richtig und zügig arbeiten. Sind diese aber nur ungeordnet in einer Kiste abgelegt, so genügt ein falscher Griff für eine Schnittwunde. Sägen, Stechbeitel, Ahlen, Bohrer und Messer sind so aufzubewahren, dass ihr Schliff erhalten bleibt und auch keine Verletzungen durch zufällige Berührungen entstehen (Bild 165). Originalverpackungen oder der Schutz durch Improvisationen mit einem Rohrstück als Futteral nützen viel. Achtung beim Werkzeugwechsel Der Wechsel darf erst vorgenommen werden, wenn das Elektrowerkzeug völlig zum Stillstand gekommen ist. Bremsversuche mit der Hand sind gefährlich. Beim Einsetzen neuer Sägeblätter oder Bohrer in der elektrischen Säge oder Bohrmaschine kann durch das zufällige Betätigen des Schalters die Maschine anlaufen und Verletzungen an den Händen verursachen. Darum ist die Maschine beim Werkzeugwechsel vom Netz zu trennen oder der Akku ist zu entfernen. Vor dem Einschalten oder Einsetzen des Akkus müssen die vorhandenen Schutzabdeckungen vollständig sein, sie dürfen nicht weggelassen oder abgeändert werden. ■

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Installations- und Gebäudetechnik

Stromversorgung in Geräten und Anlagen oft ein kritischer Punkt

Wie hoch darf die Messlatte sein? Stromversorgungen für Steuerungen verwenden in der Industrie, in Geräten und Gebäuden meistens 24 Vdc. Je nach Anwendung sind die Stromversorgungen Tag und Nacht in Betrieb, also 8760 h pro Jahr. Es lohnt sich Geräte einzusetzen, die viele Jahre halten und dabei mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Raymond Kleger Bei Diskussionen der Zuverlässigkeit von Steuerungen, Automatisierungsgeräten und vielem mehr ist die Stromversorgung oftmals ausgeklammert. Dabei ist sie an der Front, rauen Netzverhältnissen ausgesetzt und hat immer Bauteile integriert, die eine beschränkte Lebensdauer aufweisen. Nicht Prozessoren, Verstärker usw. sind kritisch bezüglich der Lebensdauer, sondern Elektrolytkondensatoren (Elkos). Kommen hochwertigste Elkos bei möglichst tiefer Umgebungstemperatur zum Einsatz, sind 10 Jahre Dauerbetrieb bei einem Netzteil möglich, die meisten Netzteil-Hersteller sind davon allerdings weit entfernt. Puls als renommierter deutscher Hersteller dient am

Produktspektrum 2014 der Netzteile von Puls.

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Markt oftmals als Referenz, nicht nur in der Zuverlässigkeit sondern auch in der Baugrösse. So beanspruchte ein 240-W-/ 24-V-Netzteil vor rund 23 Jahren auf der DIN-Schiene 225 mm. Heute sind nur noch 39 mm nötig, bei deutlich besseren technischen Eigenschaften. Wirkungsgrad Warum ist der Wirkungsgrad der entscheidende Faktor? Ein exzellentes 24-V-Netzteil arbeitet mit 95 Prozent Wirkungsgrad, ein gutes mit 92 Prozent. Nehmen wir an, ein 240-W-Gerät arbeitet durchschnittlich mit 150 W. Beim Netzteil mit 95 Prozent entstehen bei 10 Jahren Dauerbetrieb Verlustkosten von 132 Franken bei 0,2 Fr./kWh, beim Gerät mit 92 Prozent Wirkungsgrad sind es 210 Franken. Der Unter-

schied beträgt rund 80 Franken. In solchen Fällen lohnt sich der Kauf eines teureren Geräts alleine wegen der Stromkosten. Es kommt aber hinzu, dass das Gerät mit 92 Prozent Wirkungsgrad kaum 10 Jahre durchhält. Wie ist das zu erklären? Temperatur im Gerät Geringe Verluste sind der Schlüssel für hohe Zuverlässigkeit eines Netzteils. Dies gilt ganz besonders dann, wenn kleine Bauformen ein weiterer Wettbewerbsvorteil sind. Nebenbei kommt eine kleine Verlustleistung auch den anderen Komponenten im Schaltschrank zugute, auch diese werden dadurch zuverlässiger. Die Spezifikation der Lebensdauer erfolgt auf Basis einer Belastungsmessung der verschleissbehafteten Elkos. Nach der Bestimmung der Betriebsbedingungen wird gemäss Herstellerangaben der Elkos die garantierte Mindestlebensdauer errechnet. Die Elkos und damit die Stromversorgungen arbeiten auch nach dieser errechneten Mindestlebensdauer meistens noch für Jahre. Beim Bau eines Netzteils ist schlussendlich die Temperatur der El-

Einschaltstromspitzen Vereinfacht gesagt sitzt beim Netzteil immer ein Elko hinter einem Gleichrichter am Netz. Beim Einschalten ist dieser Elko entladen und provoziert dadurch eine enorme Stromspitze. Dies lässt sich umgehen durch eine aktive Einschaltstrombegrenzung. Bild 3 zeigt, wie sich der Netzstrom beim CPS10 von Puls verhält. Dieser übersteigt in keinem Moment den bescheidenen Wert von 6 A und dies auch beim Warmstart. Der Kundennutzen ist hier klar, denn egal ob Kalt- oder Warmstart, es treten keine störenden Spitzenströme auf. Sicherungen und Schalter müssen nicht überdimensioniert werden. Hohe Einschaltstrompulse haben auch ein erhebliches Störpotenzial. Low Cost-Geräte Vorher drehte sich das Thema um die besten Geräte am Markt. Häufig sind Netzteile nicht 24 h an 365 Tagen im Jahr in Betrieb. Es kommt hinzu, dass gewisse Features wie «Ferngesteuertes Einschalten» oder «Relaiskontakt für Fehlermeldungen» bei vielen Anwendungen gar nicht gefragt sind. Es gibt viele Anwendungen, wo der Investor unter enormem Kostendruck steht. Da fragt sich, wo lässt sich Geld sparen? Mit der neuen Piano-Serie gibt es jetzt DIN-Schienen-Stromversorgungen auch für sehr kostenorientierte Anwender, in bekannter Puls-Qualität. Die Grundeigenschaften: hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer bei leicht vermindertem Wirkungsgrad von 90,5 bis 94,5 Prozent sind aber schon überragende Werte. Die Preise der PianoSerie liegen um 20 bis 40 Prozent unter denen der Dimension-Serie.

Bei der Piano-Serie kommt ein Kunststoffgehäuse und Single-BoardDesign zum Einsatz. Letzteres bedeutet, wie Bild 4 zeigt, dass die komplette Schaltung auf einem einzigen Print aufgebaut ist. Dies spart sowohl bei der Herstellung als auch beim Testen Kosten. Für eine komfortable Anwendung sorgen ein DC-OK-Signal, ein Temperaturbereich bis + 55 °C ohne Derating, grosse Klemmen und kleine Abmessungen. Das 24 V/10-A-Gerät ist nur 49 mm breit, das erreichen gerade die kleinsten neu auf den Markt kommenden High-End-Geräte anderer Anbieter. In Anwendungen, die nicht unbedingt die Netzspannungen von 100 V oder 120 V brauchen, kann der Anwender Kosten sparen durch die Verwendung der speziell entwickelten Versionen für 200…240 V. Aktuell sind Geräte mit 24 V/5 A und 24 V/10 A in der 230-V-Version verfügbar. Die globalen Versionen kommen im ersten Quartal 2015 auf den Markt. Fazit Wer beim Netzteil spart, spart meistens am falschen Ort. Netzteile sind im Einsatz von Maschinen und Gebäuden oftmals ein «single point of failure», will heissen, wenn das Netzteil ausfällt, ist alles tot. Dass sich hier Entscheidungsträger oftmals mit «low Quality» eindecken, ist kaum zu fassen. Denn ein Netzteil, das im Dauerbetrieb nach klar festgelegten Prüfkriterien kaum ein Jahr durchhält, kann doch nicht in einem Gebäude oder einer hochverfügbaren Maschine zum Einsatz kommen! Puls versteht sich als technologischer Weltmarktführer im Bereich von Industrie- und DIN-Schienen-Stromversorgungen sowie der DC-USV, Pufferund Redundanzmodule. Das Unterneh-

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kos für die Lebensdauer des Geräts zuständig. Bild 2 zeigt dazu, dass Puls speziell darauf achtet, dass es nur wenige Elkos im Gerät gibt, diese im Gehäuse an der Lufteintrittsöffnung montiert sind und natürlich kommen nur hochwertige Typen zum Einsatz. Hersteller von Netzteilen können bei niedriger qualifizierten Elkos Geld sparen – und das wird natürlich gemacht. Netzgeräte aller Hersteller lassen sich im Detail bewerten. Allerdings ist Puls der einzige Hersteller, der DINSchienen-Netzteile nach klar spezifizierten und nachprüfbaren Kriterien bezüglich der Lebensdauer spezifiziert. Für alle Produkte der Dimension-Familie gilt eine Mindestspezifikation von 50 000 Stunden bei Volllast und 40 °C Umgebungstemperatur.

Mechanisches Design CPS10.

Typisches Einschaltverhalten CPS10, 230Vac, 25°C.

men mit Hauptsitz in München wird durch den Inhaber geführt und hat eigene Niederlassungen und Vertriebspartner auf der ganzen Welt. Die in Deutschland entwickelten Geräte werden in Europa und Asien in eigenen, zertifizierten umweltfreundlichen Fertigungen produziert. ■

Vereinfachtes Schaltungskonzept bei der Piano-Serie.

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Highlight

Clever – flexibel – erweiterbar MIX2, Heizungsaktoren

Auch bei KNX lässt sich noch sparen Sonnen- und Sichtschutzeinrichtungen wie Lamellenstoren oder Markisen lassen sich mit dem Jalousieaktor bequem steuern. Für die richtige Temperatur sorgen die neuen Heizungsaktoren. Der neue Kombiaktor «Schalten»/«Jalousien» bringt Flexibilität in die Projekte. Bei KNX-Installationen fällt ein hoher Teil der Kosten auf die Aktoren. Die Technik ist schon lange ausgereift und die berechtigte Frage lautet: lässt sich hier überhaupt noch Geld sparen? Jawohl, mit der Lösung von Theben. Die Idee ist so einfach wie bestechend. Vereinfachte Hardware Basierend auf der existierenden Hardund Software-Plattform werden die

MIX2-Geräte zusätzlich als «FIX-Variante» angeboten: Ein Gehäuse 8 TE breit, Software- und Hardware-Eigenschaften identisch mit dem entsprechenden MIX2-Gerät, jedoch ohne Erweiterungsmöglichkeit, wie das Bild oben zeigt. Eine weitere Sparmöglichkeit besteht darin, nur das Grundgerät mit einem Busankoppler auszustatten, die Erweiterungsgeräte werden einfach seitlich

angesteckt, wie das Bild unten zeigt. Die Kosten für Aktoren verkleinern sich damit bis zu einem Drittel. Das zahlt sich gerade im Objektbau aus. Neuer Heizungsaktor Der Heizungsaktor HMG 6 T übernimmt neu gleich selbst die Temperaturregelung für bis zu sechs Räume. Oder zusammen mit den Erweiterungsmodulen HME 6 T, für bis zu 18. Zur selbstständigen Regelung ist ein Temperaturwert eines Raumes notwendig, welcher über einen Sensor einfach ermittelt werden kann. Die SollwertTemperatur kann auch bequem von einer Zentralstelle, zum Beispiel dem VARIA 826 S aus, verändert werden. Damit während der Sommermonate die Ventile nicht verschliessen, ist eine Ventil-Schutzfunktion integriert. Flexibel in der Funktion Einfach und schnell umstellen, wenn nicht mehr «Schalten», sondern plötzlich «Jalousien» gefordert werden. Dies ermöglicht der neue Achtfach-Schaltaktor oder Vierfach-Jalousieaktor RMG 8 T KNX, zusammen mit dem entsprechenden Erweiterungsmodul RME 8 T. Dies erst noch mit den gewohnten Abmessungen in vier Teilungseinheiten. Fazit Vereinfachte Hardware zusammen mit flexibler Software spart Geld. Bei den neuen Schaltaktoren kann dank flexibler Software auch der letzte Relaiskontakt ausgenützt werden. Der Heizungsaktor HMG 6 T übernimmt die Temperaturregelung für bis zu sechs Räume gleich selbst.

Oben Grundgerät ohne Erweiterungsmöglichkeit, unten neue Aktoren mit frei wählbarer Zusammensetzung aber nur einem Busankoppler.

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keit mehr dar. Auch in denkmalgeschützten Gebäuden, in denen bauliche Veränderungen nicht möglich sind, ist die Integration von Fühlern für die Klimatechnik problemlos möglich. Das EasySens-System verwendet EnOcean-Technologie. Dadurch ist sichergestellt, dass die Sensoren und Empfänger problemlos mit Geräten anderer Hersteller kombiniert werden können. Es stehen verschiedene Geräte für die Temperaturüberwachung, relative Feuchte, Helligkeit,

Sollwertverstellung und Zustandserfassung zur Verfügung. Die Empfänger sind unter anderem mit LON-, KNX-, RS485-, oder BACnet-Schnittstelle ausgestattet und werden als Gateway zu verschiedenen übergeordneten Regelsystemen eingesetzt. Die Vorteile auf einen Blick • Keine Batterien, daher quasi wartungsfrei • Einfache Installation, da Leitungsverlegung entfällt • Direkte Montage an repräsentativen Messstellen • Kostengünstige Systemlösungen • Störsichere Funkübertragung im 868MHzFrequenzbereich • Reichweite bis zu 30m im Gebäude • Einfache Systemerweiterung mit Produkten anderer Hersteller

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Grundlagenwissen zum KNX-Standard (3)

KNX-Bussystem Intelligente Gebäudesysteme werden eingesetzt, um die Eigenschaften von Gebäuden in den Bereichen Komfort, Flexibilität, Betriebskosten und Sicherheit zu verbessern. Einen hohen Marktanteil unter den Systemen hat das System KNX. Marcel Schöb Das Gebäudesystem KNX hiess ursprünglich «Europäischer Installationsbus» (EIB, entwickelt von der EIBA). 1999 kam es zu einem Zusammenschluss der EIBA mit anderen europäischen Vereinigungen, dem BCI aus Frankreich, der das Batibus-System förderte, dem European Home Systems Association aus den Niederlanden, die das EHS-System unterstützte. Bei diesem Zusammenschluss wurde der neue Name KNX geschaffen und die KNX Association mit Sitz in Brüssel gegründet. Die Technik der heutigen KNXGeräte ist 100 Prozent kompatibel zur Technik des ehemaligen EIB-Systems.

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Theoretisch kann eine KNX-Anlage bis zu mehrere 10 000 Teilnehmer umfassen. Wie funktioniert KNX? Bei einem Bus-System tauschen alle Geräte über ein Buskabel, Funk oder übers Starkstromnetz Daten aus. Das funktioniert natürlich nur, wenn sich alle Geräte an Regeln (Buszugriffsverfahren) halten. Ein grosser Anteil der übertragenen Daten sind keine Nutzdaten (z. B. Licht an/Licht aus), sondern Adress- und Sicherheitsinformationen. Bei einem Bus-System gibt es zwei unterschiedliche Verfahren: 1. Die Intelligenz ist zentral in einem Rechner, die Sensoren liefern Schalt-

befehle oder Messsignale, die Aktoren beispielsweise schalten bzw. dimmen Lampen 2. Das KNX-System hat dezentrale Intelligenz in jedem Sensor und Aktor. Eine zentrale Intelligenz ist nur notwendig, wenn Funktionen übers «Normale» realisiert werden. Ein Vorteil einer dezentralen Anlage liegt darin, dass bei Ausfall eines Geräts die übrigen Geräte weiter arbeiten. Es sind nur jene Funktionen gestört, die das ausgefallene Gerät betreffen. Dies gilt allerdings nur solange die Bus-Speisung bei einer Kabelanlage intakt ist! Übertragungsmedien bei KNX Der KNX-Bus kennt mehrere Übertragungsmedien und damit auch mehrere Übertragungsverfahren: • Übertragung über verdrillte Zweidraht-Datenleitung: KNX Twisted Pair (KNX TP) • Übertragung über das vorhandene 230-V-Netz: KNX Power Line (KNX PL)

KNX Zweidraht (TP) Bei KNX Twisted Pair (KNX TP) versorgt die Busleitung alle Busteilnehmer sowohl mit Daten als auch mit der nötigen Betriebsspannung, letztere liegt bei typisch 28 VDC, sie kann aber bis 21 V absinken und alle Bus-Teilnehmer arbeiten noch fehlerfrei. Weil sowohl für die Speisung aller Busteilnehmer als auch für die Datenübertagung nur zwei Drähte zur Verfügung stehen, werden die Steuersignale (Daten) der Speisespannung überlagert. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit beträgt 9,6 kBit/s, was sehr langsam ist verglichen zu den heute üblichen zig Mbit/s im Informatikbereich. Zur Zeit der Entwicklung des EIB Ende der 80er-Jahre war dies allerdings eine durchaus übliche Geschwindigkeit. Die Beibehaltung dieser Übertragungsrate ist ein Grund für die nach wie vor vorhandene Durchgängigkeit der Komponenten aus der Entstehungszeit bis heute. Bild 2 zeigt, wie die Bus-Spannung konkret aussieht, wenn Daten auf der KNX-

1 Installations- und Gebäudetechnik

• Übertragung über Funk: KNX Radio Frequency (KNX RF) • Übertragung über Ethernet (KNX IP)

Sensor/Aktor Prinzip.

Busleitung übertragen werden. Wird eine logische 0 gesendet, sinkt die BusSpannung kurzzeitig, überschwingt dann und pendelt wieder auf den Nominalwert von typisch 28 V ein. Ein Bit zu übertragen dauert rund 104 μs. Dieses spezielle Übertragungsverfahren wird dadurch erzielt, dass am Ausgang des Speisegeräts eine Drossel liegt. Zieht ein Transistor die 28 V kurzzeitig zusammen, sackt die Spannung ab um im nächsten Moment die 28 V kurz zu überschwingen. Wird eine logische 1 gesendet, bleiben die 28 VDC unverändert. Der Empfänger wertet eine Änderung auf der Speisespannung aus. Weil

die Speisespannung nicht massebezogen ist, wird eine hohe Störfestigkeit bei geringem Hardwareaufwand erzielt, denn ein Störsignal wird in aller Regel auf «Minus» und «Plus» symmetrisch induziert, die Differenz ergibt daher kein Signal. Anschluss der Teilnehmer An die Datenleitung werden die Busteilnehmer über die sogenannte Busklemme angeschlossen (Bild 3). Die Busklemme ist eine Steckklemme, die bis zu vier KNX Kabel verbinden kann. Die Busklemme sorgt dafür, dass der Teilnehmer vom Bus genommen werden kann ohne dass die Busleitung un-

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Installations- und Gebäudetechnik

terbrochen wird. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des KNX-Bussystems.

Buszugriffsverfahren bei KNX TP Bei KNX hören alle Busteilnehmer immer mit, können auch jederzeit senden. Allerdings sendet ein Busteilnehmer nur, wenn der Bus gerade «frei» ist. Signalform beim KNX TP.

Busklemmen für den Anschluss der Teilnehmer; das Buskabel zur blauen Klemme führt zum Überspannungsschutz.

zur Kollisionsvermeidung benötigt. Weiterhin wird dem Telegramm noch eine Systemadresse (System-ID) angehängt (1 Byte), die verhindert, dass benachbarte KNX PL-Systeme sich gegenseitig beeinflussen, da ja nicht wie bei KNX TP durch ein separates Netz sichergestellt ist, dass Telegramme nur innerhalb einer Anlage empfangen werden. Bild 6 zeigt das ganze Datenfeld, darin ist das eigentliche KNX TP-Telegramm als dritter Block erkennbar.

4 Jetzt kann es passieren, dass zwei Busteilnehmer exakt zur selben Zeit senden. Auch hier spielt KNX eine Stärke aus, Kollisionen auf dem Bus werden vermieden, wie Bild 4 zeigt. Eine «0» hat nämlich höhere Priorität und dies merkt in diesem Fall Teilnehmer 1 und hört sofort auf zu senden. Weil zuerst die Adressen gesendet werden, wird klar, dass tiefere Adressen Priorität geniessen in einem Kollisionsfall. Dieses Verfahren wird in der Fachsprache als CSMA/CA-Verfahren (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) bezeichnet. Bei gleicher Priorität entscheidet letztlich die tiefere Gruppenadresse, wer zuerst sendet. KNX Power Line (PL) Bei KNX Power Line (KNX PL) wird keine separate Busleitung verlegt, sondern die vorhandene 230-V-Leitung fungiert als Übertragungsmedium. Natürlich erhalten die Busteilnehmer über das 230-V-Netz auch ihre Versorgungsspannung. Die Signale werden hierbei auf die Netzspannung aufmoduliert, wobei zwei Frequenzen benutzt werden: 105,6 kHz für die Übertragung einer «0» und 115,2 kHz für die Übertragung einer «1». Die Mittenfrequenz dieser beiden Schwingungen beträgt 110 kHz, weshalb man das KNX PL System auch PL110 nennt. Die aufmodulierte Spannung ist gering, bei normaler Betrachtung der Netzspannung sieht man die gar nicht. KNX PL arbeitet mit einer Übertra-

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Kollisionsauflösung beim KNX TP.

gungsgeschwindigkeit von 1,2 kBit/s. KNX PL-Geräte sollte man über Stichleitungen ans 230-V-Netz anschliessen, damit die Entfernung eines Teilnehmers nicht die Kommunikation anderer Teilnehmer unterbricht. Telegrammaufbau: • Das Kontrollfeld wird zuerst gesendet und regelt die Priorität des Buszugriffs und die Telegrammwiederholung. • Das Adressfeld enthält die Absender und Adressdaten von Sender und Empfänger. • Das Datenfeld enthält die Nutzdaten, maximal kann es aus 16 Byte bestehen. • Den Abschluss bildet ein Sicherungsfeld Bevor allerdings die erwähnten Daten geschickt werden, wird noch eine Trainingssequenz von vier Bit zur Pegeleinstellung von Sender und Empfänger vorangeschickt, gefolgt von zwei Präambel-Feldern, die jeweils 8 Bit lang sind. Diese Präambel-Felder werden

Auch beim KNX TP-Telegramm gilt es Kollisionen zu vermeiden. Dafür wird eine Reihe von Massnahmen getroffen, die beim KNX PL komplexer sind als bei KNX TP. KNX Funk (RF) KNX Funk ist die geeignete Lösung, wenn KNX nachgerüstet werden soll und ein Verlegen von Leitungen nicht möglich ist. KNX RF ist aber auch für Gebäude interessant, in denen Twisted Pair installiert ist. Hier eignen sich RF-Geräte, ein bestehendes System mit Drahtlos-Komponenten zu erweitern. Um Sensoren unabhängig vom Stromnetz platzieren zu können, werden diese meist mit Batterien versorgt, Solarzellen sind teilweise auch geeignet. Dies ist natürlich nur möglich, wenn die Geräte nicht permanent empfangsbereit sein müssen. Dazu wurde in KNX speziell ein unidirektionales Gerätemodell definiert, das nur bei Bedarf senden und keinen Empfänger hat. Aktoren müssen hingegen stets empfangsbereit sein und stellen bidirektionale Geräte mit einem

eigenen Gerätemodell dar. Aktoren speisen sich meistens aus dem Netz. Während Retransmitter es ermöglichen, eine KNX RF Installation räumlich zu erweitern, kann mithilfe von Medienkopplern auch eine Verbindung mit Twisted Pair-Geräten hergestellt werden. Die für KNX gewählte Frequenz von 868,3 MHz vereint gute Ausbreitungseigenschaften im Gebäude mit hoher Zuverlässigkeit, da in diesem Band vom Gesetzgeber strenge Regeln gelten. Die maximale Sendeleistung von 25 mW ist ausreichend, um ein Einfamilienhaus oder eine Wohnung abzudecken. Bei grösseren Installationen können Retransmitter eingesetzt werden, die die Telegramme zu entfernten Einbauorten weiterleiten. Das Telegramm lässt sich von mehreren Geräten gleichzeitig empfangen, um beispielsweise mehrere Leuchten gleichzeitig einzuschalten.

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KNX IP KNX IP ist die Bezeichnung des vierten Übertragungsmediums für den KNX Standard. KNX IP-Geräte kommunizieren aus-

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Telegrammaufbau beim KNX TP mit allen Kontrolldaten..

schliesslich über Ethernet/IP miteinander. Die dazugehörige Übertragungsprotokollreihe heisst KNXnet/IP. Im Gegensatz zu den früher eingeführten KNXnet/IP-Routern oder KNXnet/IP Tunneling-Servern verfügen KNX IP-Geräte nicht über eine Twisted Pair-Anbindung. KNXnet/IP dient nicht als Ablösung aller bewährten Medien der Gebäudesystemtechnik, sondern ist eine leistungsfähige Erweiterung des KNX-Systems. KNX IP öffnet die Türen zur Top Level-Kommunikation im Gebäude (z. B. Telekommunikation, Multimedia) und ermöglicht übers Internet auf die KNX-Installation zuzugreifen. KNX IP stellt eines der wichtigsten Übertragunsmedien dar und wird in einer späteren Folge dieser Serie noch detailliert behandelt. Der Datendurchsatz im Vergleich Trotz der unterschiedlichen Übertragungsmedien liegt ein BusSystem vor, das mit einer einzigen Software (ETS) projektierbar und in Betrieb zu nehmen ist. Gruppenadressen gelten systemweit, Komponenten verschiedener Hersteller sind untereinander kompatibel usw. Wesentlicher Unterschied der Übertragungsmedien ist ihr Datendurchsatz. KNX TP benötigt im normalen Datenverkehr pro Telegramm rund 20 ms. Der KNX TP-Bus kann maximal 50 Telegramme pro Sekunde übertragen. Bei KNX PL kommt man auf einen Durchsatz von nur sechs Telegrammen pro Sekunde, bedingt durch die niedrigere Baudrate und den komplexeren Telegrammaufbau. ■

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Highlight

Heizung, Licht und Sicherheitsfunktionen steuern mit HomeMatic

Sicher und warm durch den Winter Der Winter bringt kalte Temperaturen mit sich. Und kurze Tage mit wenig Sonnenlicht. Gerade jetzt in der Adventszeit sind die Voraussetzungen ideal für Einbruchsdiebstähle. Das funkbasierte Automationssystem «HomeMatic» von der eQ-3 AG bietet vielseitigen Komfort und Sicherheit für die eigenen vier Wände. Fachhändler und Installateure profitieren beim Distributor Alltron von der Lösungskompetenz und der hohen Lagerverfügbarkeit eines umfassenden HomeMatic-Portfolios. Gegenüber einer bereits in einem Neubau integrierten Gebäudesteuerung hat HomeMatic den Vorteil, dass es auch in bestehenden Bauten und bei Renovationen einfach nachzurüsten ist. Eigentum und Privatsphäre bleiben sicher, da Aktoren, Sensoren und Zentrale auf Wunsch verschlüsselt kommunizieren. HomeMatic lässt sich einfach bedienen, über den HomeMatic-Funkschalter, die Zentrale, ein Smartphone oder von jedem internetfähigen Computer. In der kalten Jahreszeit zählen das Heizen und Lüften der Wohnung zu den wichtigsten Aufgaben im Alltag. Mit HomeMatic lassen sich nicht nur Wohlgefühl und Komfort steigern, sondern auch bis zu 30 Prozent Energie sparen. Betätigen die Bewohner beim Verlassen des Hauses den HomeMaticWandtaster, so fahren alle Funk-Heizkörperthermostaten auf eine vorher definierte Absenktemperatur, zum Beispiel 17 °C, herunter. Das Herunterregeln der Heizkörper beim Lüften sowie das anschliessende Wiederaufheizen nach Schliessen der Fenster erledigt HomeMatic automatisch – Funk-Fensterkontakte vorausgesetzt. Über den HomeMatic-Wandthermostaten können die Bewohner die Zimmertemperatur bequem regeln. Natürlich lassen

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sich auch Zeitprogramme einstellen – zum Beispiel an Werktagen morgens 23 °, tagsüber 18 ° und nach Feierabend 21 °C. Das funktioniert sowohl an der Zentrale CCU, am Wandthermostaten oder, je nach Ausbaustufe, am Heizkörperthermostaten. Mithilfe von HomeMatic können Lichtquellen mit Bewegungsmeldern und Dimmern gekoppelt werden. Bewegungsmelder lösen das automatische Einschalten mit vordefinierter Helligkeit aus. Nach einer voreingestellten Zeit, z. B. zwei Minuten, geht das Licht automatisch wieder aus. In der Wohnung lässt sich das System so als nächtliches Orientierungslicht verwenden; von ausserhalb betrachtet suggeriert das System die Anwesenheit der Bewohner. Das System erkennt und verriegelt

HomeMatic CCU 2.

nicht nur offen gelassene Türen und Fenster: Dank HomeMatic können Bewohner Türen und Tore bequem mit nur einem Tastendruck, via App und auch zeit- oder ereignisgesteuert öffnen. Bewegungs-, Rauch- und Wassermelder, Luftfeuchtigkeits- und Regensensoren garantieren stets optimale Bedingungen für die Bewohner und deren wertvolles Eigentum. HomeMatic kann als Alarmanlage konfiguriert werden. An der Zentraleinheit CCU lassen sich mehrere Alarmzonen erstellen, zum Beispiel Aussenwand- und Innenbereich. Durch cleveren Einsatz der HomeMaticAlarmfunktionen ergreifen unerwünschte Eindringlinge schnell die Flucht. Tobias Bucher, Product Manager Elektro von Alltron: «Dank dem vor Kurzem eingeführten Gruppenkonzept ist es für Installateure wie Bewohner einfacher geworden, mehrere Heizkörperthermostaten zu einer gemeinsam angesteuerten Gruppe zusammenzufassen. Wo vorher jedes einzelne Gerät für sich konfiguriert und verknüpft werden musste, werden jetzt sämtliche Einstellungen von allen Geräten der Gruppe automatisch übernommen. Und noch eine gute Neuigkeit, auf die viele gewartet haben: Ab Januar 2015 sind bei Alltron endlich die Funk-Zwischenstecker-Schaltaktoren mit CH-Stecker erhältlich. Denn mit HomeMatic lässt sich noch viel mehr realisieren, als wir hier zeigen können. Kontaktieren Sie uns, wir beraten Sie gerne.» Alltron AG 5506 Mägenwil Tel. 062 889 88 88 www.alltron.ch/elektro verkauf@alltron.ch

Wettbewerbsausschreibung Themenschwerpunkte

1. Building-Award 2015

Am 18. Juni 2015 wird im Kultur- und Kongresszentrum Luzern erstmals der Building-Award verliehen. Bewertet und ausgezeichnet werden herausragende, bemerkenswerte und innovative Ingenieurleistungen am Bau. Die besten Akteure und ihre Teams werden im würdigen Rahmen geehrt und gefeiert. Das Preisgeld für den Gesamtsieger beträgt 10 000 Franken.

Ausschreibungsunterlagen Die Ausschreibungsunterlagen sowie Informationen zu Terminen und Teilnahmebedingungen finden Sie auf der Homepage:

www.building-award.ch

Wettbewerbskategorien  Hochbau

Eingabetermin: 20. Februar 2015

 Grund-, Tief- und Infrastrukturbau

Organisation

 Industrie

Building-Award p.A. Baukoma AG Postfach 47, 3210 Kerzers info@building-award.ch www.building-award.ch

 Energie  Engineering/Gebäudetechnik  Young Professionals  Schulen

Veranstalter des Building-Awards

Trägerverbände der Stiftung bilding

SBV SSE SSIC

Hauptsponsoren

Medienpartner Schweizer Bauwirtschaft_Journal Suisse des Entrepreneurs_Giornale Svizzero degli Impresari Costruttori

bauwirtschaft

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Installations- und Gebäudetechnik

Nichtlineare Lasten als Störsender im Netz (Teil 2)

Oberschwingungen Oberschwingungen, auch als Harmonische bezeichnet, treten vor allem beim Betrieb elektronischer Betriebsmittel auf. Sie stellen für Netze eine zusätzliche Beanspruchung dar. In der Elektrobranche fehlt es oft an Detailkenntnissen darüber, was hier eigentlich «abgeht» und wie man mögliche Probleme umgeht. Stefan Fassbinder Trafo: «Zusätzliche Zusatzverluste» Die Gesamtverlustleistung PV eines Transformators ergibt sich vereinfacht aus den ziemlich konstanten Leerlaufverlusten (Eisenverlust) PFe, sowie den Kupferverlusten PCU, die quadratisch mit dem Laststrom ansteigen. Was nun aber, wenn sich mehrere Frequenzen im Transformator tummeln? Der Bemes-

I 1A

A1 = A2 A2 0,2A

tein

t .

T = 5 tein Verluste bei gepulstem Strom.

sungswert des Stroms bezieht sich stets auf ohmsche Last und Nennfrequenz. Die Zusatzverluste jedoch steigen im Quadrat zum Strom und im Quadrat zur Frequenz! Der Transformator kann sich also überhitzen, obwohl der Laststrom den Nennstrom – echt effektiv gemessen – nicht überschreitet. Gedankenexperiment: Wir schliessen 1000 KLL zu je 11 W – gibt 11 kW – an einen 15-kVA-Trafo an. Der Transformator dieser Grösse verfügt über einen Durchgangswiderstand von etwa 30 m⍀ und eine Streuinduktivität von

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360 μH. Die Oberschwingungsströme werden durch die Streureaktanz des Trafos deutlich unterdrückt – das ist natürlich ein Vorteil! Der THDR sinkt dadurch im Strom von 78 Prozent auf 66 Prozent, die Scheinleistung der Lampe fällt von 20 VA auf nur noch 15 VA, und der Leistungsfaktor steigt von 0,59 auf 0,73 – jedoch, wie üblich, um den Preis einer Vervierfachung des THDR in der Spannung auf 6,4 Prozent. Interessante Erkenntnisse: 1. Der Trafo reduziert die Scheinleistung durch die Dämpfung der Oberschwingungen von 20 kVA auf 15 kVA und ist daher nominell genau ausgelastet 2. Durch die stark nichtsinusförmigen Ströme steigen aber die Kupferverluste viel stärker an, weil die höheren Frequenzen zu stärkeren Wirbelströmen in mechanischen Bauteilen und vor allem in den grossen Querschnitten der Unterspannungswicklung führen. Dadurch steigt der Anteil der Zusatzverluste an den Kupferverlusten von 10 Prozent auf 81 Prozent. Der Trafo wäre elektrisch zwar mit 100 Prozent, thermisch aber mit 170 Prozent der Nennleistung belastet! Dies liegt daran, dass im Inneren durch die höheren Frequenzen zusätzliche Ströme quer zur eigentlichen Stromrichtung induziert werden, die nach aussen hin nicht in Erscheinung treten. Erkenntnis: Trafos erwärmen sich zusätzlich bei nichtsinusförmigen Strömen. Wir wollen zum Verständnis dies an einem einfachen Beispiel zeigen. Wir nehmen an, durch einen ohmschen Leiter von 10 ⍀ fliesst einmal ein konstanter Gleichstrom von 0,2 A. Beim

zweiten Mal lassen wir durch denselben Leiter einen gepulsten Strom von 1 A gemäss Bild 9 fliessen. Misst man diese beiden Ströme mit einem Messgerät im Gleichstrombereich, zeigen beide Messgeräte dasselbe Ergebnis. Verluste reiner Gleichstrom:

Verluste gepulster Gleichstrom:

Weil hier ja nur während einem Fünftel der Periode Strom fliesst, müssen wir dies berücksichtigen und die Leistung mit dem Pulspausenverhältnis 1: 5 multiplizieren. In Zahlen:

Bei einem Pulsverhältnis von 1: 5 wird also die Verlustleistung fünfmal grösser im Leiter. Um zur Verlustleistung bei einem reinen Sinusstrom zu kommen, ist der Effektivwert des Sinus zu nehmen. Wenn aber der Stromflusswinkel klein wird, also der Strom nur noch während einer kurzen Zeit innerhalb der Periode fliesst, passiert genau dasselbe, was hier mit einem Gleichstrompuls gezeigt wurde. Konsequenz: Bei pulsförmigen Strömen, wie sie üblich sind bei elektronischen Lasten, darf man einen Trafo nicht bis zur angegebenen Nennlast auslasten! Wollte man bei unserem Gedankenexperiment mit den 1000 KLL auf der sicheren Seite bleiben, dürfte der Trafo mit maximal 65 Prozent des Nennstroms belastet werden; dabei wird der stark nichtsinusförmige Strom der KLL über ein TRMS-Gerät gemessen. Übrigens ist es sinnvoll, Netztransformatoren je nach Auslegung mit etwa 25...50 Prozent der Nennleistung zu belasten, da ist ihr Wirkungsgrad am besten.

Einfluss auf Kondensatoren Bei höheren Frequenzen reduziert sich die Impedanz der Kondensatoren, damit fliesst bei Harmonischen mehr Strom. Die Verzerrung der Netzspannung ist optisch aufgrund des abgeflachten Sinus zwar sichtbar, aber schwer quantifizierbar. Schliesst man einen Kondensator parallel zur Netzspannung und schaut sich dessen Strom an, verrät dieser schon deutlich mehr über die Qualität der Netzspannung. Der Strom im Kondensator bevorzugt natürlich die Harmonischen, und da zeigt sich dann ein stark nichtsinusförmiger Strom. Aber der Umstand, dass Kondensatoren Harmonische im Netz geradezu anziehen, kann auch gefährlich werden. So sind etwa Fälle bekannt geworden, in denen EVG (elektronische Vorschaltgeräte von Leuchtstofflampen), in Massen eingesetzt, «am eigenen Dreck erstickten». Ausgerechnet

in einem Verwaltungsgebäude eines grossen Stromversorgers waren von 1100 EVG nach wenigen Monaten bereits 400 wieder ausgefallen. Jedes Mal war der Filterkondensator der Eingangsstufe «hochgegangen». Die starke Netzverzerrung liess den Kondensatorstrom so stark ansteigen, dass der Kondensator sich buchstäblich abgefackelt hat (Bild 10). Schutzleiterströme Laut Normen und ihrer Autoren hat der PE-Leiter keine Betriebsströme, sondern ausschliesslich Fehlerströme zu führen. Er muss also im regulären Betrieb einer Anlage stromlos sein. Dem steht heute die Praxis entgegen. Beispielsweise führen bei Frequenzumrichtern HF-Entstörkondensatoren hochfrequente Ströme über den Schutzleiter ab. Ein Zyniker meinte, man müsse hier eher von «Schmutzleiter» sprechen.

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11 Installations- und Gebäudetechnik

die betreffenden Gremien entsandt werden. Dabei kommt es manchmal zu widersprüchlichen Forderungen in Grenzbereichen. Es gibt natürlich Lobbyismus von Firmen und Verbänden, deren Mitarbeiter viel Zeit in die Normung investieren. Die Statuten verbieten zwar kommerziell orientierte Einflussnahme, sie kommt aber trotzdem vor. In der Regel arbeiten zwar «Vollblut-Techniker» zusammen, denen es um die Sache geht und die im Zweifelsfall sogar zugeben können, dass der Mitbewerber eine bessere Lösung hat. Es ist aber nicht zu verhehlen: In Normen steckt oftmals mehr Politik als Technik. Was Oberschwingungen anbetrifft, sind die Pegel so hoch gewählt, dass alles noch «passt». «Die Anlage ist normgemäss abgebrannt!» wie es ein Zyniker formulierte. «Was nicht passt, wird passend gemacht», sagte ein anderer. Jetzt wird langsam klar, was Insidern schon lange bewusst ist. Eine kleine LED von 8 W, die einen 300-fachen Nennstrom beim Einschalten zieht und während des Betriebs extrem pulsförmige Ströme verursacht, wird in einer Eingangshalle, wo 200 Stück parallel geschaltet sind, zum Problem – und dies sowohl beim Einschalten als auch während des Betriebs. Die bekannteste Methode, nichtsinusförmige Netzströme zu vermeiden, arbeitet mit der PWM-Technik.

Im Querschnitt stark reduziertes Bandeisen.

Korrosionsschäden Auch wenn die Lehrmeinung jahrzehntelang lautete, elektrochemisch induzierte Korrosion könne nur bei Gleichstrom auftreten, mehren sich in den letzten Jahren Stimmen unter den Chemikern, dass dies ein altes Gerücht ist: Harmonische in Erdleitern tun dies auch (Bild 11). Massnahmen Bis jetzt haben wir die Entstehung und Probleme von Oberschwingungen beschrieben – und nun? Es muss jetzt

auch Massnahmen geben, um unerwünschte Auswirkungen zu verhindern. Wann sind überhaupt Massnahmen erforderlich? «Wir sind hier nicht zusammengekommen, um Normen zu erfüllen, sondern um Störungen zu beseitigen und Schäden zu verhüten», meinte ein Seminarleiter. Es ist klar festzuhalten: Normen lösen Probleme nicht! Was vermutlich vielen Lesern dieses Beitrags nicht bekannt ist, die Normung wird nicht vom Staat gelenkt noch finanziert, sie ist auf freiwillige Helfer angewiesen, die von Firmen in

Hochfrequentes Ein- und Ausschalten der Netzspannung erzeugt einen Sägezahnstrom, der – aus der Ferne betrachtet – wieder sinusförmig aussieht.

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Pulsweiten-Modulation (PWM) Die gängige Methode der Reduktion von Oberschwingungsströmen aus elektronischen Endgeräten mit Leistungen von mehr als 25 W besteht heute im Einsatz der PFC (Bild 12). Die 50-HzSinuseingangsspannung wird dabei elektronisch sehr schnell ein- und ausgeschaltet. Während der kurzen Einschaltphase steigt der Strom in einer Drossel nach einer Rampe (dreieckförmig) an. Die Drossel bewirkt zusammen mit einem nachgeschalteten Kondensator, dass der lineare Mittelwert dieses Stroms, bestehend aus lauter Dreieckpulsen, wieder sinusförmig ist. Man verhindert so Harmonische in der Netzfrequenz nahezu vollständig, und es werden Leistungsfaktoren von 0,98 problemlos erreicht. Man muss allerdings noch Filter vorschalten, die die so entstehenden hohen Frequenzen im Bereich über 100 kHz wieder ausfiltern, denn da fängt der Langwellenbereich an. Auf Details wollen wir hier nicht eingehen. Jedenfalls ist interessant, dass heute bei einem Laptop-Netzteil die PFC-Schaltung zusammen mit dem

Antriebe mit FU Überall hört man es immer wieder, elektrische Antriebe werden mit Frequenzumrichtern (FU) ausgerüstet, weil sich damit viel elektrische Energie einsparen lässt (Bild 13). Bis jetzt sind es kaum 10 Prozent, sinnvoll wäre es wohl bei mehr als 50 Prozent aller Antriebe. Die Anzahl geregelter Antriebe dürfte demnach in den nächsten Jahrzehnten massiv ansteigen. Verminderung des Energiebedarfs, das ist es, was Politiker hören wollen. Die rein technische Seite sieht etwas anders aus. Die meisten FU bis hin zu grossen Bauleistungen von mehreren 100 kW arbeiten mit einer passiven Eingangsstufe, ausgerüstet mit B6-Gleichrichter. Bei kleinen An-

Geregelte Antriebe verbessern den Wirkungsgrad enorm, dafür wird das Netz mit Oberschwingungen verseucht. Bildquelle: www.ksb.com

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Eingangsfilter zirka 50 Prozent des Volumens und etwa 30 Prozent des gesamten Netzteilpreises ausmacht. Bei Fernsehgeräten, PC-Netzteilen und anderen elektronischen Geräten lässt sich beobachten, dass die Grenzwerte der IEC 61000-3-2 grösstenteils «freiwillig», ohne normativen Zwang, unterboten werden. Wies ein altes Fernsehgerät mit Bildröhre noch einen THDI von 75 Prozent auf, so sind es bei einem modernen LCD- oder LED-Fernseher nur noch etwa 30 Prozent. Die sehr viel grösseren Bildschirme liessen zwar die Leistungsaufnahme ansteigen, obwohl die neue Technik an sich sparsamer ist, aber der absolute Ausstoss, etwa der dritten Oberschwingung, fiel um mehr als 30 Prozent.

schlussleistungen gibt es nur eine passive Filterung. Der grösste Teil der industriellen Antriebe – etwa zwei Drittel – bedienen Lüfter und Pumpen. Eine aktive Bremsung mit Rückspeisung ins Netz kommt hier nicht in Frage, und damit fehlt der unmittelbare Anlass zum Einsatz aktiver Eingangsstufen zur Unterdrückung niederfrequenter Oberschwingungen. Durch das Zerhacken der Zwischenkreis-Gleichspannung mit sehr steilen Flanken entstehen hochfrequente Betriebsströme, und dies nicht nur im Pol-

und Neutralleiter, sondern auch über den PE-Leiter. Diese hochfrequenten Ströme breiten sich teils über die Schirmkapazität der Motoranschlussleitung zum Motor, als auch nach hinten ins Netz aus. Die Kompensation von Oberschwingungsfrequenzen zwischen Aussenleiter und Neutralleiter gegen die jeweils entsprechende gleiche Frequenz zwischen den Aussenleitern, aber um 150 ° (sprich fast 180 °) versetzt, hat schon früher nicht funktioniert. Die jeweiligen Quellen waren durch grosse Entfernungen und mehrere Transfor-

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Erdachte Verläufe zur Darstellung der Verzerrungs-Blindleistung – möglich sogar bei welligem Gleichstrom!

matorstufen zwischen ihnen entkoppelt. Nun aber klappt dies erst recht nicht mehr, weil die verzerrenden Einphasenlasten verschwinden und die dreiphasigen zunehmen. So bleiben uns beide Probleme erhalten, die Harmonischen und die hochfrequenten Ableitströme. Verzerrungsblindleistung Blindleistung tritt immer dann auf, wenn Spannung und Strom nicht proportional zueinander verlaufen. In der Regel erfolgt dabei eine zeitweilige Umkehr des Energieflusses: Während zweier Abschnitte einer jeden Periode nimmt der Blindleistungs-Verbraucher Energie aus dem Netz auf; während zweier weiterer verhält er sich wie einst – laut Werbe-Aussagen – der berühmte Schokoriegel und bringt verbrauchte Energie sofort zurück; in diesem Fall ins Netz. Eine ziemlich einfach zu bewerkstelligende Verschiebung des Stromscheitels dorthin, wo auch die Spannung ihren Scheitel hat, stellt die Proportionalität zwischen beiden wieder her. Aber das muss nicht so sein! Modernen Blindleistungs-Verbrauchern sind noch ganz andere Arten der Blindleistung eingefallen, die keinesfalls mit einer zeitweiligen Rückspeisung verbunden sein müssen und sogar bei Gleichspannungen und Gleichströmen auftreten, wenn diese nicht «reinrassig», sondern wellig sind: Stellen wir uns eine etwas «sprunghafte» Gleichspannung vor, die von einer Rechteck-Wechselspannung überlagert ist und somit über die erste Hälfte einer Periode 1 V und über die zweite Hälfte 2 V beträgt. Das ist noch praktisch vorstellbar. Nun stellen wir uns

Elektronisch liesse sich dieser Versuch ganz einfach realisieren und zwar mit reiner Wirklast, also ohmschen Widerständen an einer pulsierenden Gleichspannungsquelle. Praktisch: Ein gewöhnlicher Funktionsgenerator erzeugt die pulsierende Gleichspannung, indem beispielsweise eine Rechteckspannung mit einer Amplitude von 0,5 V einer Gleichspannung von 1,5 V überlagert wird. Die Spannung muss dann noch über einen Leistungstransistor gepuffert werden, weil normale Funktionsgeneratoren nur «mA» liefern können. Weiter wird eine einfache Elektronik gebaut, die den Verlauf der Spannung verfolgt und je nach Höhe dieser, zwei Transistoren ansteuert. Bei 2 V schaltet Transistor 1 einen Widerstand von 2 an den Funktionsgenerator, bei 1 V kommt Transistor 2 zum Einsatz und schaltet 0,5 an den Funktionsgenerator. Ein geübter Elektroniker entwickelt

und baut diese Testschaltung in weniger als zwei Stunden. Die Leistungsaufnahme wäre logischerweise (Bild 14): im ersten Abschnitt

und im zweiten Abschnitt

Die übertragene Leistung betrüge also konstant 2 W. Der arithmetische Mittelwert u der Spannung liegt bei 1,5 V und der arithmetische Mittelwert i des Stroms bei 1,5 A; macht schon eine Leistung von 2,25 VA. Tatsächlich muss man aber mit den Effektivwerten von Spannung und Strom rechnen. Diese betragen bei dieser Kurvenform schon 1,58 V bzw. 1,58 A. Es ergibt sich eine Scheinleistung von 2,5 VA. Ohne eine Phasenverschiebung und ohne dass jemals eine Spannung oder ein Strom die Polarität wechselt, entsteht also ein beträchtlicher Blindleistungsfluss, die Verzerrungs-Blindleistung:

Dies ist dem Umstand geschuldet, dass «normalerweise», wenn die Spannung hoch ist, auch der Strom hoch und die Leistung somit «quadrathoch» ist. Eben dies ist hier nicht der Fall: Hohe Spannung trifft auf niedrigen Strom und weniger hohe Spannung auf hohen Strom. Das ist VerzerrungsBlindleistung: Das Produkt der Effektivwerte von Spannung und Strom übertrifft die übertragene Wirkleistung. Fazit Die schöne neue Welt mit viel Elektronik, von Gadgets (Smartphone, Pads, usw.), LED-Leuchten, Antriebe mit FU und vieles mehr, haben auch ihre Schattenseiten. Die nichtsinusförmigen Netzströme haben im besten Fall keine Auswirkungen, verursachen allenfalls hässliche Störungen und führen so im schlimmsten Fall zu Bränden. Die «nichtlineare neue Welt» wird noch einige Überraschungen bereithalten – aber wir bleiben dran am Thema. ■

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einen nicht linearen Verbraucher vor, der • bei einer Spannung von 1 V einen Strom von 2 A aufnimmt und • bei einer Spannung von 2 V einen Strom von 1 A aufnimmt.

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Wenn gute Ideen sich mit Geschäftssinn paaren

Innovative Spline AG feiert 10 Jahre Erfolg Mit einem rauschenden Fest eröffnete die Firma Spline ihr 10-JahresJubiläum. Der neue Showroom mit modernster Akustik und TV-Technik ist für potenzielle Kunden atemberaubend. Was mit drei Personen angefangen hat, ist heute ein stattliches Unternehmen mit 20 Leuten, davon arbeiten 10 als Programmierer. Die Crew von Spline liefert fürs fast normale EFH bis zur Villa Gebäudeautomation vom Feinsten. Spline ist damit ein grösserer Player im Gebäudeautomationsbereich.

Die Spline AG feiert mit Kunden, Mitarbeitern, Architekten und Lieferanten 10 Jahre gesundes Wachstum.

Rechtzeitig zum Jubiläum sind neue Ausstellungsräume, aber auch Räume für das Personal bezugsbereit geworden. Die Gäste, das sind Kunden, Architekten, Angehörige der Angestellten, Lieferanten und ein Redaktor, wurden mit feinem Apéro begrüsst und in die neuen Räumlichkeiten geführt. Dabei verblüfft jeden Besucher das neue Wohnzimmer-Heimkino.

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Vom Heimkino zum Wohnkino Die Nachfrage für Home Cinemas (Heimkino) in einem separaten Raum ist rückläufig. Die überzeugende Alternative heisst Wohnzimmer-Heimkino. Wohn-, Esszimmer, Wohnküche oder grosse, offen gestaltete Räume wie beispielsweise Lofts, eignen sich hervorragend als Heimkino. Der Trend liegt klar bei multifunktionaler Raumnutzung und grossen Fensterflächen. Drei-

dimensionale, individuell gefertigte akustische Design-Wandelemente und akustische Deckenplatten, erzeugen einen überraschend klaren wie transparenten Raumklang. In ihrem Showroom mit integriertem Heimkino konnte Spline die Besucher verblüffen. Die Leinwand versteckt sich hinter der Vorhangblende und rollt sich beim Filmschauen einfach ab. Die Leinwand ist perfekt und erlaubt zusammen mit dem 4k-Projektor einmaliges Kinoerlebnis. Die Akustik ist umwerfend, obwohl sich die Frontlautsprecher hinter den Gardinen fast unsichtbar machen und die anderen Lautsprecher nimmt man sowieso nicht wahr. Einmal mehr stellt Spline damit ihre Kompetenz im Akustikbereich überzeugend dar. In einem weiteren Raumteil werden verschiedene Lautsprechersysteme zusammen mit diversen Verstärkern vorgeführt, was einen direkten und unverfälschten Vergleich ermöglicht. Das Hörerlebnis ist unglaublich, man glaubt sein Ohr direkt neben ein Schlagzeug, einer Violine oder einer Trompete zu halten. Die perfekte Audio-TV-Anlage Überzeugende Akustik- und auch Kino-Erlebnisse lassen sich allerdings auch in spezialisierten Verkaufsräumen irgendwelcher Anbieter erleben. Was Spline so interessant macht, ist die Tatsache, dass potenzielle Kunden live erleben können, wie Musik- oder Kino-Erlebnisse nahtlos ins gesamte Konzept der Raumautomation integriert sind. Wer heute bereit ist, in seinem Haus Geld für Raumautomation auszugeben, erwartet mehr als nur eine komfortablere Licht- und Storen-Steu-

Highlight Phänomenale Audioanlagen stehen Kunden zum Test bereit. Sowohl die Akustik als auch Ästhetik unterscheiden sich.

erung. Bei Spline kommt alles aus einem Guss daher, eben auch das Heimkino und die Audioanlage. Gesteuert wird selbstverständlich übers Smartphone, iPad, Internet und anderes. Ein Film ansehen läuft so ab: Film auf eigenem Server über die kinderleichte Oberfläche auswählen, Film starten, fertig. Jetzt gehen die Storen und die Leinwand runter, das Licht dimmt langsam weg und schliesslich startet der Film samt Musikanlage. Alles möglich Wünsche und Bedürfnisse anspruchsvoller Kunden von Spline können herausfordernd sein, doch bei Spline ist praktisch nichts unmöglich, dazu zwei Beispiele. In einer Villa in St. Moritz wird die Dampfsauna inkl. Duftnote vom Kunden per Internet ferngeschaltet. In einem Haus am Zürichsee sind

Die Akustik ist umwerfend, das TV-Bild gigantisch und die nicht sichtbaren Lautsprecher extrem präzis.

die Fingerprints via Touchpanel konfigurierbar und beim Heimkommen wird automatisch Licht gemacht, die Alarmanlage deaktiviert und Lüftung/Heizung entsprechend geregelt für komfortable Anwesenheit. Wie profitiert der Installateur? Die Planungs- und Konfigurationssoftware «Smart-Control» erlaubt auch komplexe Licht-, Storen- und Heizungssteuerungen einfach, preiswert und ohne Programmierkenntnisse zu realisieren, sogar durch den Bauherrn. Die Stärke von Spline liegt in der Integration alles Vorstellbaren in einer Software. Der Elektroinstallateur erhält alles Material, das komplette Schema, nach Wunsch auch den kompletten Schaltschrank, je nach Projekt auch die kompletten Serversysteme mit allem Drum und Dran, frei Haus geliefert.

Alle Sensoren, Aktoren, Touchpanels, Router, WLAN usw., sind fixfertig parametriert und vorbereitet, damit die Inbetriebnahme rasch vonstattengeht. Der Elektroinstallateur kann sich auf seine Kernkompetenzen, die Installation, konzentrieren. Die Projektleiter von Spline sind jederzeit kompetente

Die Kompetenz von Spline im Akustikbereich ist weitbekannt! Ansprechpartner, sowohl bei der Planung wie Realisation und natürlich auch danach. Ihr Leitspruch: Überdurchschnittliches, auf einem permanent hohen Niveau leisten und dabei die Bedürfnisse und Wünsche von Kunden und Geschäftspartnern im Fokus behalten, wird gelebt. 10 Jahre gesundes Wachstum Vor 10 Jahren gründeten Simon Caprez, Tobias Schmid und André Bösch die Spline AG. Sie gehört heute zu den führenden Schweizer Anbietern für private Gebäudeautomation. Das Herzstück im Portfolio ist die selbst entwickelte Software Smart-Control. Sie vernetzt die gesamten technischen Installationen einer Liegenschaft: Beleuchtung, Beschattung, Raumtemperatur-Regelung, Multiroom-Entertainment, Sicherheitsanlage, Wellnessanlage und vieles mehr. Zudem sind alle Planungsschritte ebenfalls integriert, dazu gehört das Schema und auch Schaltschrank-Layout.

Mit Smart-Control, der Parametriersoftware von Spline, lässt sich alles Erdenkbare in einem Gebäude steuern und überwachen.

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Highlight

NH-Sicherungslasttrennschalter InLine II von ABB

Höchste Sicherheit, kleine Verluste ABB stellt die neueste Technologie der Sicherungslasttrennschalter vor: für bestmögliche Stabilität und höchste Sicherheit im Stromverteilungsnetz. Damit nicht genug, bietet die neue Gerätegeneration InLine II ausserdem den höchsten Schutz für Personen bei Betrieb und Wartung.

NH-Sicherungslasttrennschalter werden hauptsächlich in den Bereichen Energieversorgung und Energieverteilung eingesetzt. Vor 50 Jahren waren in diesem Bereich noch abenteuerliche Konstruktionen im Einsatz. In der Zwischenzeit gibt es mindestens die dritte Generation von NH-Sicherungslasttrennschaltern. Mit jedem Entwicklungsschritt wurden im konstruktiven und elektrischen Bereich Verbesserungen eingeführt. Der neuste NH-Sicherungslasttrennschalter von ABB stellt einen Meilenstein dar und zeigt auf, was an Sicherheit, Einsparung an Verlusten, Anschlussfreundlichkeit aber

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auch an Details zwecks Messungen, möglich ist. Eigenschaften InLine II Der Bediener von NH-Sicherungslasttrennschaltern wünscht sich: • Stellungen EIN und AUS unverkennbar eindeutig • Sichere und zuverlässige Bedienung EIN/AUS • Sicheren und einfachen Austausch der NH-Sicherungseinsätze Installation InLine II Die Installation von NH-Sicherungslasttrennschaltern erfolgt an verschie-

denen Orten. Weil in einem Verteilerschrank im Gebäudebereich die Tiefe beschränkt ist, hat ABB auch die LAusführung (ZLBM) im Programm mit reduzierter Bautiefe. Sie können horizontal wie auch vertikal montiert werden. Dank eines universellen Kabelanschlussbolzens mit Stehbolzen oder fixierter Mutter ist ein flexibler Kabelanschluss vorhanden. Alternativ sind die NH-Sicherungslasttrennschalter mit integrierter V-Klemme erhältlich. Immer mehr besteht das Interesse, den Stromverbrauch genau zu kennen, wann und wo er am grössten ist. Deshalb lassen sich alle NH-Sicherungslasttrennschalter von ABB mit Stromwandlern ausrüsten. An Orten mit aggressiver Umgebungsluft sind Varianten aus Edelstahl nötig, diese sind auch im Angebot. Fazit ABB verfügt über langjähriges Knowhow in Entwicklung und Produktion und fertigt NH-Sicherungslasttrennschalter. Die neue Reihe InLine II besteht aus ein- und dreipolig schaltbaren Sicherungslasttrennschaltern. Sie sind einfach und sehr flexibel vom Anschluss her, sicher für den Anwender und lassen sich auch bei beengten Platzverhältnissen einbauen. Anwendungen finden sich in Niederspannungsverteilern in Transformatorstationen im Industrieund den Gebäudebereich. ABB Schweiz AG Niederspannungsprodukte 5400 Baden Tel. 058 586 00 00 www.abb.ch/gebaeudeautomation

Intelligente Steuerung Das elegante Hochhaus bietet optimale Arbeitsräume und Stadtwohnungen von höchster Qualität. Mitten im Geschehen, sofort erkenn- und gut erreichbar. Das ganze Gebäude ist behindertengerecht und nach Minergiestandard konzipiert und mit intelligenter Steuerungstechnik ausgerüstet. Insgesamt wurde bei den aussenliegenden Stoff-Senkrechtmarkisen gut 500 Stück elero-Antriebe des Typs «SunTop M20» eingebaut. Meimo AG, die Schweizer Generalvertretung von elero (made in Germany), hat nach Einbau aller Antriebe und elektronischer elero-Steuerteile, die Inbetriebnahme der gesamten Steuerung übernommen. Auf dem Dach wurde ein Mast installiert mit 2 Windsensoren «Aero», 2 Lichtsensoren «Lumero», 1 Regensensor «Aquero» sowie 2 Froststeuerungen von eberle. Die verschiedenen Sensoren erfassen zentral die Werte für Sonne, Wind, Regen und Temperatur. Zusätz-

und Schliessen der Senkrechtmarkisen an die Steuergeräte in den Wohnungen weiter. Jede Wohnungsverteilung ist mit den Geräten «AeroTec REG» und «REG 2M» bestückt. Diese steuern die Antriebe nach manuellen oder automatischen Befehlen. Dabei ist der Windbefehl allen anderen Befehlen übergeordnet. Also auch wenn die Sonne scheint – sobald der Windsensor zu starken Wind meldet, werden die Markisen sofort nach oben gefahren um Schäden am Stoff zu verhindern. Die Markisen werden zwar in ChromstahlStangen geführt, doch zu viel Windlast könnte trotzdem erheblichen Schaden anrichten. In jeder Wohnung bzw. in jedem Büro können die Sonnen- und Wind-Schwellwerte angepasst werden. Dies erhöht den Komfort für die Bewohner beträchtlich. Vor allem bei der Festlegung der Sonnenschwellwerte wird die Individualität sehr geschätzt. Die einen geniessen lieber die Sonne und wollen gar keine Beschattung, die anderen möchten bereits bei leichter Sonneneinstrahlung eine geschlossene Markise. Der Windschwellwert lässt sich allerdings In der Wohnungsverteilung: AeroTec REG und REG 2M nur empfindlicher einstellen, er kann nicht von den Bewohnern selbst über einen bestimmten liche 8 Lichtsensoren «Lumero» wur- Grenzwert erhöht werden. Natürlich den einmal nach dem 4. Stockwerk und wiederum aus Gründen der Schadenvernochmals nach dem 10. Stockwerk an meidung an den Markisen. Auch ein den verschiedenen Fassadenseiten an- Taster zur schnellen manuellen Bediegebracht für die optimale Messung des nung ist selbstverständlich vorhanden. Viel Technik befindet sich oben auf Lichtwertes in den entsprechenden dem Dach: der Sensormast zur ErfasEtagen. Die Messungen der vielen verschie- sung der Werte wie Sonne, Wind, Redenen Sensoren werden in drei elero- gen und Temperatur, der Liftschacht Zentralsteuerungen «Objecta» gesam- sowie der Fassadenlift. Um die ganze melt und verarbeitet und geben die Technik unsichtbar zu machen, wurde Witterungs-Informationen zum Öffnen nach dem obersten Stockwerk nochmals

eine Wand hochgezogen. Lediglich aus der Vogelperspektive oder wenn man sich auf annähernd gleicher Höhe befindet, ist das Ganze überhaupt sichtbar. Sollte tatsächlich einmal der Brandfall eintreten, ist auch hier für höchste Sicherheit gesorgt. Sobald ein Brandmeldebefehl in der Zentralsteuerung vorliegt, werden alle Markisen hochgefahren. Allerdings geschieht dies nicht mit einem gleichzeitigen Auf-Befehl an alle Antriebe. Der Befehl erfolgt kaskadiert, d. h. die Storen sind in 12 Sektoren eingeteilt mit einem verzögerten Abstand von je 3 Sekunden. So wird sichergestellt, dass zwar alles in kurzer Zeit hochgefahren wird, jedoch ohne die Stromzufuhr zu überlasten und das ganze System zum Erliegen zu bringen.

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Highlight

Sonnenschutztechnik am Hochhaus «B125»

Installations- und Gebäudetechnik

Managementplattform für voll integrierte Gebäude Siemens Schweiz präsentierte vergangenen November die neue Gebäudemanagementplattform Desigo CC. Mit der neuen Plattform wird eine Vision erstmals Realität. Desigo CC startet mit einer Basisfunktionalität, wächst aber stetig um weitere Funktionalitäten und soll in naher Zukunft zu einer integralen Plattform aller in einem Gebäude relevanten Sicherheits- und Komfortgewerke werden.

bäudeeigentümer teilweise völlig widersprüchliche Anforderungen im Vergleich zum Nutzer: der Eigentümer möchte das Gebäude so günstig und energiesparend betreiben, der Anwender möchte den Komfort nicht missen, was jedoch nur mit zusätzlicher Energiezufuhr möglich ist. Das gleiche gilt im Bereich der Sicherheit: der Gebäudemanager muss die Sicherheit garantieren, der Anwender möchte keine

Die Beweggründe für die Entwicklung von Desigo CC liegen in den hohen Lebenszykluskosten und der zunehmenden Komplexität von Gebäuden. Denn mehr als vier Fünftel der im Laufe eines Gebäudelebens anfallenden Kosten sind Nutzungskosten. Zusätzlich kann durch das Zusammenführen von Gebäudeautomation und -sicherheit auf einer durchgängigen Plattform die Komplexität reduziert werden, was sich wiederum auch positiv auf die Betriebskosten auswirkt. Bis anhin waren für unterschiedliche Gewerke oft verschiedene Bedienstationen notwendig, die dem Betreiber Informationen in völlig unterschiedlicher Art und Weise lieferten, was schnelle und richtige Entscheidungen erschwerte. Mit einer umfassenden Managementplattform kann der Nutzer nun im Bedarfsfall Einfluss auf die Gebäudetechnik nehmen und diese intelligent und automatisiert steuern, beispielsweise die System-Automatismen im Alarmfall übersteuern. Nebst den technischen Rahmenbedingungen nehmen immer mehr auch die Anforderungen verschiedenster Anspruchsgruppen zu. So hat ein Ge-

Erschwernisse antreffen. Zusätzlich treiben Faktoren wie Ressourcenknappheit, Kostendruck, verschärfte Gesetzesauflagen oder erhöhte Sicherheitsaspekte die Gesamtanforderungen nach oben. Moderne Gebäude müssen in Zukunft smart und integriert sein. Sie werden ihre Energie autark produzieren und werden mögliche Störungen proaktiv melden bevor ein Defekt überhaupt entsteht. Sicherheitsrisiken werden ebenfalls minimiert. Verschiedenste Themen und Disziplinen wirken in Zukunft nahtlos zusammen um diese Ziele zu erreichen. Dank der totalen Integration können die verschiedenen Subsysteme Informationen austauschen und miteinander interagieren. Bei herkömmlichen Leitsystemen gibt es unterschiedliche Grade der Integration. Heute sind die meisten Gebäude mit Stand-Alone-Lösungen ausgerüstet. Die Angebote für die unterschiedlichen Lösungen orientieren sich dabei oftmals an jeder einzelnen Disziplin, ein umfassender Ansatz fehlt in den meisten Fällen. Wenn die einzelnen Systeme innerhalb des Netzwerks

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miteinander vernetzt werden, spricht man von limitierter Integration. Dies ist zum Beispiel bei einem Brandereignis der Fall, wenn die Liftanlage via Brandfallsteuerung gesteuert wird. Oder aber man spricht von überwachender Integration: Der Betreiber besitzt zwar die zentrale Kontrolle, aber alle Systeme bleiben letztlich eigenständig. Schlussendlich gibt es noch die All-in-one oder Totally Integrated Platform, die eine komplette Kontrolle sämtlicher Gewerke ermöglicht. In den meisten Fällen spricht man bei Leitsystemen vom sogenannten Eventhandling. Bei der integralen Variante von Desigo CC sind es Event-Szenarien. Sie arbeiten nicht einfach nur Alarme ab, sondern agieren inmitten von Notfall-Prozessen, von Szenarien. Bei einem Brandereignis laufen die vordefinierten Szenarien automatisch ab. Sobald sich Rauch entwickelt, wird dieser vom installierten Rauchmelder detektiert und ein Alarm ausgelöst – die Erkundungszeit beginnt zu laufen. Kameras in unmittelbarer Nähe liefern automatisch Bilder zum Ereignis. Diese verkürzen vor allem via Webapplikationen oder Mobilgeräte die Erkundungszeit enorm. So kann bei einem wirklichen Notfall sofort ein Handalarmtaster betätig und direkt die Feuerwehr alarmiert werden. Gegebenenfalls kann auch gleich eine Trockenlöschung angesteuert werden. Die Frischluftzufuhr wird sofort gestoppt, um die Brandentwicklung nicht unnötig zu begünstigen und auch die Rauchklappen werden angesteuert. Zudem wird der Strom heruntergefahren, die Evakuierungslichter aktiviert und wo vorhanden eine automatische Sprachalarmierung ausgelöst. Desigo CC kann für einzelne ganz unterschiedliche Gebäude wie Bürobauten, Industriegebäude usw. wie auch für ganze Areale, geografisch verteilte Objekte und Areale wie Flughäfen oder einen grossen Pharma-Campus eingesetzt werden. Desigo CC ist modular einsetz- und ausbaubar. Falls beispielsweise nur eine Disziplin wie die Branddetektion vorhanden ist, startet man bei dieser und kann später jede weitere ergänzen. www.siemens.ch/desigocc

Das Beherrschen der Messtechnik ist eine wichtige Voraussetzung für gut funktionierende Netzwerke.

«Der Elektriker kann sich nicht mehr vorwiegend auf den Strom konzentrieren. Das Netzwerk holt uns ein!» Mit dieser Aussage unterstrich Daniel Schmid von Isatel Electronic AG den Fokus seines Referats anlässlich der kürzlich durchgeführten Kurse «Netzwerktechnik – Installation, Inbetriebnahme, Fehlerlokalisation». Er erklärte, worauf beim Installieren eines Netzwerkes, das dann auch einwandfrei funktionieren soll, geachtet werden muss. Schmid: «Die Anforderungen an ein Netzwerk und an die Qualität der Ausführung steigen. Qualitätsarbeit ist ein Wettbewerbsvorteil.» Anhand eindrücklicher Beispiele gab er dem interessierten Publikum wertvolle Hinweise für die tägliche Arbeit beim Kunden. Daniel Schmid stellte auch die Normen und Standards vor, die bei der Ausführung von Netz-

werken wichtig sind. Er erklärte die verschiedenen Kategorien und Klassen und wie diese in der Praxis anzuwenden sind. Ebenso kennen die Kursteilnehmer jetzt den exakten Unterschied zwischen einem Permanentlink und einem Channel-Link. Ein wichtiger Teil war die Messtechnik. Daniel Schmid führte mit seinen Messgeräten verschiedene Messungen aus und erklärte gleichzeitig die Einsatzbereiche der einzelnen Geräte. Aufgrund seiner grossen Erfahrung stellte Schmid fest, dass die meisten Probleme auf Verdrahtungsfehler zurückzuführen seien. Ausführlich behandelte er auch die Glasfaserthematik, «ein wachsender Bereich.» Die Teilnehmer lernten die Unterschiede und Einsatzbereiche von Multimode- und Singlemodefasern genauso kennen wie die Tücken beim Verarbeiten dieser für Elektrikerhände so feinen Fasern. Am Nachmittag erklärte Andreas Dobesch, Netzwerkspezialist bei Isatel, was es alles braucht, damit ein aktives Netzwerk optimal betrieben werden kann. Schnittstellen und Betriebsarten, Datenübertragung, FCS-Fehlererkennung und Layer 2Fehlermeldungen, die Funktionsweise von Switches und Messmethoden waren weitere Themen. Andreas Dobesch unterstrich die enorme Bedeutung einer sauber ausgeführten Layer 1-Infrastruktur. Bei 85 Prozent der Fehler in den Bereichen Layer 2 und höher liege die Ursache in der Installation, so Dobesch. Bei den Netzwerken, welche die Kursteilnehmer in Zukunft bauen werden, dürfte diese Quote massiv tiefer liegen. (Erich Schwaninger, Leiter Berufsbildung VSEI)

Informations- und Kommunikationstechnik

Auf das Netzwerk kommt es an

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Wir brauchen Gebäudeinformatiker www.swiss-gin.ch

Drei Viertel des Datenverkehrs verlagern sich in die Cloud Laut Global Cloud Index, den Cisco zum 4. Mal veröffentlicht, verlagern sich in den kommenden fünf Jahren 76 Prozent des gesamten Datenverkehrs in Rechenzentren in die Cloud. Die Studie prognostiziert dem Datenverkehr, IT-Services und Anwendungen in der Cloud einen starken Zuwachs. Vor allem Private Cloud-Dienste gewinnen an Relevanz gegenüber Public Cloud Services. Regional betrachtet erzielen Cloud-Angebote im Nahen Osten und Afrika (54 %) die höchsten Wachstumsraten, gefolgt von Zentral- und Osteuropa (39 %). Ein massgeblicher Wachstumstreiber für Cloud Computing ist die stark wachsende Zahl der Internetnutzer: Bis 2018 surft die Hälfte der Weltbevölkerung online – laut der Prognose der Vereinten Nationen rund 3,8 Milliarden Menschen. Mehr als jeder Zweite (53 %) speichert dann persönliche Dateien wie Fotos, Videos, Musik und Dokumente nicht mehr ausschliesslich lokal auf dem eigenen Computer, Tablet oder Smartphone, sondern in der Cloud.

Von 2013 bis 2018 verdreifacht sich der weltweite Datenverkehr in Rechenzentren und wächst von 3,1 auf 8,6 Zettabyte pro Jahr (+ 23 % pro Jahr). Ein Zettabyte sind eine Billion Gigabyte. In Westeuropa nimmt der Datenverkehr im gleichen Zeitraum um 20 Prozent zu und steigt 1,3 Zettabytes pro Jahr an. Besonders dynamisch ist das Wachstum in Zentral- und Osteuropa von plus 28 Prozent pro Jahr. Diese Angaben umfassen sowohl den Datenverkehr, der zwischen Rechenzentren, innerhalb von Rechenzentren und zwischen Nutzern und Rechenzentren fliesst. Voraussetzung für die Nutzung von CloudDiensten ist eine hohe Netzwerk-Bandbreite. In der Schweiz können Cloud-Nutzer Dateien mit durchschnittlichen Latenzzeiten und Geschwindigkeiten laden.

sehen hören sprechen voir entendre parler

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Elektrotechnik 12/14 | 51

Informations- und Kommunikationstechnik Das Internet der Dinge wird unser Leben nachhaltig verändern, meint Prof. Dr. Friedemann Mattern von der ETH Zürich. (alle Bilder: Rüdiger Sellin)

All IP als Voraussetzung für das Internet der Dinge, so Heinz Herren (Swisscom AG)

15. asut-Kolloquium

«Switzerland online – alles vernetzt» Am 15. asut-Kolloquium wurde zu obigem Motto über die zunehmende Vernetzung von Menschen, (mobilen) Computern und Prozessen informiert. Eng damit verbunden ist die künftige Entwicklung der Netze und Dienste (FTTx-Ausbau, 4G/5G-Versorgung, All-IP-Transformation, intelligente Steuerungen usw.). Anhand konkreter Praxisbeispiele wurde aufgezeigt, wo Chancen und Herausforderungen liegen und wie die Sicherheit gewährleistet werden kann. Rüdiger Sellin Dank leistungsstarken und zuverlässigen Anbietern und einem funktionierenden Wettbewerb zwischen ihnen ist die Schweiz nahezu flächendeckend mit Breitbandnetzen erschlossen. In allen grösseren Städten und Agglomerationen sind Netze der neuesten Generation verfügbar. An vielen Orten entstehen zudem neue Datacenter, welche den raschen Zugriff auf Daten in der Network Cloud ermöglichen. Die In-

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formations- und KommunikationsTechnologie (ICT) ermöglicht die Erschliessung neuer Bereiche und übernimmt dabei immer mehr Dienstleistungen und Steuerungsaufgaben. Während seiner Eröffnungsrede wies asut-Präsident Peter Grütter die rund 370 Teilnehmenden auf die rasante Entwicklung der weltweiten Kommunikationsinfrastruktur hin. Sogar der afrikanische Kontinent, traditionell Nigeria und Südafrika, mittlerweile aber auch die gesamte westafrikanische Küste ver-

fügen über eine hoch entwickelte Netzinfrastruktur. Daher lassen sich Seuchen wie jüngst Ebola besser beherrschen, weil notwendige Informationen schneller und breiter verfügbar sind, so Grütter. Im ersten Fachvortrag sprach der anerkannte Experte Friedemann Mattern, ETH Zürich über «Wir und das Internet der Dinge». Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass immer mehr Alltagsdinge mit kleinster Sensorik und einem Funkmodul ausgestattet sind. Beispielsweise bestellen Verkaufsautomaten über Mobilfunknetze automatisch Waren nach und Container melden ihre aktuelle Position via GPS. Daraus resultieren einfachere und effizientere Abläufe. Aber auch im Privathaushalt haben Onlinedienste das tägliche Leben verändert. Laut Mattern zeichnen sich nun zwei Entwicklungen ab, die unser Leben nachhaltig verändern werden: Alles wird vollständig Internet-basiert sein, und wir Menschen werden über Cyber-

Oft bieten die Lieferanten keine Wartungsverträge mehr an oder es gibt sie gar nicht mehr. Mit dem Wandel in der Telekommunikation zu einer einheitlichen IP-Netzarchitektur kann Swisscom rascher und flexibler neue Kundenerlebnisse entwickeln. All IP bildet die Basis für einfache Cloud-Lösungen, welche die Art des Zusammenarbeitens und der Produkt- oder Service-Entwicklung nachhaltig verändern. Nach Meinung Herrens werden neue Wertschöpfungspotenziale geschaffen, und Kunden- und Marktbedürfnissen könne besser entsprochen werden. Telefonie, Daten, Breitbanddienste und Mobile werden auf einem einheitlichen IPNetz aufsetzen. Der Direktor des Verbandes Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen, Michael Frank, sieht in der Netzkonvergenz nicht nur Bedrohungen, sondern auch Chancen für die Energiewirtschaft. Denn dank der Netzkonvergenz können Strom-, Gas- und Wärmenetze miteinander verknüpft werden. Dadurch bieten sich Möglichkeiten zur Flexibilisierung und Optimierung des Gesamtsystems. Als Beispiele nannte Frank Wärmekraftkoppelungs- und sogenannte «Power to Gas»-Anlagen zur Transformation von

der einen in eine andere Energieform. Auch bei den Energieversorgungsunternehmen nimmt die Bedeutung der ICT weiter zu. Chancen bieten sich dabei sowohl für die ICT als auch für die Energiewirtschaft. Stromproduzierende Quellen wachsen zusammen und bedürfen eines ausgeklügelten Managements. Hier sorgt die ICT zunehmend für stabile Netze und eine verlässliche Energieversorgung. Sorgen bereitet der Branche der tiefe Preis für Kohle sowie für CO2Kompensationen, welche die «Ökologisierung» der Stromproduktion bremst. Zusätzlich verzerrt billiger Ökostrom aus dem Ausland die Marktpreise, die man zur kostendeckenden Inlandsproduktion erzielen müsste. Schliesslich erhöht die Gefahr einer staatlichen Regulierung analog zur Telekommunikation die Unsicherheit in der Energiebranche. Martin Bürki, Managing Director, Ericsson AG, referierte über die vernetzte Gesellschaft und deren Anforderungen an künftige Netze. Das weltweit ungeheure Wachstum des mobilen Datenverkehrs, die rasante Verbreitung von Smartphones und Tablets, die Vielfalt der Apps sowie eine neue Generation von Endnutzern treiben die ver-

Informations- und Kommunikationstechnik

brillen und andere Schnittstellen in die Maschinenkommunikation eingebunden. Wir kommunizieren also nicht mehr ausschliesslich mit Menschen, sondern mit Dingen. Diese organisieren sich wiederum in sozialen Netzwerken untereinander und nutzen mächtige Cloud-Dienste. Das Smartphone (mit Kommunikationsschnittstelle, ergänzt mit Sensoren, hochintegriert auf einem Chip für 12 Dollar) wird dabei zur zentralen Brücke zwischen Internet, physischer Umgebung (z. B. Produkte im Supermarkt-Regal oder unserem Kühlschrank) und Nutzern. Es zeichnen sich spannende Zeiten für Dienstleister, die Industrie, Infrastrukturanbieter, Datenschützer und Konsumenten ab. Heinz Herren, Leiter Netz & IT, Swisscom AG, ist der festen Überzeugung, dass All IP (alles über das Internet Protocol) die Schweiz verändern wird. Grosse Bandbreiten werden zur Selbstverständlichkeit und ermöglichen E-Commerce sowie andere Dienste. Der Wechsel auf eine IP-basierte Netzarchitektur folgt einer weltweiten Entwicklung, welche die gesamte ICTBranche betrifft. Alte Technologien sind zu unflexibel, nicht mehr verfügbar und zu teuer, um sie weiter zu pflegen.

Informations- und Kommunikationstechnik Networking im Foyer im Kreise der Aussteller.

netzte Gesellschaft weiter voran. Neuste Technologiekonzepte wie die fünfte Mobilfunkgeneration (5G) werden ab 2020 dazu beitragen, weltweit bis zu 50 Mia. Endgeräte zu vernetzen und bis zu 1000-fach höhere Datenvolumen als heute zu bewältigen. Für zukünftige Netze stellen sich neue Anforderungen. Engpässe sind dabei kaum auf Festnetzen, sondern aufgrund der explodierenden Datenmengen auf Mobilfunknetzen zu erwarten. Diese entstehen nicht nur wegen des hohen Anteils von heruntergeladenen Videos, sondern auch wegen der gestiegenen Erwartungen an Download-Geschwindigkeit und Qualität. Dass das Internet der Dinge bereits heute reale Praxis ist, bewies Bürki anhand eines Videos. Künftig muss überall ein hoher Grad an Konnektivität vorhanden sein – als Voraussetzung für das Internet der Dinge. 5G wird laut Bürki weniger ein Zugangsnetz, sondern ein umfassendes Ökosystem sein, welches u. a. auf virtuellen Clouds und software-definierten Netzen (SDNs) basiert. Mit dem Vortrag zum Thema «Alle bespitzeln alle – Spionage als Kulturtechnik» wurde den Zuhörern von Nicolas Mayencourt, CEO der Dreamlab Technologies AG, eine gute Basis für anschliessende Gespräche zur Halbzeit geboten. Denn spätestens seit den Enthüllungen von Edward Snowden oder Wikileaks ist das Thema Spionage durch technologische Mittel quasi allgegenwärtig. Tatsächlich spionieren Staaten, Firmen und Privatpersonen seit Längerem tatsächliche oder vermeintliche Gegner, aber auch Politikund Wirtschaftspartner aus. Um sich als Privatperson und Unternehmen wirksam schützen zu können, ist eine Kenntnis der Motive und Mittel nötig. Im Referat wurde dazu ein kleiner Ein-

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blick gegeben und gezeigt, wie IT Sicherheits-Spezialisten arbeiten und wie sich insbesondere Länder und Firmen oder Organisationen Dynamik in der Netzentwicklung und im Vortrag von Martin vor Angriffen via Internet Bürki, Ericsson AG. schützen können. Mayencourts Firma schreckte die Cyberkriminellen ab, indem er sie mit ihren eigenen Waffen schlug Avicor und TUS steht eine 100-prozentige-Funktionssicherheit. Beide Firmen und sie ihrerseits ausspionierte. empfahlen ausdrücklich eine Zusammenarbeit mit Swisscom, welche erViele praxisnahe Inputs Am Nachmittag standen praktische Er- freulich gut funktioniere. Malgorzata Bugajska, Teamleiterin fahrungen im Mittelpunkt. Unter dem Titel «All IP für Kunden» stellten sich Mobile Products bei Swisscom EnterHans Schuppli, Geschäftsführender Part- prise Customers AG, referierte über die ner der Avicor Services AG, und Jürg mobilen Wege zum Kunden und die Steiner, Leiter Grossprojekte Telekom- mobile Zukunft mit «Context Aware munikation und Sicherheit (TUS), den Services». Als stetiger Begleiter ist das Herausforderungen der Umstellung der Smartphone zum Mittelpunkt der pergesamten Alarmierungssysteme auf IP. sönlichen ICT-Aktivitäten von Kunden Heute werden in der Schweiz gegen und zur «Schnittstelle» zwischen physi100 000 Wählgeräte für die Alarmüber- scher und digitaler Welt geworden. mittlung eingesetzt, etwa für Notfall- Dies gilt insbesondere für Smarttelefone im Lift. Nach wie vor werden phones, die in der Schweiz laut Bugajweitere analoge Apparate in Betrieb ge- ska pro Tag im Schnitt 85-mal entsperrt nommen. Etwas weniger dramatisch, und während drei Stunden genutzt weraber gleichwohl herausfordernd stellt den. Unternehmen nutzen diesen Versich die Situation für viele Fernwar- netzungsgrad, um näher an ihre Kuntungsgeräte der Industrie dar, in die den heranzukommen. Sie erhalten Modernisierung auf IP-Standards zu zunehmend wichtigere Erkenntnisse einem früheren Zeitpunkt bereits star- über das aktuelle Kundenverhalten und tete. Auch bei der Telefonie dominieren können künftig individuell und personianaloge oder ISDN-Anschlüsse den fiziert auf einzelne Kunden eingehen. Telefonalltag der Schweiz. Bis Ende Dank direkter Kommunikation vor Ort 2017 ist die Überführung sämtlicher können beispielsweise in einem Shop Anschlüsse auf IP geplant, was alle Be- Informationen zu Aktionen oder Proteiligten vor grosse Aufgaben stellt. Lo- duktebewertungen auf das Smartphone kale Telefonvermittlungsanlagen kön- geschickt werden. Die bezogenen nen mit einer IP-Schnittstelle erweitert Dienstleistungen oder das Produkt weroder via nachgeschaltetem Media Gate- den über dasselbe Endgerät bezahlt, way an IP-Netze angeschlossen werden. was sowohl Kunden als auch UnternehDarin werden Sprachverbindungen men einen Mehrwert bietet. Für den über das Session Initiation Protocol Erfolg solcher Dienste entscheidend ist (SIP) aufgebaut. Im Vordergrund der der Grad der Individualisierung. Erhält

Informations- und Kommunikationstechnik

Rund 370 Zuhörer warfen im Kursaal Bern einen Blick in die vernetzte Zukunft der Schweiz.

der Nutzer Informationen, die ihn nicht betreffen, reagiert er allerdings mit Ablehnung. Die technischen Grundlagen zur Realisierung eines Internets der Dinge beleuchteten Daniel Roner, Bereichsleiter System Innovation Belimo Automation AG und Patrick Burkhalter, Geschäftsführer Ergon Informatik AG. Dazu gehören u. a. Sensoren und Aktoren als Voraussetzung zur Entwicklung gänzlich neuer Lösungsansätze. Dabei präsentierten die beiden Referenten das «Energy Valve» von Belimo Automation AG. Durch eine Kombination von Klimatechnikkompetenz mit Informatik-Know-how entstand ein intelligentes Industrieprodukt. Dieses hilft den Kunden, markante Energieeinsparungen zu erzielen. Gleichzeitig ist Belimo mit ihrem innovativen Produkt in neue Marktsegmente vorgestossen. Basis für den Erfolg ist eine universell einsetzbare Plattform zur Vernetzung von Komponenten zu neuartigen Produkten oder Services. So entwickelt die Ergon u. a. Geräte zur Klimaregelung inklusive Ventilen und Stellmotoren (z. B. für Rechenzentren oder grosse Säle), die sich über einen gewöhnlichen Browser via Internet managen lassen. Ergebnis ist eine Energieeinsparung von 30 Prozent und mehr mit entsprechenden Senkungen der Energiekosten und des CO2-Ausstosses. Als Abschluss der Konferenz zeigte Philipp Rütsche, CEO der Cyscon Schweiz, was Endbenutzer und Anbieter zur Sicherheit einer vernetzten Schweiz beitragen können. Mit der zunehmenden Vernetzung von Alltagsgegenständen und der Durchdringung in alle Lebensbereiche steigen die Sicherheitsanforderungen. Denn nicht nur «gute» Akteure wollen in diesem Wachstumsmarkt profitieren, sondern

Brillantes Duo: Patrick Burkhalter und Daniel Roner (Ergon AG und Belimo AG)

ebenso die Cyberkriminellen. Die heutige Situation in der Schweiz bezüglich Cyberkriminalität sieht z. B. so aus, dass die PCs der KMU etwa 10-mal häufiger mit Viren und Trojanern verseucht sind als in Schweizer Privathaushalten. Problematisch stellt sich vor allem der Datenklau in Firmen dar. Rütsche sprach bei Phishing-Vorfällen (mit Datenklau) von Folgeschäden im Umfang eines zweistelligen Millionenbetrages (im Schnitt pro Schweizer Bank). Hier gilt es, mit entsprechenden Massnahmen vorzubeugen. Fazit Die Kommunikationsinfrastruktur hat sich längst zur zentralen Basisinfrastruktur von Wirtschaft und Gesellschaft entwickelt. Sie bildet die Grundlage neuer Dienste und erlaubt die

Integration der ICT in andere Branchen wie beispielsweise den Energiesektor oder den öffentlichen Strassenund Schienenverkehr. Beispiele dafür sind intelligente Steuerungen, der Detailhandel mit mobilem Bezahlen oder das Gesundheitswesen mit elektronischen Patientendossiers. Vernetzte Mobilität, dezentrale Sensoren und Intelligenz, zunehmende Flexibilität der Systeme und individualisierte Produkte werden zum bestimmenden Trend der Zukunft. Diese Entwicklung stellt noch höhere Ansprüche an die Leistungsfähigkeit, Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Netz- und IT-Infrastruktur. Die Netzbetreiber der Schweiz, allen voran die Swisscom, sind daher noch mehr gefordert als bisher. www.asut.ch

• LED Anzeigesysteme

• Kommissioniersysteme

• Produktentwicklung

Elektrotechnik 12/14 | 55

Aus- und Weiterbildung

Kopftraining für Lernende und Fachleute

Brain Food Schutzmassnahmen machen den elektrischen Strom sicher. Wird die Anwendung normgerecht umgesetzt, so ist der Sach- und der Personenschutz in jedem Fall sichergestellt. Das ist das Ziel jeder fachgerecht ausgeführten Arbeit. Dazu braucht es die Grundkenntnisse. Rico De Boni, Marcel Schöb

Aufgabe 1314 Wie lauten die fünf Sicherheitsregeln?

Installationspraxis Die nachfolgenden Fragen gehören zu den folgenden Leistungszielen im Bildungsplan des Elektroinstallateurs EFZ: • Bildungsplan L2/4.3.4: Die Lernenden setzen die Bestimmungen der NIN situationsbezogen um. • Bildungsplan L2/4.3.5: Die Lernenden wenden die Bestimmungen der NIV und der NIN zum Schutz von Personen und Sachen an. Aufgabe 1311 Welche Wirkungen hat der elektrische Strom auf den menschlichen Körper? Aufgabe 1312 Der Körperstrom wird durch verschiedene Impedanzen bestimmt. Welche sind es und durch was sind sie massgebend geprägt? (Siehe Bild 1312).

Aufgabe 1312

Aufgabe 1313 Die Gesamtimpedanz gemäss Bild 1312 beträgt 2000 ⍀. Besteht eine Gefahr?

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Aufgabe 1315 Die Schutzmassnahmen werden aufgeteilt in a) Basisschutz b) Fehlerschutz Welche Massnahmen sind in diesen Begriffen enthalten? Aufgabe 1316 Welche Anforderung muss die Schutzmassnahme «Kleinspannung» erfüllen? Aufgabe 1317 Es wird unter Netzspannung gearbeitet. a) Ist dies erlaubt? b) Gibt es bestimmte Anforderungen dazu? Aufgabe 1318 Um welche Netzformen handelt es sich bei den Grafiken a) bis c) in Bild 1318?

Aufgabe 1318

Aufgabe 1319 Die einzelnen Begriffe sind in der Abbildung 1319 mit Pfeilen zu verbinden. Aufgabe 1320 Welche maximalen Werte gelten für: a) Berührungsspannung b) Abschaltzeit im TN-Netz 230/400 V bei Endstromkreisen ⱕ32 A c) Abschaltzeit im TN-Netz 230/400 V bei Endstromkreisen ⱖ32 A d) Abschaltzeit im TN-Netz 230/400 V bei Verteilstromkreisen Aufgabe 1321 Wie wird a) der minimale und b) der maximale Kurzschlussstrom bestimmt? Aufgabe 1322 Wie lauten die Faustformeln für den minimalen Kurzschlussstrom? Aufgabe 1323 Was kann unternommen werden, wenn der Kurzschlussstrom ungenügend ist? Aufgabe 1324 Welche maximalen Widerstandswerte für Schutz-Potenzialausgleich und Schutzleiterverbindungen dürfen nicht überschritten werden?

Aus- und Weiterbildung

Aufgabe 1319

Aufgabe 1328

a) Beim Hauptpotenzialausgleichsleiter b) Bei der Niederohmigkeit der Installation c) Bei Instandsetzung von Geräten Aufgabe 1325 Was wird unter dem Begriff «aktives Teil» verstanden?

Aufgabe 1332 Dürfen Schutzleiter auch getrennt von den Polleitern verlegt werden? Aufgabe 1333 In welchen Räumen dürfen keine PENLeiter verwendet werden? Wie ist dann die Installation ohne PEN-Leiter auszuführen?

Antworten zu den Aufgaben 1311 bis 1333 werden ab etwa 28. 1. 2015 im Dossier Brain Food auf www.elektrotechnik.ch veröffentlicht.

Die Antworten zu den Aufgaben 1295 bis 1310 finden Sie jetzt im Dossier Brain Food auf www.elektrotechnik.ch.

Aufgabe 1326 Welche maximale Temperatur dürfen brennbare Teile im Bereich von Energieverbrauchern annehmen? Aufgabe 1327 Schutzgeräte werden international mit Kurzzeichen bezeichnet. Um welche Fachbegriffe handelt es sich: a) RCD b) RCBO c) MCD d) PRCD e) SRCD f) CBR g) RCM

Weiterbildung bei E-Profi Lernen mit Profil 10 Argumente für E-Profi die Sie weiter bringen x Dank „new learning 2007“ haben wir regelmässig sehr gute VSEI Erfolgsquoten x Moderne Lernmethoden x bewährtes 4-Stufen Ausbildungsmodell, optimale Integration des Vorwissens, der Lernende steht im Mittelpunkt x hoher Praxisbezug der Berufsbildner-Dozenten x Praxisnahe Projekte dank unserem hausinternen CADPlanungsbüro x über 300m2 Technopark mit modernsten Modellen x Kleinklassen von 8-12 Teilnehmenden erzielen optimale Leistungen x Fachkompetenz mit NIV-Kontrolle im Haus x modernes Gebäudeinformatik-Labor x eduQua-zertifiziert seit 2003

Aufgabe 1328 Die ausgebaute Steckdose muss ersetzt werden. Was ist zu beachten? (Siehe Bild 1328).

Vorbereitungskurse Berufsprüfungen mit eidg. FA: x Elektro-Sicherheitsberater/-in (BS) x x

Vorbereitungskurse Höhere Fachprüfungen: x Eidg. dipl. Elektroinstallateur/-in (HE)

Elektroplanung

Aufgabe 1329 Erklären Sie den Basisschutz.

Start: 5. Februar 2015 Eidg. dipl. Telematiker/-in (HT) Start: auf Anfrage

Praxisprüfung (PX) gemäss NIV: Ständiger Einstieg in BS- und HE-Klassen mit Standortbestimmung

KNX-Tageskurse: x KNX-Grundkurs (5 Tage)

Aufgabe 1330 Nennen Sie fünf Sachen die in den Weisungen der Netzbetreiber stehen. Aufgabe 1331 Was darf ein ausgelernter Montageelektriker in der Freizeit selber installieren?

Start: 3. Februar 2015 Elektro-Projektleiter/-in (BE) Start: 5. Februar 2015 Telematik-Projektleiter/-in (BT) Start: auf Anfrage

Start: 12. Januar 2015 KNX-Aufbaukurs (5 Tage) Start: 8. Juni 2015

9. März 2015

Neu: HF-Lehrgänge Gebäudeinformatik: © by SwissGIN x dipl. Techniker/-in HF Gebäudeinformatik x Schweizerische höhere Berufsbildung BMP c/o E-Profi Joweid Zentrum 4 8630 Rüti Tel. 055 260 36 25 Fax 055 260 36 28 info@e-profi.ch www.e-profi.ch

Start: 23. März 2015 (6 Semester) dipl. Gebäudeinformatiker/-in NDS HF Start: 21. März 2015 (ca. 15 Monate)

Informieren Sie sich: Profi-Apéro von 17.00 – 19.00 Uhr Immer am ersten Montag im Monat

Anmeldung: Anmeldung unter www.e-profi.ch oder telefonisch im Schulsekretariat. Ihr E-Profi Team

Aus- und Weiterbildung

Fokus Elektrosicherheit

Brandverhalten von Kabeln Seit Kurzem haben sich die gesetzlichen Rahmenbedingungen für Bauprodukte in der Schweiz geändert. Per 1. Oktober 2014 ist die revidierte Bauprodukteverordnung (BauPV) in Kraft getreten, die geltendes Recht der EU übernimmt. Die BauPV beinhaltet neu auch Anforderungen an das Brandverhalten von Kabeln. Hersteller und Inverkehrbringer müssen neu die Leistungen der Produkte bezüglich ihres Brandverhaltens klassifizieren. Jürg Rellstab * Bauprodukteverordnung und Brandprävention In der Schweiz fallen jährlich immer noch durchschnittlich 40 Menschen den tödlichen Flammen eines Brandes zum Opfer. In Deutschland sind es 400 und in der gesamten EU entsprechen die 3000 Brandtoten der Bevölkerung eines kleinen Dorfes. Fast die Hälfte der Opfer ist durch Gas- und Raucheinwirkungen zu beklagen. Hauptverursacher für Brände in Gebäuden ist der Strom bzw. sind die elektrischen Geräte sowie die Installationen. Die EU hat das Problem erkannt und mit der neuen Bauprodukteverordnung1 reagiert. Das Inverkehrbringen von Installationskabeln fällt seit dem 1. Juli 20132 in diesen regulierten Bereich. Diese Anpassung der bestehenden Gesetze hat starke Auswirkungen auf die Hersteller, Distributoren und Händler. Je nach Brandklasse müssen Kabel von einer Zulassungsstelle geprüft und zertifiziert werden. Die Selbstdeklaration, verbunden mit dem Anbringen des CE-Zeichens, ist nur noch für Produkte mit geringen Brandeigenschaften ausreichend. Die Verwendung solcher Kabel wird durch die Brandschutzvorschriften zusätzlich eingeschränkt.

* Jürg Rellstab, El. Ing. FH, Leiter Produktezertifizierung bei Electrosuisse. Der Autor hat die Projektgruppe «Neue KBOB-Empfehlung; Einsatz von Elektrokabeln, Funktionserhalt und Brandverhalten» bei Electrosuisse geleitet und gibt Fachseminare zur neuen Bauprodukteverordnung im Bereich Kabel.

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zu erwarten, dass die ersten Kabel mit der neuen Klassifizierung – somit geprüft und zugelassen durch eine notifizierte Stelle – im Frühling 2015 auf dem Markt erhältlich sein werden. Die Schweiz hat, basierend auf den bilateralen Verträgen mit der EU, diese Verordnung übernommen und das Bauproduktegesetz sowie die Bauprodukteverordnung per 1. Oktober 2014 entsprechend angepasst. Es gelten also für den schweizerischen Markt die gleichen Bedingungen wie in der EU für die Inverkehrbringung von Bauprodukten. Brandverhalten und Funktionserhalt Es handelt sich hierbei um zwei wichtige Begriffe, die in diesem Zusammenhang verwendet werden und die auch immer wieder zu Missverständnissen führen. Das Brandverhalten (reaction to fire) ist ein Sammelbegriff der die folgenden Brandeigenschaften eines Kabels beschreibt: • Flammausbreitung • Wärmefreisetzung • Brandentwicklung • Rauchentwicklung • Brennendes Abtropfen • Schädlichkeit der Gase

Prüfung Brandverhalten.

Das unüblich schnelle Vorgehen der EU-Gesetzeshüter hat die gesamte Branche überrascht. Da jedoch entsprechende Prüf- und Zulassungsnormen momentan noch fehlen, verzögert sich die Umsetzung der Verordnung. Es ist

Der Funktionserhalt (resistance to fire) beschreibt, wie lange ein Kabel bei einem Brand eine funktionierende Isolation und Übertragungssicherheit gewährleisten kann. Kabel mit ausreichendem Funktionserhalt, sogenannte Sicherheitskabel, werden zur Versorgung von Rauchabzugs- und Sprinkleranlagen, Sicherheitsbeleuchtungen usw. installiert. Natürlich kann für diese Ka-

bel auch das Brandverhalten definiert werden. Welche Kabel sind betroffen? Sämtliche Kabel, welche in Gebäuden verwendet werden, fallen unter die neue Bauprodukteverordnung. Es sind dies Energie-, Steuer- und Kommunikationskabel. Zu beachten ist, dass nicht nur Kupferkabel, sondern auch fiberoptische Kabel die neuen Anforderungen erfüllen müssen. Davon ausgenommen sind nur Kabel, die in Anlagen wie z. B. Lift-, Photovoltaik- oder Produktionsanlagen installiert werden. Leider fehlen zurzeit die Prüf- und Klassifizierungsnormen für die Sicherheitskabel mit Funktionserhalt. Kabel mit diesen zusätzlichen Eigenschaften fallen noch nicht unter die neuen Gesetze und können auch nicht klassifiziert werden. Dieser Umstand erschwert die Umsetzung der Verordnung beträchtlich. Prüfverfahren und Klassifizierung Wie Bild 1 zeigt, sind die Prüfverfahren für die Hersteller aufwendig und zeitintensiv. Das gesamte Kabelsortiment muss geprüft werden. Die verschiede-

nen Querschnitte verhalten sich während den Prüfungen unterschiedlich. Dies erhöht wiederum die Anzahl erforderlicher Prüfungen. Die Kabel müssen vom Hersteller bezüglich ihres Brandverhaltens und ihrer zusätzlichen Eigenschaften klassifiziert werden. Dabei wird eine Einteilung in die Klassen ACA, B1CA, B2CA, CCA, DCA, ECA und FCA vorgenommen. Die neuen Kabelklassifizierungen, wie z. B. CCA-s1, d1, a1 oder DCA-s2, d2, a2, sind allerdings etwas gewöhnungsbedürftig (Bild 2). Der Hersteller oder Inverkehrbringer ist verpflichtet, die Klassifizierung auf dem Kabel und in der Leistungserklärung, welche zusätzlich zur Konformitätserklärung mitgeliefert wird, zu vermerken. Zulassung Die Zertifizierung der Kabel erfolgt durch eine notifizierte Stelle, deren Aufgaben im Bild 3 aufgeführt sind. Bis im Frühling 2015 sollen die Prüfnormen zur EU-Bauprodukteverordnung harmonisiert werden, was wiederum bedeutet, dass ab diesem Zeitpunkt Zulassungen möglich sind.

Leistung der Klassen und der zusätzlichen Eigenschaften ACA B1CA B2CA DCA ECA FCA s1 s1a s1b s2 s3 d0 d1 d2 a1 a2 a3

Eine smarte Lösung

nicht brennbar, d. h. keramische Erzeugnisse kein oder sehr geringer Abbrand bei Beflammung keine stetige Flammausbreitung Brandverhalten ungefähr wie Holz kleine Flamme führt nicht zu einer intensiven Flammausbreitung keine Brandeigenschaften definiert schwache Qualmbildung schwache Qualmbildung, Transmission › 80 Prozent schwache Qualmbildung, Transmission › 60 Prozent mittlere Qualmbildung nicht definiert, möglicherweise starke Qualmbildung kein brennendes Abtropfen kurzzeitiges brennendes Abtropfen nicht definiert, möglicherweise ständiges brennendes Abtropfen leicht korrosive Rauchgase mittel korrosive Rauchgase stark korrosive Rauchgase

Electrosuisse – Alles in einem App Auf einfache Weise schnellen Zugang zu hilfreichen Informationen und Dokumenten rund um elektrische Sicherheit. _ NIN COMPACT _ Formulare/Checklisten _ Weisungen des ESTI

Beschreibung der Klassen und der zusätzlichen Eigenschaften nach EN 13501-6.

Konformitätsbewertungssysteme

Klassen

System

Pflichten der notifizierten Stelle

ACA, B1CA, B2CA, CCA

DCA, ECA FCA

3 4

Typenprüfung, periodische Werksinspektionen und Musterprüfungen Typenprüfung Keine

Konformitätsbewertungssysteme und Aufgaben der notifizierten Stelle.

Für Ihre tägliche Arbeit – eine smarte Lösung. Die Electrosuisse App ist für iOSund Android-Tablets erhältlich. www.electrosuisse.ch/normenverkauf

Aus- und Weiterbildung

Fazit Die neuen Gesetze und Verordnungen für das Inverkehrbringen von Kabeln stellen eine Herausforderung für die Hersteller dar. Das Ziel des Gesetzgebers ist die Verhütung von Bränden, die in elektrischen Installationen – leider immer noch zu häufig – auftreten und die Personen in den betroffenen Gebäuden sowie Rettungsmannschaften erheblich gefährden können. Die Klassifizierung der Bauprodukte ist allerdings erst der Anfang einer besseren Brandprävention. Zusätzlich sind Installationsvorschriften nötig, die klar aufzeigen, welche klassifizierten Produkte für welche Gebäudeart, Belegung und Verwendung zu verwenden sind. Für öffentliche Bauten gibt es bereits derartige Installationsbestimmungen, die die Koordinationskonferenz der Bau- und Liegenschaftsorgane der öffentlichen Bauherren in ihrer neuen KBOB-Empfehlung «Einsatz von Elektrokabeln, Funktionser-

halt und Brandverhalten» festgehalten hat. Die NIN 2015 und die neuen VKF-Richtlinien enthalten zusätzliche Hinweise für private Bauten3. Die neue NIN erläutert die Unterschiede zwischen den am häufigsten verwendeten Kabel sowie deren Verlegung. Die Kabel bilden zusammen mit dem Tragsystem eine Einheit, die den Funktionserhalt einer elektrischen Anlage gewährleisten muss4. Es liegt nun an den Bauherren, Architekten und Elektroplanern, die zusätzlichen Produkteinformationen richtig zu interpretieren und in der Planung von Gebäuden zum Wohle der späteren Bewohner entsprechend umzusetzen. Dabei ist der Brandprävention – auch im Zusammenhang mit elektrischen Installationen – höchste Priorität einzuräumen. ■

Fussnoten 1 Unter Bauprodukten werden Erzeugnisse verstanden, die dauerhaft in Bauwerke des Hoch- und Tiefbaus eingebaut werden. 2 In der Schweiz seit 1. 10. 2014. 3 Per 1. 1. 2015 treten sowohl die neue Brandschutzrichtlinie VKF wie auch die NIN 2015 in Kraft. 4 NIN 2015 B + E 5.6.8 Kabel und Leitungsanlagen. Literatur [1] EU-Bauprodukteverordnung (BauPVO) 305/2011. [2] EU-Bauproduktegesetz (BauPG) vom 5. 12. 2012. [3] SR 933.0 Bundesgesetz über Bauprodukte (BauPG). [4] SR 933.01 Verordnung über Bauprodukte (BauPV). [5] EN 50575:2014 Power, control and communication cables – Cables for general applications in construction works subject to reaction to fire requirements. [6] EN 50399:2011 Allgemeine Prüfverfahren für das Verhalten von Kabeln und isolierten Leitungen im Brandfall – Messung der Wärmefreisetzung und Raucherzeugung während der Prüfung der Flammenausbreitung – Prüfeinrichtung, Prüfverfahren und Prüfergebnis. [7] EN 13501-6:2014 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 6: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von elektrischen Kabeln. [8] Niederspannungs-Installationsnorm NIN 411000:2015 (NIN 2015). [9] Brandschutzrichtlinien VKF 2015 [10] Schneider, Daniel. Normen, Prüfverfahren und Klassifizierungen von Kabeln. Electrosuisse 2014.

Brandverhalten von PVC-Kabeln Im Zusammenhang mit dem Artikel «Kabel – halogenfrei oder PVC» (ET 10/2014 Seite 24) unterbreitet uns die Arbeitsgemeinschaft der Schweizerischen PVC-Industrie, Aarau (www.pvch.ch) nachstehende Stellungnahme: «PVC hat sich seit vielen Jahren als sicheres, zuverlässiges Kabelmaterial bewährt. PVC-Kabel weisen gute technische Eigenschaften und günstige Kosten auf. In Ökobilanzen zeichnet sich PVC durch niedrigen Energieverbrauch und die praktisch unerschöpfliche Rohstoffbasis Salz aus. Darüber hinaus sind PVC-Standardkabel ohne Zusatz flammhemmender Additive flammwidrig und selbstverlöschend. PVC-Kabel besitzen gute flammwidrige Eigenschaften. Weiterentwickelte PVC-Kabel zeigen deutlich verbesserte brandschutztechnische Eigenschaften, in Verbindung mit einer reduzierten Rauch- und geringen Säureabgabe. PVC bietet damit eine vergleichbare Leistung wie andere Kabelmaterialien

zu wesentlich geringeren Kosten. Die gesparten Investitionskosten können zusätzliche Brandschutzmassnahmen ermöglichen. Die Brandsicherheit kann nur mit einem ganzen Bündel von Massnahmen effektiv erhöht werden. Mit an erster Stelle stehen dabei organisatorische Massnahmen, Massnahmen des bautechnischen Brandschutzes (Notausgänge, Hitzefühler, Alarmanlagen, Belüftungseinrichtungen, Kabelabschottungen etc.) sowie konstruktive Massnahmen bei der Kabelinstallation und Leitungsführung (z. B. Ablationsbeschichtungen). Nach den vielen bisher vorliegenden Untersuchungen ist die Toxizität von Brandgasen vergleichbar, unabhängig davon, ob PVC am Brand beteiligt war oder nicht. Das Risiko kanzerogener Erkrankungen ist durch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) im Russ wesentlich höher als durch die in der Öffentlichkeit vor allem diskutierten Dioxine. Wie mehrere Untersu-

[

chungen gezeigt haben, sind brandexponierte Bevölkerungsgruppen nicht stärker mit Dioxinen belastet als der Bevölkerungsdurchschnitt.» Der Branchenverband Electrosuisse (www.electrosuisse.ch) nimmt dazu wie folgt Stellung: «Das Einhalten der Vorschriften des VKF, der EU CPR 305/2011, der BauPV und der KBOBEmpfehlung für öffentliche Bauten bezüglich des Brandverhaltens und Rauchgasentwicklung ist für Electrosuisse der Massstab. Der Aufbau von Kabel sowie die verwendeten Materialien spielen in diesem Zusammenhang eine untergeordnete Rolle und sind herstellerspezifisch. Der Markttrend ist aber gegen die Verwendung von PVC in Kabeln.» Die vollständige Stellungnahme der Arbeitsgemeinschaft der Schweizerischen PVC-Industrie sowie den vollständigen Artikel aus ET 10/14 finden interessierte Leser auf: www.elektrotechnik.ch

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Fragen und Antworten zu NIN

NIN-Know-how 106 Auch wenn einige Änderungen mit der bald in Kraft tretenden NIN 2015 auf uns zukommen, so bleiben die Grundsätze für den Personenschutz im Wesentlichen erhalten. Die Normen entsprechen den anerkannten Regeln der Technik, zu deren Einhaltung wir vom Gesetzgeber (NIV) verpflichtet werden. Sie sollen möglichst den Stand der Technik abbilden. Manchmal hinken sie diesem Stand auch noch etwas hinterher. Dies sollte uns nicht davon abhalten, in der praktischen Umsetzung das bestmögliche zu realisieren. Dazu gehören zum Beispiel die Verwendung von Steckdosen mit Kinderschutz wo nötig, von halogenfreien Kunststoffen oder eine vermehrte Anwendung der Fehlerstrom-Schutzschaltung. Was hat sich verändert, was bleibt bestehen? Antworten finden Sie regelmässig im NIN-Know-how.

David Keller, Pius Nauer*

Sina bei Austausch von Hauptverteilung Ich habe eine Frage betreffend dem Auswechseln einer Hauptverteilung. Wir haben in einem Mehrfamilienhaus die Hauptverteilung komplett ausgetauscht. Die Eingangs- und Abgangsinstallation ist bestehend und noch mit TN-C installiert. Gemäss Info Blatt 2077 ist dies zulässig, wenn genügend Platzreserve für zukünftige TN-S-Installationen mit FehlerstromSchutzeinrichtungen vorhanden sind. Nun würde mich interessieren, was ich alles prüfen muss, um den Sicherheitsnachweis zu erstellen? Muss ich für jeden Zählerstromkreis einen SiNa erstellen? Das heisst, ich müsste für jeden Wohnungsabgang den Sicherheitsnachweis erbringen, obwohl die Installation ja bestehend ist und wir nichts daran verändert haben. (F. Z. per E-Mail) Bei alten Installationen mit dem System Nullung Schema 3 oder aber auch TN-C-Installationen kommt es in der Schweiz immer wieder zu gravierenden Unfällen. Ein Vertauschen eines Leiters führt hier sehr schnell zu gefährlichen Situationen. Wenn sie die Hauptverteilung wechseln, haben Sie im Prinzip an der gesamten elektrischen Installation eine Änderung vorgenommen. Auch wenn sie an den Abgangsleitungen nichts Weiteres gemacht haben, die Leitung wurde abgehängt und neu angeschlossen. Eventuell ist die neue Bezügersicherung auch nicht mehr des gleichen Typs wie vorher, was eine neue Überprüfung der automatischen Ab-

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schaltzeit der Bezügerleitung bedingt. Die Prüfung der Installation geht in so einem Falle weit über den neu in-stallierten Installationsteil hinaus. Mindestens bis zu den Eingangsklemmen der Unterverteilung muss eine Schlusskontrolle die Sicherheit gemäss NIN nachweisen. Daraus ergibt sich auch das Erbringen der Sicherheitsnachweise, was pro Zählerstromkreis ein Nachweis bedeutet. Je nach dem, wann die letzte periodische Kontrolle getätigt wurde, macht es Sinn, die periodische Kontrolle vorzuziehen. (pn)

Zusätzlicher Schutz bei Verwendung durch Kinder Wir haben die Installationen in einem Umbau eines Kindergartens ausgeführt. Unter den Fenstersimsen befinden sich bestehende Steckdosen des Typs 12 (also ohne Schutzkragen). Die Frage ist nun aufgetaucht, ob wir diese Steckdosen ersetzen müssen, oder so belassen können. Ein RCD 30 mA haben wir natürlich eingebaut. (D. U. per E-Mail) Normalerweise müssen Installationen nicht saniert werden, solange keine Änderungen daran vorgenommen werden. Wenn ein Umbau vollzogen wird, aber Teile der elektrischen Installation nicht direkt davon betroffen sind, stellt sich die Frage nach der Verhältnismässigkeit einer Anpassung dieser Teile an die aktuellen Regeln der Technik. Nach Stand der Technik werden Steckdosen mit Schutzkragen und Stecker mit teilisolierten Stiften verwendet (ab 2017 wird das zur Regel der Technik und es dür-

fen nur noch Steckdosen mit Schutzkragen installiert werden). Dadurch wird ein direktes Berühren der Stifte, wenn sie unter Spannung stehen, praktisch unmöglich. Gerade für Kinder sind diese Massnahmen von grosser Bedeutung. Wie die Vergangenheit gezeigt hat, mussten dabei Kinder auch schon ihr Leben lassen. Die Argumentation mit der Anwendung der Fehlerstrom-Schutzschaltung als genügender, zusätzlicher Schutz genügt hier nicht. Im Wohnbereich genauso wie in Kindergärten findet man u. a. Parkettböden, welche sehr gut isolierend sind. Sobald dann das Kind die beiden Stifte von Aussen- und Neutralleiter berührt, wird es elektrisiert, ohne das der FI-Schutzschalter auslöst. Bei Kindern muss man noch von weiteren Gefahren ausgehen. Während wir Erwachsenen wissen, dass wir nicht mit dem Finger eine Spannungsprüfung in einer offenen Lampenfassung E27 machen, oder die Buchsen einer Steckdose mit der Ahle des Sackmessers reinigen sollten, so experimentieren Kinder gerne auch an elektrischen Betriebsmitteln. Um diesem Risiko gerecht zu werden, verlangt die NIN 2015 dort wo sich Kinder aufhalten, ein höheres als das übliche Schutzniveau von IP2X. Zulässig sind aber nach wie vor die Haushalt-Steckvorrichtungen (nach CH-Norm 1011). Nach Stand der Technik wäre es auch möglich, Steckdosen mit Kinderschutz einzubauen. Bei diesen Steckdosen sind die Buchsen zusätzlich mit einem «Shutter» abgedeckt, welcher sich erst öffnet, wenn zwei Stifte gleichzeitig

Aus- und Weiterbildung

eingeführt werden. Der Bruttopreis einer Steckdose 3xT13 mit Kinderschutz liegt bei etwa 30 Franken. Selbst wenn zehn oder mehr solcher Steckdosen ersetzt werden müssen, liegt das mit jeder Sicherheit im Rahmen der Verhältnismässigkeit! (dk)

Fragen aus dem EX-Bereich Als erstes habe ich eine Frage zu den Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen im ExBereich. Im Korrigendum der NIN 2010 ist für die elektrische Installation im ExBereich (Zone 1 + 2) keine FehlerstromSchutzeinrichtung mehr vorgesehen. Wenn ich jedoch in die NIN Compact 2010 gehe, ist dort noch für die gesamte elektrische Installation im Ex-Bereich eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einem Bemessungsstrom von 100 mA vorgeschrieben. Was stimmt hier nun? Wie sieht es nach NIN 2010 aus? Ich durfte in einer Abwasserreinigungsanlage die Abnahmekontrolle durchführen. Bei der Kontrolle des Regenklärbeckens sagte mir der Eigentümer, dass dies der Ex-Zone 2 entspricht. Nach seinen Angaben sind Regenklärbecken mit einem Inhalt < 500 m3 der Zone 2 zuzuordnen. Können sie mir sagen, wo man dies in den Normen findet. (M. D. L. per E-Mail) Die NIN 2010 forderte für sämtliche Stromkreise eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung von maximal 100 mA. In einem Korrigendum wurde dieser Text aus der NIN gestrichen. Somit müssen im Ex-Bereich nur noch Wärmekabel und Heizeinrichtungen mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung von maximal 100 mA geschützt werden. Gemäss NIN ist wenn immer möglich jedoch ein RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom von 30 mA vorzusehen. Dies bleibt auch so nach NIN 2015. Die NIN Compact hat nicht den Status einer Norm, sondern eines Lehrbuches.

3 Regenbecken (Inhalt unter 500 m3)

Aus diesem Grund hält im Falle von Differenzen die NIN die volle Gültigkeit. Wie steht es nun mit der Zone im Regenklärbecken. Grundsätzlich muss der Betreiber, in Zusammenarbeit mit der Suva, die Einteilung der Zonen vornehmen. Im Suva-Merkblatt 2153 finden sich viele Beispiele der Zoneneinteilungen, so auch dies des Regenklärbeckens. Siehe Abbildung 3. (pn)

Anschluss an den Potenzialausgleich von Chromstahlteilen in Haushaltküchen Beim Besuch eines NIN-Forums haben wir gehört, dass die Anwendung des Schutzpotenzialausgleiches geändert hat. Nun hatten wir immer wieder Konflikte mit Küchenbauern, wenn wir die mit Metallfolien beschichteten Küchenabdeckungen und Dekors an den Potenzialausgleich angeschlossen haben. Wie sieht das jetzt nach NIN 2015 aus? Müssen wir diese immer noch anschliessen? (G. T. per E-Mail)

In der Tat hat sich im Bereich des Potenzialausgleiches einiges geändert. Dies wird uns übrigens bestimmt noch öfters beschäftigen. Ganz wesentlich wird der Begriff «fremdes leitfähiges Teil» neu definiert. Und zwar so, dass es sich dabei um ein leitfähiges Teil handelt, welches nicht zur elektrischen Anlage gehört, aber dennoch elektrisches Potenzial, im Allgemeinen das einer örtlichen Erde, einführen kann. In eine Haushaltküche wird nicht das Potenzial der örtlichen Erde eingeführt, weshalb der Anschluss an den SchutzPotenzialausgleich so nicht gefordert ist. Auch wird nach NIN 2015 für eine Haushaltküche kein zusätzlicher Schutzpotenzialausgleich gefordert. Für den Schutz gegen elektrischen Schlag wird grundsätzlich wie überall das Konzept Basis- + Fehlerschutz angewandt. Das heisst, Geräte, welche fest angeschlossen sind, müssen den entsprechenden Schutzklassen I oder II entsprechen. Konkret bedeutet das, sie werden mit

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einem Schutzleiter verbunden, oder eben doppelt isoliert (sonderisoliert). Bei Auftreten eines Fehlers entsteht dadurch noch keine gefährliche Situation, da der fehlerhafte Stromkreis sofort abgeschaltet wird, oder gar keine Berührungsspannung auftritt. Für Steckdosenstromkreise wird zusätzlich eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) von max. 30 mA angewandt. Damit ist der Personenschutz sogar beim Auftreten von zwei Fehlern gewährleistet. Beim Ein- oder auch Aufbau von elektrischen Betriebsmitteln auf oder in Teile mit leitfähigen Oberflächen wie Chromstahlabdeckungen oder metallfolienbeschichteten Platten, gilt es jetzt aber, besondere Vorsicht walten zu lassen. Eine korrekte und fachgerechte Montage nach Herstellerangaben und den Regeln der Technik ist hier einmal mehr von grosser Bedeutung. Das erwähnte Schutzkonzept muss auch hier konsequent umgesetzt werden. Das bedeutet, dass nur einfach isoliert Drähte an keine Stelle die leitfähigen Teile berühren dürfen. Wenn das nicht möglich ist, muss konsequenterweise der Schutzleiter angeschlossen werden. (dk)

Badzimmer-Verbraucher im Bereich 1 Wir haben immer wieder Diskussionen über das Anbringen von Beleuchtungskörpern in Badezimmern. Ich bin der Meinung, dass im Bereich 1 nur Niedervoltbeleuchtungen zugelassen sind. Immer wieder wollen Architekten jedoch Beleuchtungssysteme im Bereich 1 anbringen lassen, welche mit 230 V betrieben werden. Gibt es eine Möglichkeit dies zu tun. (B. L. per E-Mail)

Betriebsmittel im Bereich von Bade- und Duschräumen (mit Bade-/Duschwanne).

definiert den Montageort von Leuchten innerhalb des Bereich 1 nicht. Der gesunde Menschenverstand schränkt hoffentlich die Wahl des Montageortes von 230-V-Leuchten innerhalb des Bereichs 1 ein. (pn)

Fachgerechter Anschluss einer Steckdose an Gitterkanal Im Zuge einer Abnahmekontrolle habe ich Anschlüsse an Steckdosen bemängelt, welche auf Montageplatten an Gitterkanäle montiert waren. Aus meiner Sicht könnten an den Anschlussstellen die Drähte herausgerissen werden, wenn z. B. ein Installateur Kabel einzieht. Auch finde ich den Berührungsschutz ungenügend (siehe Bild 6). Wie sieht das normentechnisch korrekt aus? (R. E. per E-Mail)

Normentechnisch sieht das genauso Bis anhin war es tatsächlich so, aus, wie Sie es kritisieren. Schon seit jedass die NIN im Bereich keine Beleuchtungskörper zugelassen hat, welche mit 230 V betrie6 ben wurden. In der NIN 2015, in 7.01.05 beschreibt die NIN die zugelassenen Verbrauchsmittel, welche im Bereich 1 montiert werden dürfen. Dies sind: Whirlpool-Einrichtungen; Duschpumpen; elektrische Verbrauchsmittel, welche durch SELV oder PELV geschützt sind und die Bemessungsspannung nicht über 25 V AC oder 60 V DC liegt; elektrische Verbrauchsmittel für Lüftung, Handtuchtrockner; und neu Montageplatte für Steckdose an Gitterkanal: Leuchten. Natürlich müssen – Zugentlastung genügend? diese Leuchten der Schutzart – Berührungsschutz ausreichend? IPX4 entsprechen. Die NIN – Fehlerschutz entspricht NIN?

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her verlangen unsere Normen, dass sich Zug- und Torsionskräfte (Verdrehungskräfte) nicht auf die Anschlussstellen auswirken dürfen. Wenn Kabelzugarbeiten in diesem Gitterkanal vorgenommen werden, entstehen ganz sicher solche Zugkräfte auf die Anschlüsse. Mit dem Anbringen von zwei Kabelbindern wäre dieses Problem schon behoben. Im Weiteren dürfen einfach isolierte Drähte im normalen Betrieb nicht berührt werden können. Das Schutzkonzept Basis- und Fehlerschutz (siehe auch Antwort 4) muss auch hier gewährleistet sein. Einfach isolierte Drähte erfüllen nur die Stufe des Basisschutzes. Weiter stellt sich auch hier die Frage, wie die metallene Montageplatte in dieses Schutzkonzept passt! Die Pulverbeschichtung oder Einbrennlackierung wird wohl kaum die Anforderungen an die Basisisolierung erfüllen (z. B. Prüfspannung 1250 V bei Schutzklasse I). Somit muss auch hier verhindert werden, dass einfach isolierte Drähte die Platte nicht berühren. Andernfalls ist der Schutzleiter anzuschliessen. (dk)

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ORGANISATIONSTALENT MIT UNTERNEHMERISCHEM DENKEN als Projektleiter Bereich Gebäudeautomation (Elektrotechnik/HLKS) Sie sind bei uns bestens positioniert, wenn Sie eine Ausbildung im Bereich Gebäudetechnik, Fachbereich Elektro oder HLK und idealerweise eine Weiterbildung zum Techniker TS/HF absolviert haben. Erfahrungen als Projektleiter sind erwünscht. Sie verfügen über ein ausgeprägtes Kosten-Nutzen-Denken. Sie sind ein offener Kommunikator, wollen gerne Verantwortung übernehmen und sind im Projektmanagement Moderator für Ihre Teamkollegen. In Deutsch können Sie sich prägend ausdrücken. Im Umgang mit MS-Office sind Sie fit. Organisiert und strukturiert erledigen Sie Ihre Aufgaben. Sie erstellen die Projektstrukturen inklusive der Ressourcenplanung. Sie überwachen die gesetzten Projekt-Meilensteine bezüglich Qualität, Termine und Kosten und erstatten Bericht an die Linienvorgesetzten. Sie erstellen Projekte, kalkulieren Angebote und akquirieren Projektaufträge. Sie sind für die Endabnahme der installierten Anlagen verantwortlich und schliessen das Projekt mit einer Nachkalkulation ab. Als Teamplayer unterstützen Sie in der Erreichung der Ziele die Projektmitarbeiter. Organisiert und gut positioniert ist Ihr neuer Arbeitgeber. Die insgesamt 500-köpfige Profimannschaft freut sich auf einen neuen Mitspieler und das 5-köpfige Team im Bereich Automation auf Ihre aktive Mitarbeit. Der Arbeitsplatz ist grosszügig konzipiert. Der Arbeitsort liegt zentral in Basel und ist auch mit den ÖV mühelos erreichbar. Die Anstellungskonditionen entsprechen der Verantwortung der Aufgabe. Die Kultur ist von Offenheit und einem ehrlichen Umgang untereinander geprägt. Höchste Zeit, sich neu zu organisieren! Rufen Sie uns zur Klärung Ihrer Fragen an oder senden Sie uns Ihre kompletten Bewerbungsunterlagen. Durch unsere Kompetenz ist Ihnen 100%-ige Diskretion garantiert. Wir freuen uns auf Sie.

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ISSN 1015-3926 65. Jahrgang 2014 Auflage und Verbreitung (WEMF/SW-Beglaubigung 2013) Druckauflage 7000 Ex.*, Total verbreitete Auflage 5153 Ex., davon verkauft 3803 Ex. * inkl. Probe- und Werbeexemplare, Veranstaltungen und Messen Kontakt Alle Mitarbeiter erreichen Sie unter vorname.name@azmedien.ch Herausgeberin AZ Fachverlage AG Neumattstrasse 1 5001 Aarau Tel. +41 (0)58 200 56 50, Fax +41 (0)58 200 56 51 Geschäftsführer Roland Kühne Leiterin Zeitschriften Ratna Irzan Redaktion Elektrotechnik, Neumattstrasse 1, Postfach, CH-5001 Aarau redaktion@elektrotechnik.ch Chefredaktor Hansjörg Wigger, Tel. +41 (0)58 200 56 34 Redaktor Raymond Kleger, Tel. +41 (0)52 765 22 15 Ständige redaktionelle Mitarbeiter: Rico De Boni, David Keller, Pius Nauer, Hans R. Ris, Marcel Schöb, Erich Schwaninger, Rüdiger Sellin COPYRIGHT Mit der Annahme von Manuskripten durch die Redaktion und der Autor-Honorierung durch den Verlag erwirbt der Verlag das Copyright und insbesondere alle Rechte zur übersetzung und Veröffentlichung der entsprechenden Beiträge in anderen verlagseigenen Zeitschriften sowie zur Herausgabe von Sonderdrucken. Für unverlangt eingesandte Text- und Bildunterlagen übernimmt die Redaktion keine Gewähr. Produkte und Highlights sind kostenpflichtig. Nachdruck, auch auszugsweise, nicht gestattet. Leitung Werbemarkt Jürg Rykart, Tel. +41 (0)58 200 56 04 Anzeigenleitung André Fluri, Tel. +41 (0)58 200 56 27

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Monatsausgabe ET 1/15 28. 1. 15

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Redaktionsschluss 19. 12. 14

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Puls Electronic GmbH 30 Schneider Electric (Schweiz) AG 5 Siemens Schweiz AG 12, 50 Swisscom (Schweiz) AG 5, 52 Swissgrid AG 27 Theben HTS AG 4 Vela Solaris AG 24 VSEI 51 VSE 52

Elektrotechnik 12/14 | 71

Impressum

Vorschau

Themenvorschau Netzwerkinstallationen prüfen oder zertifizieren Bei einer Netzwerkinstallation bestimmen nicht nur die Art der Kabel und Stecker die erreichbare Bandbreite, sondern auch die Installationsqualität. Um die Gesamtqualität einer Netzwerkinstallation

Netzelektriker, der bei der Messung eines vermeintlich nicht unter Spannung stehenden Kabels einen Kurzschluss auslöste und sich dabei Gesicht und Hände verbrannte. Das ESTI ergänzt bei vielen Unfallbeispielen, dass die Folgen wesentlich geringer ausgefallen wären, wenn die

nikationssystemen. Intelligente und somit kommunikationsfähige I/O-Module oder Sensoren und Aktoren können auf dieser Basis entwickelt, gebaut und in den Markt gebracht werden. Durch wirtschaftliche Produktion intelligenter Sensoren und Aktoren entstehen neue Strukturen der

zu messen und zu dokumentieren, sind Kabelzertifizier-Geräte notwendig. Der Installateur schätzt dabei Geräte, mit denen auf möglichst einfache Weise, sicher und schnell alle Messungen ausgeführt und dokumentiert werden können. Je nach Kunde genügt auch die Qualifizierung der Installation (Bild 1). Risiken und Schutzmassnahmen im Umgang mit Elektrizität Jedes Jahr erleiden in der Schweiz rund 430 Elektrofachleute einen Elektrounfall. 2 bis 3 verlieren laut Suva dabei ihr Leben, gegen 50 erleiden schwerste Verletzungen. Die aktuelle Unfallstatistik 2013 des Starkstrominspektorats ESTI beschreibt typische Unfallbeispiele, wie der

Verunfallten ihre persönliche Schutzausrüstung (PSA) getragen hätten. In einer Roundtable-Diskussion erörtert ET, warum in der Praxis die PSA oft nicht getragen wird und in welchen Situationen es dringend nötig wäre (Bild 2). Dezentralisierung in der Gebäudeautomation Weiterentwicklungen der Feldbustechnologien (integrierte Schaltkreise, Mikromechanik, Integration, Mikrocontroller) ermöglichen heute, diese mit mehr Intelligenz auszustatten. Die zunehmende Miniaturisierung und die weitergehende Integration in der Mikroprozessortechnik führen zu Mikrocontrollern mit integrierten, in den ICs implementierten Kommu-

Gebäudeautomatisierungssysteme. Dies führt zu einer neuen Aufgabenverteilung innerhalb dieser Systeme. Die Automatisierungsfunktionen Steuern, Regeln, Optimieren, Adaptieren werden dezentralisiert und auf die Sensoren und Aktoren verteilt. Ebenso wird ein Teil der Überwachungsfunktionen dezentralisiert. In der Folge werden Regler, Optimierer, Steuerungen als eigenständige Geräte vom Markt verschwinden. Das verbessert die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems und wird für Anwender schneller, sicherer und überschaubarer. Auch Installateure profitieren von erweiterten Funktionen und Vereinfachungen bei der Inbetriebsetzung, Verkabelung und beim Unterhalt.

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Frohe Festtage, viel Gl端ck und Erfolg f端r das kommende Jahr. Wir bedanken uns herzlich f端r Ihr Vertrauen und die angenehme Zusammenarbeit.

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