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News & Aktuelles

Julia Schaller

Schlechte Netzqualität erkennen und beheben

econ Tipps und Tricks

Deutschland liegt bezogen auf die Versorgungssicherheit der elektrischen Energie an der Spitze. Dies gilt aber nicht für eine hohe Spannungs- und Netzqualität. Der zunehmende Einsatz nichtlinearer Verbraucher und Leistungselektronik sowie der vermehrte Einsatz von HGÜ-Leitungen (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) auf dem Festland und bei Offshore-Windparks belasten die Netzqualität immer mehr. Dies sorgt für Probleme bei anderen Systemen, Anlagen und Maschinen; besonders anfällig sind EDV- und Telekommunikationsanlagen. Um rechtzeitig vorbeugen zu können, gilt es der Ursache auf den Grund zu gehen.

 

Abstürze der IT, Störungen bei Maschinensteuerungen, unerwartetes Auslösen von Sicherungen und Leistungsschaltern, Schäden an Leistungskondensatoren oder Kompensationsanlagen – all das kann auf eine mangelhafte Netzqualität hindeuten. Sie entsteht vor allem durch den vermehrten Einsatz nichtlinearer Verbraucher und Leistungselektronik. Das sind Geräte oder Komponenten, bei denen der aufgenommene Strom nicht dieselbe Kurvenform hat wie die Spannung, z.B. Gleichrichter, Drehzahlregelungen von Motoren, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), Schweißgeräte, Induktions- und Lichtbogenöfen, aber auch Beleuchtungen (LEDs) sowie immer mehr einphasige Geräte bzw. deren Netzteile. Durch ihre nichtlineare Stromaufnahme erhöhen sich die Oberschwingungsanteile im Stromnetz stark, also die nicht-sinusförmigen Anteile, die die Spannungs- und Stromgrundschwingung überlagern. Dies wiederum beeinflusst die Sinusspannung, was zu den genannten Problemen führt. Die Spannungsqualität wird im Wesentlichen durch folgende Faktoren beeinflusst:

 

· Oberschwingungen von Strom und Spannung

· Spannungen und Ströme von mehr als 2 kHz

· Schnelle Spannungsänderungen (Flicker) sowie langsame Spannungsänderungen

· Kurzzeit- oder Kommutierungseinbrüche

· Unsymmetrie von Strom und Spannung oder auf einzelnen Phasen

· Tonfrequenz-Rundsteuersignale

 

Messungen zeigen Ursachen klar auf

 

Die beschriebenen Fehlerbilder deuten zwar auf eine schlechte Netzqualität hin, sie können jedoch auch andere Ursachen haben. Um die Qualität der Spannung bestimmen zu können und rechtzeitig vor einem Ausfall oder einer Störung geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können, sind deshalb vorbeugende Messungen nötig. Sie sollten generell nach den Trafoeinspeisungen auf der Niederspannungsseite und bei großen Verbrauchern, wie Umrichtern oder Gleichrichtern erfolgen. Da die Störungen oft unvorhersehbar und sporadisch auftreten, empfiehlt es sich, die Spannungsqualität permanent zu messen.

 

Hierfür eignet sich ein Energie- und Leistungsmessgerät wie der econ sens3 von econ solutions. Denn das erfasst nicht nur alle wichtigen Merkmale der elektrischen Leistung, Energie, Ströme und Spannungen, sondern unterstützt auch die Netzqualitätsanalyse nach EN 50160. Die Grenzwerte aus der Norm sind im sens3 bereits hinterlegt, sie lassen sich jedoch auch individuell einstellen. Denn je nach Netzimpedanz können bereits geringere Abweichungen negative Folgen haben. Wird einer oder mehrere Grenzwerte überschritten, löst der sens3 einen Alarm aus; entweder durch einen potenzialfreien Kontakt oder durch eine E-Mail mit Art der Störung im Klartext und einer Grafik von Strom und Spannungsverlauf getriggert auf den Zeitpunkt der Störung. Zudem speichert er die Kurvenform von Strom und Spannung im internen Speicher ab, um diese im Nachgang erneut zu visualisieren.

 

In einem EN 50160 Report werden Grenzwertverletzungen und Netzereignisse wie Oberschwingungen, Spannungsschwankungen, Flicker, etc. übersichtlich dargestellt. Der Report ist im txt-Format und als JSON-Export verfügbar. Damit ist das Ereignis auch im Nachhinein noch nachvollziehbar und zu belegen. Bei Unternehmen, die auch die Energiemanagement-Software econ3 nutzen, werden die Messdaten des sens3 über Netzwerk (TCP/IP) automatisch übertragen und nahtlos in die Software integriert. Dies erlaubt eine noch einfachere und automatisierte Auswertung.

 

Maßnahmen gegen schlechte Netzqualität

 

Hauptursache für eine schlechte Netzqualität ist ein zu hoher Oberschwingungsanteil. Die Reduzierung der Oberschwingungsanteile zur Verbesserung der Netzqualität ist recht aufwändig und teuer. Hierzu werden meist aktive oder passive Filter eingesetzt.

 

Passive Filter bestehen aus einem abgestimmten Saugkreis für jede Oberschwingung bestehend aus Induktivitäten und Kapazitäten. Dies lässt sich in der Praxis meist nur schwer umsetzen. Ein Nachteil dieser Lösung besteht außerdem darin, dass sie das Netzrückwirkungsverhalten immer nur für die jeweilige Installation verbessert. Das heißt, dass jede Erweiterung eine neue Investition erfordern kann.

 

Eine komfortablere und bessere Lösung bieten aktive Oberschwingungsfilter. Hier bleibt die Kompensation von Netzrückwirkungen auch bei Installationserweiterungen wirksam. Ein aktives Oberschwingungsfilter wird parallel zu den Erzeugern der Oberschwingung angeschlossen. Indem es den von den nichtlinearen Verbrauchern erzeugten Oberschwingungsstrom analysiert und den gegenphasigen Kompensationsstrom liefert, neutralisiert es die entsprechenden Oberschwingungsströme am Anschlusspunkt im Rahmen der Auslegung vollständig. Damit agiert die Kombination aus Oberschwingungsfilter und -Verbraucher im Netz wie eine lineare Last, die einen sinusförmigen Strom verbraucht.

 

Genauso wichtig zur Sicherstellung einer ausreichenden Netzqualität ist jedoch eine tadellose und übersichtlich ausgeführte Elektroinstallation. Mit einer Messung der Differenzspannung zwischen Neutralleiter und PE in Volt rms lassen sich unzulässige Ströme sofort feststellen. Auch hierfür bietet sich das Energie- und Leistungsmessgerät sens3 an, da es für diese Messungen ebenfalls eine Grenzwertüberwachung ermöglicht. So lässt sich sicherstellen, dass die Spannung im Unternehmensnetz stets die geforderte Qualität aufweist.