Netzqualität


Produkte und Dienstleistungen

Saubere elektrische Netze sorgen für Betriebssicherheit

Moderne Produktionsprozesse basieren auf leistungselektronischen Antrieben und Steuerungen. Damit sind erhebliche Energieeinsparungen, Prozessoptimierungen und eine hohe Produktivität erreichbar. Allerdings steigen die Anforderungen an eine saubere Energieversorgung und gleichzeitig die Beeinträchtigung der Qualität durch die eingesetzte Leistungselektronik. Hierzu ist sowohl eine genaue Planung im Vorfeld, als auch eine qualifizierte Störungs- und Fehlersuche bei Problemen erforderlich.
 

Rohstoff elektrische Energie

Ein meist nicht ausreichend beachtetes Rohmaterial ist die elektrische Energieversorgung. Dabei ist diese doch maßgeblich für einen stabilen und störungsfreien Maschinenbetrieb. Die primäre Wirkung elektrischer Energie ist im Allgemeinen nicht sichtbar und wenn doch, stets unerwünscht. Erfahrene Elektrofachkräfte bestätigen gern: „Wenn man Strom sehen, hören und/oder riechen kann, wird es meist teuer.“

Solange diese Effekte nicht eintreten bleibt die Qualität der elektrischen Energieversorgung in den meisten Firmen, vielleicht abgesehen vom Energieverbrauch, unbeachtet. Im Nachhinein stellt sich dies manchmal jedoch als folgenschwerer Fehler heraus.

Aufgrund der Güte der Energieversorgungsnetze in Deutschland und einer ausreichenden Grundlast an ohmsch / induktiven Verbrauchern traten in der Vergangenheit eher selten unerwartete oder zunächst unerklärliche Probleme und Störungen auf. Diese Verbraucher erzeugten einen nahezu sinusförmigen Stromfluss, mehr oder weniger phasenverschoben zum Spannungsverlauf. Diese Phasenverschiebung ließ sich durch Einsatz konventioneller Kompensationstechnik beheben und damit die gewünschte Stromreduktion erreichen.

Durch die Verbreitung leistungselektronischer Regelungssysteme verändert sich dieses Bild nun seit geraumer Zeit. Der Anteil an rein ohmsch / induktiven Verbrauchern geht immer weiter zurück. Ersetzt werden sie in der Industrie durch komplexe elektronische Systeme, meist in Verbindung mit aufwendiger Regelungstechnik. Aber auch in den Privathaushalten trat in den letzten Jahren ein gravierender Wandel ein. Kaum ein Produkt kommt noch ohne elektronisches Netzteil aus. Computer, Fernseher, Energiesparleuchten bis hin zur elektrischen Zahnbürste bringen heute diese Technik zum Einsatz. Diese Technologien haben allerdings eine Besonderheit: Eine nicht-sinusförmige Stromaufnahme.

 

Hintergründe

Um Abweichungen von der ursprünglichen Form, dem Sinus, zu klassifizieren, kommt ein mathematisches Verfahren, die so genannte Fouriertransformation nach Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 bis 1830), zum Einsatz. Dieses Verfahren liefert als Ergebnis die sogenannten Harmonischen, oder auch Oberschwingungen. Sinn und Zweck dieser aufwendigen Rechenoperation ist die Möglichkeit, eine Aussage treffen zu können, wie sich Kombinationen aus unterschiedlichen Betriebsmitteln mit verschieden verzerrten Stromaufnahmen verhalten. Teilweise heben sich einzelne Wirkungen bei Kombination unterschiedlicher Geräte auf, teilweise addieren sie sich. Darüber hinaus kann auch eine Aussage über die Rückwirkung des verzerrten Stromes auf die Spannung gemacht werden. Ab diesem Punkt wird es interessant. Denn diese Beeinträchtigung bekommen alle Betriebsmittel im Netz zu spüren, Rückwirkungen im Strom betreffen nur das erzeugende Gerät selbst und die Übertragungsmedien wie Zuleitungen, Transformatoren und Schutzorgane. Die Rückwirkungen auf die Spannung wirken nicht nur in der Ebene, in der sie erzeugt werden, sondern übertragen sich auch in über- und untergelagerte Ebenen. Aus diesem Grund sind in der Normung für unterschiedlichste Netzrückwirkungen verschiedene Grenzwerte bzw. Verträglichkeitspegel spezifiziert. In der deutschen Norm DIN EN50160 „Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen“ sind lediglich Grenzwerte für die Spannungsrückwirkungen im Nieder- und Mittelspannungsnetz definiert.

 

Anwendung

Werden nun an einem bestimmten Punkt im Netz Überschreitungen der Grenzpegel ermittelt, stellt sich die Frage nach dem Verursacher. Gibt es am Verknüpfungspunkt mehrere Anschlussnehmer, ist eine Beurteilung jedes einzelnen nach „D-A-CH-CZ Technische Regeln zur Beurteilung der Netzrückwirkungen“ durchzuführen. Der Bezug für die Größe der zulässigen Störpegel in der Stromaufnahme beruht auf dem Verhältnis Anschluss- zu Netzkurzschlussleistung am Einspeisepunkt. Richtigerweise sollte eine Beurteilung und Auslegung eventuell nötiger Kompensationsmaßnahmen bereits in der Planungsphase der Anlage durchgeführt und berücksichtigt werden. Dies ist sowohl für die Betriebssicherheit der eigenen Anlage, als auch gegenüber dem Netzbetreiber erforderlich.

 

Ausbildung

Um Verzögerungen und nachträgliche unkalkulierte Zusatzkosten zu verhindern sind bei der Planung von Neuanlagen und Anlagenerweiterungen Experten mit ausreichendem Fachwissen gefragt. Das Wissen um diese sehr tief greifende Problemstellung wird bis dato leider noch nicht flächendeckend an deutschen Hochschulen unterrichtet. Aus diesem Grund sind auch wirkliche Experten auf diesem Gebiet selten. Deshalb gibt es auf dem Markt unterschiedliche Fortbildungsmaßnahmen mit verschiedenen Vertiefungsgraden und Umfang. Der Verband der Sachversicherer VdS bietet z. B. den Fortbildungslehrgang mit Zertifizierung als „EMV-Sachkundiger VdS“ mit kontinuierlicher Weiterbildung an. Um den Titel führen zu dürfen müssen pro Jahr eine bestimmte Anzahl an Schulungsterminen wahrgenommen werden.

Der VDE bietet mit dem „Power Quality Sachkundigen (VDE)“ einen sehr tiefgehenden Zertifizierungslehrgang auf Basis der aktuellen Normung mit abschließender Prüfung an. Dadurch wird sichergestellt, dass der Teilnehmer mit den erlernten Berechnungsgrundlagen umgehen und arbeiten kann. Auch Hersteller von Messgeräten oder Kompensationsmaßnahmen, wie die Firma KBR, bieten ebenfalls Seminare an.

KBR Akademie

 

Zusammenfassung

Eine Erfassung und Bewertung der elektrischen Netzqualität lohnt sich mit Blick auf die Betriebssicherheit in jedem Fall. Selbst wenn der Energieversorger nicht mit Abschaltung droht, können zunächst nicht erklärliche Störungen oder gar Schäden an bestimmten Betriebsmitteln aufgeklärt und mit dem Auftreten bestimmter Netzparameter verbunden werden. Sobald der Grund feststeht findet sich auch eine Lösung. Auch wenn diese zunächst als sehr kostspielig erscheint, Produktionsausfall und eingeschränkte Lieferfähigkeit sind meist um ein Vielfaches teurer. Ganz abgesehen vom Imageschaden wenn Liefertermine nicht eingehalten werden können.

Und wenn das Ergebnis ein sauberes Netz ist, kann die gern getroffene Aussage von Maschinenherstellern bei Störungen „Sie haben Oberschwingungen in Ihrem Netz, das hat mit unserer Maschine gar nichts zu tun“ entkräftet werden.

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