Abbild einiger Strommäste in der Nacht vor einer Stadt

Bild 1: Auf dem Weg in die Zukunft 4.0 gehen Digitalisierung und Elektrifizierung Hand in Hand. Dabei ist eine hohe Spannungsqualität eine wichtige Voraussetzung für einen effizienten und sicheren Anlagenbetrieb (Quelle: GettyImages)

Eine zuverlässige und saubere Energieversorgung ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit – sowohl ökologisch als auch ökonomisch. Schon 2016 – im Rahmen einer Studie der Weltbank – bewerteten befragte Unternehmen die elektrische Energie als das drittgrößte „Hindernis“ bei betrieblichen Entscheidungen. Das Problem dabei ist, dass sich Energiekosten schlecht kalkulieren lassen sich, da sie vom schwankenden Verbrauch, von volatilen Rohstoffpreisen sowie von geopolitischen Einflüssen abhängig sind. Auch eine inkonstante Qualität von Strom und Spannung macht die Betriebskosten zu einer schwer berechenbaren Größe (Bild 1).

Darunter leidet die Netzqualität

Die Gründe für mangelnde Spannungsqualität liegen in der Regel nicht bei den Stromerzeugern und -versorgern. Die Toleranzbänder für die Netzspannungen (400 V/230 V auf der Niederspannungsebene) sowie die Netzfrequenz sind eng umrissen und werden meist gut eingehalten. Störungen, die die Netzqualität ­beeinträchtigen, entstehen vielfach erst auf der Verbraucherseite.

Eine Quelle für unzureichende Verfügbarkeit können fehlerhafte Installation, unsachgemäße Verkabelung oder defekte Geräte sein. Doch meistens geschehen die Störungen der Stromqualität durch den ganz normalen Betrieb gängiger ­Geräte im alltäglichen Gebrauch. Im Industrie- und Produktionsumfeld stellen zum Beispiel Schweißmaschinen, Lichtbogen- und Induktionsöfen, aber auch drehzahlvariable Antriebe sowie Frequenzumrichter nicht-lineare Lasten dar, die Oberschwingungen in das Netz zurückspeisen. Aber auch ältere USV-Anlagen sind typische Quellen für Netzverschmutzung und deren Verstärkung. In Bürogebäuden kann zudem die asymmetrische Phasenbelastung zum Problem werden, da das Netz durch viele einphasige Verbraucher, wie Netzteile von Computern, Druckern oder Kopiergeräten, ungleichmäßig beansprucht wird. Ähnliches gilt im Haushalt, wo schon der ganz gewöhnliche Gebrauch von Fernseher, Mikrowelle und Leuchtstofflampe die 50-Hz-Sinus­kurve mit rückgespeisten Oberschwingungen verzerrt. Auch in anderen Bereichen, wie Krankenhäusern und Laboren stellen hochkomplexe und technisierte Lasten eine Bedrohung für die Netzqualität dar. Oberschwingungen und ungleichmäßige Phasenbelastung sind die Kern­probleme, die unter dem Begriff Dirty Power subsumiert werden und drastische Folgen haben können.

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