Normgerechte Messungen zeigen Ursachen klar auf
Bild 2: In der Softwareoberfläche werden Grenzwertverletzungen sowie Netzereignisse, wie Oberschwingungen, Spannungsschwankungen, Flicker etc., übersichtlich dargestellt (Quelle: )
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 [1] (Bild 1). Dieses erfasst nicht nur alle wichtigen Merkmale der elektrischen Leistung, Energie, Ströme und Spannungen, sondern unterstützt auch die Netzqualitätsanalyse nach DIN EN 50160 [2]. Die Norm bestimmt, mit welchen Spannungsmerkmalen Energieversorger die Energie in die öffentlichen Nieder- und Mittelspannungsnetze einspeisen. Hierfür enthält sie Grenzwerte für alle wesentlichen Merkmale der Netzspannung am Netzanschlusspunkt, z. B. die Frequenz, Oberschwingungen, schnelle und langsame Spannungsänderungen, Flicker, Unsymmetrie und Transiente.
Grenzwertverletzungen melden und darstellen
Die Grenzwerte aus der Norm sind im Sens3 bereits hinterlegt; sie lassen sich jedoch auch individuell einstellen, da je nach Netzimpedanz bereits geringere Abweichungen negative Folgen haben können. Bei einer Grenzwertüberschreitung 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 das Messgerät die Kurvenform von Strom und Spannung im internen Speicher ab, um diese im Nachgang erneut zu visualisieren. In einem Report werden Grenzwertverletzungen und Netzereignisse wie Oberschwingungen, Spannungsschwankungen, Flicker, etc. übersichtlich dargestellt. Der Report ist im txt-Format sowie als JSON-Export verfügbar. Damit ist das Ereignis auch im Nachhinein noch nachvollziehbar und zu belegen. Bei Unternehmen, die auch die Energiemanagement-Software Econ3 (Bild 2) 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 aufwendig und teuer. Hierzu werden meist aktive oder passive Filter eingesetzt.
Passive Filter bestehen aus einem abgestimmten Saugkreis mit entsprechenden Induktivitäten und Kapazitäten für jede Oberschwingung. 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. Der parallel zu den Erzeugern der Oberschwingung angeschlossene aktive Oberschwingungsfilter analysiert den von den nichtlinearen Verbrauchern erzeugten Oberschwingungsstrom und liefert den gegenphasigen Kompensationsstrom. So neutralisiert er 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.
Literatur:
[1] Econ Solutions GmbH, München: www.econ-solutions.de
[2] DIN EN 50160:2011-02 Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen. Berlin: Beuth