Oberschwingungen beseitigen und Energie sparen
Power Quality EN 50160 in der Industrie-Elektrik
Strukturveränderungen in der Energieerzeugung und der vermehrte Einsatz von Leistungselektronik und digitalen Komponenten führt immer häufiger zu Netzstörungen wie Frequenz- und Amplitudenverstärkung bei den Oberschwingungen – vor allem im oberen Frequenzbereich. Erhöhter Energieverbrauch und vorzeitiger Verschleiß wegen Erwärmung sind die Folge. Eine Faustformel sagt: 10 Prozent Mehrbelastung durch Wärme reduziert die Lebensdauer um 50%.
Die Ursache von Netzqualitäts-Problemen kann sehr vielfältig und komplex sein: Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, Blindstrom-Kompensationsanlagen, unterdimensionierte Neutralleiter oder Einschaltspitzen. Zwar nutzt die Mehrheit der Industriebetriebe seit vielen Jahren Kompensationsanlagen, die Oberschwingungen begrenzen. Doch diese Maßnahme ist oft nicht effektiv genug, da herkömmliche Kompensationsanlagen lediglich die Blindleistung durch eine Korrektur des Verschiebungsfaktors cos φ reduzieren, die Oberschwingungen jedoch nicht eleminieren. Erste Anzeichen für eine Überlast durch Oberschwingungen oder Unsymmetrie sind zum Beispiel defekte Kondensatoren.
Links: Stark verzerrter Stromverlauf
Rechts: Zerlegung des Signals in die harmonischen Anteile (Grundschwingung und 3., 5., 7. Oberschwingung)
Analyse des IST-Zustandes
Die Netzqualität wird in Europa vorwiegend in EN 50160 normiert. Darin werden im Mindesten folgende Parameter mit einem Netzanalysator gemessen:
- Der Spannungsverlauf (10-Minuten)
- Die Unsymmetrie
- Die Frequenz (10-Sekunden)
- Langzeitflicker (2-Stunden)
- Oberschwingungen bis zur 25-sten Harmonischen
- THD (Total harmonic distortion)
Langzeitaufzeichnung aller Phasen mit dem Power Quality Analyzer
„How to Use a Harmonics Test in a 435 Power Quality Analyzer “ (Fluke)
Typische Probleme
Fast die Hälfte aller elektrischen Anlagen in energieintensiven Betrieben oder intensiv genutzten Bürogebäuden leiden an zwei oder mehr Netzqualitäts-Problemen:
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Maßnahmen
Falls die Untersuchung der Anlage mit dem Netzanalysator ergeben hat, dass es Störungen im Netz gibt, dann müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Zuerst muss geprüft werden, ob der Ursprung der Probleme jenseits des Stromzählers liegt – also im Verantwortungsbereich des Netzbetreibers – oder hinter dem Einspeisepunkt. Im zweiten Schritt werden die Fehlerquellen eingegrenzt. Dazu sind zumeist weitere, kleinräumige Messungen erforderlich; ggf. unter Abschaltung bzw. Trennung der Stromkreise, um die Fehlerquelle einzugrenzen. Wenn der aktuelle Zustand der Anlage bekannt ist, dann kommen verschiedene Möglichkeiten zur Störungsbeseitigung in Betracht:
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