• Gossen Metrawatt
  • Camille Bauer

Netzphänomene

Netzphänomene begegnen uns täglich

Auch wenn wir auf den ersten Blick eine sehr zuverlässige Versorgung mit elektrischer Energie haben, so begegnen uns doch täglich Phänomene im elektrischen Netz, die für sich oder in Summe zu ernsthaften Problemen für Menschen, Maschinen und Umwelt werden können. Den wirtschaftlichen Schaden durch Netzphänomene bezifferte eine Studie bereits in 2007 auf 157 Milliarden Euro / Jahr mit stark wachsender Tendenz.

Netzqualität ist kein neues Thema, obwohl es in den letzten Jahren, bedingt durch eine immer höher technologisierte und auch anfälligere Welt, mehr und mehr in den Fokus rückte. Die Betrachtung und die Grenzen für die elektrischen Phänomene leiten sich aus der Normung für die elektromagnetische Verträglichkeit der IEC 61000-x-x ab.

Spannungsphänomene

Ursachen

Mögliche Folgeprobleme

Netzfrequenz

Netzfrequenz

Bei einem Überangebot von elektrischer Leistung kommt es zu einer Steigerung der Netzfrequenz, bei einem Unterangebot zu einer Absenkung. Im Normalfall sind diese Abweichungen im westeuropäischen Verbundnetz minimal und bewegen sich unter 0,2 Hz. Kommt es durch nicht kompensierbare Fehler zu einem massiven Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage von elektrischer Leistung, sind entsprechend starke Netzfrequenzschwankungen die Folge.

  • Wegfall von Stromerzeugern
  • Große Laständerungen
  • Instabilität des Versorgungsnetzes

Höhe der Versorgungsspannung

Höhe der Versorgungsspannung
Durch Änderung in der Netzbelastung kann es zu einer (kurzzeitigen) Änderung in der Höhe der Versorgungsspannung kommen.

  • Änderungen der Netzbelastung
  • Störung von Betriebsmitteln
  • Anlagenabschaltung
  • Datenverlust

Flicker und schnelle Spannungsänderungen (RVC)

Flicker und schnelle Spannungsänderungen (RVC)
Häufige schnelle Spannungsänderungen ergeben Lichtschwankungen, die als Flicker bezeichnet werden und beim Menschen Ermüdung der Augen, Unbehagen und Schwindelgefühl auslösen können.

Die Verursacher von Flicker sind häufig Schweißmaschinen, Lichtbogenöfen, Röntgengeräte, Windkraftanlagen sowie Antriebe mit stoßartiger Belastung

  • Häufige Laständerungen
  • Motorstart
  • Flackern der Beleuchtung
  • Beeinträchtigung der Arbeitsleistung exponierter Personen

Einbrüche / Überhöhungen der Versorgungsspannung

Einbrüche / Überhöhungen der Versorgungsspannung

Bei Spannungseinbrüchen geht der Spannungseffektivwert auf Werte zwischen 1% bis 90% der Nennspannung zurück, hervorgerufen durch kurzzeitige, hohe Netzbelastung insbesondere in Netzen mit niedrigen Kurzschlussleistungen. Die Ursache dafür sind hohe Anlaufströme großer Motoren, die ein Vielfaches des Nennstromes betragen. Gleiches gilt für Motoren, die unter hoher Last anlaufen müssen.

  • Grosse Laständerungen
  • Kurzschluss, Erdschluss
  • Gewitter
  • Überlastung der Energieversorgung
  • Einspeisung erneuerbarer Energien wie Wind oder Photovoltaik
  • Störung von Betriebsmitteln wie Steuerungen oder Antrieben
  • Betriebsunterbruch
  • Datenverlust bei Steuerungen und Computern

Spannungsunterbrechungen

Spannungsunterbrechungen

Eine Unterbrechung bezeichnet den vollständigen Verlust der Spannung oder des Stroms. Sie dauert zwischen 0,5 und 30 Zyklen (plötzlich), zwischen 30 Zyklen und 2 Sekunden (kurz), zwischen 2 Sekunden und 2 Minuten (temporär) oder über 2 Minuten (anhaltend).

  • Kurzschluss
  • Ausgelöste Sicherungen
  • Komponentenausfall
  • Geplanter Unterbruch der Versorgung
  • Produktionsausfall
  • Prozessunterbrüche
  • Datenverlust bei Steuerungen und Computern

Unsymmetrie der Versorgungsspannung

Unsymmetrie der Versorgungsspannung
Durch ungleichmäßige Verteilung von einphasigen Verbrauchern und dem Betrieb von Zweiphasigen Verbrauchern werden Transformatoren unsymmetrisch belastet. Die Wirklast der Verbraucher ist dabei verantwortlich für ungleichmäßige Phasenspannungen und die Blindlast sorgt für Abweichungen der Phasenverschiebungen von den idealen 120 Grad.

  • Ungleiche Belastung der Phasen durch ein- oder zweiphasige Verbraucher.
  • Strom im Neutralleiter
  • Überlastung / Überhitzung von Betriebsmitteln
  • Erhöhung von Oberschwingungen

Oberschwingungsspannungen

Oberschwingungsspannungen
Oberschwingungen sind sinusförmige, der Spannungs- oder Stromgrundschwingung überlagerte Anteile. Sie entstehen durch nichtlineare Verbraucher im Netz. Das Verhältnis von Oberschwingungsfrequenz zur Netzfrequenz wird als Ordnungszahl h bezeichnet. Ganzzahlige Vielfache der Netzfrequenz nennt man Harmonische. Ergibt sich ein nicht ganzzahliges Vielfaches, dann spricht man von Zwischenharmonischen.

  • Nichtlineare Lasten wie Frequenzumrichter, Gleichrichter, Schaltnetzteile, Lichtbogenöfen, Computer, Leuchtstoffröhren usw.
  • Reduktion der Maschineneffizienz
  • Erhöhte Energieverluste
  • Überlastung / Überhitzung von Betriebsmitteln
  • Strom im Neutralleiter

Zwischenharmonische Spannungen, Spannungen für Signalübertragung

Zwischenharmonische Spannungen, Spannungen für Signalübertragung

Zwischenharmonische sind sinusförmige Schwingungen, deren Frequenz kein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz von 50 Hz sind.

  • Frequenzumrichter und ähnliche Steuergeräte
  • Flicker
  • Störung der Rundsteuerung

Transiente

Transiente
Transiente Überspannungen sind Spannungsspitzen bis zu einigen kV und einer Dauer bis zu wenigen Millisekunden.

Sie entstehen hauptsächlich durch betriebsbedingte Schaltereignisse am Netz, Blitzeinschläge und durch Kurzschluss ausgelöste Sicherungen und Leistungsschalter.

  • Blitzschlag
  • Schalthandlungen
  • Zerstörung von Betriebsmitteln
  • Datenverlust
  • Anlagenabschaltung

SICHERUNG DER ELEKTRISCHEN ENERGIE-VERSORGUNG

Sicherung der elektrischen Energieversorgung

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