• Gossen Metrawatt
  • Camille Bauer

Normen

Relevante Normen bei der Betrachtung der Netzqualität

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.

Elektromagnetische Verträglichkeit

Abbildung 1: Prinzip der elektromagnetischen Verträglichkeit. Betrachtung der Grenzwerte für die Aussendungen von Störungen und die Immunität (Quelle: EN 61000-2-2, Anhang A)

Emission = Störaussendung (A)
Immission = Störverträglichkeit (B)

Da es unmöglich ist, entweder alle Störungen der Netzqualität zu verhindern oder alle Geräte vollständig gegenüber diesen Störungen immun zu machen, werden Grenzwerte für die Aussendung von Störungen und für die Immunität vereinbart. Dies ist ein im Themenfeld der elektromagnetischen Verträglichkeit etabliertes Prinzip, das Aspekte der technischen Machbarkeit und der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt.

EN 50160 – Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen

Die EN 50160 definiert die Merkmale der Spannung in öffentlichen NS-, MS- und HS-Versorgungsnetzen (Messung am PCC). Die EN 50160 gilt bei normalen Betriebsbedingungen sowohl an der Übergabestelle zwischen öffentlichem Netz und Kunden als auch an der Übergabestelle von Energieerzeugungsanlagen zum öffentlichen Netz. Für Energieversorger und industrielle Netzbetreiber ist die Überwachung dieser Merkmale am Netzübergabepunkt und innerhalb des Netzes ein wichtiger Bestandteil der Betriebsführung. Wesentliche Kennwerte sind die Frequenz, die Spannungshöhe, die Kurvenform und die Symmetrie der Leiterspannungen.

IEC 61000-2 - Beurteilung der Qualität eines elektrischen Netzes
IEC 61000-2-2

Umgebungsbedingungen - Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrössen und Signalübertragung in öffentlichen Niederspannungsnetzen (Messung erfolgt am PCC - Point of Common Coupling)

IEC 61000-2-4

Umgebungsbedingungen - Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrössen in Industrieanlagen (für industrielle und nicht öff entliche 50 / 60 Hz NS- und MS-Wechselstromnetze bis 35 kV) 3 Umgebungsklassen (Messung am PCC, interne Verbindungspunkte)
IEC 61000-2-12
Umgebungsbedingungen - Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrössen und Signalübertragung in öffentlichen Mittelspannungsnetzen (Messung am PCC)

EN 50160Abbildung 2: Mit solchen statistischen Netzqualitäts-Auswertungen werden geforderte Konformitäten nachgewiesen bzw. mögliche Probleme identifiziert. Es ist hier aber Vorsicht geboten. Eine solche statistisch gemittelte Auswertung sagt nicht aus, dass im betrachteten Zeitraum keine Ereignisse stattgefunden haben.

Prüf- und Messverfahren - IEC 61000-4-X – Netzqualität Messen, Aufzeichnen, Auswerten

  • IEC 61000-4-30 Ed. 3:
    Verfahren zur Messung der Netzqualität. Nach Kapitel 5.9.1 „Measurement method“: Messung bis zur 50. Oberschwingung (Bandbreite von 2,5 kHz bei 50 Hz, erfordert im Minimum eine Abtastrate von 5 kHz).
  • Neuerungen der IEC 61000-4-30 Ed. 3 gegenüber der IEC 61000-4-30 Ed. 2:
    + Die Strommessung ist für Klasse A Geräte bindend
    + Aufzeichnung von Pegel, Unsymmetrie, Harmonischen und Interharmonischen der Ströme im gleichen Intervall wie die zugehörigen Spannungskanäle
    + Messverfahren für schnelle Spannungsänderungen (RVC) hinzugefügt
  • IEC 61000-4-30 Klasse
    Messgeräte nach IEC 61000-4-30 Klasse A liefern Messwerte, die Messgerät- und Herstellerübergreifend vergleichbar sind. Messwerte von Klasse S Messgeräten sind nicht mehr als vergleichbar anzusehen.
    • IEC 61000-4-7
      Leitfaden für Messung von Oberschwingungen / Zwischenharmonischen
    • IEC 61000-4-15
      Flickermeter Auslegungsspezifikation

Statistik ist nicht alles: Alles im grünen Bereich – Anlage ausgefallen

Der Industriepark wurde gerade fertiggestellt. Alle Anlagen und Systeme sind modern und auf dem neusten Stand der Technik. Bei der Planung und Umsetzung wurde streng darauf geachtet, dass alle eingesetzten Geräte und Maschinen die EMV-Richtlinien bezüglich Emission und Immission einhalten. Zusätzlich bestätigt eine statistische Auswertung der elektrischen Netzparameter nach Norm EN 50160, dass sich alle Parameter im grünen Bereich bewegen (Beispiel Bild 2). Ein umfassendes Energie-Monitoring erfasst alle Verbrauchsdaten. Die ganze Anlage arbeitet optimal, energieeffizient und fällt zwei Mal die Woche aus. Dieses Phänomen ist kein Einzelfall. Meist stehen die Betreiber vor einem Rätsel. Trotz sorgfältiger Planung und der Einhaltung aller Vorschriften, treten schwerwiegende Störungen auf, die mit keinem der eingesetzten Messmittel identifiziert werden können. Der Grund hierfür liegt in der Komplexität heutiger Anlagen. Die Addition von Störpegeln führt im ungünstigen Fall zur Beeinflussung der Anlage (siehe Bild 1). Netzphänomene wirken sich bei vereinzeltem Auftreten nicht auf die statistische Gesamtauswertung aus, was in Summe zu einer falschen Einschätzung der Anlagenzuverlässigkeit führt. An dieser Stelle können mit gezielten Messungen der Netzqualität die potentiellen Probleme schnell identifiziert und Maßnahmen getroffen werden.

Ein Blick in die Definition der EN 50160 macht schnell klar, dass selbst Spannungseinbrüche wie in Bild 3, die mit Sicherheit zum Stillstand einer Maschine oder Anlage führen würden, in der statistischen Betrachtung nicht auftauchen (da hier nur 10-Minuten-Mittelwerte betrachtet werden) und somit bei einer reinen statistischen Auswertung „unsichtbar“ bleiben.
SpannungseinbruchAbbildung 3: Spannungseinbruch

Auszug aus der EN 50160

  • mindestens 95 % (NS) bzw. 99 % (MS) aller 10-Minuten-Mittelwerte des Effektivwerts der Versorgungsspannung müssen innerhalb der angegebenen Grenzwerte liegen
  • kein 10-Minuten-Mittelwert des Effektivwerts der Versorgungsspannung darf außerhalb des Grenzwerts von +10 % / -15 % Un (NS) bzw. ±15 % Uc (MS) liegen

Anwendungsfelder der Netzqualitäts-Überwachung

Anwendungsfelder der Netzqualitäts-Überwachung
Abbildung 4: Anwendungsfelder Netzqualitäts-Überwachung


Normative Netzqualitäts-Überwachung am PCC

Die gebräuchlichen Normen legen die Spannungsqualität an der Übergabestelle (PCC) des Energieversorgers zum Netznutzer fest. Die Messung am PCC dient der Überprüfung und Einhaltung von Normen (z. B. nach EN 50160) und Verträgen zwischen Energielieferant und Energieverbraucher. Durch die kontinuierliche Überwachung kann frühzeitig eine Verschlechterung der Netzqualität festgestellt und nach Gründen gesucht werden. Die Effektivität von eingeleiteten Massnahmen kann direkt überprüft werden.


Netzqualitätsmessung im Feld oder in der Applikation

Der CENELEC Technical Report DSPQ beschreibt die Phasen, die für die Erstellung eines verbraucherseitigen Netzqualitäts-Messplans für Gebäude und Industrieanlagen nötig sind. Ein solcher Netzqualitäts-Messplan ermöglicht die Optimierung der Energieverfügbarkeit und -effizienz und verbessert die Lebensdauer von Anlagen. Sind bereits Netzqualitätsphänomene vorhanden so erleichtert er die Diagnose und Bereinigung von diesen Qualitätsproblemen.

DSPQ – Demand Side Power Quality
Abbildung 5: Probleme erkennen, bevor Sie entstehen

SICHERUNG DER ELEKTRISCHEN ENERGIE-VERSORGUNG

Sicherung der elektrischen Energieversorgung

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