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EMV steht für Elektromagnetische Verträglichkeitgibt und gibt den Rahmen vor, innerhalb dessen ein reibungsloser Anlagenbetrieb störungsfrei gewährleistet werden soll. Dieser Sachverhalt ist rechtlich in der EU-Richtlinie 2014/30 definiert (Artikel 3 (1) Satz 4):
elektromagnetische Verträglichkeit: die Fähigkeit eines Betriebsmittels, in seiner elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für andere Betriebsmittel in derselben Umgebung unannehmbar wären.
Ein schwerwiegender Nachteil solcher Störphänomene ist, dass sich häufig nur Symptome und Auswirkungen äußern (beispielsweise Fehlfunktionen von Analgen/Geräten oder plötzliche und scheinbar willkürliche Zerstörung von Betriebsmitteln). Daher ist eine Messung mit entsprechenden Analysegeräten eine zwingende Voraussetzung für die korrekte Einschätzung und Bewertung von Störgrößen. Dies bedeutet aber auch, dass im Gegensatz zur Wasserqualität, die “Stromqualität” nicht sichtbar ist.
Power Quality umfasst als Begriff elektrische Größen und Phänomene, die vor allem charakteristisch für die Wechselstromtechnik sind und damit leitungsgebundene Störgrößen umfassen. Somit decken Power Quality Phänomene nur einen speziellen Teil elektromagnetischer Phänomene ab. In Deutschland beschreiben die Begriffe Spannungsqualität, Netzqualität oder der umgangssprachlich häufig verwendete Begriff des „schmutzigen Stroms“ den gleichen Sachverhalt. In der Regel handelt es sich dabei um leitungsgebundene Störgrößen, welche in den einschlägigen Normen (EN 50160, 61000er-Reihe) mit Referenzwerten und Toleranzen hinterlegt sind. Damit sind die Begriffe EMV und Power Quality sehr eng miteinander Verknüpft.
Die wichtigsten Phänomene zur Power Quality sind:
Spannungseinbrüche und Kurzzeitunterbrechungen der Versorgungsspannung
Netzfrequenzschwankungen
Folgen schlechter Power Quality
Die Folgen von schlechter Power Quality sind vielschichtig und an das jeweilige Phänomen geknüpft. Allgemein und nur sehr grob lässt sich zusammenfassen, dass eine schlechte Effizienz der bezogenen Leistung resultiert. So ist eine unnötige Erwärmung elektrischer Komponenten ein häufige Begleiterscheinung. Eine Verkürzung der Lebenszeit von Anlagen und Geräten geht typischerweise ebenso einher, wie auch Unterbrechungen im Prozessablauf durch Fehlfunktionen bis hin zu zerstörten Betriebsmitteln.
Am Ende stehen dann unnötige und vermeidbare Kosten. Jedoch ist hierzu die Ermittlung der Störungsquelle erforderlich, um anschließend geeignete Maßnahmen zu ergreifen.
Einer der „Klassiker“ ist der zahlreiche Einsatz mehrerer Umrichter (welche z.B. große Induktionsmotoren regeln), die Oberschwingungen ins Netz rückkoppeln und zu Fehlfunktionen oder Zerstörung anderer Geräte führen können. Beispielsweise können Kondensatoren in anderen Betriebsmitteln zerstört werden, Kabel (insbesondere der Neutralleiter) können überhitzen (Brandgefahr!), oder einzelne Geräte schalten ab und werden weiter von Fließbändern beliefert.
Produktionsunterbrechungen, Betriebsmittelschäden und die damit einhergehenden Kosten liegen deutlich höher als die Investitionskosten in präventive Maßnahmen.
Warum Messungen & Netzanalysen?
Um eine Einschätzung der Power Quality abzugeben, kommt man um eine qualifizierte Messung nicht herum.
Im Gegensatz z.B. zur Wasserqualität lässt sich die Power Quality ohne Messgeräte nicht erfassen und einschätzen. Hierzu sind spezielle Netzanalysatoren mit bestimmten Qualitätsmerkmalen eine gute Voraussetzung (Klasse A Netzanalysatoren nach EN 61000-4-30).
Zu einer qualifizierten Messung gehört auch die korrekte Netzzuordnung und eine Prüfung der Infrastruktur, um eine vollständige Einordnung vorzunehmen. Nur dann lassen sich sinnvolle Maßnahmen ergreifen oder Fehleinschätzungen vermeiden.
Neben der Suche nach Störquellen, geben Messungen auch dann ein Lagebild ab, wenn es (noch) nicht zu Störungen gekommen ist. So kann rechtzeitig und kostenschonend reagiert werden, denn in der Regel sind die Kosten für Präventionsmaßnahmen deutlich geringer, als wenn Betroffene erst im Nachhinein aktiv werden.
Quelle: Eigens erstelltes Beispiel
Quelle: Eigene Messung
schlechter Power Quality
Die historisch älteste Netzrückwirkung ist sicherlich der Bezug von Blindstrom, z.B. durch größere Induktionsmotoren, welche eine Verschiebung des Stroms gegenüber der Spannung bedeutet.
Durch die Zunahme von nichtlinearen Lasten (wie Umrichter, LEDs, PCs, Leistungsnetzteile, usw.), ist in den vergangenen Jahren auch die Belastung durch Oberschwingungen gestiegen. Nicht selten übersteigen die gemessenen Oberschwingungspegel Grenzwerte oder führen zu Überhitzung oder Fehlfunktionen.
Bei älteren Umrichtern können auch sogenannte Kommutierungseinbrüche auftreten, die sich im Oszilloskop als regelmäßige Einbrüche mit Einschwingvorgang darstellen. Typischerweise treten bei solchen Umrichtern (z.B. B6C) gleichzeitig auch Oberschwingungen auf.
Sind große (induktive) Lasten oder auch große Schweißanlagen im Einsatz, so können bei regelmäßigen Schaltvorgängen dieser Anlagen bestimmte Spannungsschwankungen auftreten, die zwar innerhalb des Toleranzbandes liegen (+- 10 % bzgl. Spannung), jedoch andere Anlagen und Geräte in ihrer Funktion beeinträchtigen. Dieser sogenannte Flicker, historisch durch Leuchtdichteschwankungen definiert, breitet sich im gesamten Netz aus und stört somit alle Anlagen auf der selben Netzebene gleichermaßen.
Werden insbesondere große induktive Lasten spontan abgeschaltet, kommt es häufig zu enormen und kurzweiligen Peaks im Spannungsprofil. Solche Peaks werden als Spannungstransienten bezeichnet und sind besonders schädlich.