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Was bedeutet Power Quality?

Effizienz ist in diesen Tagen das prominente Thema in den Medien. Auch für die Industrie liegt der Fokus neben wirtschaftlichen Interessen der Ressourcenschonung, auch zunehmend auf ökologischen Aspekten, weil Endkunden zunehmend Wert auf nachhaltige Produkte legen.

Viele der umgesetzten Maßnahmen folgen daher dem Ansatz, den Energieverbrauch zu senken, so dass in Unternehmen stetig ein Ausbau von Leistungselektronik (z.B. in Form von Frequenzumrichtern), LED-Beleuchtung, oder automatisierten Abschaltvorrichtungen im Leerlaufbetrieb zu verzeichnen ist. So sinnvoll die Anwendungen im Einzelnen sind, bringen solche Anwendungen meist Netzrückkopplungen mit sich, so dass die interne Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) nicht immer gewährleistet ist. Dies gilt vor allem dann, wenn Einzelgeräte der EMV-Prüfung standhalten und ein CE-Siegel tragen. Wenn jedoch mehrere solcher Störquellen installiert sind, gilt dies in der Regel nicht mehr.

Netz-, Spannungs-  bzw. „Stromqualität“ (im  engl. auch mit Power-Quality bezeichnet) ist im Gegensatz zur Wasserqualität nicht unmittelbar wahrnehmbar, so dass spezielle Klasse A Messgeräte zur Ermittlung herangezogen werden müssen.

Yellow&Blue verfügt über solche Klasse A Messgeräte, Erfahrung und Expertise, um solche Netzrückkopplungen, z.B. durch Harmonische Oberschwingungen, zu erfassen und zu bewerten. Wir wählen den ganzheitlich Ansatz, um die Stärken und Schwächen in ihrer elektrischen Infrastruktur zu erfassen. Unsere Gutachten helfen ihnen dabei, Maßnahmen zu ergreifen, um ihr Netz „sauber“ zu halten noch bevor teure Ausfälle eintreten!

Netzrückkopplungen durch Harmonische Oberschwingungen

Der „Klassiker“ schlechthin ist das Nachrüsten mehrerer Frequenzumrichter an Elektroantrieben. Vor allem gilt hier in der Regel, dass ein Einzelgerät einer Prüfung der Elektromagnetischen Verträglichkeit standhält (CE Kennzeichnung), typischerweise jedoch nicht in Kombination mehrerer Frequenzumrichter oder anderer Leistungselektronik. Neben unzulässigen Normüberschreitungen (vgl. hierzu die EN 61000 Normenreihe) können sich derartige Rückkopplungen in vielerlei Hinsicht auswirken:

 

  • Erwärmung und damit einhergehend Lebenszeitverkürzung von Anlagen und Geräten => Hohe Kosten durch vorzeitige Neuanschaffung
  • Der Leistungsfaktor λ, als Parameter für die Effizienz von Anlagen, kann sich Teils drastisch senken, obwohl der Wirkfaktor (= cos ϕ) „vernünftige“ Werte aufzeigt.
  • Im Speziellen an Drehstrommotoren:
  • Fehlfunktion, wie plötzliches Abschalten (z.B. Geräte mit Uhrzeittrigger, die als Taktgeber die 50 Hz-Frequenz nutzen, werden gestört)
  • Magnetomotorische Effekte (Gegendrehmomente, Erhöhte Nullleiterströme) => Ineffizienter Betrieb und unnötige Wärmebildung
  • Drastisch erhöhte Lagerabnutzung, da Ströme der 3. Harmonischen den Weg zum Nullleiter über die Lager nehmen können.

 

  • Erhöhte Wirbelstromverluste am Trafo (zunehmend mit höherer Frequenz) => Überhitzung einiger Trafokomponenten
  • Andere Elektronische Betriebsmittel:
  • Störungen oder Ausfall im IT-System inkl. Datenverlusten
  • Störungen von Schutzbauteilen (Auslösung von Sicherungen)
  • Fehlauslösung von Schutzschaltern aufgrund von hohen Spannungs-/Stromspitzen.

 

  • Infrastrukturen mit Notstromversorgung:
  • Im Netzbetrieb ist die Kurzschlussleistung wesentlich größer (bzw. die Netzimpedanz wesentlich kleiner), als bei Notstrombetrieb über einen Inselgenerator. Aus diesem Grund verzerren die gleichen Oberschwingungsströme die Generatorspannung deutlich stärker, als während des Netzbetriebs, so dass ein Anstieg der Spannungsharmonischen um den Faktor 10 nicht untypisch ist! Solche Werte der Spannungsverzerrung (THD(u) > 8%) führen schnell zu Überhitzung der meisten Geräte und zu einem zügigen Ausfall bzw. Totalschaden – genau dann, wenn die Notstromversorgung einspringen muss.

Hier ein Kundenbeispiel aus der Praxis:

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