KoCoS Blog

Seit vielen Jahren ist KoCoS als weltweit führender Hersteller von Schaltgeräteprüfsystemen anerkannt. Mit den neuen Schaltgeräteprüfsystemen ACTAS P260+ und ACTAS P360+ bietet KoCoS jetzt zwei tragbare Geräte, die in Punkto Leistungsfähigkeit die Vorgängerserie noch einmal übertreffen.

  1. Größerer Funktionsumfang durch neue Hardware- und Software-Funktionen
  2. Gesteigerte Flexibilität bei der Schaltgeräteprüfung
  3. Verbesserte Ergonomie, Funktionalität und Leistungsfähigkeit
  4. Bedienung über integrierte Bedieneinheit mit 7“-Touchscreen und/oder die speziell entwickelte Prüfsoftware
  5. Einfache Bedienung mit optimaler Darstellung aller Informationen
  6. Aufbau in einem äußerst robusten und kompakten Koffergehäuse

ACTAS P360+ wurde um zwei steuerbare Ausgänge in Form von Relais erweitert, die leicht in den Prüfungsablauf integriert werden können. Das Funktioniert auch nachträglich bei schon vorhandenen Prüfvorlagen aus der Vorserie. Auch ACTAS P260+ erhielt zwei weitere Steuerausgänge, einer ebenfalls in Form eines Relais, der andere als IGBT-Steuerausgang. So kann beispielsweise die Reserveausspule eines Schalters direkt ohne Umklemmen angeschlossen werden, was den Anschluss von einer Ein- und zwei Ausspulen gleichzeitig ermöglicht. Einen weiteren großen Vorteil bieten die Systeme mit der Darstellung von mit 200 kHz überabgetasteten Messdaten mit 50kHz.

Auch bei der Prüfsoftware gibt es Neuigkeiten. ACTAS EXPERT ist jetzt generell im Lieferumfang enthalten und bietet einige zusätzliche Funktionen. Unter anderem besteht die Möglichkeit, Messdaten in verschiedene Formate zu exportieren, Messdaten anhand der Messhistorie zu überlagern und direkt zu vergleichen oder Hüllkurven als Referenz einzufügen. Für die Darstellung und Analyse der Daten können zudem eigene Anzeigegrafiken angelegt werden, die auch in den entsprechenden Prüfberichten Anwendung finden.

Sie haben noch Fragen oder Ergänzungen zum Thema oder möchten sich bei einer Produktvorführung online oder auch gerne persönlich bei ihnen im Haus von der Leistungsfähigkeit der Systeme überzeugen? Dann melden Sie sich gerne über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an cstuden(at)kocos.com.

Seit einem Jahr wird Gas immer teurer, auch der Strompreis in Europa steigt deutlich. Hängen diese Preise zusammen und welche Rolle spielt dabei welches Kraftwerk?

Gasmangel. Warum steigt der Strompreis überhaupt?
Da in Deutschland, wie auch weltweit, Strom überwiegend durch den Einsatz von fossilen Energieträgern gewonnen wird, hängt der Preis für die Kilowattstunde natürlich auch vom Grundpreis von Gas, Kohle, Öl und in gewissem Maß auch von Uran ab. Steigen die Preise der fossilen Energieträger, steigt auch der Strompreis.

Wie haben sich die Energiepreise bislang entwickelt?
Die Sorge um eine Verknappung der Gaslieferungen aus Russland hat die Gaspreise nicht nur in Deutschland immer weiter in die Höhe getrieben. Kraftwerke zahlten im Juni 2022 für Erdgas knapp 227,0 Prozent mehr als im Vorjahr. Die Gasrechnungen vieler Endverbrauchenden haben sich verdreifacht. Neben diesen rasanten Anstiegen der Preise im Gasmarkt sind gleichzeitig auch die Strompreise gestiegen. Innerhalb eines Jahres hat sich zum Beispiel der Strompreis an der Leipziger Strombörse European Power Exchange (EEX) um das 10-fache erhöht (Stand: August 2022) – von 50 auf 565 Euro pro MWh. Dies wirkt natürlich auch auf die Verbraucherinnen und Verbraucher zurück: Der Strompreis lag bei Neuverträgen Mitte November 2022, bei einem Verbrauch von 4.000 kWh inkl. Grundgebühr, bei 0,427 Euro pro kWh – Tendenz ungewiss.

Und was ist mit Strom aus Erneuerbaren Energien?
Strom aus Erneuerbaren Energien ist die mit Abstand günstigste Art der Stromgestehung. Sind Windkraft- oder Solar-Anlagen erstmal gebaut, verbrauchen sie für die direkte Stromproduktion fast keine Ressourcen. Allerdings liefern sie nicht kontinuierlich Strom. Damit ist die Energie aus diesen Quellen zwar günstig, aber ohne große Speicher und gut ausgebaute Stromnetze nicht konstant überall verfügbar. Sinkt denn der Strompreis, wenn mehr Strom aus Erneuerbaren eingespeist wird? Nein, so einfach ist es leider nicht. Denn der Strommarkt funktioniert nach dem Prinzip der „Merit Order“.

Definition: Merit-Order
Die Merit-Order ist die Einsatzreihenfolge der Kraftwerke, die durch die variablen Stromgestehungskosten bestimmt wird. Dabei werden zuerst die günstigsten Kraftwerke zur Deckung der Nachfrage aufgeschaltet, das letzte Kraftwerk mit den höchsten Grenzkosten, das zur Deckung der Nachfrage benötigt wird, bestimmt den Preis. Die Merit-Order (zu Deutsch „Reihenfolge der Vorteilhaftigkeit“) bestimmt damit den Strompreis an den Energiemärkten.

Dies bedeutet vereinfacht: Alle Kraftwerke bieten ihre Produktionskapazitäten an, bis genügend Strom in Europa produziert wird, um den Bedarf zu decken. Dabei wird allerdings nicht in der Art der Erzeugung unterschieden: Alle Anbieter erhalten denselben Preis, bestimmt durch das teuerste Kraftwerk am Netz. Bei dem Merit Order Prinzip spielt es beispielweise überhaupt keine Rolle, wie günstig der regenerative Strom gewonnen wurde. Auch die Subventionen für den Ausbau der regenerativen Energien zählen nicht.
So reicht zurzeit ein einziges Gaskraftwerk am Netz, um den Preis für die Kilowattstunde Strom stark zu erhöhen, ungeachtet der niedrigen Kosten anderer Energieträger bzw. „Kraftwerke“ zu diesem Zeitpunkt.

Warum gibt es eine „Merit Order“?
Auf einem herkömmlichen Markt würden Angebot und Nachfrage den Preis bestimmen – bis zu dem Zeitpunkt an dem ein Produkt nicht mehr verfügbar ist. Als Folge wären Gaskraftwerke dann aber fast nie in Betrieb, da ein kostendeckender Betrieb nicht garantiert ist. Über die „Merit Order“ wird dies so ausgeglichen, dass immer genügend Strom bedarfsgerecht zur Verfügung steht und die Netze stabil bleiben.

Dabei bietet jeder Erzeuger seinen Strom so an, dass seine Kosten (Grenzkosten) gedeckt sind. Zum Zuge kommen dann sukzessive alle Angebote, bis die Nachfrage gedeckt ist – das teuerste zum Einsatz kommende Kraftwerk bestimmt dann den Preis für alle. Dieses Kraftwerk deckt nur seine Grenzkosten, alle anderen erzielen Gewinne. Der entstandene Preis wird Grenzpreis genannt.
Die Grenzkosten sind die Kosten, die anfallen, um die nächste Ware oder in diesem Fall die nächste Megawattstunde zu erzeugen. Investitions- oder Kapitalkosten sind nicht enthalten, dafür aber beispielsweise die Brennstoffkosten.
Auf dem Energiemarkt gilt generell, dass das „Produkt“ Strom nicht „ausverkauft“ sein darf, da sonst die Energieversorgung gestört werden kann und es im schlimmsten Fall zu einem lokalen oder flächendeckenden Blackout kommen könnte.

Wer hat das Prinzip der Merit Order erfunden?
„Der Grenzpreis (gefunden durch die Merit Order) ist keine künstliche Regel, die sich jemand ausgedacht hat“, führt Lion Hirth in der Stuttgarter Zeitung aus. Lion Hirth ist Juniorprofessor für Energiepolitik an der privaten Hochschule Hertie School in Berlin und Geschäftsführer des energiewirtschaftlichen Beratungsunternehmens Neon. „Es ist keine willkürliche Wahl zwischen alternativen Marktdesigns, sondern der natürliche Weg, wie sich Preise auf freien Märkten bilden“, führt er im Weiteren aus. Auch andere Rohstoffmärkte funktionierten nach diesem Prinzip – „egal ob Öl, Gas, Kupfer, Milch oder Solaranlagen“, so der Energieexperte.

Was passiert zurzeit?
Aktuell treffen mehrere Entwicklungen zusammen: Zum einen fällt derzeit in Frankreich etwa die Hälfte der 56 Kernkraftwerke wegen Wartungsarbeiten oder technischer Mängel aus. Zum zweiten behindert der niedrige Wasserstand der Flüsse die Kohleversorgung der Kohlekraftwerke. Und zum dritten ist der Gaspreis auf einem hohen Niveau und beeinflusst, wie oben beschrieben, die Stromgestehungskosten.

Reichen denn Kohle, Kernkraft und Erneuerbare Energien nicht aus?
Leider nicht. Das liegt zum einen daran, dass die heutigen Kapazitäten von Wasser- und Windkraft sowie Photovoltaik weder in Deutschland noch in Europa insgesamt ausreichen, um den gesamten Strombedarf zu decken. Hinzu kommt, dass wie oben beschrieben, viele konventionelle Kraftwerke derzeit abgeschaltet oder nur eingeschränkt betreibbar sind.

Darüber hinaus fehlt es an Übertragungsnetzkapazitäten über ganz Europa hinweg. So können oft die Strommengen, die zum Beispiel an der windreichen Nordseeküste in Deutschland anfallen, nicht in den energiehungrigen Süden Deutschlands transportiert werden. Die Bundesnetzagentur reagiert bei einem solchen Flaschenhals dann mit einem „Redispatch“: Dabei wird im Norden die Leistung von Windenergieanlagen reduziert und im Süden wird die Leistungsanforderung der Kraftwerke erhöht, so dass eine Überlastung des Stromnetzes vermieden wird. Häufig kommen hierbei Gaskraftwerke zum Einsatz, die ihre Stromproduktion besonders flexibel und schnell anpassen können. Auch das hat natürlich zusätzliche Auswirkungen auf den Strompreis.

Handlungsoptionen und Risiken
Der erhöhte Gaspreis, im Wesentlichen verursacht durch den Krieg der Ukraine, treibt auch die Strompreise in die Höhe. Da Strom in die Preisgestaltung vieler anderer Produkte bis hin zum Frühstücksbrötchen einfließt, heizt dies die Inflation gehörig an. Seit Wochen wird vielfältig diskutiert, wie dem Preisauftrieb Einhalt geboten werden könnte.
„Eine Diskussion über eine Umverteilung von Gewinnen und eine Entlastung der Verbraucher, die aber Einsparanreize erhält, also kein einfacher Preisdeckel ist, halte ich für den Weg, den man kurzfristig beschreiten kann“, sagt Christoph Maurer, Geschäftsführer der Aachener energiewirtschaftlichen Beratungsfirma Consentec. Eine grundsätzliche Änderung des Marktdesigns sollte man aber auf keinen Fall kurzfristig beschließen, warnt er. „Das Risiko, dass man dann zu nicht durchdachten Lösungen kommt und die Krise möglicherweise sogar verstärkt, ist sehr groß“, so der Energieexperte Maurer in der Stuttgarter Zeitung.

Quellen: Die Zeitschriften: „Zeit, Standard und Stuttgarter Zeitung“, die Fachzeitschrift „Chip“, Wikipedia und eigene Recherchen

Six-Sigma in der Siliziumkarbid-Substratherstellung mit LOTOS 3D-Messystemen.

Das Erreichen der strengen Null-Fehler-Strategie in der Automobilindustrie wird zu einer großen Herausforderung für die Hersteller von Siliziumkarbid-Substraten. Sowohl die Umstellung von 150- auf 200-mm-Wafer, als auch die generelle Verlagerung ihres Schwerpunktes weg von reinem Silizium, zwingen die Hersteller um ausreichende Erträge und Zuverlässigkeit zu ringen.

SiC ist eine Kombination aus Silizium und härteren Karbidmaterialien und hat sich aufgrund seiner großen Bandlücke zu einer Schlüsseltechnologie für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge entwickelt. Siliziumkarbid funktioniert bei höherer Leistung, höheren Temperaturen und höheren Schaltfrequenzen als Silizium. Diese Eigenschaften können genutzt werden, um die Reichweite von Elektrofahrzeugbatterien zu erhöhen und die Ladezeit zu verkürzen.

"Die Leute wollen ihr Auto in weniger als 10 bis 15 Minuten aufladen, und das wird sich weiter entwickeln", sagte Sam Geha, CEO von Infineon Technologies' Memory Solutions. "Das erfordert Siliziumkarbid und andere Technologien sowie eine stärkere Automatisierung.“

LOTOS 3D-Messysteme helfen bei Umsetzung der Null-Fehler-Strategie hin zu Produktionsprozessen mit hoher Ausbeute ohne jeglichen Ausschuss. Bereits kurz nach der Kristallzucht können die Siliziumkarbid-Blöcke auf geometrische Größen geprüft werden, sodass in den nachfolgenden Produktionsprozessen kein Ausschuss mehr entstehen kann.

LOTOS kontrolliert alle gängigen Parameter wie Außendurchmesser und Durchmesser am Primär- und Sekundär-Flat, die Flat-Längen, die Notch-Kontur, sowie deren genaue Winkelpositionen.

Spannungsqualität

Die Europäische Norm EN 50160 beschreibt die Hauptmerkmale der Versorgungsspannung am Verknüpfungspunkt des Kunden in öffentlichen Stromversorgungsnetzen. Sie spezifiziert, welche Grenzen die verschiedenen Parameter der Netzspannung unter normalen Betriebsbedingungen einhalten müssen.
Im Wesentlichen müssen folgende Parameter permanent überwacht werden:

  1. Spannungsamplitude
  2. Frequenz
  3. Symmetrie
  4. Flicker
  5. Oberschwingungen

So erlaubt die EN50160 Beispielsweise für Spannungsabweichungen eine Toleranz von +-10% der Nennspannung, die von 99% aller Messwerte innerhalb eines Wochenintervalls eingehalten werden müssen. Für die verbleibenden 1% innerhalb einer Woche ist eine Abweichung von +10 und -15% erlaubt.
Für die Ermittlung der Spannungsabweichung werden 10-Minuten-Mittelwerte herangezogen. Die angegebenen Abweichungen gelten also für langsame Spannungsänderungen.
Für die anderen Parameter wie Frequenz, Gesamtoberschwingungsgehalt, individuelle Oberschwingungen, Rundsteuersignale, Flicker usw. wird ebenso verfahren. Allerdings mit unterschiedlichen Grenzwerten, Perzentilen, Mittelungs- und mitunter auch anderen Beobachtungsintervallen.

Netzstörungen
Infolge von Netzstörungen treten meist schnelle Spannungsänderungen auf, deren Messwerte zweimal je Netzperiode bestimmt werden (rms1/2). Fällt der Messwert in einen Bereich von 1% bis kleiner 90% der Nennspannung, spricht man von einem Spannungseinbruch. Fällt der Messwert aller Phasen unter die 1%-Schwelle, liegt eine Versorgungsunterbrechung vor. Bei Messwerten größer als 110% der Nennspannung spricht man von einer Überspannung.
Netzstörungen werden nach ihrer Dauer und der erreichten Amplitude klassifiziert.

Spannungsqualitätsbericht
Da diese Grenzwerte für Spannungsqualität nur für den ungestörten Betriebsfall gültig sind, müssen Messwerte, die während einer Netzstörung aufgelaufen sind, markiert und aus der statistischen Energiequalitätsbewertung herausgerechnet werden.
Diese Arbeit übernimmt die Expert-Bediensoftware für die EPPE- und SHERLOG-Geräte auf Wunsch automatisch. Sie erstellt vollständig automatisiert normgerechte Spannungsqualitätsberichte von allen Messstellen über definierbare Betrachtungszeiträume.
Der Inhalt der Berichte kann individuell angepasst werden und beinhaltet neben dem normgerechten Spannungsqualitätsnachweis auch Angaben zu der Häufigkeit und Dauer von Versorgungsunterbrechungen, Spannungseinbrüchen und -erhöhungen samt Klassifizierung nach UNIPEDE, CBEMA, ITIC und SEMI F47.
Auch enthalten sein können Signalverläufe und Statistiken zu Strom, Wirk-, Bild- und Scheinleistung sowie zum Leistungsfaktor in den Bericht aufgenommen werden.
Die fertigen Berichte können ebenfalls automatisiert als PDF- oder DOCX- Datei zur späteren Verwendung abgelegt, an Netzwerkdrucker und an E-Mail-Adressen versendet werden.

Von
Brian Burke, Applikationsingenieur, KoCoS America LLC
Guy Wasfy, Geschäftsführer, KoCoS America LLC
Jürgen Dreier, Produktmanager, KoCoS Messtechnik AG

Erdungs- und Potentialverbindung sind ein wesentlicher Bestandteil für das sichere Funktionieren energie- und nachrichtentechnischer Systeme und zur Sicherstellung der Personen- und Gerätesicherheit.
Spannungspotentialdifferenzen sind durch Erdungsverbindungen und Erdungsverfahren zu vermeiden. Diese Potentialdifferenzen können zwischen metallischen Bauteilen und der Erde auftreten, die die Sicherheit von Menschen und/oder technischen Einrichtungen gefährden können. Metallische Bauteile müssen daher mit dem Erdpotential verbunden sein, um gefährliche Spannungen zu vermeiden. Spannungsabfälle werden durch die Erdung aller nicht spannungsführenden Teile und durch einen umfangreichen Erdpotentialausgleich (Erdungssystem) reduziert. Es ist daher wichtig, dass Erdungsverbindungen einen niedrigen Widerstand aufweisen. Widerstandsmessungen müssen sowohl an den Potential- als auch an den Erdungsverbindungen vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass eine ausreichend gute niederohmige Verbindung erreicht und aufrechterhalten wird.

Nachfolgend ist ein Anwendungsbeispiel aus der Energieverteilung aufgeführt, bei denen die Erdung und der Potentialausgleich und deren gute Verbindung wichtig sind. Es gibt jedoch noch viele andere Anwendungen (Schienenfahrzeuge, Luftfahrtindustrie und Flugzeugwartung, usw.), bei denen Erdung und Potentialausgleich berücksichtigt werden müssen. Typische Anwendungen für den Potentialausgleich und die Erdung finden sich in Energieverteilungsanlagen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen und insbesondere in Hochspannungsanlagen. Die Erdung aller nicht spannungsführenden Teile und ein umfangreicher Erdpotentialausgleich reduzieren Spannungsabfälle, die in Energieverteilungsanlagen durch kapazitive oder auch induktive Spannungskopplung entstehen können.

Ein Beispiel für diese nicht spannungsführenden Teile sind mechanische Trennschalter, mit denen eine Schaltanlage außer Betrieb genommen wird. Da diese Schalter von Menschen gewartet werden müssen, ist es wichtig, dass ihre Erdungsverbindung nicht beeinträchtigt ist. Bei den Erdungsbändern handelt es sich um Metallgeflechte, die mit Schrauben am Schalter und am Erdungsanschlusspunkt befestigt sind. Diese Bänder können aufgrund von Korrosion oder äußere Schäden zu schlechten Leitern werden. Ein beschädigtes Band kann zu einer unsachgemäßen Erdung des Schalters führen, was ein gefährliches Berührungspotential bei der Benutzung des Schalters verursacht. Um sicherzustellen, dass die Bänder ordnungsgemäß ausgeführt sind, kann die Verbindung mit einer Mikroohmmessung geprüft werden. Ein defektes Erdungsband weist einen hohen Widerstand auf, während ein gut leitendes Band einen niedrigen Widerstand aufweist. Ein hoher Widerstand der Verbindung oder im schlimmsten Fall ein defektes Band kann es erforderlich machen, die Schraubverbindungen zu reinigen und neu zu verbinden oder das Band komplett zu ersetzen.

Neben verschraubten Erdungsbändern können die Erdungsverbindungen auch durch Verschweißungen verbunden werden. Diese Verschweißungen führen zu einer guten mechanischen und elektrischen Verbindung. Dies gilt insbesondere für die Verbindung verschiedener Metalle, wie z. B. die Verbindung eines Kupfererdungsstabs mit einer verzinkten Metallstruktur in einem Umspannwerk. Wenn diese Verschweißungen ordnungsgemäß ausgeführt werden, entsteht eine haltbare und zuverlässige Verbindung (Bild 2). Durch unsachgemäße Erwärmung oder Feuchtigkeit können die Schweißverbindungen Löcher oder Lücken aufweisen (Bild 3) und sowohl mechanisch als auch elektrisch als minderwertig angesehen werden. Die Durchführung einer Mikroohm-Widerstandsmessung an diesen Verbindungen kann Aufschluss über die Schweißqualität geben. Je fachgerechter die Schweißverbindung ausgeführt ist, desto niedriger ist der Widerstandswert. Eine minderwertige Verbindung kann zu einer unzuverlässigen Erdung führen.

Die Widerstandsmessgeräte der KoCoS Messtechnik AG sind ideal für die Messung von Potential- und Erdverbindungen. Das Präzisions-Widerstandsmessgerät PROMET SE dient zur Bestimmung von niederohmigen Widerständen im μΩ- und mΩ-Bereich. Mit einstellbaren Prüfströmen von bis zu 200 A in Verbindung mit einem Vierleitermessverfahren liefern die Systeme Messergebnisse für höchste Genauigkeitsanforderungen. Der Einsatz modernster Leistungselektronik und die robuste Bauweise garantieren höchste Zuverlässigkeit für den mobilen Einsatz.

Das PROMET SE ist ideal für die Vor-Ort-Prüfung, da es batteriebetrieben ist und keinen Netzanschluss benötigt. Viele der beschriebenen Verbindungen können sich an eher unzugänglichen Orten befinden, wie z.B. an Strommasten, sodass der Prüfer auf einer Leiter oder Ähnlichem steht. Ohne den Batteriebetrieb würde das Messgerät auch einen tragbaren Generator benötigen. Außerdem ist das PROMET SE sehr leicht und einfach zu transportieren. Das Messgerät wiegt weniger als 2 kg und kann bequem Vor-Ort eingesetzt werden.

Haben Sie Fragen oder Ergänzungen zur Widerstandsmessung oder zu unseren Messgeräten? Dann kontaktieren Sie uns über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an info(at)kocos.com.