POWER QUALITY

Spannungsqualität als wirtschaftlicher Erfolgsfaktor

Was ist Power Quality/ Spannungsqualität?

Power Quality bezeichnet die Spannungsqualität im elektrischen Netz, sprich wie stabil, sauber und normgerecht Spannung und Netzfrequenz im Verteilnetz bereitgestellt werden. Faktoren wie Spannungseinbrüche, Flicker oder Oberschwingungen können bereits Auswirkung auf die vermeintlich stabile Energieversorgung haben, was wiederum zu erhöhten Kosten, Schäden oder sogar Ausfällen führen kann. 

Moderne Messtechnik-Lösungen, wie unsere stationären Power Quality Analyzer, leisten einen entscheidenden Beitrag zur Verbesserung der Netzqualität. Sie liefern Daten, um Spannungsverhältnisse zu stabilisieren, regulatorische Anforderungen einzuhalten und die Effizienz elektrischer Systeme zu steigern. Spannungsabweichungen und Störereignisse können gezielt analysiert werden, sodass auf Basis dieser Daten passende Lösungen entwickelt werden.

Ursachen und Symptome schlechter Power Quality (Spannungsqualität)

Eine unzureichende Power Quality zeigt sich in diversen Beeinträchtigungen der elektrischen Energieversorgung. Es gibt zahlreiche mögliche Ursachen für diese Störungen im Stromnetz. Sie bewirken oft Fehlfunktionen, Totalausfälle oder sogar Schäden an elektrischen und elektronischen Geräten.

Spannungseinbrüche

  1. Symptome: Abnehmende Helligkeit der Beleuchtung, Computersystemabstürze, plötzliche Abschaltungen und Fehlfunktionen von Geräten.
  2. Ursachen: Einschalten von großen Lasten (insbesondere Motoren), Netzfehler, Unwetter, Abläufe in angrenzenden Anlagen.

Spannungsspitzen und Transienten 

  1. Symptome: Netzteil-Ausfälle, Überspannungsalarme, Schäden an Isolierungen und Elektronik.
  2. Ursachen: Abrupte Laständerungen, Schalten von Kondensatoren, Blitzeinschläge, Wiedereinschalten nach Netzausfällen.

Unterbrechungen der Versorgung

  1. Symptom: Unmittelbarer Ausfall von Maschinen und Geräten.
  2. Ursachen: temporäre Netzausfälle, Schutzabschaltungen, externe Einflüsse.

Spannungsunsymmetrie

  1. Symptome: Überhitzung von Drehstrommotoren sowie Transformatoren.
  2. Ursachen: Lasten mit ungleicher Verteilung, einphasige Großverbraucher, asymmetrische Netze.

Oberwellen

  1. Symptome: Anstieg der Temperatur bei Motoren und Transformatoren, Alarme oder Abschaltungen ohne erkennbare Ursache.
  2. Ursachen: Frequenzumrichter, USV, Schaltnetzteile und Schweißgeräte, nichtlineare Verbraucher.

Power Quality Bewertungskriterien nach EN 50160

Spannungsqualität im Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetz prüfen

Die Überprüfung der Versorgungsqualität gemäß EN 50160 beurteilt die Merkmale der Versorgungsspannung im öffentlichen Niederspannungsnetz, Mittelspannungsnetz und Hochspannungsnetz. Unter anderem werden zur Prüfung einer optimalen Spannungsqualität Spannungshöhe, Frequenz, Unsymmetrie, Oberschwingungen sowie kurz- und langzeitige Spannungsabweichungen erfasst.

Typischerweise werden 7-Tage-Mittelwerte zur Auswertung verwendet, wobei bestimmte Grenzwerte eingehalten werden müssen. Wenn diese Vorgaben nicht eingehalten werden, kann das auf Probleme mit dem elektrischen Netz oder betriebliche Störungen hinweisen.

Die Netzfrequenz gibt an, mit welcher Geschwindigkeit die Wechselspannung schwingt. In Europa beträgt die Nennfrequenz 50 Hz. Abweichungen deuten auf ein Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch hin.

Grenzwerte:

  1. 50 Hz +- 1% während 99,5% eines Jahres -> 49,5 Hz … 50,5 Hz
  2. +4% / -6% für 100% der Zeit  -> 47 Hz … 52 Hz

Abweichungen der Netzspannung vom Nennwert. Unzulässige Abweichungen können Geräte schädigen oder Fehlfunktionen verursachen.

Grenzwerte (10 Min. Mittelwerte):

  1. +- 10% vom Nennwert für 95% aller Messwerte einer Woche
  2. +10% / -15% für 100% der Zeit 

Flicker beschreibt schnelle Spannungsschwankungen, die zu sichtbarem Flackern von Lampen führen. Ursache sind oft stark schwankende Lasten (z. B. Schweißgeräte).

Grenzwerte:

  1. Plt <= 1,0 für 95% aller Messwerte einer Woche

Kurzzeitige Absenkung der Spannung, meist verursacht durch Kurzschlüsse oder das Einschalten großer Lasten. Sie können Steuerungen oder empfindliche Elektronik stören.

Definition:

  1. Spannung: 10 % bis 90 % der Nennspannung
  2. Dauer: 10 ms bis 1 Minute

Vollständiger Ausfall der Versorgungsspannung. Sie werden nach Dauer klassifiziert.

Definition:

  1. Spannung: <1% der Nennspannung auf allen Phasen
  2. Dauer: >= 10 ms 
     

Klassifizierung:

  1. Kurz: ≤ 3 Minuten
  2. Lang: > 3 Minuten

➡ Anzahl und Dauer sind nicht normativ begrenzt, sondern werden dokumentiert.

Kurzzeitige Spannungserhöhungen über den zulässigen Bereich, z. B. durch Schalthandlungen oder Erdschlüsse.

Definition:

  1. Spannung > 110 % der Nennspannung
  2. Dauer: 10 ms bis 1 Minute

Ungleichmäßige Verteilung der Spannung in Drehstromsystemen. Führt zu zusätzlicher Erwärmung von Motoren und Transformatoren.

Grenzwert (95 % der 10-Minuten-Mittelwerte):

  1. ≤ 2 % Unsymmetrie (Verhältnis Gegensystem zu Mitsystem)

Oberschwingungen sind Spannungsanteile mit ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz (50 Hz). Sie entstehen durch nichtlineare Verbraucher wie Umrichter oder Schaltnetzteile.

Grenzwerte:

  1. Gesamtoberschwingungsgehalt THD ≤ 8 % (Niederspannung)
  2. Einzelne Oberschwingungen (Auswahl):
  3. 5. Harmonische: ≤ 6 %
  4. 7. Harmonische: ≤ 5 %
  5. 11. Harmonische: ≤ 3,5 %

Zwischenharmonische liegen zwischen den ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Sie können Flicker und akustische Störungen verursachen.

Grenzwerte:

  1. Kein einheitlicher Prozentwert
  2. Bewertung erfolgt über Flickergrenzwerte und spektrale Beurteilung

Überlagerte Signale zur Netzsteuerung (z. B. Tarifumschaltung, Laststeuerung).

Grenzwerte:

  1. Signalspannung typischerweise ≤ 9 % der Nennspannung
  2. Keine Beeinträchtigung der Versorgung zulässig

 

Laufendes Netzmonitoring mithilfe unserer stationären Power Quality Analyzer

Spannungsqualität im Überblick

Fest verbaute Störschreiber sowie Power Quality Netzanalysatoren ermöglichen gemeinsam ein umfassendes Messsystem, das für Anwendungen in Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetzen ausgelegt ist.

Power Quality Analyzer Digital Fault Recorder

 

Optimale Spannungsqualität durch Power Quality Messungen

Ohne kontinuierlicher und normgerechter Messung der Spannung im Netz können Ursachen nicht erkannt werden. Eine gezielte Power Quality Analyse ist der Schlüssel zur richtigen Maßnahme. 

Mit einem Power Quality Messgerät, wie dem EPPE oder SHERLOG können alle relevanten Netzparameter gemäß EN 50160 und IEC 61000 – von Spannung, Frequenz und Flicker bis hin zu Oberschwingungen, Transienten und Unterbrechungen erfasst und mithilfe der dazugehörigen Software zum Power Quality Monitoring ausgewertet und bewertet werden.

Wirtschaftliche Bewertung – warum sich Power Quality rechnet

Eine gute Power Quality ist ein messbarer wirtschaftlicher Erfolgsfaktor. Die Kosten können erheblich gesenkt werden, Störungen lassen sich frühzeitig identifizieren, und detaillierte Last- und Energieanalysen ermöglichen eine optimierte Nutzung der vorhandenen Infrastruktur im Energiesystem. 

Das Resultat: eine höhere Verfügbarkeit der Anlagen, längere Lebensdauer der Komponenten und eine nachhaltige Reduktion der Betriebskosten.
 

Spannungsqualität Normen 

  1. EN 50160
  2. IEC 61000-2-2
  3. IEC 61000-2-12
  4. IEC 61000-2-4
  5. IEEE 519
  6. IEC 61000-3-12

Power Quality Management als langfristige Strategie

Unternehmen, die Power Quality strategisch betrachten, gehen einen Schritt weiter:
Sie integrieren Analyse, Monitoring und Maßnahmen in ein dauerhaftes Power Quality Management.

Das Ziel für eine optimale Spannungsqualität:

  1. Risiken frühzeitig erkennen
  2. Veränderungen im elektrischen Netz beherrschen
  3. Investitionen planbar machen
  4. Anlagen langfristig absichern
  5. Laufende Stromversorgung gewährleisten

So wird Power Quality vom Störfaktor zum aktiven Wettbewerbsfaktor.

Power Quality Analyzer

Störschreiber

FAQ – Häufige Fragen zur Power Quality

Die meisten Probleme mit der Stromqualität werden durch nichtlineare Lasten, plötzliche Laständerungen und Netzrückkopplungen von elektrischen Geräten verursacht. Dazu gehören beispielsweise elektronische Lasten wie Frequenzumrichter, Schaltnetzteile und große Maschinen, die Oberschwingungen und Spannungsabfälle verursachen können.

Die Verbesserung der Stromqualität umfasst die Reduzierung von Störungen und die Aufrechterhaltung stabiler Spannungs- und Frequenzwerte. Zu den wichtigsten Methoden gehören:
Die Stromqualität kann durch verschiedene Maßnahmen verbessert werden, darunter

  1. Einsatz von Spannungsstabilisatoren und Filtern zur Reduzierung von Spannungsschwankungen
  2. Einsatz von USV-Systemen (unterbrechungsfreie Stromversorgung) zum Schutz vor Stromausfällen
  3. Einsatz von Blindleistungskompensationssystemen zur Verbesserung des Leistungsfaktors
  4. Reduzierung von Oberschwingungen durch aktive oder passive Filter
  5. Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Erdung und Abschirmung zur Minimierung elektromagnetischer Störungen (EMI).
  6. Überwachung und Analyse der Stromqualität – Einsatz von Stromqualitätsanalysatoren zur frühzeitigen Erkennung und Behebung von Problemen.

Durch die Umsetzung dieser Lösungen können Unternehmen und Industrien die Zuverlässigkeit und Effizienz ihrer elektrischen Systeme verbessern.

Die Kosten entstehen meist indirekt durch Stillstände, Ausschuss, Wartung und verkürzte Lebensdauer – und werden oft unterschätzt.

Nein. Normen sind Mindestanforderungen, garantieren aber keine störungsfreien Prozesse.

Immer dann, wenn ungeklärte Störungen auftreten oder neue Lasten ins Netz integriert werden.

 

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