Power Quality Analyse

Messungen bei Netzrückwirkungen, Anlagenstörungen & EMV Problemen

Mit Sachverstand zur geeigneten Lösung

Was bedeutet Power Quality bzw. EMV?

Was sind Folgen schlechter Power Quality?

Wann & Warum sollte gemessen werden?

Quellen von Netzrückwirkungen und
schlechter Power Quality

Power Quality Analyse

Messungen bei Netzrückwirkungen, Anlagenstörungen & EMV Problemen
Mit Sachverstand zur geeigneten Lösung

Was bedeutet Power Quality bzw. EMV?

Was sind Folgen schlechter Power Quality?

Wann & Warum sollte gemessen werden?

Quellen von Netzrückwirkungen und schlechter Power Quality

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Online-Check Power Quality Analyse

EMV steht für Elektromagnetische Verträglichkeit und einschlägige Normen (u.a. die 61000er-Reihe) sollen einen Rahmen vorgeben, innerhalb dessen ein reibungsloser Anlagenbetrieb störungsfrei gewährleistet werden soll.

Ein schwerwiegender Nachteil von Power Quality Phänomenen 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 der Power Quality, d.h. im Gegensatz zur Wasserqualität ist Power Quality nicht direkt erkennbar.

Power Quality umfasst als Begriff elektrische Größen und Phänomene, die vor allem charakteristisch für die Wechselstromtechnik sind. In Deutschland beschreiben die Begriffe Spannungsqualität, Netzqualität oder der umgangssprachlich häufig verwendete Begriff des „schmutzigen Stroms“ den gleichen Sachverhalt.

Die wichtigsten Phänomene zur Power Quality sind:

Spannungsabweichungen

Spannungseinbrüche und Kurzzeitunterbrechungen der Versorgungsspannung

Unsymmetrie

Netzfrequenzschwankungen

Flicker

Harmonische Oberschwingungen

Zwischenharmonische Oberschwingungsanteile

Transiente Überspannung

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.

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.