Dipl.-Ing. Sandra Schiffke und Dipl.-Wirtsch.-Ing. Tobias Weiberlenn, Bender GmbH in Grünberg
1. Oberschwingungsanteile 2. Sinnvolle Ergänzung zu RCM 3. PEM als eine Basis für das Energiemanagement
Nicht-lineare Betriebsmittel wie Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, USV-Anlagen oder elektronische Vorschaltgeräte verzerren die typische Sinus-Kurve des Stroms und beaufschlagen ihn mit unterschiedlichen Frequenzen – der Strom wird sozusagen verschmutzt. Daraus ergeben sich Netzrückwirkungen, die auch benachbarte Verbraucher auf unterschiedliche Weise stören können. Das reicht von eingeschränkter Funktionalität oder verkürzter Lebensdauer der Geräte über erhöhten Energieverbrauch von Antrieben bis hin zu Netzausfall und Brandgefahr im Leitungsnetz. Durch die systematische Überwachung der Netzqualität mit Power Quality Monitoring (PQ-Monitoring) werden hohe Verfügbarkeit und störungsfreier Betrieb der Stromversorgung sichergestellt. Zwar können auch klassische Verbraucher Power-Quality-Probleme im Netz verursachen (z. B. Spannungseinbrüche beim Anlauf großer Maschinen – hieraus resultiert der sogenannte Flicker), die häufigsten Probleme werden jedoch durch Oberschwingungsanteile im Betriebsstrom elektronischer Geräte erzeugt.
Oberschwingungsanteile
Mithilfe der Fourier-Analyse lässt sich ein Signal zerlegen, in die harmonischen Anteile gliedern und ein Frequenz-Spektrum des Ausgangssignals erzeugen. Typischerweise treten bei vielen elektronischen Geräten die Oberschwingungen dritter Ordnung verstärkt auf. Diese, und alle weiteren dritten Harmonischen, also die Vielfachen der dritten Harmonischen, addieren sich im Neutralleiter. Im Extremfall kann der resultierende Strom im Neutralleiter größer werden als die einzelnen Außenleiterströme, sodass eine Überlastung des Neutralleiters eintritt. Es kommt zur Brandgefahr.
Normativ werden diese Phänomene und deren Auswirkungen bereits behandelt. So verlangt beispielsweise die DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10 eine Überlasterfassung für den Neutralleiter, wenn eine übermäßige Belastung durch Oberschwingungen zu erwarten ist. Setzt man die Empfehlungen der zitierten Norm um, können Zerstörungen des Neutralleiters durch rechtzeitiges Auslösen des Schutzorgans verhindert werden. In der Praxis wird damit jedoch das Problem nur in einen anderen Bereich verlagert: die Brandgefahr und das Risiko einer Zerstörung des Neutralleiters werden durch Abschaltung aufgehoben. Dann ist der Betrieb der elektrischen Anlage zwar sicher, aber die Verfügbarkeit nimmt durch häufige Ausfallzeiten ab. Abhilfe schafft hier eine Überwachung mit dem sogenannten Power Quality and Energy Measurement (PEM).
Die permanente Überwachung der Netzqualität entspricht dem Bender-Grundsatz: „Melden statt Schalten“. So werden potenziell gefährliche Situationen frühzeitig erkannt und gemeldet – das schafft ausreichend Zeit, Abhilfemaßnahmen zu ergreifen, ohne dass Betriebsmittel oder die ganze Anlage abschalten zu müssen. Beim Beispiel des überwachten Neutralleiters können im Falle einer Überlastung über Schaltsignale weniger relevante Verbraucher abgeschaltet werden, bevor durch die Auslösung des Schutzorgans die gesamte Versorgung unterbrochen wird.
