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Welchen Anforderungen muss die Spannungsqualität genügen?
(05. April 2004) Spannungsqualität ist die Beschreibung der Spannung, insbesondere der Grad der Abweichung der Netzspannung von der als ideal angenommenen Sinusform und der Phasenverschiebungen 120 Grad und 240 Grad.
Die Beschreibung ist in der Europanorm EN 50160 niedergelegt. Dies ist eine Produktnorm. Die durch die Beeinflussung verursachten Verzerrungen der Netzspannung werden zum Teil von den am Netz angeschlossenen Verbrauchern bestimmt.
Stromnetze sind aus physikalischen Gründen spannungsbestimmt, d.h. die angeschlossenen Kunden verändern die dem Netz entnommene Leistung dadurch, dass sie den Strom in weiten Grenzen verändern. Die Spannung soll im Idealfall an allen Stellen des Netzes gleich der Quellenspannung und unabhängig von der dem Netz entnommenen Leistung konstant sein. Beim Einschalten von Geräten ergeben sich aber Spannungsfälle in den stromdurchflossenen Leitungen. Dadurch ändern sich natürlich die Spannungen beim Verbraucher und in den betroffenen Verknüpfungspunkten aller übrigen Verbraucher.
Phasenanschnittgesteuerte Geräte z.B. entnehmen dem Netz Leistung mit der Stromgrundschwingung und prägen ihm zugleich Oberschwingungsströme ein. Diese machen sich ebenfalls als Oberschwingungsspannungen bei den anderen Verbrauchern bemerkbar. Natürlich kann auch die Spannung an der Hinspeisestelle stark schwanken.
Nicht nur der Lieferant des Produkts "elektrische Energie" sondern alle an einem Netz angeschlossenen Verbraucher bestimmen die Spannungsqualität. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu Stückprodukten. Bis vor wenigen Jahren haben die Versorgungsunternehmen ihren Kunden elektrische Energie mit "ungefähr 50 Perioden pro Sekunde" und "ungefähr 230 Volt" verkauft. Seit kurzem verkaufen sie dieses Produkt mit einer sehr genau festgelegten Qualität.
Die Spannung ist im Idealfall streng sinusförmig, hat einen konstanten Amplitudenwert von 230 V, konstante Frequenz von 50 Hz und die drei Leiter-Erde-Spannungen sind genau um 120 Grad gegeneinander phasenverschoben. Weil solche idealen Verhältnisse nicht realisierbar sind, hat man früher das Wort "ungefähr" verwendet.
EN 50160 präzisiert dieses Wort durch zahlreiche Kenngrößen für die Abweichungen der Spannung vom Idealfall.
Die Qualität der Niederspannung wird durch folgende Merkmale beschrieben:
- Stationäre Spannungsabweichungen Nennwert + 10 % / -10 % als Effektivwert. Dies muss für einen Zeitraum von jeweils 10 min für 95% der Zeit eingehalten sein.
- Netzfrequenz Die Netzfrequenz von 50 Hz muss während 95% einer Woche, gemessen für jeweils zehn Sekunden im Bereich 49,5 bis 50,5 Hz liegen. Sie darf niemals ausserhalb des Bereichs 47 bis 52 Hz liegen.
- Kurze Spannungsschwankungen unter mehr als 85% der Normalspannung und weniger als eine Minute Dauer dürfen zehn bis tausend Mal im Jahr auftreten.
- Kurze Spannungsschwankungen unter mehr als 1 % der Normalspannung und weniger als drei Minuten Dauer dürfen zehn bis hundert Mal im Jahr auftreten.
- Längere Unterbrechu ngen von mehr als drei Minuten Dauer unter mehr als 1 % der Normalspannung dürfen zehn bis 50 Mal im Jahr auftreten.
- Kurzzeitige Überspannungen dürfen auftreten und liegen meist unter 1.500 Volt, längerfristige mit meist unter 6.000 Volt sind ebenfalls zulässig.
- Spannungsunsymmetrie : Für 95 % einer Woche darf der 10-min-Wert des unsymmetrischen Spannungsanteils 2 % des symmetrischen Anteils nicht übersteigen.
- Oberschwingungen : Bis zur 25. Ordnung (1250 Hz) sind in der Norm Pegel für die Oberschwingungs-Spannungswerte vorgegeben, die innerhalb einer Woche mit 95 % Wahrscheinlichkeit unterschritten werden müssen.
- Überlagerte Signalspannungen, die Norm gibt Grenzwerte für 3-s-Effektivwerte.
Zur Überprüfung der Einhaltung dieser Anforderungen gibt es am Markt zahlreiche Messgeräte.
Die weiten Grenzen dieser Norm sind verblüffend: Selbst eine kurzzeitige Spannungsspitze von 6.000 Volt oder 50 Stromausfälle länger als drei Minuten sind normgerecht!. Empfindliche Geräte sollten mit Überspannungsschutz oder unterbrechungsfreie Stromversorgung versehen werden, weil die Spannungsgrenzen sehr weit sind.
Quelle: Der Netzmeister, 2. Auflage, VDEW sowie REO Fact Sheet (www.reo.co.uk )
Interessante Daten über die Spannungsqualität in englischer Sprache hat die Frima REO zusammengestellt.
Power Quality Fact Sheet (18.08.2008)