Netzrückwirkungen
Die Spannungsqualität wird durch verschiedene Größen beeinflusst, die durch Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen bedingt sind. Diese Größen bezeichnet man im Allgemeinen als Netzrückwirkungen. Sie treten auf als Oberschwingungsspannungen, Spannungen bei zwischenharmonischen Frequenzen, Flicker, Spannungsänderungen, Spannungsänderungsverläufen, Spannungsschwankungen die den Sinuspegel beeinflussen sowie als Spannungsunsymmetrien. Geregelt und genormt sind die maximal zulässigen Verträglichkeitspegel der einzelnen Netzrückwirkungen (unter anderem) in der DIN EN 61000-2-4 ‘Umgebungsbedingungen – Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrößen in Industrieanlagen’. Diese Norm ist das belastbare Fundament, auf welches wir, mit Hilfe unseres Know-How’s und unserem strukturierten Produktportfolios, Ihre Spannungsversorgung sicher und normkonform stellen. Lassen Sie sich auf dieser Seite informativ von der jeweiligen Netzrückwirkung bzw. dem Spannungsphänomen bis hin zum wirksamen Power Quality-Werkzeug leiten, um unsere mögliche Lösung oder den jeweiligen Ansprechpartner zu finden.
Spannungen konditionieren
In den weltweiten Energieversorgungsnetzen treten willkürliche Störungen von Spannungspegeln auf, die zu kurzzeitigen Unterbrechungen in Fertigungsprozessen oder zu langen Ausfallzeiten von Produktionsanlagen führen.
In Normen und Standards wie der EN 50160 resp. EN 61000-2-4 sind die Spannungsgrenzen und jeweils zulässigen Abweichungen definiert. Im Bereich ‘Spannungen konditionieren’ stehen diese immer in Abhängigkeit von Spannungsniveau zu Zeitdauer. Aufgrund dieser Einteilung unterscheiden wir zwischen Spannungseinbrüchen, Über- / Unterspannungen, Flicker und Unsymmetrien. Für jedes dieser Phänomene besitzen wir ein passendes Tool, um speziell in ihren sensiblen Produktionsprozessen, stetig für eine optimale Spannung zu sorgen.
Einteilung der Oberschwingungsbereiche über ein gesamtes Frequenzband.
Due to the physical similarities between harmonics in electrical engineering and overtones in music, we have tried to use this short example video to audiovisually process the superimposition of harmonics of a 50 Hz sine wave. You can get more information from our small harmonic theory .
Oberschwingungen allgemein
Mains perturbations in the form of harmonics (oscillations with a multiple of the fundamental frequency) are nowadays an essential part of influencing the voltage quality. Equipment with non-linear UI characteristics or non-steady-state operating behavior lead to the absorption of a non-sinusoidal current, which in turn is fed against the existing mains impedance leads to correspondingly non-sinusoidal voltage drops and thus to distortion of the power supply. The consequences include, among other things, the destruction of equipment, the influencing of the correct functioning of electronic controls or the stimulation of critical resonances. Appropriate measures can be taken to reduce the emissions of harmonics, however, these cannot be completely eliminated. The IEC 61000-2-4 as the main product standard specifies clearly defined limit values for the maximum permissible voltage distortion. If these limit values are exceeded, equipment and processes may be disrupted without the manufacturer being held liable, so there is no warranty claim. In such cases, the customer must pay for the costs incurred, for example for repairs and production downtime. In the event of the failure of entire production processes, the costs incurred can quickly add up to a multiple of what suitable measures to reduce the voltage distortion caused would have cost in advance.
On the entire frequency band – from low to high frequency vibrations – the different types of harmonics are divided into their physical characters. With the help of this classification, the distortions are separated from each other, analyzed and the best tool from our PQ toolbox is assigned to the respective disruptive phenomenon.
- Sub-harmonics (frequencies < 50 Hz): Sub-harmonics in power supply networks are not an unknown phenomenon. These are natural frequencies that occur in all oscillating systems. In the electrical supply network, they describe the amplitude change of the voltage, influenced by, for example, load changes, voltage regulators or torsional vibrations of large machines. In the past, they have mainly led to system limits being reached in the transmission grid and even to the cause of costly damage. In the current energy networks, sub-harmonics no longer play a role.
- Harmonics
(especially odd, natural multiples of the fundamental up to 2 kHz): Harmonics are oscillations whose frequencies are an integer multiple higher than those of the fundamental. They arise when the electrical voltage is distorted due to various influencing factors. You can get more information from our small harmonic theory . - Inter-harmonics
(frequencies between the harmonics): Inter- or inter-harmonics are also superpositions of the 50 Hz fundamental wave, but their frequencies correspond to a non-integer multiple of the fundamental frequency. Voltage distortions in these frequency ranges are often indications of an existing mains resonance . - Supra-harmonic – high-frequency – harmonics
(frequencies from 2 kHz): The proportion of power electronics in our energy networks is constantly increasing – due to technological advances. The physical sizes of the power electronics components installed today – such as circuit boards for inverters and rectifiers – are being further reduced. This makes it possible to switch current and voltage faster and in many different stages. However, this also increases the voltage phenomena that occur, especially in the high-frequency / supraharmonic frequency range (> 2 kHz), energy, supply and industrial networks as well as regenerative energy parks, immensely burden.
Blindströme kompensieren – kurz gefasst
Die Blindleistung entsteht durch induktive und kapazitive Betriebsmittel im Energienetz. In induktiven Lasten, wie zum Beispiel Motoren, erzeugen die Wicklungen in jeder Sinushalbschwingung ein magnetisches Feld. In kapazitiven Betriebsmitteln, wie zum Beispiel Kabeln, wird ein elektrisches Feld erzeugt. Für diese Vorgänge ist Strom notwendig, der als Energie im Feld gespeichert wird und beim Wechsel der Halbschwingung wieder abgegeben wird. Damit ergibt sich eine Phasenverschiebung und der Strom pendelt zwischen Last und Erzeugung ohne verbraucht zu werden (abgesehen von Leitungsverlusten). Dieser sogenannte Blindstrom muss also vom Energieversorger bereitgestellt werden und erzeugt Kosten. Aus wirtschaftlicher Sicht ergibt es für Unternehmen ab einer gewissen Menge bezogener Blindleistung Sinn, diese vor Ort an der Last zu kompensieren, um Kosten zu sparen.
Frequenzstörungen
Der Strom aus der Steckdose hat nicht immer die gleiche Qualität. Das merkt ein Nutzer von Elektrogeräten normalerweise nicht. Für ihn gibt es nur die zwei Zustände: Strom da oder Strom nicht da, also Stromausfall. Doch mit einem Messgerät lässt sich die Stromqualität leicht erkennen. Sie verrät sich nämlich durch die Frequenz der Wechselspannung. Im Normalfall ändert die elektrische Spannung ihre Richtung mit einer Frequenz von 50 Hertz. Die zeitliche Veränderung der Spannungshöhe entspricht dabei einer wohlgeformten Sinuskurve. In ganz Deutschland, ja ganz Europa – zumindest im europäischen UCTE-Verbundnetz – arbeiten alle Kraftwerke, Überlandleitungen und elektrischen Geräte schön synchron im Takt mit eben diesen 50 Hertz, zumindest theoretisch. In der Praxis ist die Netzfrequenz nicht völlig stabil, sondern schwankt ein wenig. Die Frequenz unseres Energieversorgungsnetzes mit perfekter Versorgungs-Qualität beträgt 50 Hertz (Amerika = 60 Hertz). Je stärker die Frequenz von diesem Normwert abweicht, umso schlechter ist die Qualität. Und das kann dramatische Auswirkungen haben. Bei zu starken Abweichungen der Netzfrequenz vom Idealwert, droht der völlige Zusammenbruch der Spannungsversorgung – ein Blackout. So lange man sich seinen Strom nicht mit Hilfe von Generatoren oder einem privaten Kraftwerk selbst bereitstellt, kann man auf die genannten Frequenzstörungen nicht einwirken. Für dieses Problem ist einzig primär der Energieversorger zuständig.