Eine gute Stromqualität, die oft unterschätzt wird, ist das Rückgrat des modernen Lebens und gewährleistet die konstante Leistung aller Geräte, von Haushaltsgeräten bis hin zu kritischen Infrastrukturen.
Um einen zuverlässigen Betrieb elektrischer Systeme zu gewährleisten, sind Netzqualitätsanalysatoren unverzichtbare Werkzeuge.
Was ist Stromqualität? (Und warum ist sie in elektrischen Systemen wichtig?)
Die Stromqualität beschreibt, wie eine Stromversorgung unter Last ihr erwartetes Verhalten beibehält. Schwankungen in der Wellenform oder Amplitude beeinflussen die Funktionsweise von Geräten und können die Stabilität elektronischer Schaltungen beeinträchtigen. Diese Schwankungen treten häufig in Form von:
- Wellenformunregelmäßigkeiten wie höhere Oberschwingungen, die die Steuerelektronik stören,
- Amplitudenschwankungen, die gefährliche Überspannungen oder unerwartete Rücksetzungen verursachen,
- Frequenzinstabilität, die das gesamte Netz beschädigen kann
Die Bedeutung der Stromqualität ergibt sich aus der Tatsache, dass Netzwerke und Geräte so konzipiert sind, dass sie innerhalb definierter Grenzen funktionieren. Wenn diese Grenzen überschritten werden, reagieren einige Systeme selbst bei kurzer Dauer mit unerwarteten Ausfällen. Das Verständnis der Natur dieser Abweichungen hilft dabei, ihre Ursache zu identifizieren und festzustellen, wie sie sich in einer Industrieanlage oder einem Netz ausbreiten.
Aber wie misst man die Stromqualität? Für die Analyse sind Messgeräte erforderlich, die sowohl stationäre Zustände als auch schnelle elektrische Ereignisse erfassen können. Diese Aufgabe übernehmen Stromqualitätsanalysatoren (PQAs).
Was ist ein Netzqualitätsanalysator?
A Power Quality Analyzer (PQA) ist ein Gerät, mit dem elektrische Größen über einen bestimmten Zeitraum erfasst werden, um zu beurteilen, wie sich ein System unter realen Betriebsbedingungen verhält.
Im Gegensatz zu einer einzelnen Messung mit einem einfachen Messgerät zeigt ein PQA, wie sich elektrische Parameter entwickeln, und deckt Probleme auf, die nur durch langfristige Protokollierung oder detaillierte Analyse sichtbar werden.
Wie sich ein Netzqualitätsanalysator von einem Netzqualitätsmessgerät unterscheidet
Obwohl beide Geräte zur Bewertung der elektrischen Bedingungen verwendet werden, dienen sie unterschiedlichen Zwecken. Ein Netzqualitätsmessgerät bietet eine kontinuierliche Überwachung mit einer begrenzten Anzahl von Indikatoren. Es verfolgt wesentliche Größen und hebt grundlegende Abweichungen hervor. Ein PQA hingegen liefert eine umfassendere Analyse. Diese zusätzliche Tiefe unterstützt die Ereignisdokumentation, hilft bei der Lokalisierung möglicher Störquellen und unterstützt Ingenieure bei der Diagnosearbeit in Industrie- und Versorgungsumgebungen.
Die Überwachung beantwortet die Frage „Was geschieht gerade?“, während die Analyse die Fragen „Warum ist dies geschehen und was sollte dagegen unternommen werden?“ beantwortet.
Wichtige Parameter bei der Netzqualitätsanalyse
Die folgenden Listen enthalten die wichtigsten Parameter und Normen in Bezug auf die Stromqualität.
Häufig bewertete Parameter bei der Prüfung der Stromqualität
-
- Spannungsamplitude
Gibt an, wie genau die Versorgung mit ihrem Nennwert übereinstimmt. - Aktuelles Verhalten
Zeigt, wie die Last mit dem Netzwerk interagiert und ob während des Betriebs ungewöhnliche Lastverteilungsmuster auftreten. - Frequenzabweichung
Zeigt Abweichungen von der Nennfrequenz des Systems auf, die häufig mit Erzeugungs- oder lastbedingten Ungleichgewichten zusammenhängen. - Wellenformverzerrung
Hebt Formunregelmäßigkeiten hervor, die empfindliche Geräte stören. - Harmonischer Anteil
Beschreibt das Vorhandensein von Komponenten bei Frequenzen oberhalb der Grundfrequenz, die typischerweise durch konverterbasierte Lasten erzeugt werden. - Gesamtklirrfaktor (THD)
Fasst die Gesamtwirkung harmonischer Komponenten auf Spannung oder Strom zusammen. - Unwucht zwischen den Phasen
Zeigt eine ungleiche Belastung oder Netzwerksymmetrie, die Leiter und Motoren belasten kann. - Leistungsfaktor
Gibt an, wie effektiv die elektrische Energie in nutzbare Arbeit umgewandelt wird. - Spannungseinbrüche, -anstiege und kurze Unterbrechungen
Erfassen Sie schnelle Schwankungen, die häufig mit Schaltvorgängen, Fehlern oder plötzlichen Laständerungen zusammenhängen. - Zeitpunkt und Dauer von Ereignissen
Stellen Sie einen Kontext bereit, um zu diagnostizieren, wie Störungen mit Betriebszyklen oder externen Netzwerkaktivitäten zusammenhängen.
- Spannungsamplitude
Normen
- IEC 61000-4-30
- EN 50160
- IEEE 519, IEEE 1159
- Nationale Grenzwerte (Grid Codes)
- Visualisierung der Netzqualität
Wichtige Anwendungen und Vorteile von PQAs in Industrie- und Versorgungsumgebungen
Power Quality Analyzer (PQAs) werden in Industrieanlagen und Versorgungsnetzen eingesetzt, um das elektrische Verhalten zu beobachten und zu verstehen, wie Störungen Geräte und Prozesse beeinflussen.
PQAs dienen vor allem den folgenden Zwecken:
Überwachungs- und Diagnosearbeiten
PQAs können eine Reihe von Problemen berichten. Dazu zählen Spannungseinbrüche, Überspannungen, Oberschwingungen, Transienten und Frequenzschwankungen, um nur einige zu nennen. Durch die Analyse von Strom-/Netzqualitätsdaten können Ingenieure die Ursachen für Geräteausfälle, Ausfallzeiten und Energieverluste ermitteln.
Konformitätsprüfung
Zahlreiche Branchen halten sich an strenge Normen und Vorschriften zur Stromqualität, wie IEC 61000-4-30, IEEE 519, IEEE 1159 und EN 50160. PQAs liefern die erforderlichen Messwerte, um die tatsächlichen Bedingungen mit diesen Grenzwerten zu vergleichen. Dadurch tragen sie dazu bei, kostspielige Bußgelder und Strafen aufgrund von Verstößen zu vermeiden.
Spezielle industrielle Applikationen 
PQAs werden in einer Vielzahl von Industrie- und Versorgungsumgebungen eingesetzt.
- In der Fertigung helfen sie dabei, zu untersuchen, wie Stromschwankungen Produktionsanlagen und automatisierte Systeme beeinflussen.
- In Rechenzentren tragen sie zur Bewertung von Bedingungen bei, die sich auf die Serverstabilität und die allgemeine Verfügbarkeit auswirken.
- In Versorgungsnetzen helfen PQAs dabei, von Verbrauchern gemeldete Ereignisse zu charakterisieren und die Versorgungsleistung an verschiedenen Punkten im Netz zu dokumentieren.
Früherkennung von Verschleißerscheinungen
Langfristige Daten zur Stromqualität geben Aufschluss über sich entwickelnde Muster, die auf Verschleiß oder Instabilität in der elektrischen Infrastruktur hinweisen können. Steigende Oberschwingungspegel, zunehmende Unausgewogenheit oder häufigere kurzzeitige Ereignisse können auf bevorstehende Probleme hinweisen. Ingenieure nutzen diese Beobachtungen, um gezielte Inspektionen zu planen und Wartungsmaßnahmen zu organisieren, bevor sich die Probleme verschlimmern.
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Die Auswahl eines PQA beginnt damit, dass man sich überlegt, wo es installiert werden soll und welche Art von Daten der Standort benötigt. Tragbare PQA-Geräte helfen bei kurzen Diagnosearbeiten, während stationäre Analysegeräte eignen sich für Standorte, die einer kontinuierlichen Überwachung bedürfen.
Das Gerät muss den elektrischen Bedingungen am Messpunkt entsprechen. Das Abtastverhalten, die unterstützten Spannungs- und Strombereiche sowie die Kanalkonfiguration bestimmen, wie gut der Analysator die gewünschten Ereignisse erfasst. Die Unterstützung von Standards ist Teil der Bewertung, da sie bestimmt, wie Messungen interpretiert und standortübergreifend verglichen werden.
Um die Auswahl zu verfeinern, betrachten Ingenieure in der Regel:
- das Verhalten der Signale vor Ort,
- wie Daten übertragen und gespeichert werden,
- ob eine langfristige oder kurzfristige Überwachung zu erwarten ist.
Dadurch bleibt die Bewertung an den realen Messbedingungen ausgerichtet.
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