Spannungsqualität am Rand der Verteilnetze

Der Vortrag am 21.04.2016, gehalten von Dr.-Ing. Christian Rüster, Leiter des Geschäftsbereichs Powerquality-Systeme der A. Eberle GmbH & Co. KG in Nürnberg, behandelte das Thema der Spannungsqualität in den Verteilnetzen und stellte nach einer kurzen Vorstellung des Unternehmens mit seinen Produkten und einer Erläuterung des Begriffs Spannungsqualität das neueste Projekt des Unternehmens mit dem Produkt "PQ in der Tiefe der Netze mit WeSense" vor.

Der Produktumfang der Fa. Eberle GmbH & Co. KG umfasst die Gebiete Spannungsregelung (HS/MS), Niederspannungsregelung (LVRSys), Erdschlussortungsrelais und Petersenspulenregelung, Steckkarten für leittechnische Anlagen und das im Vortrag detailliert behandelte Thema der Power-Quality-Analyzer (Folien 1 - 6 in der unter Downloads + Links komplett herunterladbaren PDF-Datei der gezeigten Folien).

Dass eine gute Spannungsqualität nicht nur 230 V und 50 Hz bedeutet, stellte Dr. Rüster im folgenden Abschnitt seines Vortrags heraus. Geregelt ist der Begriff in den IEC- und EN-Normen (Folie 8) und alle Störungsarten wie Spannungsänderungen, Flicker, Oberwellen, Transienten, Unsymmetrien und Frequenzschwankungen sind auf obiger Folie 9 dargestellt sowie die speziellen Definitionen der Spannungsabweichungen auf der Folie 10 unten erläutert.

Zu unterscheiden sind bei den Spannungsabweichungen der kurze Spannungseinbruch (Dip), z. B. bei einer Kurzunterbrechung nach einem Blitzeinschlag, die kurze Versorgungsunterbrechung < 3 min, die lange Versorgungsunterbrechung >3 min, die Spannungsüberhöhung (Swell), welche mehr als 10 % über die vereinbarte Versorgungsspannung hinausgeht, und die transienten Überspannungen. Hinzu kommen die langsamen Spannungsänderungen aufgrund sich ändernder Belastungen und Einspeisungen, die schnellen Spannungsänderungen bei Zu- oder Abschaltung großer Lasten und die für unser Auge sehr unangenehmen Flicker.

Aber auch die Oberwellen, in obiger Folie 11 am Beispiel der 5. Harmonischen (250 Hz) dargestellt, beeinträchtigen die Spannungsqualität unserer Netze. Durch die immer zahlreicher werdenden Schaltnetzteile in elektronischen Geräten haben diese einen zunehmenden Einfluss. Im dargestellten Beispiel liegen nur 70 % der Messwerte unterhalb des zulässigen Grenzwertes, die Norm verlangt aber eine Überschreitung von lediglich 5 %.

Zur Verfügung stehen der Fa. Eberle mobile Netzanalysatoren wie auch fest installierte Störschreiber und Netzmonitore (Folie 12), wobei Dr. Rüster die Zertifizierung der Messweise nach den IEC-Normen herausstellte (Folie 13). In obiger Folie 14 zeigte er dann die Gegenläufigkeit bei der Überwachung und der Anzahl der Störfälle in den Übertragungs- und Verteilnetzen auf. Während die Übertragungsnetze hinsichtlich aller möglichen Störfälle überwacht sind und vergleichsweise wenige Stör- oder sogar Ausfälle aufweisen werden Verteilnetze und hier besonders Niederspannungsnetze kaum überwacht, weisen aber den höchsten Anteil an den Störfällen auf, die mit der Spannungsqualität zu tun haben. Auf diese ging der Vortragende im weiteren Verlauf näher ein.

Bei der A. Eberle GmbH & Co. KG entstand im Wissen um die Thematik der Netzanalyse die Idee, ein massentaugliches Produkt unter dem Namen WeSense zur Schnelldiagnose der Spannungsqualität an der Steckdose zu entwickeln, welches noch in diesem Monat in die Serienproduktion geht und mittels der sehr weit verbreiteten Android-Smartphones zu günstigem Preis der Messhardware eine Analyse der Spannungsqualität am Rand der Verteilnetze ermöglichen soll (Folien 16 und 17). Da die durch schlechte Spannungsqualität verursachten Schäden in der EU 150 Mrd. Euro laut der in obiger Folie 18 zitierten Quelle betragen sah man hier einen Ansatzpunkt. Verursacht wurde diese Entwicklung laut Dr. Rüster durch den Aufstieg der Erzeuger erneuerbarer Energien bei gleichzeitiger Abschaltung großer Kraftwerke und somit der Änderung der Energieflussrichtungen In zahlreichen Vorträgen und Exkursionen der vergangenen Jahre haben wir als VDE Kassel uns mit diesem Thema befasst und brauchen daher hier nicht auf alle Details in den Folien 19 - 21 einzugehen.

Von Bedeutung für die Entwicklung von WeSense sind aber die am Niederspannungsnetz vor und hinter unserer eigenen Haustür angeschlossenen Verbraucher, die in ihrer Mehrheit Schaltnetzteile beinhalten, somit nichtlinear sind und einen stetig zunehmenden Oberwellenanteil verursachen (Folie 22 oben), nach den Aussagen von Dr. Rüster Schädigungen hinter dem Anschlusspunkt herbeiführen und eine Power-Quality-Überwachung am Rand der Netze erfordern (Folien 23 - 26).

WeSense strebt daher, wie obige Folie 27 zeigt, eine ultimative Beobachtbarkeit zu minimalen Infrastrukturkosten an und hat das Ziel, ein Sensornetz entstehen zu lassen, welches sowohl für Industrienetze wie auch lokale oder regionale Netzbetreiber Daten in einer Cloud zur Verfügung stellen kann (Folien 28 und 29). Das Sensornetzwerk ist ein Konzept, dessen Nutzen die Firma Eberle gerade im laufenden BMWI Förderprojekt VEREDELE-FACDS untersucht. Interessant ist hier die Frage, welchen Mehrwert eine messgeräteübergreifende Cloud-Analysefunktion bieten könnte.

Mit den ab Folie 30 folgenden Darstellungen stellte Dr. Rüster dann den WeSense-Sensor im Detail vor, der als Standalone-Messgerät (noch ohne Cloud-Anbindung) in Kürze in Serie gehen wird. Die Folien sind derart übersichtlich selbsterklärend, dass sie hier nur einer sehr knappen Kommentierung bedürfen:

• Das System besteht aus dem eigentlich PQ-Messgerät, welches gleichzeitig Ladegerät für das kundeneigene Android-basierte Smartphone ist, der Android-App, schon seit vielen Monaten im Google App-Store downloadbar, und demnächst auch der Cloud mit Datenupload und Browserdarstellung (Folie 32 oben).
• Der Messadapter und die WeSense-App werden in den Folien 33 - 45 mit ihren technischen Daten und Darstellungsmöglichkeiten vorgestellt.
• In der Folie 46 unten ist als Ausblick die WeSense-Architektur vorgestellt.

Mit der Vorstellung einer maßgeschneiderten Visualisierung und dem Konzept einer Spannungslandkarte nach PQ-Kriterien (Folien 47 und 48) beendete Dr. Rüster seinen Vortrag. Der Unterzeichner dieses Berichts ist gespannt auf die Lieferung des bereits vorbestellten Messadapters, die WeSense-App ist seit Monaten auf seinem Smartphone installiert.

Den Artikel von Dr. Rüster in der Mitgliederinformation 03/15 des VDE Bezirksvereins Thüringen können Sie sich unter Downloads + Links oben rechts herunterladen.

Wolfgang Dünkel
Öffentlichkeitsarbeit

(last update 10.06.2016)