Eine gute Stromqualität, deren Bedeutung oft unterschätzt wird, bildet die Grundlage für modernes Leben. Sie stellt die konstante Leistung von Haushaltsgeräten bis hin zu kritischer Infrastruktur sicher.
Wer auf Effizienz und Sicherheit setzt, braucht Power Quality Analyzers. Diese Tools garantieren störungsfreie Abläufe und maximale Zuverlässigkeit.
Was ist Stromqualität und warum ist sie wichtig für elektrische Systeme?
Die Stromqualität beschreibt die Fähigkeit einer Stromversorgung, unter Last stabil zu bleiben. Schwankungen in der Wellenform oder Amplitude beeinflussen die Funktionsweise von Geräten und können die Stabilität elektronischen Schaltkreise beeinträchtigen. Diese Schwankungen treten häufig in folgender Form auf:
- Unregelmäßigkeiten der Wellenform wie höhere Oberschwingungen, die die Steuerelektronik stören
- Amplitudenschwankungen, die gefährliche Überspannungen oder unerwartete Neustarts
- 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 selbst nur kurz überschritten werden, reagieren einige Systeme mit unerwarteten Ausfällen. Das Wesen dieser Abweichungen zu erkennen, hilft dabei, ihre Ursache zu identifizieren und nachzuvollziehen, wie sie sich in einer Industrieanlage oder einem Netz ausbreiten.
Wie wird aber die Stromqualität gemessen? Für die Analyse sind Messgeräte erforderlich, die sowohl stationäre Zustände als auch schnelle elektrische Ereignisse erfassen können. Diese Aufgabe übernehmen PQAs (Power Quality Analysers – Stromqualitätsanalysatoren).
Worum handelt es ich bei einem Power Quality Analyzer?
A Power Quality Analyzer (PQA) ist ein Gerät, mit dem elektrische Größen über einen bestimmten Zeitraum erfasst werden. So lässt sich 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. Er deckt Probleme auf, die nur durch langfristige Protokollierung oder detaillierte Analyse sichtbar werden.
Wie unterscheidet sich ein PQA von einem Stromqualitätsmessgerät
Obwohl mit beiden Geräten elektrische Bedingungen bewertet werden, dienen sie unterschiedlichen Zwecken. Ein Stromqualitätsmessgerät bietet eine kontinuierliche Überwachung anhand einer begrenzten Anzahl von Indikatoren. Es verfolgt wesentliche Größen und hebt grundlegende Abweichungen hervor. Demgegenüber liefert ein PQA hingegen eine umfassendere Analyse. Diese zusätzliche Tiefe unterstützt die Ereignisdokumentation und hilft bei der Lokalisierung möglicher Störquellen. PQAs unterstützen Ingenieure bei der Diagnosearbeit in Industrie- und Versorgungsumgebungen.
Die Überwachung beantwortet die Frage, was gerade geschieht. Die Analyse beantwortet hingegen die Fragen, warum etwas geschehen ist und welche Maßnahmen dagegen getroffen werden sollten.
Wichtige Parameter bei der Stromqualitätsanalyse
Die folgenden Listen enthalten die wichtigsten Parameter und Normen/Standards in Bezug auf die Stromqualität.
Häufig ausgewertete 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 Netz interagiert und ob während des Betriebs ungewöhnliche Lastverteilungsmuster auftreten. - Frequenzschwankung
Zeigt Abweichungen von der Nennfrequenz des Systems auf, die häufig mit Schwankungen bei der Erzeugung oder der Last 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 – Total Harmonic Distortion)
Fasst die Gesamtwirkung harmonischer Komponenten auf Spannung oder Strom zusammen. - Phasenasymmetrie
Zeigt eine ungleiche Belastung oder Netzunsymmetrie, die Leiter und Motoren belasten kann. - Leistungsfaktor
Gibt an, wie effektiv die elektrische Energie in nutzbare Arbeit umgewandelt wird. - Spannungseinbrüche, -anstiege und kurze Unterbrechungen
Erfasst schnelle Schwankungen, die häufig mit Schaltvorgängen, Fehlern oder plötzlichen Laständerungen zusammenhängen. - Zeitpunkt und Dauer von Ereignissen
Stellt den Kontext bereit, um zu diagnostizieren, wie Störungen mit Betriebszyklen oder externen Netzaktivitäten 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 nachzuvollziehen, wie Störungen Geräte und Prozesse beeinflussen.
PQAs dienen vor allem 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 bei der 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 ggf. auf Verschleiß oder Instabilität in der elektrischen Infrastruktur hinweisen. Steigende Oberschwingungspegel, zunehmende Schwankungent oder häufigere kurzzeitige Ereignisse können auf bevorstehende Probleme hinweisen. Ingenieure planen anhand dieser Beobachtungen gezielte Inspektionen und organisieren Wartungsmaßnahmen, bevor sich die Probleme ausweiten.
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Die Auswahl eines PQAs beginnt mit der Analyse des Installationsorts und der benötigten Daten. Tragbare PQA-Geräte helfen bei kurzfristigen Diagnosearbeiten, während sich stationäre Analysegeräte für Standorte eignen, 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 optimieren, anlaysieren Ingenieure in der Regel Folgendes:
- Verhalten der Signale vor Ort
- Übertragung und Speicherung der Daten,
- Zu erwartende Zeitdauer der Überwachung (lang- oder kurzfristig)
Auf diese Weise bleibt die Bewertung an den realen Messbedingungen ausgerichtet.
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