Die Bewertung der Spannungsqualität und Erfassung von Netzstörungen im Mittelspannungsnetz

Info-Brief Nr. 19

Power Quality in der Mittelspannung

Das Interesse für eine permanente Überwachung der Spannungsqualität im Mittelspannungsnetz nimmt aus verschiedenen Gründen rapide zu. Für die Elektrizität gilt wie für jedes andere Produkt, die Qualitätssicherung. Auch stehen wertvolle Informationen hinsichtlich des Netzzustandes zur Verfügung.

Mittelspannungsnetze (6 bis 64 kV) sind in der Regel als gelöschte Netze ausgeführt. Netze mit geringer räumlicher Ausdehnung werden mit isoliertem Sternpunkt ausgeführt, bei ausgedehnten Netzen sowie in Kabelnetzen verwendet man eine Petersenspule. Netze ab 132 kV sind immer starr geerdet.

Bei einem Erdschluss eines Leiters im Mittelspannungsnetz steigt die Spannung der beiden gesunden Leiter gegen Erde um den Faktor 1,73 an (auf Außenleiterspannung). Dies bedeutet eine verstärkte Beanspruchung der Isolation dieser Leiter und aller Komponenten (Isolator, Trafo…), wodurch ein weiterer Erdschluss (Doppelerdschluss) oder ein Netzkurzschluss entstehen kann.

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Isoliertes Netz
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Gelöschtes Netz

Schaltet man zwischen Netzsternpunkt N und Erde E eine Induktivität (Petersen-Spule), fließt durch sie ein induktiver Erdschlussspulenstrom, der den kapazitiven Erdschlussstrom an der Fehlerstelle, bei passender Bemessung der Induktivität, kompensieren kann. An der Anhebung der Spannung auf den gesunden Leitern ändert sich nichts. Welche Anschlussart ist für die Messung der Störschriebe und für eine Bewertung der Spannungsqualität nach EN 50160 zu wählen?

EN 50160 in NS- und MS-Netzen

netzstörung-Spannungsqualität-en-50160

Aufzeichnung einer Netzstörung als Oszilloskopbild mit dem Störschreiber und Netzanalysator PQI-D.

Messung Phase gegen Erde:

Oszilloskopbild
Oszilloskopbild U1N, U2N, U3N

Bei diesem wiederzündendem einphasigen Erdschluss in einem 110kV Netz kann man gut die Anhebung der zwei gesunden Leiter und den Faktor 1,73 erkennen.

Aufzeichnung der gleichen Störung als 10ms RMS Schrieb der Phase – Erde – Spannung:

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Aufzeichnung einer weiteren Störung als 1/2 Perioden RMS Störschrieb der Phase gegen Erde.

Anhand dieser Aufzeichnungen kann man die Art des Fehlers im MS-Netz beurteilen, jedoch kann man die Auswirkungen dieser Netzstörung auf das Niederspannungsnetz nicht erkennen.

Für die Beurteilung der Netzstörung welche die Niederspannungsseite bzw. der Endkunde bemerkt hat, wertet man die Störung Phase-Phase bezogen aus, da der Endkunde die Spannung über den Transformator nur so auf die Niederspannungsseite geliefert bekommt.

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Rekorder als 10msec. RMS Wert U12, U23, U31

In dieser Phase-Phase Aufzeichnung erkennt man einen Einbruch der Mittelspannung von 1%, welchen der Endkunde auf der Niederspannung in etwa auch mit 1% erhalten hat, jedoch kaum bemerkt haben dürfte.

Alle Grenzwerte der Norm EN 50160 (Flicker, Harmonische, Spannungsschwankungen, Netzsymmetrie usw.) im Mittelspannungsnetz sind auf die verketteten Spannungen bezogen. Eine Umrechnung eines Effektivmesswertes gemessen über die Strangspannungen, ist im Nachhinein nicht mehr möglich.

Für Hochspannungsnetze gilt die EN 50160 nicht, hier gelten die Normen IEC 61000-3-6 für Harmonische und IEC 61000-3-7 für Flicker mit niedrigeren Grenzwerten als in der EN 50160 angegeben.

EN-50160-anwendungsgebiete

Parameter der EN 50160 mit Grenzwerten für das öffentliche Niederspannungsnetz und Mittelspannungsnetz.

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