Power Quality

Die Bewertung von Frequenzabweichungs-Ereignissen erfolgt auf Basis von 10-s-Mittelwerten der Netzfrequenz.
Bei den Grenzwerten der erlaubten Frequenzabweichung wird zwischen synchronen Netzen (± 1 % = 0,5 Hz) und Inselnetzen (± 2 % = 1 Hz) unterschieden.

Ursachen starker Frequenzabweichungen sind plötzliche Abschaltungen von großen Lasten oder Erzeugungsanlagen.
Eine zu große Frequenzabweichung kann zum Verlust der Synchronität von Motoren und Generatoren führen und diese dadurch beschädigen.

In der Power Quality wird ein plötzliches Absinken des Spannungseffektivwertes einer oder mehrerer Phasen unterhalb von 90 % des Nominalwertes als Spannungseinbruch bzw. Dip bezeichnet. Die Dauer eines solchen Ereignisses liegt zwischen 10 ms und einer Minute.
Ursachen für Spannungseinbrüche können zum einen Einschaltströme von Motoren oder anderen Lasten sein, welche über die Netzimpedanz einen Spannungsfall verursachen. Des Weiteren können Spannungseinbrüche durch Kurzschlüsse aus dem übergelagerten Netz (besonders häufig im Mittelspannungsnetz) entstehen. Ursachen sind hier Erdbauarbeiten, Freileitungskurzschlüsse oder Kabelalterung.

Erklärung der Begriffe:
Extremwert: Tiefster Wert der 10-ms-Spannung während des Ereignisses [V]
Dauer: Zeitunterschied zwischen Verlassen und Wiederkehr in den Nennbereich der Spannung [ms]

In der Power Quality wird ein plötzlicher zeitweiliger Anstieg des Effektivwertes der Spannung über eine festgelegte Anfangsschwelle an einem bestimmten Punkt des Elektrizitätsversorgungsnetzes als Spannungsüberhöhung bewertet. Der Grenzwert in der EN 50160 liegt bei +10 % der vereinbarten Leiter-Leiter-Spannung für die Mittelspannung. Für die Niederspannung wird der Grenzwert immer auf die Leiter-Neutralleiter-Spannung nach EN 50160 festgelegt.

Spannungsüberhöhungen können beispielsweise durch das Abschalten großer Lasten (z. B. eines großen Motors) entstehen.

Erklärung der Begriffe:
Extremwert: Größter Wert der 10-ms-Spannung während des Ereignisses [V]
Dauer: Zeitunterschied zwischen Verlassen und Wiederkehr in den Nennbereich der Spannung [ms]

Verhältnis aller Oberschwingungseffektivwerte zum Effektivwert der Grundschwingung. Der Wert (THD – Total Harmonic Distortion) gibt die gesamte Verzerrung durch nichtlineare Verbraucher an.

Ursachen:
Aufgrund von nichtlinearen Lasten im Versorgungsnetz können Verzerrungen der Sinusform der Spannung im Netz auftreten. Je nach Art der Last werden bestimmte Vielfache der Netzfrequenz (Harmonische) besonders stark ausgeprägt.

Beispielsweise treten bei dreiphasigen Verbrauchern wie synchronen/asynchronen Motoren oder B6-Gleichrichtern besonders starke Verzerrungen der 5. und 7. sowie 11. und 13. Harmonischen auf. Bei einphasigen Lasten in der Niederspannung sind oft die Vielfachen von 3 betroffen (15., 21., 27.).

Eine Verzerrung einer Harmonischen wird als PQ-Ereignis erfasst, wenn der 10-min-Mittelwert der Größe oberhalb der von der Norm definierten Grenze liegt. Im PQ-Ereignis werden die Ordnung der Harmonischen sowie die Überschreitung des Grenzwerts in % angegeben.

Zu hohe Pegel der Spannungsharmonischen können zu Fehlverhalten, Überhitzung und Ausfall von elektrischen Betriebsmitteln sowie zu verstärkter Störgeräuschentwicklung führen.

Norm
In der EN 50160 sind die Pegel aller bis zur 25. Harmonischen einzeln festgelegt und haben unterschiedliche Grenzwerte in den verschiedenen Spannungsebenen von der Nieder- über die Mittel- bis zur Hochspannung. Der THD ist mit einem Verträglichkeitspegel von 8 % in der EN 50160 festgelegt.

Schnelle Spannungsänderungen (engl. Rapid voltage change RVC) treten im elektrischen Versorgungsnetz relativ häufig auf und entstehen hauptsächlich durch Laständerungen in Kundenanlagen und durch Schalthandlungen im Netz.

Das Power-Quality-Ereignis der schnellen Spannungsänderung wird dadurch gekennzeichnet, dass die Netzspannung von einem stationären Zustand in einen anderen stationären Zustand übergeht.

Im Ereignis wird die Dauer dieses Übergangs, die maximale Spannungsabweichung während des Übergangs und die stationäre Änderung der Spannung erfasst.

Schnelle Spannungsänderungen haben in der Regel keine großen Auswirkungen auf elektrische Betriebsmittel. Allerdings können viele RVC-Ereignisse zum Anstieg des Flickerpegels führen.

Der Flicker ist ein Maß für die Stärke von periodischen Spannungsschwankungen im elektrischen Netz, welche zu einer visuell wahrnehmbaren Leuchtdichteänderung bei elektrischen Leuchtmitteln führen.
Mithilfe des Flicker-Messverfahrens nach DIN EN 61000-4-15 werden diese Schwankungen als dimensionslose Größe berechnet und über ein gewichtetes Mittelwertverfahren in zwei Zeitintervallen gemittelt. Der Kurzzeitflicker Pst (engl. perceptibility short-term) wird im 10-Minuten-Intervall gebildet, der Langzeitflicker Plt (engl. perceptibility long-term) im 2-h-Messintervall.

Ursachen
Ursachen für einen erhöhten Flickerwert sind meist periodische Leistungsschwankungen im Netz bei hoher Netzimpedanz (schwachem Netz). Weiterhin können hohe Oberschwingungsströme und Interferenzen zwischen Lasten zu einer Überschreitung des Flicker-Grenzwerts führen.
Bei Power-Quality-Ereignissen wie kurzzeitigen Über- oder Unterspannungen (Dip/Swell) wird auch sehr häufig die Flicker-Grenze der betroffenen Spannungen verletzt. In diesem Fall können die Flicker-Ereignisse ignoriert werden.

Bedeutung für die EN 50160 Auswertung
In der EN 50160 existieren keine Grenzwerte für die Anzahl von Pst- oder Plt-Ereignissen. Es wird lediglich die Wochenstatistik des Langzeitflickers Plt im 2-h-Intervall bewertet.

Die Spannungsunsymmetrie ist ein Maß für die ungleichmäßige Belastung eines Dreiphasensystems. Diese kann sich durch unterschiedliche Amplitude ΔU der einzelnen Phasen oder eine Phasenwinkeldifferenz Δϕ ungleich 120° zwischen den Außenleiterspannungen bemerkbar machen.

Zur Berechnung der Spannungsunsymmetrie werden die 10-Minuten-Mittelwerte der symmetrischen Komponenten des gemessenen Spannungssystems verwendet. Der Wert für die Unsymmetrie [%] berechnet sich dabei aus dem Verhältnis von Gegensystem zu Mitsystem.

Ursachen
Probleme mit der Symmetrie des Dreiphasensystems treten vor allem in Niederspannungsnetzen auf und werden von ungleichmäßig verteilten ein- und zweiphasigen Verbrauchern sowie Erzeugungsanlagen hervorgerufen.

In Mittel- und Hochspannungsnetzen können Unsymmetrien durch Schmelzöfen oder verdrehte Übertragungsleitungen entstehen.

Bedeutung für die EN 50160 Auswertung
In der EN 50160 existieren keine Grenzwerte für die Anzahl von Spannungsunsymmetrie-Ereignissen. Es wird lediglich die Wochenstatistik der Spannungsunsymmetrie-Messwerte im 10-Minuten-Intervall bewertet. Der Grenzwert liegt üblicherweise bei 2 %.

Eine Unterbrechung der Stromversorgung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung auf allen Phasen auf weniger als 5 % des Nominalwertes einbricht.

Es wird zwischen planmäßigen oder unplanmäßigen Unterbrechungen der Versorgung in einem bestimmten Gebiet, kurzzeitigen Unterbrechungen (bis zu 3 Minuten) sowie langen Unterbrechungen (mehr als 3 Minuten) unterschieden.

Ursachen für Unterbrechungen können äußere Einflüsse wie Beschädigungen von Übertragungsleitungen durch Naturereignisse, geplante Schaltvorgänge oder Schutzauslösungen sein.