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Was versteht man unter Spannungsstabilität/Spannungsstabilisierung?
Spannungsstabilität bezeichnet die Fähigkeit eines elektrischen Systems, eine konstante Spannung zu liefern, auch wenn es Schwankungen oder Störungen im Stromnetz durch Verbraucher, Erzeuger oder heute auch immer mehr durch Prosumer gibt („Prosumer“ = „Producer/Erzeuger“ + „Consumer/Verbraucher“). Eine stabile Spannung ist dabei entscheidend für die fehlerfreie Funktion von elektrischen Verbrauchern wie Geräten in Privathaushalten und Maschinen in Industrieanlagen. Spannungsstabilisierung ist der Prozess, bei dem diese Spannung kontinuierlich auf einem stabilen Niveau gehalten wird, um die Auswirkungen von Spannungsschwankungen zu minimieren.
Offizielle Definition
In der Norm EN 50160 („Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems“) wird die Spannungsstabilität als die Fähigkeit eines Systems beschrieben, eine Spannung innerhalb eines festgelegten Toleranzbereichs zu halten, auch bei Schwankungen der Last oder externen Störungen. Diese Toleranzen umfassen ±10% der Nennspannung.
Warum ist Spannungsstabilität wichtig?
Spannungsstabilität ist für die effiziente und sichere Energieversorgung unerlässlich, insbesondere in der modernen Elektrizitätsversorgung, wo eine Vielzahl von Geräten und Systemen auf eine konstante Spannung angewiesen sind. Ohne eine stabile Spannung können Geräte und Maschinen nicht optimal arbeiten, was zu Energieverlusten, Fehlfunktionen oder sogar Schäden führen kann.
Warum ist sie wichtig?
- Vermeidung von Schäden an elektischen Geräten: Instabile Spannungen können empfindliche Geräte, wie Computer, Steueranlagen und industrielle Maschinen, beschädigen oder sogar zerstören.
- Verhinderung von Ausfällen von Fertigungs-/Produktionsanlagen: Instabile Spannung kann zu Ausfällen von Produktionsanlagen und massiven wirtschaftlichen Schäden führen (z.B. Ausschuss).
- Optimierung der Energieeffizienz: Durch Spannungsstabilisierung können Spannungsschwankungen ausgeglichen werden, was zu einer besseren Energieausnutzung führt.
- Sicherheit: Eine stabile Spannung gewährleistet die Betriebssicherheit des Stromnetzes und ist besonders wichtig für kritische Infrastrukturen wie Krankenhäuser, Rechenzentren oder Energieversorgungsanlagen.
- Rechtliche Verpflichtungen für Energieversorger: Laut der EN 50160 sind Energieversorger verpflichtet, Strom in einer bestimmten Qualität zu liefern, insbesondere hinsichtlich der Spannungsstabilität. Wenn diese Vorgaben nicht eingehalten werden, können Verbraucher rechtliche Schritte einleiten, wie etwa Schadensersatzforderungen oder Klagen auf Vertragserfüllung, da eine mangelhafte Spannung zu Schäden oder Ausfällen führen kann.
Wodurch kann Spannungsstabilität gestört werden?
Spannungsstabilität kann durch verschiedene Faktoren gestört werden, die von der Art und Weise abhängen, wie das elektrische Netz betrieben wird und welche externen Einflüsse auf das System wirken.
Ursachen für Störungen der Spannungsstabilität:
- Spannungsschwankungen aufgrund von Laständerungen
Wenn sich die Last in einem Stromnetz schnell verändert (z.B. bei starkem Anstieg oder Abfall des Energieverbrauchs), kann die Spannung nicht sofort angepasst werden.
- Schwankungen im Stromnetz durch erneuerbare Erzeugertechnologien
Fluktuierende Einspeisung durch erneuerbare Energieerzeugungstechnologien, etwa durch Windkraft oder Photovoltaik, können die Spannungsstabilität erheblich beeinträchtigen.
- Netzüberlastung
Zu viele Verbraucher gleichzeitig können das Netz überlasten und zu Spannungsschwankungen führen. Zum Beispiel, wenn gleichzeitig in einer Nachbarschaft viele Elektroladesäulen gleichzeitig laden.
Welche negativen Auswirkungen entstehen durch instabile Spannung?
Instabile Spannung kann zu erheblichen Problemen sowohl für das Stromnetz, die angeschlossenen Verbraucher als auch für Energieversorger führen, die für stabile Spannungsversorgung haften.
Negative Auswirkungen von Spannungsschwankungen:
- Beschädigung von Geräten und Maschinen: Zu hohe oder zu niedrige Spannung kann zu Defekten in elektrischen Geräten führen. Stabilisierte Spannung ist in vielen modernen Geräten erforderlich, und eine instabile Spannung kann deren Lebensdauer erheblich verkürzen.
- Betriebsstörungen und Ausfälle: Besonders in der Industrie kann Spannungsstabilisierung dazu beitragen, Stillstände zu vermeiden, die durch unregelmäßige Stromversorgung verursacht werden.
- Erhöhte Kosten für Wartung und Reparaturen: Geräte, die regelmäßig unter instabiler Spannung arbeiten, erfordern häufiger Wartung und Reparaturen, was zusätzliche Kosten verursacht.
- Effizienzsteigerung: Elektrische Geräte arbeiten am effektivsten bei Nennspannung (z.B. 400V L-L oder 230V L-N). Dies kann durch eine stabile Spannung erreicht werden.
Wie kann Spannung wieder stabilisiert werden?
Die Spannungsstabilisierung ist ein zentraler Aspekt der Energieversorgung, insbesondere in komplexen elektrischen Netzwerken, in denen Spannungsschwankungen die Betriebsweise empfindlicher Geräte und Anlagen stören können. Die Spannungsstabilität kann durch die entsprechende Regeltechnik erreicht werden, die dabei speziell auf die unterschiedlichen Spannungsniveaus im Energieversorungsnetz abgestimmt ist: Hoch-, Mittel- und Niederspannung. Für die effektive Spannungsstabilisierung in der Niederspannung bietet A. Eberle beispielsweise das LVRSys®-Niederspannungsregelsystem an, während im Bereich der Hoch- und Mittelspannung das Spannungsregelsystem REGSys® zur Anwendung kommen.
Hoch- und Mittelspannung: REGSys®
In der Mittelspannung (1 kV bis 36 kV) und Hochspannung (über 36 kV) ist Spannungsstabilisierung eine essenzielle Aufgabe für Energieversorger, da hier große Energieflüsse mit einer Vielzahl von Verbrauchern und Erzeugern interagieren. Die Stabilisierung erfolgt oft durch den Einsatz von Spannungsreglern wie REGSys®, die die Spannung schnell anpassen, wenn sie zu hoch oder zu niedrig wird.
Unser Spannungsregelsystem REGSys®-System wird verwendet, um die Spannungsstabilität auf Transformatoren und in Netzwerken mit variabler Last sicherzustellen. Dies hilft, die Spannung auf einem konstanten Niveau zu halten und so Spannungsstabilität zu garantieren, insbesondere bei Änderungen der Last.
REGSys®
Unser »Spannungsregelsystem REGSys®« ist speziell darauf ausgelegt, Spannungsschwankungen und Spannungsabfälle in Hoch- und Mittelspannungsnetzen zu kompensieren. Neben der automatischen Regelung, der Überwachung und dem Monitoring von Transformatoren mit Stufenschaltern, kann REGSys® individuell nach Anwendungsfall durch Zusatzfunktionen wie Stromeinfluss (z.B. Kompensation der Leitungsimpedanzen) oder Parallelbetrieb ergänzt werden.
Niederspannung: LVRSys®
In der Niederspannung (400V L-L oder 230V L-N) spielt die Spannungsstabilisierung eine Schlüsselrolle für die Funktionsfähigkeit der angeschlossenen Verbraucher, wie Haushalte und industrielle Verbraucher mit Maschinenparks. Das LVRSys®-Niederspannungsregelsystem von ist speziell für diese Anwendungsfälle konzipiert und bietet eine effektive Lösung zur Spannungsstabilisierung in Niederspannungsnetzen, um die Spannung auf dem gewünschten Niveau und innerhalb des normkonformen Toleranzbereiches zu halten.
Durch den Einsatz von LVRSys® kann die Spannungsstabilität im Niederspannungsbereich gesichert und das Risiko von Schäden durch instabile Spannungen minimiert werden. Dieses System ist besonders nützlich in Netzwerken, in denen Spannungsschwankungen häufig auftreten, etwa durch Spitzenlasten oder unregelmäßige Lastverteilungen ausgelöst durch Photovoltaik-Anlagen, Ladestationen/Wallboxen oder Wärmepumpen.
LVRSys®
Das »LVRSys®-Niederspannungsregelsystem« wurde speziell entwickelt, um Spannungshaltungsprobleme im Niederspannungsnetz aufgrund der Integration von Elektromobilität, Photovoltaik und Wärmepumpen oder langer Übertragungsleitungen zu lösen. Es stellt eine wirtschaftliche & flexible Alternative zum kosten- und zeitintensiven Leitungsausbau dar. Das System ist bewährt, einfach in das Netz zu integrieren und wartungsfrei.
Weitere Methoden zur Spannungsstabilisierung
Es gibt weitere Methoden zur Spannungsstabilisierung, die in bestimmten Anwendungsfällen nützlich sein können, jedoch in Energieversorgungsnetzen oft nicht die nötige Effizienz und Flexibilität bieten, um umgangssprachlich die „Spannung zu glätten“, bzw. den „Strom zu glätten“.
Spannungsstabilisatoren
Spannungsstabilisatoren erkennen Spannungsschwankungen und korrigieren diese sofort, um eine konstante Spannung zu gewährleisten. Sie arbeiten durch kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Spannung an ideale Werte, was sie für kleinere Netzbereiche oder spezifische Anwendungen wie Industrieanlagen nützlich machen kann. Allerdings stoßen sie in größeren und auch komplexeren Netzstrukturen, wie sie in der Energieversorgung üblich sind, schnell an ihre Grenzen. Ihre begrenzte Skalierbarkeit und die Tatsache, dass sie oft nicht schnell genug auf Spannungseinbrüche reagieren, machen sie in vielen Fällen ungeeignet. Zudem bieten sie nicht die notwendige Flexibilität, um dynamische Lastschwankungen in umfangreichen Netzwerken auszugleichen und integrieren sich oft nicht in moderne Netzmanagementsysteme.
Vorteile des LVRSys®-Niederspannungsregelsystems zur Spannungsstabilisierung
- Hohe Leistungskapazität: LVRSys kann größere Lasten in Niederspannungsnetzen stabilisieren.
- Energieeffizient: Da es keine Leistungsverlustquellen besitzt, ist LVRSys® äußert energieeffizient (Wirkungsgrad: 99,4 – 99,8 %) und wirtschaftlich.
- Robust und langlebig: Der Einsatz von verschleißfreien Thyristoren anstelle mechanischer Schalter wie Schütze sorgt für eine besonders hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit – auch bei häufigem Schalten unter Last.
- Netzkompatibilität: LVRSys lässt sich problemlos in bestehende Stromnetze von Energieversorgern und Industrieunternehmen integrieren und ist praktisch wartungsfrei.
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