Spannungsüberwachung

Kontinuierliche Überprüfung der Spannung in elektrischen Energienetzen

Was ist Spannungsüberwachung in öffentlichen & industriellen Energienetzen und wie funktioniert/läuft diese ab?

Definition von Spannungsüberwachung

Spannungsüberwachung bezieht sich auf die kontinuierliche Überprüfung der Spannung in elektrischen Netzen, um sicherzustellen, dass diese innerhalb definierter Toleranzgrenzen liegt. Die offizielle Definition gemäß der Norm DIN VDE 0108-100 lautet: „Spannungsüberwachung ist die kontinuierliche Überprüfung der Spannung in elektrischen Netzen, um Abweichungen von den festgelegten Grenzwerten zu erkennen und entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen.“ Spannungsüberwachung dient laut Definition der VDE-Norm dazu, „die Qualität und Stabilität der Energieversorgung zu gewährleisten und den Schutz von elektrischen Geräten und Systemen sicherzustellen“. Diese Überwachung ist entscheidend für den sicheren und effizienten Betrieb von elektrischen Systemen.

Notwendigkeit der Spannungsüberwachung

Spannungsüberwachung ist sowohl in öffentlichen als auch in industriellen Energienetzen notwendig, um deren Betriebssicherheit und Effizienz zu gewährleisten. In öffentlichen Energienetzen sorgt die Netzüberwachung dafür, dass Haushalte, öffentliche Einrichtungen und Großverbraucher zuverlässig mit Strom versorgt werden. In industriellen Energienetzen, insbesondere bei Maschinen und Anlagen, ist die Spannungsüberwachung entscheidend für den störungsfreien und wirtschaftlichen Betrieb. Hierbei spielt die Phasenüberwachung eine wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass alle Phasen gleichmäßig belastet werden und keine Phasenungleichgewichte auftreten.

Risiken und Nachteile ohne Spannungsüberwachung

Ohne Spannungsüberwachung können verschiedene Risiken und Nachteile auftreten:

  • Überlastung von Geräten: Elektromotoren und andere elektrische Geräte können durch Unterspannung überlastet werden, was zu Schäden oder vorzeitigem Verschleiß führt.
  • Zerstörung durch Überspannung: Geräte können durch Überspannung beschädigt oder zerstört werden, beispielsweise durch fehlerhafte Regelung von Generatoren im Inselbetrieb.
  • Unterbrechungen im Betrieb: Fehlende Spannungsüberwachung kann zu ungeplanten Ausfällen und Unterbrechungen führen, was insbesondere in industriellen Prozessen zu hohen Kosten und Produktivitätsverlusten führt.

Ergebnisse und Handlungsempfehlungen der Analyse/Messung

Die Analyse und Messung der Spannungsüberwachung kannn verschiedene Ergebnisse liefern:

  • Normale Spannung: Keine Handlung erforderlich, da die Spannung innerhalb der akzeptablen & normkonformen Grenzen liegt.
  • Unterspannung und Überspannung: Bei Unterspannung können Maßnahmen wie Lastreduktion oder Abschaltung nicht kritischer Verbraucher empfohlen werden, um die Spannung temporär zu stabilisieren. Maßnahmen gegen Überspannung können der Einsatz von Überspannungsschutzgeräten oder Anpassung von Generatorregelungen sein. Im Bereich der Niederspannung im Verteilnetz bietet das »LVRSys®-Niederspannungsregelsystem« ein flexible Lösung für Spannungshaltungsprobleme und wird weltweit von Kunden als wirtschaftliche und schnell verfügbare Alternative zum Leitungsausbau eingesetzt. Klicken Sie hier für weitere Informationen.
  • Phasenungleichgewicht: Kann auf ungleichmäßige Lastverteilung hinweisen und erfordert möglicherweise eine Lastumverteilung oder Phasenkorrektur.

Unterschied zwischen Unterspannungsüberwachung und Überspannungsüberwachung

Die Unterspannungsüberwachung bezieht sich auf die Erkennung von Spannungsschwankungen, die unterhalb des festgelegten Niveaus liegen. Die Überspannungsüberwachung hingegen erfasst Spannungsschwankungen, die oberhalb des festgelegten Niveaus liegen. Beide dienen dem Zweck, die Spannung innerhalb der normkonformen Spannungstoleranz zu halten und so Versorgungssicherheit für Energieversorgungsunternehmen (EVUs) und deren Verbraucher zu gewährleisten. Die kontinuierliche Spannungsüberwachung mit unseren festinstallierten PQ-Netzanalysatoren bietet EVUs und großen Verbrauchern wie Industrieunternehmen außerdem die Möglichkeit, die Bezugsqualitäten oder Qualitätsvereinbarungen zur Spannungsqualität zwischen Energieversorger und Kunden zu überwachen, zu registrieren und zur Auswertung bzw. Speicherung bereitzustellen.​ Die modernen und hochgenauen Spannungsqualitäts-Messgeräte von A. Eberle sind nach der Norm IEC 61000-4-30 Ed. 3 als Messgeräte der »Klasse A« zertifiziert. Diese Norm definiert geeignete Messtechnik und Messmethoden, um vergleichbare und reproduzierbare Messergebnisse zu schaffen. Messdaten von Messgeräten der Klasse A bezeichnet man auch als „gerichtsfest“, da diese über eine sehr hohe Messgenauigkeit und EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) verfügen und nur das messen, was sich tatsächlich im Netz abspielt.

Spannungsüberwachung für verschiedene Spannungsniveaus

  • Spannungsüberwachung 12V: Wird häufig in Steuerstromkreisen und DC-Steuerstromkreisen eingesetzt. Sie schützt vor Unterspannung und Überspannung, um empfindliche Elektronik zu schützen.
  • Spannungsüberwachung 24V: Ähnlich wie bei 12V-Systemen, aber oft in industriellen Steuerungen und Automatisierungssystemen verwendet.
  • Spannungsüberwachung 230V: Relevant für Haushaltsgeräte und einphasige industrielle Anwendungen. Hier schützt die Überwachung vor Spannungsschwankungen im öffentlichen Netz.
  • Spannungsüberwachung 400V (3-phasig): Wichtig in dreiphasigen industriellen Netzen. Überwacht alle drei Phasen in einem dreiphasigen Netz. Dies ist entscheidend, um Phasenungleichgewichte zu erkennen und zu korrigieren. Stellt sicher, dass Maschinen und Anlagen stabil und sicher betrieben werden können.

Einstellbare Spannungsüberwachung

Einstellbare Spannungsüberwachung ermöglicht es, die Überwachungsgrenzen flexibel an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Systems anzupassen. Dies ist besonders nützlich in komplexen industriellen Umgebungen, wo verschiedene Geräte und Maschinen unterschiedliche Spannungsanforderungen haben. Daher bietet einstellbare Spannungsüberwachung die Möglichkeit, individuelle Schutzmechanismen für verschiedene Anwendungen zu konfigurieren und somit eine höhere Zuverlässigkeit und Effizienz der Phasenüberwachung und Netzüberwachung zu erreichen.

Phasenüberwachung

Die Phasenüberwachung umfasst die Überwachung der Spannung und der Phasenlage in dreiphasigen Systemen. Dies stellt sicher, dass alle Phasen im Gleichgewicht sind und verhindert somit Schäden durch Phasenverlust oder -unbalance. Eine effektive 3-Phasen-Netzüberwachung ist entscheidend, um die Stabilität und Effizienz von komplexen industriellen Netzwerken zu gewährleisten.

Netzüberwachung nach DIN VDE 0126-1-1

Eine Netzüberwachung nach DIN VDE 0126-1-1 stellt sicher, dass sowohl öffentliche als auch industrielle Energienetze sicher, zuverlässig und effizient arbeiten, indem sie kontinuierlich die Spannung und Phasenlage überwacht und gegebenenfalls Schutzmaßnahmen aktiviert.

Spannungsüberwachung auf den Punkt gebracht

Die Spannungsüberwachung ist ein essenzieller Bestandteil der Energieversorgung, sowohl in öffentlichen als auch in industriellen Netzen. Sie gewährleistet den sicheren und effizienten Betrieb von Geräten und Anlagen und schützt vor den Risiken und Nachteilen von Spannungsabweichungen. Die Überwachung kann auf verschiedene Spannungsniveaus und Phasen angewendet werden, um eine umfassende Netzüberwachung zu gewährleisten. Die Einhaltung der relevanten Normen, wie der DIN VDE 0126-1-1, ist dabei von großer Bedeutung, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten.

Welche Messgeräte braucht man für die Spannungsüberwachung?

Funktionen von Messgeräten zur Spannungsüberwachung

Messgeräte zur Spannungsüberwachung müssen verschiedene essenzielle Funktionen erfüllen, um eine effektive und zuverlässige Überwachung der Spannung in Energienetzen zu gewährleisten. Hier sind die wichtigsten Funktionen im Detail:

  • Über- und Unterspannungsüberwachung: Dies ist eine Kernfunktion, die sicherstellt, dass die Spannung innerhalb vordefinierter Grenzwerte bleibt. Ein Überwachungsrelais Spannung reagiert auf Abweichungen und schützt die angeschlossenen Geräte vor Schäden durch Über- oder Unterspannung. Unterspannungsrelais und Überspannungsrelais sorgen dafür, dass Geräte vor Unterspannung (z. B. Unterspannungsrelais 12V, Unterspannungsrelais 24V, Unterspannungsrelais 230V, Unterspannungsrelais 400V) und Überspannung geschützt werden.
  • Phasenüberwachung: Phasenüberwachungsrelais überwachen die Spannung und Phasenlage in dreiphasigen Systemen. Dies ist entscheidend für die Balance und den korrekten Betrieb von Maschinen. Ein 3 Phasenüberwachungsrelais oder ein phasenüberwachungsrelais 400v stellt sicher, dass alle Phasen im Gleichgewicht sind und keine Phasen ausfallen.
  • Asymmetrieüberwachung: Diese Funktion prüft die Symmetrie der Spannungen in den Phasen. Asymmetrien können zu ineffizientem Betrieb und möglichen Schäden führen.
  • Phasenfolgeüberwachung: Die Phasenüberwachungsrelais Funktion stellt sicher, dass die Reihenfolge der Phasen korrekt ist, was für den Betrieb von Drehstrommotoren essentiell ist.
  • Frequenzüberwachung: Diese Funktion überwacht die Netzfrequenz und stellt sicher, dass sie innerhalb des vorgesehenen Bereichs bleibt.
  • Neutralleiterüberwachung: Überwacht die Spannung im Neutralleiter, um sicherzustellen, dass keine übermäßigen Spannungen auftreten.
  • Einstellbare Schwellenwerte: Ein Spannungswächter einstellbar ermöglicht es, die Überwachungsgrenzen flexibel an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Systems anzupassen.

Wichtige Normen aus dem Bereich der Spannungsüberwachung

Es gibt verschiedene Normen und Vorschriften, die für den Bereich „Spannungsüberwachung“ relevant sind. Diese Normen dienen dazu, die folgenden Kriterien zu definieren und nachzuweisen:

  1. Qualität/Verträglichkeitspegel von Spannungen und Strömen in öffentlichen und industriellen Energienetzen
  2. Eignung von Messgeräten zur Spannungsüberwachung, bzw. zur Power Quality-Analyse
  3. Eignung von Messprozessen zur Spannungsüberwachung, bzw. zur Power Quality-Analyse

Im Folgenden gehen wir kurz auf die wichtigsten Normen ein:

DIN EN / IEC 61000-2-X & Ähnliche: Verträglichkeitspegel (für Spannungen) im Netz

DIN EN / IEC 61000-3-X: Produktnormen / Grenzwerte-Störaussendung von Geräten/Anlagen (z.B. Industrie-Produktionsanlagen)

DIN EN 61000-4-X | IEC 61000-4-X: Prüfnormen um die Eignung von Geräten zur Spannungsüberwachung (Netzanalysatoren) zu bewerten (Störfestigkeit / Grundnormen Elektromagnetische Verträglichkeit EMV)

Weitere wichtige zugehörige Normen für Power Quality Messgeräte zur Spannungsüberwachung

  • DIN EN 62586-1 | IEC 62586-1: Spezifiziert Produkteigenschaften und Leistungsanforderungen für Messgeräte, deren Funktionen das Messen, Aufzeichnen und gegebenenfalls das Überwachen von Netzqualitätskenngrößen in Versorgungsnetzen.
  • DIN EN 62586-2 | IEC 62586-2: Spezifiziert die Prüfverfahren für Klasse A und Klasse S Power Quality Geräte nach IEC61000-4-30

Diese Normen und Vorschriften stellen sicher, dass Spannung zuverlässig und vergleichbar bewertet werden kann und dass Spannungsüberwachungsgeräte die notwendigen Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit erfüllen. Die Einhaltung dieser Standards ist entscheidend für die Gewährleistung einer stabilen und sicheren Energieversorgung in öffentlichen und industriellen Energienetzen.

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