A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Netzverschmutzung mit Köpfchen reduzieren

01  Auf dem Weg in die Zukunft 4.0 gehen Digitalisierung und Elektrifizierung Hand in Hand. Dabei ist eine hohe Spannungsqualität  eine wichtige Voraussetzung für einen effizienten und sicheren Anlagenbetrieb (Bild: GettyImages)

01  Auf dem Weg in die Zukunft 4.0 gehen Digitalisierung und Elektrifizierung Hand in Hand. Dabei ist eine hohe Spannungsqualität eine wichtige Voraussetzung für einen effizienten und sicheren Anlagenbetrieb (Bild: GettyImages)

Da die Digitalisierung und Elektrifizierung in der Energieversorgung immer mehr Hand in Hand gehen, steigen die Anforderungen an Niederspannungsverteilungen stetig. Die Stromqualität sollte daher für jeden Betreiber von Niederspannungsverteilungen und industriellen Netzen von zentraler Bedeutung sein, macht sich Netzverschmutzung doch empfindlich in der Produktivität und demnach auch in den Bilanzen bemerkbar. Dabei lässt sich sogenannte Dirty Power wirkungsvoll vermeiden: Smarte Power-Management-Lösungen, adäquate Netzfilter und Kompensationsanlagen ermöglichen es, Oberschwingungen herauszufiltern, Blindleistung zu kompensieren und asymmetrisch belastete Netze zu optimieren. Bei Schneider Electric hat man es sich zum Ziel gesetzt, durch smartes Energiemanagement Anlagen zu schonen und Stromkosten zu stabilisieren.

02  Ausgestattet mit entsprechenden digitalen Modulen können die Leistungsschalter der Masterpact-MTZ-­Baureihe Wirk-, Blind- und Scheinenergie messen sowie ­eine ­Oberschwingungsanalyse durchführen (Bild: Schneider Electric)

02  Ausgestattet mit entsprechenden digitalen Modulen können die Leistungsschalter der Masterpact-MTZ-­Baureihe Wirk-, Blind- und Scheinenergie messen sowie ­eine ­Ober- schwingungsanalyse durchführen (Bild: Schneider Electric)

03  Das präzise Netzmessgerät Power Logic ION9000 liefert  nicht nur rohe Messdaten zu Ober­schwingungen, sondern dank integrierter Software auch nützliche Trends und Analysen (Bild: Schneider Electric)

03  Das präzise Netzmessgerät Power Logic ION9000 liefert nicht nur rohe Messdaten zu Ober­schwingungen, sondern dank integrierter Software auch nützliche Trends und Analysen (Bild: Schneider Electric)

Eine zuverlässige und saubere Energieversorgung ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit – sowohl ökologisch als auch ökonomisch. Schon 2016 – im Rahmen einer Studie der Weltbank – bewerteten befragte Unternehmen die elektrische Energie als das drittgrößte „Hindernis“ bei betrieblichen Entscheidungen. Das Problem dabei ist, dass sich Energiekosten schlecht kalkulieren lassen sich, da sie vom schwankenden Verbrauch, von volatilen Rohstoffpreisen sowie von geopolitischen Einflüssen abhängig sind. Auch eine inkonstante Qualität von Strom und Spannung macht die Betriebskosten zu einer schwer berechenbaren Größe (Bild 1).

Darunter leidet die Netzqualität

Die Gründe für mangelnde Spannungsqualität liegen in der Regel nicht bei den Stromerzeugern und -versorgern. Die Toleranzbänder für die Netzspannungen (400 V/230 V auf der Niederspannungsebene) sowie die Netzfrequenz sind eng umrissen und werden meist gut eingehalten. Störungen, die die Netzqualität ­beeinträchtigen, entstehen vielfach erst auf der Verbraucherseite.

Eine Quelle für unzureichende Verfügbarkeit können fehlerhafte Installation, unsachgemäße Verkabelung oder defekte Geräte sein. Doch meistens geschehen die Störungen der Stromqualität durch den ganz normalen Betrieb gängiger ­Geräte im alltäglichen Gebrauch. Im Industrie- und Produktionsumfeld stellen zum Beispiel Schweißmaschinen, Lichtbogen- und Induktionsöfen, aber auch drehzahlvariable Antriebe sowie Frequenzumrichter nicht-lineare Lasten dar, die Oberschwingungen in das Netz zurückspeisen. Aber auch ältere USV-Anlagen sind typische Quellen für Netzverschmutzung und deren Verstärkung. In Bürogebäuden kann zudem die asymmetrische Phasenbelastung zum Problem werden, da das Netz durch viele einphasige Verbraucher, wie Netzteile von Computern, Druckern oder Kopiergeräten, ungleichmäßig beansprucht wird. Ähnliches gilt im Haushalt, wo schon der ganz gewöhnliche Gebrauch von Fernseher, Mikrowelle und Leuchtstofflampe die 50-Hz-Sinus­kurve mit rückgespeisten Oberschwingungen verzerrt. Auch in anderen Bereichen, wie Krankenhäusern und Laboren stellen hochkomplexe und technisierte Lasten eine Bedrohung für die Netzqualität dar.

Oberschwingungen und ungleichmäßige Phasenbelastung sind die Kern­probleme, die unter dem Begriff Dirty Power subsumiert werden und drastische Folgen haben können.

Netzverschmutzung kostet

Netzverschmutzung stellt Material, Lebenszyklen, Betriebskosten sowie Nerven auf eine harte Probe. So können Oberschwingungen sowie asymmetrische ­Phasenbelastung sowohl Produktions- als auch Arbeitsabläufe empfindlich stören: Geräte überhitzen und verschleißen schneller, Wartungs- und Reparaturkosten steigen und Ausgaben für die Neuanschaffung von Motoren, Kondensatoren, Kabeln und Transformatoren werden zur unkalkulierbaren Größe.

Allerdings existieren in Zeiten von IoT und smarten Lösungen für effizientes Energiemanagement fortschrittliche und effektive Möglichkeiten, um Dirty ­Power wirkungsvoll Herr werden zu können. Bei Schneider Electric ist die Überwachung der Netzqualität ein integraler Bestandteil des Energiemanagements und bietet hervorragende Möglichkeiten, um Ur­sachen zu finden sowie Abhilfe zu schaffen. Hintergedanke dieser Systeme ist eine ganzheitliche Integration von Messgeräten, Steuergeräten und Analysetools in die gesamte ­Anlage. Allerdings klingt das sowohl teuer als auch aufwendig. Schließlich lassen sich gerade Bestandsbauten oft nicht so leicht nachrüsten und der Spielraum für Investitionen in ein Management-System bleibt begrenzt.

Mit Messen, Steuern und Auswerten vorbeugen

Von Vorteil ist es da, dass die Branchenlösungen auf Basis der „EcoStruxure“-Architektur von Schneider Electric ­skalierbar sind. Sie eignen sich somit für eine sukzessive Implementierung und sind – etwa durch digitale Module für Leistungsschalter – bedarfsgerecht erweiterbar. Des Weiteren sind die vernetzten Produkte stets Teil einer holistischen Lösung. Geknüpft an ein Steuerelement lassen sie sich ­bequem und zielgenau auswerten und bedienen. In vielen Fällen erspart das nicht nur langwierige Testläufe und teures Ausprobieren, sondern ermöglicht auch in Echtzeit die stets aktualisierte Erkenntnis, ob die ergriffenen Maßnahmen wirksam sind oder nicht.

Gerade Leistungsschalter, die in jeder Niederspannungsanlage Verwendung finden, erweisen sich als hervorragende Helfer für prädiktive und verifizierende Maßnahmen gegen Netzverschmutzung. Die Leistungsschalter der Baureihe Masterpact MTZ (Bild 2) von Schneider Electric können mit entsprechenden digitalen Modulen aus dem Webstore „GoDigital“ so ausgestattet werden, dass sie beispielsweise Wirk-, Blind- und Scheinenergie messen sowie eine Oberschwingungsanalyse durchführen können. Installiert auf dem Steuer- und Auslösegerät Micrologic, liefern die Module ihre nutzbringenden Daten digital und in Echtzeit an das mobile Endgerät. Damit lassen sich Wartungskosten deutlich reduzieren und zielgenaue Eingriffe vor Ort sowie aus der Ferne realisieren.
Ein weiteres Messgerät, das dabei hilft, Netzverschmutzung vorzubeugen, ist das Power Logic ION9000 (Bild 3). Das besonders präzise und intelligente Gerät hat zertifizierte Genauigkeitsklasse von 0,1 S. Es liefert nicht nur rohe Messdaten zu Oberschwingungen, sondern dank integrierter Software gleich schon nützliche Trends und Analysen.

Messen, Steuern und Auswerten – diese drei Komponenten sind unerlässliche Voraussetzungen für ein effizientes Energie- und Power Management. Dank nahtloser Integration dieser drei Ebenen in allen Schneider Geräten ist eine durchgängige Kommunikation von Mensch, Maschine und Messgerät möglich.

Zielgenau Eingreifen

Prädiktive Maßnahmen sind jedoch nicht immer möglich. Gerade Oberschwingungen können mannigfaltige Ursachen haben und ihre Einspeisung lässt sich nie gänzlich vermeiden. Deshalb sind in manchen Kontexten Netzfilter angebracht. Deren nutzbringender Einsatz kann selbstverständlich von einem gründlichen Power Management koordiniert werden.
Die Hochleistungsfilter Accusine PCS+ für industrielle Umgebungen und Accusine PCSn für einfache Zweckbauten weisen THD- oder THD-Sollwerte auf und kompensieren die ungewollten Schwingungsverzerrungen schnell und präzise. Gerade in der Industrie, in Rechenzentren ­sowie in Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältezentralen lassen sie sich gewinnbringend und effizient einsetzen.

Fazit

Netzqualität mag ein abstrakter Begriff sein, aber wenn man seine Bedeutung für Betriebs- und Investitionskosten einmal quantifiziert, führt das schnell zu handfesten, meist negativen, Überraschungen. Aber das muss nicht so sein. Präzise Messtechnik, Netzfilter und Kompensationsanlagen ermöglichen ein effizientes und vorausschauendes Power Management, das dabei hilft, Netzqualität konstant und sauber zu halten. Wenn alle IoT-fähigen Komponenten einer Anlage in eine holistische Architektur integriert werden – entweder schon bei der Installation ganz neuer Anlagen oder im Rahmen sukzessiver Erweiterungen – können alle relevanten Parameter der Stromversorgung bequem im Blick bleiben und effektive Stellschrauben lassen sich gezielt und ohne großen Aufwand drehen. Bei angepasstem Investitionsaufwand führen diese Maßnahmen zu massiven und langfristigen Einsparungen. Hohe Netzqualität macht den Betrieb nachhaltig effizienter.(no)

www.schneider-electric.de


Kansu Ekici ist Junior Produktmanager Power Quality bei der Schneider Electric GmbH in Ratingen.

Autoren:

Kansu Ekici ist Junior Produktmanager Power Quality bei der Schneider Electric GmbH in Ratingen.

Bernhard Huenermund ist Produktmanager Messtechnik bei der Schneider Electric GmbH in Ratingen.

Bernhard Huenermund ist Produktmanager Messtechnik bei der Schneider Electric GmbH in Ratingen.