Elektroenergiequalität sicherstellen mit integrierter Ursachenanalyse

Netzrückwirkung erkennen

Elektroenergiequalität (EEQ) wird durch Merkmale wie Frequenz, Höhe, Kurvenform und Symmetrie der Außenleiterspannungen definiert. Sie wird durch das immer dezentraler gespeiste Versorgungsnetz selbst, aber auch von den beim Stromabnehmer vorhandenen Verbrauchern in zunehmendem Maße negativ beeinflusst. Ein System zur normgerechten Erfassung der Energiequalitätsparameter ist das Messmodul ibaPQU-S, das zusammen mit dem Aufzeichnungssystem ibaPDA die erfassten Qualitätsdaten mit den Anlagen-/Prozessdaten in Zusammenhang bringt und so eine Ermittlung von Ursachen ermöglicht.
„Anlagen und Verbrauchsgeräte sind so zu betreiben, dass Störungen anderer Kunden und störende Rückwirkungen auf Einrichtungen des Elektrizitätsversorgungsunternehmens oder Dritter ausgeschlossen sind.“ Diesen Anspruch stellt der Energiequalitätsexperte im VDE Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Mombauer an Netzbetreiber, Energieerzeuger sowie Abnehmer elektrischer Energie. Eine besondere Herausforderung vor dem Hintergrund der Energiewende, denn die dezentrale Energieerzeugung und das damit verbundene schwankende Angebot an elektrischer Energie aus regenerativen Quellen beeinflusst die Stabilität des Energienetzes und damit auch eine durchgängige Energieerzeugung. Weitere Belastungen der Netzqualität und -stabilität kommen direkt von den Stromverbrauchern selbst. In der produzierenden Industrie nehmen die leistungselektronischen Anlagen beispielsweise für frequenzgeregelte Antriebe auch im Höchstleistungsbereich immer mehr zu. Diese Verbraucher belasten das Netz wegen der schaltenden Arbeitsweise ihrer leistungselektronischen Ventile wie IGBTs oder Thyristoren mit stark von der Sinusform abweichenden Strömen. Durch die Netzreaktanzen entstehen durch den Oberschwingungsanteil der Ströme Netzrückwirkungen, die zu ‚Verschmutzungen‘ der Netzspannungen führen, und die Elektroenergiequalität (EEQ) im Versorgungsnetz beeinträchtigen. Durch die Dezentralisierung der Energieerzeugung werden diese negativen Effekte noch verstärkt.

Modul zur Überwachung der Netzqualität

Schlechte Netzqualität stellt in industriellen Umgebungen ein Problem dar, wenn dadurch empfindliche elektronische Geräte ausfallen oder Schutzabschaltungen vorgenommen werden. Ungeplante Stillstandzeiten, Produktionsausfälle, hohe Energiekosten oder sogar Bußgelder wegen Verunreinigung der Energieversorgung können vermieden werden, wenn die Ursachen für andauernde und spontane Ereignisse für Netzqualitätsprobleme ermittelt werden können. Einen Lösungsansatz bietet die neue Moduleinheit zur Messung der Energiequalität IbaPQU-S. Das Modul ist zentraler Bestandteil eines Systems zur Überwachung der Netzqualität sowie zur Analyse von Störungen. Es realisiert alle dafür relevanten Messaufgaben zur Erfassung von Strom, Spannung und Frequenz. Es ist dabei in eine übergeordnete Prozessmesstechnik integriert, wodurch sich die Elektroenergiequalitätsmessung in Zusammenhang mit den Anlagen- und Prozessdaten kombinieren lässt. „Mit ibaPQU-S kann der Anlagenbetreiber erkennen, in welchem Betriebszustand seine Anlage war, als bestimmte Veränderungen im Netz eintraten. Die Ursachenanalyse für durch den Prozess ausgelöste Netzschwankungen ist somit jederzeit möglich“, erklärt Oliver Soukup, Entwicklungsleiter der Iba AG.

Transiente Störschreiber für EEQ-Messung

Relevant ist IbaPQU-S für verschiedene Anwendungsszenarien in industriellen Anlagen und in der elektrischen Energietechnik. Stahlwerke oder Hüttenbetriebe sind große Energieabnehmer, die auf der Mittel- und Hochspannungsebene Energie beziehen. Hohe, stoßartige Lasten durch den Anlauf und Betrieb von Großmaschinen wie Walzwerkshauptantriebe oder Lichtbogenöfen erzeugen Oberschwingungen und unerwünschte Blindleistung. Teilweise speisen die Energiegroßabnehmer auch in das Netz ein, weil sie im Werk selbst eigene Kraftwerke betreiben. Ob Energieentnahme aus oder Einspeisung in das Netz – die Anlagenbetreiber haben ein Interesse daran, die Netzqualität zum Schutz der eigenen Anlagen zu stabilisieren und zu steigern und setzen entsprechende Messgeräte aus diesem Grund ein. Darüber hinaus machen immer stringenter werdende Anforderungen an die Elektroenergiequalität den Einsatz eines Energiequalitäts-Messgerätes notwendig. Eine weitere Zielgruppe für EEQ-Messsysteme sind Anlagenbauer, beispielsweise Hersteller von HGÜ-Anlagen oder von Anlagen zur aktiven und passiven Kompensation von Blindleistung und Oberschwingungen. Für ihre Kunden sind sie angehalten, Anlagen nach den geltenden Vorschriften anzubieten, die störende Rückwirkungen ausschließen. In der HGÜ-Technik werden die Iba-Messsysteme seit vielen Jahren weltweit als transiente Störschreiber (TFR, Transient Fault Recorder) eingesetzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen TFR-Geräten sind die Iba-Störschreiber nicht als Black-Box aufgebaut. Das System ist modular und erweiterbar aufgebaut, um unterschiedlichen Anforderungen sowohl im Umfeld der industriellen Automatisierung als auch im Einsatzgebiet als transienter Störschreiber gerecht zu werden. Kern der messtechnischen Anwendung ist dabei das Prozessdaten-Aufzeichnungssystem IbaPDA. Als externes, autarkes Messsystem genügt es den hohen Anforderungen bei der Erfassung und Aufzeichnung von Störungen in energietechnischen Anlagen. Alle relevanten Größen werden zeitlich hoch aufgelöst und synchron erfasst und im Fehlerfall in Dateien aufgezeichnet. Dabei können mehrere potentielle Fehlerfälle als Trigger für die Aufzeichnung spezifiziert werden. Die anschließende Analyse der Messdateien erfolgt mit der kostenfrei lizensierten Analysesoftware IbaAnalyzer. Mit dem Power Quality Modul IbaPQU-S lässt sich die TFR-Funktionalität des Systems jetzt um die Messung von EEQ-Parametern ergänzen.