Aktuelle Problemfelder in der Spannungsqualität und Praxisbeispiele zu Kosten-Nutzen Analysen

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1 Aktuelle Problemfelder in der Spannungsqualität und Praxisbeispiele zu Kosten-Nutzen Analysen Referent: Dr.- Ing. Bodo Appel Von der Industrie- und Handelskammer Kassel öffentl. bestellter u. vereidigter Sachverständiger für Messtechnik in der Stromversorgung, Netzqualität und elektrische Umfeldbeeinflussung

2 Die Situation heute Oberschwingungen durch immer mehr nichtlineare Verbraucher Schaltnetzteile Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) Dimmer

3 Die Situation heute Oberschwingungen sind bekannt Netzresonanzen treten vermehrt auf sind noch unbekannt verursachen sehr hohen Leidensdruck bei Anlagenbetreibern

4 Schäden durch Resonanzen Schäden durch Netzresonanzen Zerstörte Vorschaltgeräte Zerstörte Rechner und Server (meist Netzteil) Ausfallkosten Austauschkosten Ärger zwischen Planer, Errichter, Lieferanten und Anlagenbetreiber Umbaukosten durch unnötige Anlagenumstrukturierung (falsche Gegenmaßnahmen) TN-S-Netz hilft dagegen nicht!

5 Resonanzursachen Schaltnetzteile sind kapazitive Lasten Voreilender Strom der Grundschwingung EMV-Filter sind kapazitiv Mit Induktivitäten im Netz Resonanz möglich

6 Schaltnetzteil Typischer Aufbau eines Schaltnetzteiles

7 Verhalten der Gleichrichterschaltung Spannungen und Strom im Netzteil

8 3. Oberschwingung im N-Leiter 3. Harmonische addieren sich im Neutralleiter L 1 L 2 L 3

9 3. Oberschwingung im Neutralleiter Messung in der Einspeisung Außenleiterstrom je 12 A

10 Überkopplung von Strömen durch Magnetfelder Magnetfeld H Strom +I Strom -I Leiter

11 EMV-ungünstige Anordnung von Stromschienen L 1 L 2 L 3 I Last Verteilerschrank N PE I Last I Stör

12 Induktion in PE-Leiter Messaufbau

13 Induktion in PE-Leiter Sehr hohe Stromwerte

14 Induktion in PE-Leiter Induzierter Strom im PE, 150 Hz, TN-S hilft dagegen nicht

15 EMV-günstige Anordnung von Stromschienen L 1 L 2 L 3 N I Last Verteilerschrank PE

16 PEN-Leiter überhitzt Keine reduzierten Querschnitte verwenden Brandgefahr Mit Infrarotkamera messen

17 Resonanzen Unterschiedliche Erscheinungsbilder Messangang durch Oszilloskopdarstellung Breitbandiges Messmittel erforderlich Display hilfreich

18 Typische Messbilder Blockförmige Resonanzen Strom eilt vor

19 Typische Messbilder Hohe Oberschwingungsfrequenzen

20 Typische Messbilder Blöcke im Dachbereich

21 Typische Messbilder Extreme Resonanz

22 Schaden an Kompensationsanlage

23 Schaden an Kompensationsanlage Brandgefahr Netzanalysator und Infrarotkamera vorbeugend einsetzen

24 Typische Messbilder Strom ohne/mit Resonanz

25 Typische Messbilder Last ist kapazitiv Strom eilt vor

26 Typische Messbilder Kommutierungseinbrüche Strom resoniert

27 Auch in der Mittelspannung Synchronisation zweier Netze nicht möglich

28 Beteiligte Komponenten Induktivität des speisenden Netzes Kapazitive Last der Schaltnetzteile Kapazitäten der Entstörfilter Kabel und Leitungen

29 Ersatzschaltbild Netz Verbraucher L Netz Gen.

30 Ersatzschaltbild Netz Verbraucher L Netz Gen. C Verbraucher R Verbraucher = f(t)

31 Ersatzschaltbild Kommutierungseinbruch Kommutierungsdrosseln der USV R Last C Filter X Trafo

32 Ersatzschaltbild Kommutierungseinbruch Kommutierungsdrosseln der USV X Trafo C Filter -U res I res + U res R Last U = 0 (Gleichrichter leitend)

33 Einfallweg der Störung Schaltnetzteile haben Regelkreise Spannung Ggf. Power Factor Jeder Regelkreis ist schwingfähig Schwingneigung wird normalerweise unterdrückt Treffen Netzresonanzen die Eigenfrequenzen der Regelungen erfolgt die Schädigung Typische Schadenbilder, unterscheiden sich stark von Überspannungsschäden

34 Empfindlichkeit von Schaltnetzteilen Netzteil ohne Power Factor Correction (PFC)

35 Empfindlichkeit von Schaltnetzteilen Netzteil mit Power Factor Correction (PFC)

36 Lösungsansätze Erst messen! Oszillogramm Oberschwingungen Interharmonische Messgerät mit Bandbreite > 2,5 khz verwenden Problemursache genau analysieren Maßnahmen festlegen Resonanzen durch jeweils passende Maßnahmen bekämpfen

37 Gegenmassnahmen Kurzschlussleistung erhöhen Kapazitive Komponenten entfernen Netzstruktur ändern, Verbraucher umrangieren Aktive Filter einsetzen

38 Aktive Filter Prinzip

39 Beispiel: Aktives Filter am 6-puls Gleichrichter V C:(0,0 s, -1,58181 V) Fichier 1 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 V C:(0,0 s, 0,49542 V) Fichier 1 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-0,5-1,0-1,0-1,5-1,5-2,0 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 s -2,0 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 s Verbraucher-Strom I (hier: Drehstromgleichrichter) Filter Kompensationsstrom I H =30A V C:(0,0 s, 0,77771 V) Fichier 1 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0 I = 82 A, Klirrfaktor k = 41% I 1 = 75 A, Klirrfaktor k = 3.6% -1,5-2,0 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 s Netzstrom I 1

40 Filter ausgeschaltet SW 452E09007

41 Filter eingeschaltet

42 Zusammenfassung Verbraucherstruktur ändert sich weiter Netzprobleme werden komplexer Neue Probleme kommen hinzu Anforderungen an die Meßtechnik steigen Neue Gegenmaßnahmen erforderlich Richtige Abstimmung der Gegenmassnahmen erbringt die Wertschöpfung

43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!