Power Quality Messbeispiele und Applikationen

Transkript

1 Power Quality Messbeispiele und Applikationen PQ-Box 100 Messbeispiele: Beispiel 1 Netzeinbrüche, die zu Ausfällen von Maschinen führten Die vorwiegenden Probleme im EVU-Netz beruhen auf Spannungsschwankungen und Netzeinbrüchen. Um Probleme im Netz zu finden, sollte mit möglichst kurzen Messintervallen über einen langen Zeitraum der Effektivwert aufgezeichnet werden. Hierfür ist es notwendig, dass der Netzanalysator mit einem großen Speicher ausgerüstet ist. Im Bild werden die Spannungen L1, L2, L3 sowie die Ströme L1, L2, L3 als 10ms-Extremwerte dargestellt. Der Messzeitraum betrug 5 Tage und 6 Stunden. Während der Messung wurde dreimal die Grenzwertlinie (230V 10% = 207V) unterschritten. Die Spannung brach bis auf 129V ein. Da sich die Ströme (ca. 1000A) zum Zeitpunkt des Netzeinbruches nicht stark erhöht haben, kann man davon ausgehen, dass die Störungsursache vor der Messstelle lag.

2 Beispiel 2 - Trigger / 10ms RMS-Effektivwertrekorder Werden eingestellte Grenzwerte über- oder unterschritten, so startet die PQ Box 100 weitere Aufzeichnungsrekorder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Das Bild zeigt eine 10ms Effektivwertaufzeichnung eines Netzeinbruchs. Man erkennt ein Ansteigen des Stromes der angeschlossenen Anlage von 1.000A auf 1.980A. In diesem Fall haben die Maschinen versucht die verringerte Spannung mit einem erhöhten Strom auszugleichen. Da der Strom am Ende der Störung nur noch 400A hatte, sieht man deutlich, dass durch den Spannungseinbruch viele Verbraucher in der Industrieanlage abgeschaltet haben.

3 Beispiel 3 - Trigger / Oszilloskopbild In einem Oszilloskopbild werden die Abtastwerte aufgezeichnet. Bei allen Rekordern der PQ-Box 100 sind die Aufzeichnungsdauer sowie die Vorgeschichte frei einstellbar. Im folgenden Bild werden die Spannungen L1, L2, L3 und die Ströme L1, L2, L3 aus dem vorherigen Bild als Oszilloskopbild dargestellt. Dadurch erhält man zusätzliche Informationen zur Kurvenform von Spannung und Strom. Transiente Ereignisse werden hier sichtbar. Manchmal ist es aber von Vorteil Strom und Spannung einzelner Phasen mit synchroner Nulllinie zu analysieren, um zum Beispiel Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung zu erkennen.

4 Beispiel 4 Test an Notstromversorgung fehlgeschlagen Im folgenden Beispiel wurde ein Notstromdieselaggregat unter realen Bedingungen eines Netzausfalls getestet. Für diesen Test eignet sich der 10ms-Effektivwertrekorder der PQ-Box 100 sehr gut. Zusätzlich zu den Spannungen und Strömen werden auch die Frequenz, die Wirk-, Blind- und Scheinleistung mit hoher Auflösung aufgezeichnet. Im Bild werden die Spannungen L1, L2, L3 und die Frequenz dargestellt. Man kann deutlich das gegenläufige Schwingen des Netzes auf den Spannungen und der Frequenz erkennen. Das Aggregat konnte zwar die geforderte Leistung liefern, jedoch führten die starken Schwankungen der Spannung und Frequenz zu einem Auslösen von Schutzrelais, welche die Anlage abgeschaltet haben.

5 Beispiel 5 Erhöhte Neutralleiterbelastung durch Oberschwingungen Durch die starke Zunahme von Schaltnetzteilen in Gebäuden kommt es zu höheren Belastungen des Neutralleiters Aufgrund der starken Netzbeanspruchung mit den durch Drei teilbaren Oberschwingungen können in bestimmten Netzabschnitten die Verträglichkeitspegel nicht mehr eingehalten werden. Darüber hinaus ergeben sich weitere Ausgleichsströme über den Potentialausgleich, weil in diesem Beispiel PE- und N Leiter nicht komplett getrennt verlegt wurden. Hier wurde nun an einem Heizungsrohr ein Strom von einigen Ampere gemessen. Das Bild zeigt ein Oszilloskopbild der Spannung L1 zusammen mit dem PEN-Leiterstrom. Man erkennt deutlich, dass die vorherrschende Frequenz auf dem Neutralleiter die 3-fache Frequenz der Spannung (50Hz) aufweist, nämlich 150Hz. Das nächste Bild zeigt das Spektrum der 2. bis 50. Stromharmonischen der Phasen L1, L2, L3. Typisch für ein Wohn- oder Bürogebäude treten hier alle ungeradzahligen Harmonischen auf. Die größte ist hier die 150 Hz-Frequenz.

6 Im nächsten Bild wurde die 3. Harmonische der Stromkanäle L1, L2, L3 und die des des Neutrallleiters über einen Zeitraum von einer Woche dargestellt. Man kann erkennen, dass der Neutrallleiterstrom ungefähr die Summe der Phasenströme ist. Auch typisch für ein großes Wohngebäude ist der Zeitverlauf über eine Woche. Die Höchstwerte liegen täglich zwischen 17:30 Uhr und 22:30 Uhr, also der Zeitraum, in dem die Fernsehrapparate, Computer und Energiesparlampen meistens eingeschaltet sind. Das folgende Bild zeigt das Oszilloskopbild von Spannung und Strom einer Energiesparlampe, einem der typischen Verursacher der 3. Harmonischen im Netz.

7 Beispiel 6 Lastanalyse in einem Industriebetrieb Ein Industriebetrieb möchte den Maschinenpark erweitern. Dafür sollte untersucht werden wie groß die Belastung an der Einspeisung, und wie groß die Reduktion der Ströme mit Hilfe einer Kompensationsanlage ist. Die PQ-Box 100 zeichnet alle Leistungsgrößen als freies Messintervall (einstellbar zwischen 1 Sekunde und 30 Minuten), sowie zusätzlich als festes 15min-Intervall auf. Diese Intervalle sind automatisch auf volle Stunden synchronisiert, um mit Verrechnungszählern syn-chron messen zu können. Im Bild wird die Strombelastung der Phasen L1, L2, L3 und die des Neutralleiters des größten Verbrauchers im Netz dargestellt. Der Maximalstrom betrug 745 A pro Phase. Das nächste Bild zeigt die Summenwirkleistung, die Summenblindleistung und die Summenscheinleistung an. Die Blindleistung in Höhe von ca. 200kVar könnte evtl. durch geeignete Kompensationsmaßnahmen am Netzanschluss reduziert werden.

8 Das folgende Bild zeigt das Oszilloskopbild dieser Maschine. Da dieser Antrieb über einen Frequenzumrichter geregelt wird und sich am Eingang ein B6-Brückengleichrichter befindet, ist es wichtig, die Blindleistung näher zu untersuchen. Man kann erkennen, dass sich die Spannung mit dem jeweils zugehörigen Strom in Phase befindet.

9 Dieses Bild stellt nun die Summenblindleistung zusammen mit der Verzerrungsblindleistung dar. Da die Grundschwingungsblindleistung (cos phi) bereits sehr gut ist, kann die hohe Blindleistung hier also nur von den Stromharmonischen verursacht werden. An dieser Stelle würde eine Kompensationsanlage keine große Wirkung bringen. Die Lösung wäre hier über aktive oder passive Filter die Stromharmonischen zu reduzieren. Das beschriebene Verhältnis von Schein-, Wirk- und den verschiedenden Blindleistungen kann mit Hilfe der PQ Box 100 auch als 3-D Grafik angezeigt werden. Folgende Abbildung zeigt anschaulich das Zusammenspiel von Grundschwingungs- und Verzerrungsblindleistung der einzelnen Phasen sowie der 3-phasigen Netzleistungen.

10 Beispiel 7 Rundsteuersignalanalyse Mit der PQ-Box 100 können Rundsteuersignale aufgezeichnet und analysiert werden. Sollten Rundsteuerempfänger nicht richtig funktionieren, so kann das folgende Ursachen haben: Signalpegel ist in Ordnung Empfänger ist defekt Empfänger ist in Ordnung der Signalpegel ist zu gering (z. B. durch eine falsch dimensionierte Kompensationsanlage) Empfänger ist in Ordnung durch hohe Oberschwingungspegel oder Zwischenharmonische wird das Signal vom Empfänger nicht richtig erkannt Das Bild zeigt eine Langzeitaufzeichnung über 3 Tage eines 168Hz-Rundsteuersignales als 200ms-Maximalwert. Man erkennt deutlich Pegelunterschiede zu den verschiedenen Tageszeiten und Wochentagen. An den Tagen mit reduzierten Pegeln liefen einige Fertigungsmaschinen in einem Industriebetrieb, welche das Rundsteuersignal des Energieversorgers schwächten. Die höchsten Pegel wurden an einem Sonntag gemessen. Die PQ-Box 100 bietet die Möglichkeit auf Rundsteuersignale zu triggern. Diese werden in hoher Auflösung als Effektivwert aufgezeichnet. Vorgeschichte, Aufzeichnungsdauer sowie Triggerschwelle können frei eingestellt werden. Das nächste Bild zeigt ein Rundsteuertelegramm (168Hz; ca. 2 Minuten Dauer). Über verschiedene Marker können Zeitdifferenzen oder Differenzen der Signalhöhe berechnet werden.

11 Beispiel 8 Kommutierungseinbrüche FFT bis 5kHz Kommutierungseinbrüche, verursacht von gesteuerten Stromrichtern, können andere Verbraucher in Ihrer Funktion stören. Da diese transienten Ereignisse den Effektivwert der Spannung nicht verändern, verwendet man als Triggerfunktion zum Beispiel einen Hüllkurventrigger über die Sinusspannung. Jede Abweichung vom Sinus, unabhänig von der Lage, wird vom Netzanalysator erfasst. Die PQ-Box 100 ist mit einem Automatik-Trigger ausgerüstet. Ist dieser aktiviert, so verändert das Gerät selbstständig alle eingestellten Triggerschwellen. Im Falle eines zu empfindlich eingestellten Grenzwertes werden keine unnötig großen Datenmengen aufgezeichnet. Das Bild zeigt die Spannung und den Strom einer Phase. Auf der Spannung (blau) erkennt man sehr tiefe Kommutierungseinbrüche. An Frequenzumrichterantrieben ist es häufig sinnvoll auch höhere Frequenzbereiche zu analysieren, auch wenn hierfür in den Normen EN50160 oder IEC (2-4) keine Grenzwerte hinterlegt sind. Das nächste Bild zeigt das Spektrum DC bis Hz mit einer Auflösung von 5Hz. Deutlich erkennt man die Taktfrequenz eines Antriebes bei Hz.

12 Beispiel 9 DC-Messung Die PQ-Box 100 kann ohne Voreinstellung DC-Signale im Messbereich 50mV bis 800V analysieren. Im letzten Bild sieht man die Aufzeichnung eines 24V DC-Signals mit hoher Auflösung. Mit der Messung sollte das Regelverhalten eines 24V Netzteiles mit angeschlossenen LED Beleuchtungen in einem Bürogebäude bewertet werden. Hier war es in der Vergangenheit zu Überspannungsschäden gekommen.