Messung der Kriterien für die Bestimmung von Oberschwingungen

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Geräte zum Messen der Kriterien

Geräteauswahl

Zu den herkömmlichen Überwachungs- und Messverfahren gehören:

  • Überwachung mit Oszilloskop
Ein erster Hinweis für die Verzerrung einer Sinusschwingung kann dadurch erzielt werden, dass mit Hilfe eines Oszilloskops Strom oder Spannung betrachtet werden.
Die Grundschwingung signalisiert das Vorhandensein von Oberschwingungen eindeutig, wenn sie von der Sinusform abweicht. In diesem Fall sollten Strom- und Spannungsspitzen untersucht werden.
Beachten Sie jedoch, dass dieses Verfahren keine exakte Quantifizierung der Oberschwingungsanteile bietet.
  • Analoge Spektralanalysatoren
Die Spektralanalysatoren bestehen aus Bandpassfiltern, gekoppelt mit einem Effektivwert-Voltmeter. Sie bieten eine mittelmäßige Leistungsfähigkeit und liefern keine Informationen über Phasenverschiebungen.

Nur die neuesten digitalen Analysatoren können die Werte aller genannten Anzeichen für die Größe der Oberschwingungen hinreichend genau bestimmen.

Funktionen digitaler Analysatoren

Die Mikroprozessoren in digitalen Analysatoren haben folgende Funktionen:

  • Berechnen der Werte der Oberschwingungen (Leistungsfaktor, Scheitelfaktor, Verzerrungsleistung, THD);
  • Ausführen verschiedener ergänzenden Funktionen (Korrekturen, statistische Erfassung, Messwertverwaltung, Anzeige, Kommunikation usw.);
  • Bei Mehrkanalanalysatoren: Liefert die gleichzeitige Spektralzerlegung der Ströme und Spannungen nahezu in Echtzeit.

Analysatorbetrieb und Datenverarbeitung

Die analogen Signale werden in eine Reihe von numerischen Werten konvertiert.

Mit Hilfe dieser Daten berechnet ein Algorithmus durch Ausführung der schnellen Fourier-Transformation die Amplituden und Phasen der Oberschwingungen über eine große Anzahl von Zeitfenstern.

Die meisten digitalen Analysatoren messen Oberschwingungen bis zur 20. oder 25. Ordnung, wenn sie die gesamte harmonische Verzerrung (THD) berechnen.

Die Verarbeitung der mit Hilfe der schnellen Fourier-Transformation (Glättung, Klassifizierung, Statistik) berechneten aufeinanderfolgenden Werte kann einerseits direkt durch das Messgerät oder aber durch eine externe Auswertesoftware erfolgen.

Analyseverfahren für Oberschwingungen in Verteilnetzen

Messungen können an jeglicher Art von elektrischen Netzen durchgeführt werden:

  • präventiv, um einen Gesamteindruck vom Status des Verteilnetzes zu erhalten (Netzkarte),
  • als Korrekturmaßnahme,
    • um den Ursprung einer Störung festzustellen und die erforderlichen Abhilfemaßnahmen festzulegen,
    • um die Beständigkeit einer Lösung zu überprüfen (gefolgt von Änderungen im Verteilungsnetz, um die Verringerung der Oberschwingungen zu überprüfen).

Funktionsweise

Strom und Spannung werden im Allgemeinen an folgenden Stellen untersucht:

  • an der Einspeisequelle;
  • an den Sammelschienen der NS-Hauptverteilung;
  • an jedem Abgangsstromkreis der NS-Hauptverteilung.

Für die Messungen müssen die exakten Betriebsbedingungen der Anlage und insbesondere der Status der Kompensationsanlage bekannt sein (in Betrieb, nicht in Betrieb, die Anzahl der zugeschalteten Stufen).

Analyseergebnisse

  • Bestimmen Sie die erforderliche Leistungsreduzierung der Geräte in der Anlage oder
  • bestimmen Sie die ggf. erforderlichen Oberschwingungsschutz- und -filtermaßnahmen, die in das Verteilnetz zu integrieren sind, quantitativ.
  • Ermöglichen Sie einen Vergleich zwischen den Mess- und Bezugswerten des Netzbetreibers (maximale Oberschwingungswerte, akzeptierbare Werte, Bezugswerte).

Verwendung von Messgeräten

Messgeräte zeigen sowohl die momentanen als auch die längerfristigen Auswirkungen von Oberschwingungen. Die Analyse erfordert Daten, die in Zeiträumen von einigen Sekunden bis hin zu Überwachungszeiträumen von mehreren Tagen gewonnen wurden.

Zu den erforderlichen Werten gehören:

  • die Amplituden der Oberschwingungsströme und -spannungen,
  • der individuelle Oberschwingungsanteil von Strom und Spannung aller Ordnungen,
  • die gesamte harmonische Verzerrung für Spannung und Strom,
  • die Phasenverschiebung zwischen Oberschwingungsspannung und -strom der gleichen Oberschwingungsordnung sowie der Phase der Oberschwingungen in Bezug auf eine gemeinsame Referenz (z.B. die Grundspannung).

Überwachung der Oberschwingungen

Die Oberschwingungen können wie folgt gemessen werden:

  • durch Geräte, die permanent im Verteilnetz eingebaut sind oder
  • durch eine ausgebildete elektrotechnische Fachkraft, die mindestens über einen längeren Zeitraum vor Ort ist und im Betrieb die Messungen durchführt (begrenzte Wahrnehmung).

Fest eingebaute Messgeräte sind die bessere Lösung

Aus verschiedenen Gründen ist der feste Einbau von Messgeräten in das Verteilnetz zu bevorzugen:

  • Die Anwesenheit einer ausgebildeten elektrotechnischen Fachkraft ist zeitlich meist begrenzt. Um eine genaue Analyse durchzuführen, müssen eine Reihe von Messungen an verschiedenen Punkten der Anlage über einen ausreichend langen Zeitraum (eine Woche bis zu einem Monat) durchgeführt werden, um einen Gesamtüberblick über den Betriebszustand zu erhalten und um alle Betriebsbedingungen abzudecken, die aufgrund folgender Ereignisse auftreten können:
    • Schwankungen bei der Stromversorgung,
    • Änderungen beim Betrieb der Anlage,
    • Einbau neuer Geräte in die Anlage.
  • Messgeräte, die in das Verteilnetz integriert sind, bereiten die Diagnose durch Fachleute vor und vereinfachen sie, wodurch die Anzahl und Dauer der Besuche von Fachkräften verringert wird.
  • Fest integrierte Messgeräte erfassen jede neue Störung, die infolge der Installation neuer Geräte, der Implementierung neuer Betriebsarten oder durch Schwankungen im elektrischen Versorgungsnetz auftritt.

Vorteile durch integrierte Mess- und Erfassungsgeräte

  • Durch Mess- und Erfassungsgeräte, die in die Geräte für die elektrische Energieverteilung integriert sind, wird bei der Gesamteinschätzung des Netzstatus’ (präventive Analyse) Folgendes vermieden:
    • Anmieten von Messgeräten,
    • Herbeirufen von elektrotechnischen Fachkräften,
    • Anschließen bzw. Abtrennen von Messgeräten.

Die Gesamteinschätzung bzw. die Analyse des Netzstatus kann mit Hilfe der in der Einspeisung des NS-Hauptverteilers eingebauten Messgeräte durchgeführt werden oder mit entsprechenden Messgeräten, sofern die Abgangsstromkreise damit ausgestattet sind.

  • Mess- und Erfassungsgeräte, die in die Betriebsmittel für die elektrische Energieverteilung integriert sind, werden bei Korrekturmaßnahmen verwendet, um:
    • die Betriebsbedingungen zum Zeitpunkt des Ereignisses zu bestimmen,
    • eine Karte des Verteilnetzes zu skizzieren und die implementierte Lösung zu bewerten.

Die Diagnose wird durch die Verwendung von Geräten verbessert, die für das untersuchte Problem vorgesehen sind.