Wirtschaftliche Auswirkungen

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Energieverluste

Oberschwingungen bewirken zusätzliche Verluste (Joule-Effekt) in Leitern und Betriebsmitteln.

Höhere Energiebezugskosten

Durch die Oberschwingungsströme können höhere, als mit dem Netzbetreiber vereinbarte, Energiemengen benötigt werden, was zwangsläufig auch zu höheren Kosten führt.

Darüber hinaus tendieren die Netzbetreiber zunehmend dazu, Kunden, deren Betriebsmittel die Hauptverursacher von Oberschwingungen sind, entsprechende Gebühren aufzuerlegen.

Überdimensionierung von Betriebsmitteln

  • Aufgrund der notwendigen Leistungsreduzierung der Energiequellen (Generatoren, Transformatoren und USV) müssen diese überdimensioniert werden.
  • Bei der Dimensionierung der Leiter müssen die Oberschwingungsströme berücksichtigt werden. Sind im Neutralleiter aufgrund der Oberschwingungsströme höhere Ströme als in den Außenleitern zu erwarten, müssen die Außenleiter ebenfalls entsprechend höher dimensioniert werden.
  • Aufgrund des Skin-Effektes steigt der Widerstand der Außenleiter mit der Frequenz. Um übermäßige Verluste aufgrund des Joule-Effektes zu vermeiden, müssen die Leiter überdimensioniert werden.
  • Durch das Auftreten von Oberschwingungsströmen im Neutralleiter muss dieser ebenfalls auf die zu erwartenden Ströme dimensioniert werden. Der Neutralleiter sollte grundsätzlich den gleichen Querschnitt wie die Außenleiter haben.

Verringerte Lebensdauer der Geräte

Erreicht der Verzerrungspegel in der Versorgungsspannung einen Wert von >10 %, wird die Lebensdauer der Betriebsmittel erheblich verkürzt. Die Verkürzung wird auf folgende Werte geschätzt:

  • 32,5 % bei 1-phasigen Maschinen,
  • 18 % bei 3-phasigen Maschinen,
  • 5 % bei Transformatoren.

Um die Lebensdauer entsprechend der Nennlast zu erhalten, müssen diese Betriebsmittel überdimensioniert werden.

Störungsauslösung und Anlagenausfall

Die Schutzeinrichtungen in der Anlage sind Stromspitzen ausgesetzt, die von Oberschwingungen verursacht werden.

Diese Stromspitzen können zu einer nicht beabsichtigten Auslösung führen mit den daraus resultierenden Produktionsausfällen sowie Kosten für die Zeit, die für den Neustart der Anlage benötigt wird.

Beispiele

Aufgrund der wirtschaftlichen Auswirkungen sollte bereits bei der Planung an den Einsatz von Oberschwingungsfiltern gedacht werden. Nachfolgend sind einige Ausfälle sowie die daraus resultierenden Ausfallkosten aufgeführt, die deutlich machen, dass die Mehrinvestition nur einen Bruchteil der Ausfallkosten ausgemacht hätte.

Rechenzentrum eines Versicherungsunternehmens

Als Kosten für die die fehlerhafte Auslösung eines Leistungsschalters in einem Rechenzentrum wurden ca. 100.000 Euro pro Stunde Ausfallzeit errechnet.

Pharmazeutisches Laboratorium

Für den durch Oberschwingungen verursachten Ausfall eines Generatorsatzes und die Unterbrechung von Langzeittests eines neuen Medikamentes resultierte ein Verlust in Höhe von etwa 17 Mio. Euro.

Metallverarbeitendes Werk

Eine Reihe von Induktionsöfen verursachte die Überlastung und Zerstörung von drei Transformatoren von 1500 bis 2500 kVA innerhalb eines Jahres. Die Kosten für die Produktionsausfälle wurden auf 20.000 Euro pro Stunde geschätzt.

Fertigungswerk für Gartenmöbel

Der Ausfall von Frequenzumrichtern führte zu Produktionsausfällen, deren Kosten auf 10.000 Euro pro Stunde geschätzt wurden.