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Oberschwingungsbelastung und die Folgen

Eine zu grosse Verzerrung beziehungsweise ein zu grosser Oberschwingungsgehalt kann dazu führen, dass beispielsweise empfindliche elektronische Steuerungen, Computer und Regelgeräte nicht mehr einwandfrei funktionieren oder sogar einzelne Verbraucher scheinbar ohne logische Erklärung vorzeitig ausfallen. Weitere mögliche Auswirkungen sind:

• Erhöhte Belastung bis hin zur Zerstörung von Blindleistungskompensationsanlagen.

• Überdimensionierung von Netzkomponenten wie Trafo oder Leitungen erforderlich.

• Eingeschränkte Funktionssicherheit und Lebensdauer von Netzkomponenten und angeschlossenen Verbrauchern.

Die Oberschwingungsbelastung des Netzes birgt somit erhebliche Nachteile für Anlage und Verbraucher. Doch wo liegen die Ursachen für die oben beschriebenen Beeinflussungen?

Das Übertragungsnetz, darin eingebundene Transformatoren oder auch Kompensationsanlagen in der Industrie sind für die Nennfrequenz des Netzes, beispielsweise 50 Hz, berechnet und ausgelegt. Zusätzliche Belastungen durch Netzrückwirkungen, wie sie die Oberschwingungen darstellen, haben Planer bei der Auslegung der Anlagen selten berücksichtigt. Sie resultieren in einer höheren Blindleistungsbelastung von Übertragungsmedien wie Kabel und Trafo; eine «Überlastung» durch einen zu grossen Anteil Oberschwingungen kann zur Schädigung einzelner Verbraucher führen.

Netzqualität – welche Faktoren sind ausschlaggebend?

Die Netzspannungsversorgung ist im Idealfall eine reine Sinuswelle mit einer Grundfrequenz von 50 oder 60 Hz. Alle elektrischen Betriebsmittel und Geräte sind für optimale Leistung auf diese Frequenz hin ausgelegt. Eine Stromversorgung wäre perfekt, wenn sie jederzeit verfügbar wäre, sich innerhalb der Toleranzbereiche von Spannung und Frequenz befände und eine saubere Sinusform hätte. Wie viel Abweichung tolerierbar ist, hängt nicht zuletzt von den individuell spezifischen Anforderungen der jeweiligen Umgebung inklusive der bereits vorhandenen Betriebsmittel ab.

Die Netzqualität lässt sich in fünf Kategorien beurteilen:

• 1. Verzerrung der Kurvenform, zum Beispiel durch Oberschwingungen oder Flicker

• 2. Totalausfall im Bereich von Sekunden bis Stunden

• 3. Unter- oder Überspannung als längerfristige Überschreitung der 10-Prozent-Toleranzgrenze

• 4. Kurze Spannungseinbrüche und Überspannungen, zum Beispiel durch unsymmetrische Netzspannung oder Schalthandlungen im Netz

• 5. Transienten – hohe Spannungsspitzen im kV- und im ms-Bereich.

Jedes dieser Probleme der Netzqualität hat andere Ursachen. So könnte beispielsweise eine Transiente, hervorgerufen durch einen Sicherungsfall, in einem benachbarten System zu Problemen führen.

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