SICHERUNG DER ELEKTRISCHEN ENERGIE-VERSORGUNG - ENERGIE IST SICHERHEIT - WIR SICHERN ENERGIE - Berg Energie
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SICHERUNG DER
ELEKTRISCHEN
ENERGIE-
VERSORGUNG
LÖSUNGEN DURCH
NETZQUALITÄTS-ÜBERWACHUNG
ENERGIE IST SICHERHEIT - WIR SICHERN ENERGIE
NETZQUALITÄT
SEITE 2
ENERGIE IST LEBEN
Ein Leben ohne elektrische Energie ist heutzutage nicht mehr vorstellbar. Versorgungssicherheit des Energienetzes
Als Lebensadern unserer modernen und hochtechnisierten Gesellschaften Die Versorgungssicherheit des elektrischen Stromnetzes bildet die Grund-
gelten ihre Infrastrukturen wie zum Beispiel eine funktionierende Was- lage für unsere Infrastruktur und somit für unsere Sicherheit und unser
serversorgung, leistungsfähige Verkehrsträger und -wege, eine jederzeit Wohlergehen.
zugängliche und nutzbare Informations- und Telekommunikationstechnik
sowie ein funktionierendes Verwaltungs- und Gesundheitswesen.
Infrastruktur unserer modernen Gesellschaft
Transport/Verkehr
Gesundheit z. B. Flughafenbetreiber,
z. B. Krankenhäuser, Bahnbetreiber,
MRI, CT, Verkehrsbetriebe
Rettung Apotheken
z. B. Feuerwehr, Wasser
Rettungsdienst, z. B. Wasserversorgung,
Militär Klärwerk-
betreiber
Informatik/
Sicherheit Kommunikation
z. B. Technische z. B. Rechenzentren,
Hilfswerke, Provider, Mobil-
Militär funkanbieter
Industrie
z. B. Ernährung
Pharmaindustrie, z. B. Lebensmittelkon-
Automobil, Aeronautik, zerne, Lebensmittel-
Aluminium, Elektronik händler
Energie Finanz-/
z. B. Stadtwerke, Versicherungswesen
Verteilnetzbetreiber, z. B. Banken, Versiche-
Energieerzeuger rungen
Staat/Verwaltung Medien/Kultur
z. B. Behörden, z. B. Fernseh-
Gerichte und anstalten, Theater,
Ministerien Internet
NETZQUALITÄT
SEITE 3
NETZE IM WANDEL
Moderne Leistungselektronik bzw. nichtlineare Verbraucher belasten die mit multidirektionaler Flussrichtung. Der Strom wird hier nicht mehr nur
elektrischen Netze immer stärker, wodurch Wechselstrom schon lange durch dynamo-elektrische Generatoren erzeugt, sondern kommt mehr
nicht mehr den ursprünglichen sinusförmigen Verlauf zeigt, wie man ihn und mehr von DC-Energiequellen, welche über DC- / AC-Wandler auf
noch von ohmschen Verbrauchern wie Glühlampen oder direkt betriebe- einen annähernd sinusförmigen Verbraucher gebracht werden.
nen Asynchronmotoren kennt.
Entstehung von Netzphänomenen
Elektrogeräte und Maschinen werden hierdurch stark belastet was sich • Starke Zunahme von nichtlinearen Verbrauchen (LED-Beleuchtung,
in erhöhten Wärmeverlusten, steigendem Energieverbrauch bis hin zu Computer, Ladeeinrichtungen, Verbrauchern usw.), die Oberschwingun-
Störung und Ausfall von Anlagen ausweitet. gen erzeugen
Hinzu kommt der Wandel von einer zentralen Stromerzeugung mit einer • Zunahme der dezentralen Einspeisungen (z. B. Windkraft, PV-Anlagen),
gut planbaren unidirektionalen Flussrichtung des Stromes im Verteilernetz die zu Instabilitäten in der Spannungshaltung führen
zu einem volatilen, um alternative Energieerzeuger ergänzten Stromnetz,
STROMVERSORGUNG UND VERBRAUCHER IM WANDEL DER ZEIT
Konventionell zentrale Heute
Versorgung
Verteilnetze
Verteilnetze
Glühlampe E-Mobilität LED
Prinzip der Netzrückwirkung
Energieerzeuger
Zentral: Dezentral:
• Wasserkraft • Photovoltaik
• Nuklearenergie • Windenergie
• Fossile Brennstoffe • Biomasse
Energieverteiler
Störeinfluss
Störeinfluss: Störeinfluss:
Beeinträchtigte Netzqualität durch Kunde beeinflusst Energiequalität des
Störeinfluss
Rückwirkungen der Teilnehmer des Versorgers und damit sich selbst und andere
Verteilnetzes Kunden
- Schlechte Energiequalität im Netz des Kunden
hat Rückwirkungen auf das Netz des Versorgers
Energiekunde
Störeinfluss:
Kunde beeinflusst sich selbst durch schlechte • Rechenzentrum
Energiequalität • Krankenhaus
- zunehmender Einsatz nichtlinearer Verbraucher • Industrie
führt zu Spannungsänderungen und Störungen
Störeinfluss
NETZQUALITÄT
SEITE 4
NETZPHÄNOMENE
Netzphänomene begegnen uns täglich
Auch wenn wir auf den ersten Blick eine sehr zuverlässige Versorgung mit Netzqualität ist kein neues Thema, obwohl es in den letzten Jahren, be-
elektrischer Energie haben, so begegnen uns doch täglich Phänomene im dingt durch eine immer höher technologisierte und auch anfälligere Welt,
elektrischen Netz, die für sich oder in Summe zu ernsthaften Problemen mehr und mehr in den Fokus rückte.
für Menschen, Maschinen und Umwelt werden können. Den wirtschaft- Die Betrachtung und die Grenzen für die elektrischen Phänomene leiten
lichen Schaden durch Netzphänomene bezifferte eine Studie bereits in sich aus der Normung für die elektromagnetische Verträglichkeit der
2007 auf 157 Milliarden Euro / Jahr mit stark wachsender Tendenz. IEC 61000-x-x ab.
SPANNUNGSPHÄNOMENE URSACHEN MÖGLICHE FOLGEPROBLEME
f1 f2 f1
Netzfrequenz • Wegfall von Stromerzeugern • Instabilität des Versorgungsnetzes
Spannungssignal
• Grosse Laständerungen
0 0,1 Zeit (s) 0,2
f1 > f2
Reduzierter Spannungspegel
Höhe der Versorgungsspannung • Änderungen der Netzbelastung • Störung von Betriebsmitteln
Spannungssignal
• Anlagenabschaltung
0 0,1 0,2 Zeit (s) 0,4 0,5
• Datenverlust
Reduzierter
Spannungspegel mit Wiederholung Flicker • Häufige Laständerungen • Flackern der Beleuchtung
Spannungssignal
• Motorstart • Beeinträchtigung der Arbeitsleistung
0 0,1 0,2 Zeit (s) 0,4 0,5
exponierter Personen
Kurzzeitiger Spannungseinbruch Einbrüche / Überhöhungen der • Grosse Laständerungen • Störung von Betriebsmitteln wie
Versorgungsspannung.
Spannungssignal
• Kurzschluss, Erdschluss Steuerungen oder Antrieben
Schnelle Spannungsänderungen (RVC) • Gewitter • Betriebsunterbruch
0 0,1 0,2 Zeit (s) 0,4 0,5
(oftmals als Transiente interpretiert) • Überlastung der Energieversorgung • Datenverlust bei Steuerungen und
• Einspeisung erneuerbarer Energien Computern
wie Wind oder Photovoltaik
Unterbrechungsdauer Spannungsunterbrechungen • Kurzschluss • Produktionsausfall
bis zu
Spannungssignal
drei Minuten • Ausgelöste Sicherungen • Prozessunterbrüche
• Komponentenausfall • Datenverlust bei Steuerungen und
0 0,1 0,2 Zeit (s) 0,4 0,5
• Geplanter Unterbruch der Computern
Versorgung
Unsymmetrie der • Ungleiche Belastung der Phasen • Strom im Neutralleiter
Versorgungsspannung durch ein- oder zweiphasige • Überlastung / Überhitzung von
Verbraucher Betriebsmitteln
• Erhöhung von Oberschwingungen
Oberschwingungsspannungen • Nichtlineare Lasten wie • Reduktion der Maschineneffizienz
Frequenzumrichter, Gleichrichter, • Erhöhte Energieverluste
Schaltnetzteile, Lichtbogenöfen, • Überlastung / Überhitzung von
Computer, Leuchtstoffröhren usw. Betriebsmitteln
• Strom im Neutralleiter
Zwischenharmonische Spannungen, • Frequenzumrichter und ähnliche • Flicker
Spannungen für Signalübertragung Steuergeräte • Störung der Rundsteuerung
Transienten
Transiente • Blitzschlag • Zerstörung von Betriebsmitteln
Schnelle Änderungen in einer • Schalthandlungen • Datenverlust
Wellenform • Anlagenabschaltung
Niederfrequenz / Hochfrequenz
NETZQUALITÄT
SEITE 5
ANWENDUNGSFELDER NETZQUALITÄTS-ÜBERWACHUNG
IEC 61000-2-12 IEC 61000-2-2 IEC 61000-2-4
EMV-Verträglichkeitspegel für EMV-Verträglichkeitspegel für EMV-Verträglichkeitspegel für die Industrie und
Mittelspannung Niederspannung nicht öffentliche Netze
Versorgung Verbrauch
Trafostation
Energiemanagement
Kraftwerk
Abrechnung auf
Netzebene
Abrechnung Leistungsüberwachung
(vertraglich)
Umspannwerk
Überwachung der
Netzqualität
Trafostation
Demand Side Power Quality
Abrechnung Überwachung der Überwachung der
nach IEC TR 63191
Netzqualität Netzqualität IPC’s (in-plant Points of Coupling)
(vertraglich)
PCC (Point of Common Coupling)
Überwachung z. B. nach
- EN 50160
- IEEE519
- GB/T
Normative Netzqualitäts-Überwachung am PCC Netzqualitätsmessung im Feld oder in der Applikation
(DSPQ – Demand Side Power Quality)
Die gebräuchlichen Normen legen die Spannungsqualität an der Überga-
bestelle (PCC) des Energieversorgers zum Netznutzer fest. Der IEC TR 63191 Technical Report DSPQ beschreibt die Phasen, die
Die Messung am PCC dient der Überprüfung und Einhaltung von Normen für die Erstellung eines verbraucherseitigen Netzqualitäts-Messplans für
(z. B. nach EN 50160) und Verträgen zwischen Energielieferant und Gebäude und Industrieanlagen nötig sind.
Energieverbraucher. Ein solcher Netzqualitäts-Messplan ermöglicht die Optimierung der
Durch die kontinuierliche Überwachung kann frühzeitig eine Verschlechte- Energieverfügbarkeit und -effizienz und verbessert die Lebensdauer von
rung der Netzqualität festgestellt und nach Gründen gesucht werden. Die Anlagen.
Effektivität von eingeleiteten Massnahmen kann direkt überprüft werden. Sind bereits Netzqualitätsphänomene vorhanden so erleichtert er die
Diagnose und Bereinigung dieser Qualitätsproblemen.
Weitere Details auf Seite 11.
NETZQUALITÄT
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NETZQUALITÄT MESSEN, AUFZEICHNEN, AUSWERTEN
PRÜF- UND MESSVERFAHREN – IEC 61000-4-X KLASSE A
• IEC 61000-4-30 Ed. 3 Messgeräte nach IEC 61000-4-30 Klasse A liefern Messwerte, die
Verfahren zur Messung der Netzqualität. Messgerät- und Herstellerübergreifend vergleichbar sind.
Nach Kapitel 5.9.1 „Measurement method“: Messwerte von Klasse S Messgeräten sind nicht mehr als vergleichbar
Messung bis zur 50. Oberschwingung (Bandbreite von 2,5 kHz bei 50 Hz, anzusehen.
erfordert im Minimum eine Abtastrate von 5 kHz).
• IEC 61000-4-7
Neuerungen der IEC 61000-4-30 Ed. 3 gegenüber der
Leitfaden für Messung von Oberschwingungen / Zwischenharmonischen
IEC 61000-4-30 Ed. 2
+ Die Strommessung ist für Klasse A Geräte bindend • IEC 61000-4-15
+ Aufzeichnung von Pegel, Unsymmetrie, Harmonischen und Inter- Flickermeter Auslegungsspezifikation
harmonischen der Ströme im gleichen Intervall wie die zugehörigen
Spannungskanäle
+ Messverfahren für schnelle Spannungsänderungen (RVC) hinzugefügt
WICHTIG!
Die Konformität der Prüf- und Messverfahren eines Messgerätes nach der IEC 61000-4-x wird anhand der IEC 62586-2 überprüft!
VORTEILE EINER METROLOGISCHEN ZERTIFIZIERUNG BEI NORMKONFORMEN MESSGERÄTEN
Obwohl die Ansprüche an ein Netzqualitätsgerät sowohl bezüglich Mess- Vorgaben erfüllt, also korrekt misst. Ein Nachweis einer wirklich korrekten
verfahren (IEC 61000- 4-30), Geräteeigenschaften (IEC 62586-1) und Messung ist nur über eine unabhängige Zertifizierungsstelle, im optimalen
Prüfung der Einhaltung der Normen (IEC 62586-2) exakt definiert sind, Fall durch ein metrologisches Institut möglich. Nicht zertifizierte Prüfstellen
gibt es dennoch Unterschiede zwischen den Herstellern. Insbesondere oder gar Eigendeklarationen der Hersteller können metrologische Zertifika-
können Anbieter oftmals nicht nachweisen, warum ihr Analysegerät die te nicht ersetzen und sollten deshalb auch kritisch betrachtet werden.
Beispiele (Assoziation):
Nur durch eine Kalibrierung und die Rückführung auf die SI-Einheit
Urkilo kann sichergestellt werden, dass 1 kg auch wirklich 1 kg ist und so
angezeigt wird.
Waage
geeicht
1,000 kg
L1
237,4 V Das Netzqualitätsmessgerät UBN PQ3000 zeigt 237,4
N V. Durch die unabhängige metrologische Zertifizierung
kann man auch sicher sein, dass genau 237,4 V
anliegen.
Die Zertifizierung eines Netzqualitätsmessgeräts nach
IEC 62586-2 erfordert mehr als 150 um Teil
aufwendige Prüfungen. Hierzu ist eine aufwendige, auf
Metrologisch
zertifiziert das Internationale Einheitensystem SI durch
237,4 V Kalibrierung zurückgeführte Prüfinfrastruktur
notwendig.
* METAS (Eidgenössisches Institut für Metrologie) hat seine Mess- und Prüfinfra-
struktur für Phasor Measurement Units (PMUs) auf Netzqualitätsgrössen erweitert
und kann nun, als eines von wenigen Laboren weltweit, PMUs nach IEEE C37.118
und Netzqualitätsmessgeräte nach IEC 62586 kalibrieren, prüfen und zertifizieren.
Der PMU-Messplatz erlaubt es, Spannungs- und Stromsignale UTC-synchronisiert
zu erzeugen und ist durch Kalibrierung auf das Internationale Einheitensystem SI
zurückgeführt.
NETZQUALITÄT
SEITE 7
AUFZEICHNUNG UND AUSWERTUNG DER MESSDATEN
Störungen der Energieversorgung können zu Produktions- oder Betriebs- Netzqualitäts-Überwachungen liefern sowohl eine statistische Auswer-
mittelausfällen führen. Oft wird erst reagiert, wenn hoher finanzieller tung, die einen Vergleich mit Normen (z. B. EN 50160) oder Lieferverträ-
Schaden entstanden ist. Dabei könnten viele dieser Vorfälle vermieden gen erlaubt, als auch Aufzeichnungen von Netzereignissen (z. B. Span-
werden, wenn durch kontinuierliche Überwachung der Situation die nungseinbruch), um deren Ursachen und Folgen analysieren zu können.
Anzeichen rechtzeitig erkannt werden würden.
NETZQUALITÄTS-AUSWERTUNG BESCHREIBUNG NUTZEN
Event-Aufzeichnung Alle Spannungen werden auf Störungen, Durch Auswertung einer Störfall-
wie Einbruch, Unterbruch oder Überhöhung Aufzeichnung kann der Verursacher der
der Versorgung überwacht. Diese Störungen Störung eruiert und im besten Fall eine
werden als Ereignisse registriert. Eine Korrelation mit festgestellten Ereignissen
statistische Auswertung erfolgt nicht, da die (wie Ausfall von Steuerungen oder
Anzahl zulässiger Ereignisse nicht limitiert ist. Betriebsmitteln) hergestellt werden. Daraus
Jede Ereignis-Aufzeichnung beinhaltet für können geeignete Abhilfemassnahmen
eine konfigurierbare Dauer und für alle abgeleitet und deren Wirksamkeit überprüft
Spannungen und Ströme: werden.
• Die Kurvenform
• Den Verlauf der RMS Halbperioden-Werte
Statistische Auswertung Alle relevanten Parameter der Überprüfung der Einhaltung von Normen
Versorgungsspannung werden überwacht, (z. B. EN 50160) oder Verträgen zwischen
statistisch gemittelt und mit Vorgabewerten Energielieferant und Energieverbrauchern.
verglichen. So kann entweder die Konformität Durch Beobachtung der Veränderung
nachgewiesen oder auf mögliche Probleme der Ergebnisse kann frühzeitig eine
aufmerksam gemacht werden. Verschlechterung der Netzqualität festgestellt
Auch die Ströme werden bezüglich Pegel, und nach Gründen gesucht werden. Die
Oberschwingungsgehalt und Unsymmetrie Effektivität eingeleiteter Massnahmen lässt
überwacht. Da jedoch keine Grenzwerte sich unmittelbar überprüfen.
existieren, sind diese Ergebnisse nicht
Bestandteil der statistischen Auswertung.
Netzqualitäts-Auswertungen
Spannungsereignisse
Klassifizierung
Netzqualitäts-Daten nach ITIC-Kurve
Statistische Bewertung
Bewertung nach
• EN 50160
• IEC 61000-2-2 (NS)
• IEC 61000-2-4 (Industrie)
• IEC 61000-2-12 (MS)
+ weitere in Arbeit
NETZQUALITÄT
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RELEVANTE NORMEN BEI DER BETRACHTUNG DER NETZQUALITÄT
Netzqualität ist kein neues Thema, obwohl es in den letzten Jahren, be- Die Betrachtung und die Grenzen für die elektrischen Phänomene leiten
dingt durch eine immer höher technologisierte und auch anfälligere Welt, sich aus der Normung für die elektromagnetische Verträglichkeit der
mehr und mehr in den Fokus rückte. IEC 61000-x-x ab.
Verträglichkeits- Emission = Störaussendung (A)
(A) pegel (B)
Wahrscheinlichkeitsdichte
System- Störfestigkeits- Immission = Störverträglichkeit (B)
Störpegel pegel des Geräts
Da es unmöglich ist, entweder alle Störungen der Netzqua-
lität zu verhindern oder alle Geräte vollständig gegenüber
diesen Störungen immun zu machen, werden Grenzwerte
Wahrscheinlichkeit für die Aussendung von Störungen und für die Immunität
= 5% angenähert vereinbart.
Anwendungs- Störfestigkeits- Dies ist ein im Themenfeld der elektromagnetischen Ver-
grenzwerte Prüfpegel träglichkeit etabliertes Prinzip, das Aspekte der technischen
einzelner Quellen Störpegel
Machbarkeit und der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt.
Bild 1 (Quelle: EN 61000-2-2, Anhang A)
Prinzip der elektromagnetischen Verträglichkeit. Betrachtung der
Grenzwerte für die Aussendungen von Störungen und die Immunität
Beurteilung der Qualität eines elektrischen Netzes Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungs-
netzen
• IEC 61000-2-2
Umgebungsbedingungen - Verträglichkeitspegel für niederfrequente • EN 50160
leitungsgeführte Störgrössen und Signalübertragung in öffentlichen Merkmale der Spannung in öffentlichen NS-, MS- und
Niederspannungsnetzen (Messung erfolgt am PCC - Point of Common HS-Versorgungsnetzen (Messung am PCC)
Coupling)
• IEC 61000-2-4
Umgebungsbedingungen - Verträglichkeitspegel für niederfrequente
leitungsgeführte Störgrössen in Industrieanlagen (für industrielle und
nicht öffentliche 50 / 60 Hz NS- und MS-Wechselstromnetze bis 35 kV)
3 Umgebungsklassen (Messung am PCC, interne Verbindungspunkte)
• IEC 61000-2-12
Umgebungsbedingungen - Verträglichkeitspegel für niederfrequente
leitungsgeführte Störgrössen und Signalübertragung in öffentlichen
Mittelspannungsnetzen (Messung am PCC)
NETZQUALITÄT
SEITE 9
ALLES IM GRÜNEN BEREICH - ANLAGE AUSGEFALLEN
Der Industriepark wurde gerade fertiggestellt. Alle Anlagen und Systeme
sind modern und auf dem neusten Stand der Technik. Bei der Planung
und Umsetzung wurde streng darauf geachtet, dass alle eingesetzten
Geräte und Maschinen die EMV-Richtlinien bezüglich Emission und
Immission einhalten. Zusätzlich bestätigt eine statistische Auswertung
der elektrischen Netzparameter nach Norm EN 50160, dass sich alle
Parameter im grünen Bereich bewegen (Beispiel Bild 2). Ein umfassendes
Energie-Monitoring erfasst alle Verbrauchsdaten.
Die ganze Anlage arbeitet optimal, energieeffizient und fällt zwei Mal die
Woche aus.
Dieses Phänomen ist kein Einzelfall. Meist stehen die Betreiber vor einem
Rätsel. Trotz sorgfältiger Planung und der Einhaltung aller Vorschriften,
treten schwerwiegende Störungen auf, die mit keinem der eingesetzten
Messmittel identifiziert werden können.
Der Grund hierfür liegt in der Komplexität heutiger Anlagen. Die Addition
von Störpegeln führt im ungünstigen Fall zur Beeinflussung der Anlage
(siehe Bild 1, Seite 8). Netzphänomene wirken sich bei vereinzeltem Auf-
treten nicht auf die statistische Gesamtauswertung aus, was in Summe
zu einer falschen Einschätzung der Anlagenzuverlässigkeit führt.
An dieser Stelle können mit gezielten Messungen der Netzqualität die
potentiellen Probleme schnell identifiziert und Massnahmen getroffen
werden. Bild 2
Mit solchen statistischen Netzqualitäts-Auswertungen werden geforderte
Konformitäten nachgewiesen bzw. mögliche Probleme identifiziert. Es ist
hier aber Vorsicht geboten. Eine solche statistisch gemittelte Auswertung
sagt nicht aus, dass im betrachteten Zeitraum keine Ereignisse stattge-
funden haben.
statistisch alles OK
ACHTUNG: trotzdem sind Probleme
möglich!
Ein Blick in die Definition der EN 50160 macht schnell klar, dass selbst
Spannungseinbrüche wie in Bild 3, die mit Sicherheit zum Stillstand einer
Maschine oder Anlage führen würden, in der statistischen Betrachtung
nicht auftauchen (da hier nur 10-Minuten-Mittelwerte betrachtet werden)
und somit bei einer reinen statistischen Auswertung „unsichtbar“ bleiben.
Auszug aus der EN 50160
• mindestens 95 % (NS) bzw. 99 % (MS) aller 10-Minuten-Mittelwerte des
Effektivwerts der Versorgungsspannung müssen innerhalb der angege-
benen Grenzwerte liegen
• kein 10-Minuten-Mittelwert des Effektivwerts der Versorgungsspannung
darf ausserhalb des Grenzwerts von +10 % / -15 % Un (NS) bzw. ±15 %
Uc (MS) liegen
Bild 3
Spannungseinbruch
NETZQUALITÄT
SEITE 10
NETZQUALITÄT UND INDUSTRIELLES ENERGIE & DATAMANAGEMENT
ANGEBOT UND DIENSTLEISTUNGEN
Planung und
Engineering
Messen und Anzeigen
Servicevertrag
24/7 - Stationäre
Messung der
Netzqualität
Analyse und Support
Sensoren und
Geräte von KUNDE
Drittanbietern Mobile Messung der
Netzqualität
Sub-Applikation und Software Lösungen
Automatisierung
Projekt Realisierung
Wir erstellen projektspezifische Lösungen und Systeme, die sich in bereits bestehende Applikationen und Systeme
integrieren lassen.NETZQUALITÄT
SEITE 11
PROBLEME ERKENNEN BEVOR SIE ENTSTEHEN
ÜBERWACHUNG DER NETZQUALITÄT AUF VERBRAUCHERSEITE
• Demand Side Power Quality nach IEC TR 63191
• IPC’s (in-plant Points of Coupling)
Beurteilung der aktuellen Netzquali-
täts-Situation
2 Im zweiten Schritt werden die wesent-
lichen Lasten und ihre Auswirkungen
Beschreibung der Zusammenhänge, auf das betriebsinterne, elektrische Netz bewertet und
Zielvorstellungen und Grenzen
1 Im ersten Schritt erfolgt eine Analyse der
beurteilt (z.B. PQ-Simulation).
In Bezug auf die definierte Zielsetzung wird festgelegt,
internen Netzinfrastruktur für alle im Fokus wo im existierenden System welche Daten erhoben
stehenden Anlagenteile, Zonen, Energiezuführungen und werden müssen, um die notwendigen Erkenntnisse zu
Verbraucher. gewinnen.
Der zu realisierende Plan beinhaltet Teilnehmer, Zeitrah- Darauf aufbauend wird das benötigte Messequip-
men, Ressourcen etc. ment festgelegt. Hierbei wird die bereits bestehende
Messinfrastruktur mitberücksichtigt und wo möglich
miteinbezogen.
Aufrechterhalten des Messsystems
Im letzten Schritt wird das DSPQ-Mess-
6 system überprüft damit künftig ein Definition eines Aktionsplans zur
nachhaltiger Betrieb der Messinfrastruk-
tur sichergestellt werden kann. Wichtig ist hierbei die
3 Verbesserung
der Netzqualität-Situation
dauerhaft sichere und messtechnisch genaue Datener- Auf Basis der vorangehenden Analyse
fassung. werden geeignete Massnahmen vorgeschlagen, um die
Relevante Massnahmen dafür werden mit dem Kunden beschriebenen DSPQ-Ziele zu erreichen (DSPQ: Demand
erörtert und in einem Aktionsplan (z. B. für Wartung und Side Power Quality). Es muss ein detaillierter Aktionsplan
Instandhaltung) beschrieben. definiert werden.
Dazu gehören alle Aspekte der geplanten Messkam-
pagne – mit Messgeräten und deren Installation, die
technische Datenerfassung, Zusammenführung und
Verdichtung sowie Planung der Zeitfenster, der internen
Kommunikation und der zyklischen Überprüfung des
Erfassungssystems in dieser Phase.
Nutzung des Messsystems und
5 Auswertung der Messdaten
Die im Aktionsplan aufgeführten Mass- Umsetzung des Aktionsplans zur
nahmen wurden entsprechend der Pri- Etablierung des Netzqualität-Mess-
orisierung umgesetzt und die Auswirkungen können
mit dem DSPQ-Messsystem verifiziert werden.
4 systems
Im nächsten Schritt wird der erarbeitete
Gewonnene Daten werden systematisch erfasst, und verabschiedete Massnahmenplan detailliert umge-
gespeichert und stehen für eine laufende Auswertung setzt. Dies betrifft insbesondere die physische Installa-
zur Verfügung. Damit ist die stetige Beurteilung der tion aller notwendigen Komponenten zur Erfassung der
Netzqualität-Situation möglich. Verbesserungen über benötigten Daten.
die Zeit werden sichtbar gemacht. Das DSPQ-Messsystem wird aufgebaut und in Betrieb
genommen.
Ungefähr 80 % aller PQ-Störungen entstehen innerhalb der Einrichtungen
nach dem “PCC” (Point of Common Coupling) und nicht durch externe Quellen.NETZQUALITÄT
SEITE 12
24/7 - STATIONÄRE MESSUNG DER NETZQUALITÄT
Messung aller elekt
elektrischen Grössen im Starkstromnetz, inkl. Ereignisaufzeichnung und Störschreiberfunktion
UBN AM-REIHE
Kompaktgeräte für die Messung und Überwachung im Starkstrom-Netz
• Oberschwingungsanalyse nach IEC 61000-4-7
• 1500 Informationen über den Energieverbauch, Netzzustand und Netzqualität
• Panel-Einbaugeräte in 96 x 96 mm und 144 x 144 mm
• Störschreiber: Spannungsereignisse nach IEC 61000-4-30
Messgeräte zur Netzqualitäts-Überwachung, metrologisch zertifiziert
UBN PQ1000
Kompaktgeräte für die Netzqualitäts-Überwachung im elektrischen Netz
• Netzqualitätsanalyse in Klasse S nach IEC 61000-4-30 Ed. 3
• Konformitätsbewertung in Verteilnetzen und IPCs nach gängigen Normen und eigenen Grenzwerten
• Designvarianten (Hutschienenmontage mit/ohne Display, Schalttafeleinbau 96 x 96 mm)
UBN PQ3000/PQ5000
Kompaktgeräte für die Netzqualitäts-Überwachung im elektrischen Netz
• Zertifizierte Netzqualitätsanalyse in Klasse A, nach IEC 61000-4-30 Ed. 3
• Datenaustauschformat für Netzqualitätsdaten: PQDIF
• Netzqualitäts-Konformitätsberichte via Webseite ohne externe Software möglichNETZQUALITÄT
SEITE 13
MOBILE MESSUNG DER NETZQUALITÄT
UBN PQ5000 MOBILE
Mobiles Gerät zur Überwachung der Netzqualität in elektrischen Netzen
• Netzqualitätsanalyse in Klasse A, nach IEC 61000-4-30 Ed. 3 (metrologisch
zertifiziert)
• Netzqualitäts-Konformitätsberichte via Webseite
• User LAN/WLAN interface via PC, Laptop, Tablet und Smartphone
MOBILE GERÄTE, METROLOGISCH ZERTIFIZIERTNETZQUALITÄT
SEITE 14
24/7 - ÜBERSICHT GERÄTE STATIONÄRE MESSUNG
UBN UBN UBN
Netzqualitäts-Geräte Differenzierung
AM 1000/2000/3000 PQ 3000/5000 PQ1000
Bauform 96 x 96 / 144 x 144 DIN Hut./144 x 144/Rack 19" DIN Hut. / 96 x 96
Display/Bedienung / Tasten / Tasten / Tasten
Messung
IEC 61000-4-30 Klasse A – Klasse A / Ed. 3 Klasse S / Ed. 3
Abtastrate (Bandbreite) 18 kHz (4,5 kHz) 18 kHz (4,5 kHz) 18 kHz (4.5 kHz)
Messungen pro Periode 50 / 60 Hz 360 / 300 360 / 300 360 / 300
Transientenaufzeichnung Wellenform Wellenform Waveform
RCM
Energiezähler
EN 50160 EN 50160
IEC 61000-2-2 IEC 61000-2-2
IEC 61000-2-4 IEC 61000-2-4
Konformitäts-Normen –
IEC 61000-2-12 IEC 61000-2-12
IEEE 519 IEEE 519
GB/T GB/T
Genauigkeit U / I [%] 0,1 / 0,1 0,1 0.2
Genauigkeit Energiezähler 0,2S / 0,5S 0,2S 0.5S
Spannungsmessung
Überspannungskategorie 600 V CAT III 600 V CAT III 600 V CAT III
Anzahl Kanäle 4 4 3
Messbereich LN / LL 480 V / 832 V 480 V / 832 V 480 V / 832 V
Netzfrequenz 42 … 69,5 Hz 42 … 69,5 Hz 42 … 69.5 Hz
Strommessung
Sensor-Technologie CT CT CT
Kategorie 300 V CAT III 300 V CAT III 300 V CAT III
Anzahl Kanäle 4 4 3
Messbereich (Gerät) In / Imax 5 A / 7.5 A 5 A / 7.5 A 5 A / 7.5 A
Aufzeichnung / Protokoll
Speichergrösse 16GB 16GB 16GB
PQDIF – via browser / SFTP via browser / SFTP
CSV via browser via browser / SFTP via browser / SFTP
PDF-Konformitätsbericht – via browser
– / software via browser / software
Hilfsenergie
100 … 230 V AC/DC 100 … 230 V AC/DC 100 … 230 V AC/DC
Versorgung
24/48 V DC 24/48 V DC 24/48 V DC
Akku Gangreserve oder USV 5 x 3 min 5 x 3 min –
Speisung aus Spannungsmessung – – –
Kommunikation
Ethernet Ethernet Ethernet
Schnittstelle
RS485 RS485 RS485
Modbus Modbus Modbus
Protokoll Profinet Profinet Profinet
IEC 61850 IEC 61850 IEC 61850NETZQUALITÄT
SEITE 15
AUSWERTESOFTWARE FÜR NETZQUALITÄTSMESSGERÄTE
Die folgende Tabelle zeigt auf, welche Geräte mit welcher Software zusammen genutzt werden können. Den
Leistungsumfang der verschiedenen Softwarelösungen entnehmen Sie bitte den folgenden Seiten.
Visualisierung PQ Efficio REST
via Easy Report Energiemanagement Interface
Webbrowser Software
UBN PQ 1000/3000/5000
UBN PQ 5000 Mobile
UBN AM 1000/2000/3000
Die einzelnen Geräte und Softwarefunktionen bitte der jeweiligen Dokumentation entnehmen.NETZQUALITÄT
SEITE 16
PQ-DIFFRACTOR
KOSTENLOSE ANALYSESOFTWARE
• PQDIF-Viewer
PQ-EASY REPORTING
NETZQUALITÄTS-KONFORMITÄTSBERICHTE VIA WEBBROWSER
• Netzqualität-Reporting für die Konformitätsbewertung der Übereinstimmungsbericht 'EN50160 NS'
Main Feeder
Main Feeder G2, Aargauerstrasse 7, 5610 Wohlen
Standard-Normen EN 50160 (6 Varianten), IEC Übereinstimmungsbericht 'EN50160 NS'
Erstelldatum
nicht konform
unvollständig
22.11.2018, 10:42:23
erfüllt
61000-2-2, IEC 61000-2-4 (3 Varianten), IEC
Messzeitraum 21.10.2018, 00:00:00 - 28.10.2018, 00:00:00
Übereinstimmungsbericht 'EN50160 NS'
Messpunkt Main Feeder
Main Feeder G2, Aargauerstrasse 7, 5610 Wohlen
Adresse Main Feeder Anschlussart 4-Leiter ungleichbel.
61000-2-12, IEEE 519, GB/T und kundenspezifischer
Main Feeder G2 Nennspannung 230.0 V
Aargauerstrasse 7 Nennstrom Spannungs-Unsymmetrie
250.0 A
5610 Wohlen Netzfrequenz 50Hz
Energieversorger IBW Wohlen gemessen Verletzung Grenze 1 Verletzung Grenze 2
Grenzwerte
fehlend Resultat
min. Mittel max.
Geräte-Information 0.02 0.20 0.44 0.000 % 0.000 % 0.000 % 0.000 % 0.000 % erfüllt
Device tag Gerätetyp Seriennummer Firmwareversion
PQ3000 Testdevice Camille Bauer PQ3000 1175278002 1.10.3864-1714
Übereinstimmungsbericht 'EN50160 NS'
Grenzwerte Grenzwert 1 Grenzwert 2 Main Feeder
Main Feeder G2, Aargauerstrasse 7, 5610 Wohlen
Frequenz 99.5 % einer Woche 100.0 % einer Woche
Der Umfang der Berichte kann in drei Stufen ausgewählt werden:
-1.00 % 1.00 % -6 % 4%
Spannung 95.0 % einer Woche 100.0 % einer Woche
Ereignisse
-10.00 % 10.00 % -15 % 10 %
neg/pos
500% Grenzwert 1
Langzeitflicker Plt 95.0 % einer Woche
0.0 1.0
450%
Signalspannung 99.0 % einer Woche
0.00 % 9.00 % 400%
• Konformitäts-Übersicht
Spannungs-Unsymmetrie 95.0 % einer Woche
0.00 % 2.00 % 350%
THD Spannung 95.0 % einer Woche
0.00 % 8.00 % 300%
Harmonische U H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14
95.0 % einer Woche 2.0 5.0 1.0 6.0 0.5 5.0 0.5 1.5 0.5 3.5 0.5 3.0 0.5 250%
H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25 H26 H27
200%
0.5 0.5 2.0 0.5 1.5 0.5 0.5 0.5 1.5 0.5 1.5 - -
• Übersicht mit Statistik-Details
H28 H29 H30 H31 H32 H33 H34 H35 H36 H37 H38 H39 H40
150%
- - - - - - - - - - - - -
H41 H42 H43 H44 H45 H46 H47 H48 H49 H50 100%
- - - - - - - - - -
neg/pos Grenzwert 1
50%
Kommentar
Test 0%
0.0002 s 0.001 s 0.003 s 0.02 s 0.5 s 10 s
• Übersicht, Statistik-Details und
Ereignistyp: Spannungseinbruch
Triggerkanal: U3
Zeit: 25.10.18 15:57:16.3870
Ereignisübersicht
Dauer [s]: 0.039977
Messzeitraum Erstelldatum: 22.11.2018, 10:42:23 Restspannung: 187.261 V
21.10.2018, 00:00:00 - 28.10.2018, 00:00:00
Tiefe: 42.7387 V
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• Einbringen eines eigenen Firmenlogos
Messzeitraum Erstelldatum: 22.11.2018, 10:42:23
21.10.2018, 00:00:00 - 28.10.2018, 00:00:00
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Messzeitraum Erstelldatum: 22.11.2018, 10:42:23
21.10.2018, 00:00:00 - 28.10.2018, 00:00:00
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Efficio
STATIONÄRE NETZ-VISUALISIERUNG
• Grafische Visualisierung der
abgefragten Daten
• Funktionales Dashboard
• Ereignis- und Warnmeldungen
• UBN AM/PG WebGUI Widgets
• Energie Daten Monitoring
• Dynamische Zoomfunktion
• Flexible Datenkommunikation
• Sicheres webbasiertes SystemNETZQUALITÄT
SEITE 17
APPLIKATIONSBEISPIEL
System für Energiemanagement, Netzqualität und Pumpenautomation
Hauptkontrollraum
TCP/IP TCP/IP
Station 1 Station 2 Station 3
Detail Station 2
STREAM
AM A STREAM
STRE
REAM
A B
Station
Standalone EMS Work St
Stat
atio
ionn
TCP/IP
PQ3000
PQ300
0000 PQ
Q3000
PQ3000 PQ3
Q3000
PQ3000 PQ3000 PQ3000 PPQ3 000
PQ3000
AM3000 PQ5000 PQ5000 AM3000
PQ5000 PQ5000 PQ5000 PQ5000 PQ5000 PQ5000 PQ5000 CU5000
PQ3000 PQ3000
PQ5000NETZQUALITÄT
SEITE 18
APPLIKATIONSBEISPIEL
Visualisierung und Auswertung der Messdaten im Verteilnetz mit Alarmampel
1000kVA
22.3
25.220
25.230
Alarm 1
21.1
22.2
26.5
Alrm 2 2.5
NKA
Alarm 1
12.1
M
25.210
Alarm 2
21.4
21.3
Alarm 2
12.2
12.3
M
400kVA
630kVA
3x1x95
2.1
2.4
3x1x95
3x1x95
3x95
2.3
2.2
Leuchte 1
4.1
4.3
Leuchte 2
4.4
4.2
Alarm 1
1.6
1.5
1.3
630kVA
Alarm 2
1.1
1.2
1.4
1.7
630kVA
NKA
3x1x95
630kVA
Alarm 1
18.1
18.4
Alarm 2
3.2
3.1
8.2
8.3
Alarm 1 (Station) Alarm 2 (Quittierung)
Alles ok oder Alarm aktuell Alarm aktuell oder vergangen oder kein Alarm
Unterstation Gemeinde Zentrale
Router
SQL Efficio
U1 U2 U3 LAN
Die systematische Überwachung von Verteilnetzen Hier bietet sich das VIVAVIS Netzleitsystem High-Leit mit
verschafft dem Betrei-ber einen schnellen Überblick über einem Gesamtüberblick an, von wo aus der Betreiber sich
die aktuelle Situation seines Netzes und erlaubt ihm in jede Unterstation „klicken“ und detaillierte Informationen
unverzüglich und zielgerichtete auf sich ankündigende abfragen kann.
oder aktuelle Probleme zu reagieren. Alarme werden sofort sichtbar und müssen auch wenn sie
nicht mehr anstehen immer einzeln quittiert werden.NETZQUALITÄT
SEITE 19
APPLIKATIONSBEISPIEL
Netzqualitäts-Überwachung in Rechenzentren
Trafo B
Trafo A
+ +
EPS A G USV - DC/AC A DC/AC B - USV G EPS B
30.0 kW 10.0 kW 0.7 kW 50.0 kW 15.0 kW 0.0 kW 7.0 kW 7.0 kW 3.2 kW 32.0 kW 10.0 kW 6.8 kW
5.5 kW 0.0 kW
MDU A +F11 +F10 +F09 +F08 +F07 +F06 +F05 +F04 +F03 +F02 +F01 +F01 +F02 +F03 +F04 +F05 +F06 +F07 +F08 +F09 +F10 +F11 MDU B
0.3 kW 0.1 kW 0.5 kW 0.15 kW 1.1 kW 0.7 kW 0.4 kW 0.6 kW
PDU AB1 PDU AB2 PDU AB3 PDU AB4
Rechenzentren sind weltweit nicht nur in eigenständiger Form zu finden, Dazu zählen, je nach Ausprägung mit oder ohne IEC-Standardisierung
sondern kommen in vielen weiteren Bereichen vor. (z. B. nach IEC 61000-4-30, Kapitel 5.1 - 5.12, Klasse A), Oberschwin-
Dazu gehören Banken, Versicherungen, Industrieunternehmen, Hospi- gungsspannungen, Flicker, Spannungseinbrüche, Spannungsüberhöhun-
täler, Flughäfen, Energieversorger, Behörden usw. Dabei stellt nicht nur gen, Transienten, schnelle Spannungsänderungen (RVC), usw. Die Auswir-
der enorme Energiebedarf die Betreiber von Rechenzentren als auch die kungen auf diese Phänomene können den Servern und der Infrastruktur
Energieversorger vor grosse Herausforderungen. Wie bei allen Betreibern nachhaltig schaden (z. B. unkontrolliertes Herunterfahren der Maschinen,
von Rechenzentren ist die Verfügbarkeit im 24/7-Betrieb fundamental. Generieren von Anlagen-Defekten, usw.) und müssen deshalb frühzeitig
Hierbei werden Verträge mit den Energielieferanten abgeschlossen und erkannt werden.
systematisch weitere redundante Massnahmen eingeleitet, welche die Um die Phänomene jedoch zeitnah sichtbar zu machen, bedarf es einer
unterbrechungsfreie Versorgung sicherstellen sollen. Dazu zählen Batterie- kontinuierlichen Netzqualitätsanalyse, da sich die Netze aufgrund der sich
speicher als auch Generatoren sowie redundante Versorgungsleitungen in stetig ändernden Verbrauchs- und Einspeisesituation, verursacht durch
das Rechenzentrum hinein. nichtlineare Verbraucher (z. B. LED-Beleuchtungen, frequenzgesteuerte
Allerdings gibt es neben dem Aspekt der quantitativen Versorgungsicher- Klimasysteme, Schaltnetzgeräte der Server, usw.) als auch dezentrale
heit der zugeführten Energie noch den qualitativen Aspekt. Energieerzeuger (z. B. PV-Anlagen auf dem Dach des Rechenzentrums,
usw.), dynamisch verhalten.
Die Energie des Rechenzentrums wird über mehr als 50 Schaltanlagen-
kreise im Medium- und Niederspannungsbereich unterverteilt.NETZQUALITÄT
SEITE 20
APPLIKATIONSBEISPIEL
Messung der Netzqualität und Kommunikation zur Energiemanagementzentrale
Visualisierung und Auswertung
Kontrollcenter
(Leitstelle)
Netzqualität Effico
Firewall
Cloud
(Internet)
VPN
Anlage 1 Anlage 2
(weltweit) (weltweit)
Netzqualität Energiezähler GSM/LTE Router GSM/LTE Router Messung der Netzqualität
Firewall Firewall
Cloud
(Internet)
VPN
Anlage 3 Anlage 4
(weltweit) (weltweit)
Datensammler GSM/LTE Router GSM/LTE Router Messung der elektrischen Grössen
Firewall Firewall
Cloud
(Internet)
VPN
Anlage 5
(weltweit)
GSM/LTE Router Messung der Netzqualität
Netzqualität elektrische Energiezähler Firewall
Grösse
Anlage… n
Die Netzqualitätsdaten von dezentralen Anlagen und Fabriken können dem lokalen Netzwerk und den dezentralen Messeinheiten, welche durch
auf verschiedene Arten zu einer Leitstelle übertragen und dort zentral den Einsatz von Verschlüsselung abhör- und manipulationssicher ist.
verwaltet und ausgewertet werden.
Eine VPN-Verbindung ermöglicht einen vollumfänglichen bidirektionalen
Eine sichere und zuverlässige Möglichkeit stellt eine VPN-Verbindung Datenaustausch der sich auf die in diesem Netzwerk eingebundenen
(Virtual Private Network) dar. Dies ist eine sichere Verbindung zwischen Geräte beschränkt.Stand 03/2022
Berg GmbH
Äderungen vorbehalten
Fraunhoferstr. 22
82152 Martinsried
Tel: 089/379160-0
Fax: 089/379160-199
info@berg-energie.de
www.berg-energie.deSie können auch lesen
