Die Qualität der Stromversorgung war lange Zeit gleichbedeutend mit Versorgungssicherheit, d.h. dem Ausbleiben von fühlbaren Unterbrechungen. Elektronische Verbraucher, wie EDV oder industrielle Steuerungen benötigen weit mehr: Oberschwingungen, Transienten usw. können erhebliche Schäden verursachen. In der Konsequenz hat der Bundesgerichtshof Netzverteilbetreiber der Produkthaftung unterworfen. Umso wichtiger ist eine umfassende Analyse und Dokumentation der Spannungsqualität mit zertifizierten Verfahren.
Zusätzliche Aktualität hat das Thema durch ein Urteil des Bundesgerichtshofs vom Februar 2014 gewonnen (Az.: VI ZR 144/13). Elektrizität ist nach Auffassung des BGH ein Produkt im Sinne von §2 ProdHaftG. In der Konsequenz haftet damit der Verteilnetzbetreiber, wenn Elektrogeräte durch schlechte Spannungsqualität Schaden nehmen. Ein Haftungsausschluss durch die Niederspannungsanschlussverordnung (NAV) wurde vom Gericht ausdrücklich verneint. Der Lieferant haftet unabhängig vom Verschulden! Der Netzbetreiber muss Spannung und Frequenz möglichst gleichbleibend halten, so dass allgemein übliche Verbrauchsgeräte und Stromerzeugungsanlagen einwandfrei betrieben werden können. Natürlich ist zur Analyse sowie zum Nachweis und der Dokumentation der Spannungsqualität ein durchgehendes Monitoring in ausreichender Granularität erforderlich.
Es gibt viele Spannungsqualitätsanalysatoren auf dem Markt; jedoch sind bei weitem nicht alle zertifiziert. Janitza hat diesen Schritt schon vor einigen Jahren vollzogen. Dem Spannungsqualitätsanalysator UMG 511 wurde bereits im Januar 2011 die Klasse A Konformität gemäß IEC 61000-4-30 bestätigt. Damit ist auch in Streitfällen, zur Dokumentation der Spannungsqualität für Endkunden, für die Dokumentation beim EVU, für Aufsichtsbehörden oder zur konkreten Fehleranalyse bei Spannungsqualitäts-Problemen in der Energiever-sorgung eine zuverlässige Referenz gegeben.
Im Sommer kam nun das Nachfolgemodell auf den Markt, der Spannungsqualitätsanalysator UMG 512 (Bild 3). Er beherrscht alle Disziplinen seines Fachs, wie die kontinuierliche Überwachung der Spannungsqualität, Oberschwingungsanalyse bei Netzproblemen, Über-prüfung des internen Versorgungsnetzes gemäß EN 61000-4-7, EN 6100-4-15, EN 61000-4-30 etc. Das UMG 512 ist auf die Erfassung großer Datenmengen ausgelegt, wie sie bei seiner hohen Abtastrate von 25.600 Hz oder einer kontinuierlichen Echteffektivwertmessung (True-RMS) anfallen. Damit diese Menge an Messwerten auch bei einem Ausfall des Datennetzes erhalten bleiben, verfügt er über einen großen Onboard- Messdatenspeicher mit 256 MB. Dank diesem sind auch mittels einer Jasic-Oberfläche SPS-Funktionen, d.h. lokale Intelligenz, implementierbar. Zusammen mit dem in der GridVis®-Software enthaltenen Alarmmanagement lassen sich Störungen häufig schon im Vorfeld erkennen und beheben (Bild 4). Den Zugriff auf die vielen Funktio-nen und Messpunkte vereinfacht das große, intuitiv zu bedienende Farbgrafikdisplay. Messwerte und Ereignisse lassen sich damit nicht nur in numerischer Form, sondern auch als Balkengrafik oder Liniengraph anzeigen. Für Strom und Spannung ist eine Wellenformdarstellung möglich. Außerdem ist die Software GridVis®-Basic im Lieferumfang enthalten, die die Auswertung und Dokumentation zusätzlich erleichtert.
Egal, ob man den “Schuldigen“ für einen entstandenen Schaden zur Rechenschaft ziehen, bzw. zur Kasse bitten will oder Störquellen vorsorglich erkennen und entschärfen möchte: Man benötigt zuverlässige und dokumentierte Messwerte, die im Zweifelsfall sogar vor Gericht Bestand haben. Dann helfen die Aufzeichnungen von Spannungsqualitätsanalysatoren, wie die Janitza electronics GmbH sie seit Jahren entwickelt und vertreibt. Durch umfangreiche Analysetools und Dokumentationen bieten sie einen umfassenden und detailreichen Einblick in eine Anlage. Neben grundlegenden Werten wie Spannungshöhe, Frequenz und Kurvenform erfassen sie vor allem Störungen aller Art (Bild 1). Dies können Flicker- Effekte sein oder auch kurzzeitige Spannungseinbrüche, wie sie etwa für die automatische Wiedereinschaltung nach Lichtbogen-Kurzschlüssen charakteristisch sind. Ein anderer Klassiker sind Oberschwingungen. Diese werden durch nichtlineare Verbraucher verursacht und können die Funktion von anderen Geräten erheblich beeinträchtigen. Außerdem heben sich im Gegensatz zu der Grundschwingung im Dreiphasensystem alle durch drei teilbaren Oberschwingungen im Neutralleiter nicht auf, sondern addieren sich. Dies kann zu einer unzulässig hohen Strombelastung des Neutralleiters führen. Typische Oberschwingungs-Erzeuger sind die erwähnten Frequenzumrichter. Weitverbreitet sind auch Überspannungen bei Schaltvorgängen.
Das UMG 512 hat zwei RCM-Eingänge für die Differenzstrommessung (Residual Current Monitoring), welche zusammen mit dem Alarmmanagement aus der GridVis®-Software für zusätzliche Sicherheit sorgen (Bild 6). Bei der kontinuierlichen Überwachung der Differenzströme einer elektrischen Anlage wird beispielsweise ein Digitalausgang bei Überschreitung eines Ansprechwertes gesetzt oder eine E-Mail abgesetzt. Der Anlagenbetreiber kann zeitnah reagieren, bevor eine Schutzeinrichtung anspricht. Dies ist besonders wichtig in Anlagen, die eine sehr hohe Verfügbarkeit gewährleisteten müssen.
Die Spannungsqualität zu bestimmen, betrifft einen wachsenden Kreis von Anbietern und Verbrauchern: Netzbetreiber sehen sich einer – eigentlich erfreulichen – Anzahl von Erzeugern erneuerbarer Energie gegenüber. Die Verbraucher, speziell im gewerblichen und industriellen Sektor, blicken mit Sorge auf ihre vielen embedded Systeme und Steuerungen in allen Bereichen des Anlagenfeldes. Dabei müssen sie manchmal auch erkennen, dass sie selbst Verursacher von Störungen sind. Frequenzumrichter, Energiesparer par excellence, sind nur ein Beispiel für nichtlineare Verbraucher, die heftige Störungen verursachen können. Aber auch eine ganz triviale Schieflast im Dreiphasen-Netz kann Ärger bereiten.
Glücklicherweise gibt es seit einigen Jahren die Norm IEC 61000-4-30 Klasse A. Sie liefert detaillierte Vorgaben, die ein Spannungsqualitätsanalysator erfüllen muss, damit die Resultate auch in Streitfällen hinzugezogen werden können. Die Norm definiert die notwendigen Parameter, geeignete Messmethoden, Genauigkeit und Bandbreiten. So lassen sich Ergebnisse problemlos reproduzieren und vergleichen.
Folgende Parameter sind definiert:
Auch die Kommunikationsarchitektur ist an die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und die großen Datenmengen angepasst. Dank diverser Ethernet-Protokolle lässt sich z.B. die Fernüberwachung kritischer Prozesse wirtschaftlich realisieren. Als Modbus-Gateway kann das UMG 512 untergeordnete Messgeräte ohne Ethernet- Schnittstelle kostengünstig einbinden. Für den Einsatz in der Gebäudekommunikation beherrscht es das BACnet- Protokoll.
Im Vergleich zum Vorgängermodell bietet das Gerät unter anderem einen neuen, schnelleren A/D-Wandler, mit einer höheren Abtastrate (25,6 kHz), einen Temperatureingang, zwei RCM-Messeingänge sowie ein separates RS485-Interface, 3-polig, mit umschaltbarem Abschlusswiderstand. True-RMS Halbwelleneffektiv-Werte für Spannung, Strom, Wirkleistung, Blindleistung und Frequenz sind für Phase/Phase und Phase/Erde simultan verfügbar. Die Ereignis- und Transienten-Aufzeichnungsdauer wurde verlängert (Bild 5). Ereignisse können auch in Wellenform angezeigt werden. Die Ereignis- und Transienten-Aufzeichnungsdauer wurde drastisch erhöht, wobei zusätzlich eine Minute Vorlauf und zehn Minuten Nachlauf aufgezeichnet werden. Außerdem sind Halbwelleneffektivwerte für V, A, kW, kvar und Hz für Stern und Dreieck gleichzeitig verfügbar.
Es ist klar, dass diese Effekte nur mit einem hohen Aufwand erfassbar sind und dass die zeitliche Auflösung und Messtoleranz des Spannungsqualitätsanalysators eine entscheidende Rolle bei der Dokumentation spielen. Gerade in Bereichen, in denen Spannungsqualität, bzw. eine Begrenzung von Störungen, Vertragsbestandteile sind, kann die Messmethode eine entscheidende Rolle spielen. Die Vertragspartner müssten sich dann neben den Spannungseigenschaften auch auf die Messmethode und die Qualität der Messgeräte einigen, mit der diese bestimmt werden (Bild 2). Die Versuchung wäre sonst groß, durch weniger leistungsfähige Geräte mögliche Störungen großzügig zu übersehen. Selbst wenn man keine Absicht unterstellt, war es lange Zeit schwierig, Instrumente verschiedener Hersteller zu vergleichen. In Ermangelung verbindlicher Normen haben sie jeweils eigene Verfahren zum Auswerten einer Messung entwickelt. Der Anwender musste sich somit nicht nur mit der eigentlichen Messung, sondern womöglich auch mit den Messalgorithmen und Verfahren der Hersteller befassen. Um in so einer Situation Rechtssicherheit zu schaffen, müssten Lieferanten und Kunden seitenlange Vereinbarungen über zu verwendende Messgeräte in den Vertrag aufnehmen.
Das UMG 512 ist ein ausgereiftes Gerät, das mit der Zertifizierung nach IEC 61000-4-30 zusätzliche Sicherheit in die Handelsbeziehung zwischen Kunden und Versorger bringt. Janitza entwickelt das Gesamtpaket natürlich weiter. So bietet die neue Geräte-Homepage eine Ampelfunktion, die auffällig signalisiert, ob die EN 50160 eingehalten wird.
In Kürze erweitern zudem neue Apps den Bedienkomfort: Über die App Messwertmonitor lassen sich online und historisch Daten direkt vom Gerät, ohne zusätzliche Software abrufen. Die App EN 50160 Analyse nutzt die lokale Intelligenz des Geräts, um Daten zu analysieren und aufzubereiten. Das reduziert die zu übertragende Datenmenge, so dass sich auch über weniger leistungsfähige Kommunikationswege, etwa auf dem mobilen Sektor, aussagefähige Informationen über den Anlagenzustand gewinnen lassen. Damit profitiert der Anwender über den gesamten Einsatzzeitraum der Hardware von Erweiterungen und Verbesserungen.