Ganzheitlich integrierte Power Management Systeme sorgen für einen sauberen Stromfluss. (Bild: © Rawpixel.com ; shutterstock.com / Scheider Electric GmbH)
Alte Netze und neue Technologien
Um die Zusammenhänge von Netzqualität und Lastabnehmern einordnen zu können, ist ein Blick in die Vergangenheit nötig. In den vergangenen Jahrzehnten wurden in der Elektrotechnik Produkte in rasanter Geschwindigkeit entwickelt und neue Lösungen haben ihre eigene Infrastruktur überholt: Elektrische Verteilernetze, die vor 30 Jahren für den Antrieb von beispielsweise Motoren oder Abfüllanlagen entwickelt wurden, versorgen heute Maschinen, Gebäude oder Datacenter, die mit den neuesten Energiespar- und Steuerungstechnologien – typischerweise nichtlineare Lasten – ausgestattet sind. Bei nichtlinearen Lasten handelt es sich um Verbraucher, die nichtsinusförmige Signale aufnehmen, also mehr oder weniger starke Oberschwingungen erzeugen und so die Sinusform der Ausgansspannung verzerren. Unter nichtlineare Lasten fallen unter anderem:
- Industrieanlagen (Schweißmaschinen, Lichtbogenöfen, Induktionsöfen)
- Drehzahlvariable Antriebe
- Ältere USV-Anlagen
- Büroausstattung (Computer, Drucker, etc.)
- Haushaltsgeräte (Fernseher, Mikrowellenherde, Leuchtstofflampen)
- Geräte mit magnetischer Sättigung (z.B. Transformatoren)
‚Dirty Power‘ – der Schmutz im Netz
Oberschwingungen bewirken nun eine Vielzahl von Störungen oder Beschädigungen in der Niederspannungsanlage. So können Motoren, Kondensatoren, Kabel oder Transformatoren überhitzen und schlimmstenfalls einen Brand verursachen. Maschinen, Anlagen und Geräte verschleißen schneller, ihr Lebenszyklus verkürzt sich oder sie fallen bei einem Ereignis gleich komplett aus. In der Folge verzögern sich Prozesse und Anlagenstillstände drohen, mit teils erheblichen Folgekosten. Aber nicht nur die Produktivität sinkt – auch gesundheitliche Beeinträchtigungen wie Kopfschmerz oder Müdigkeit bei zu schnellen Spannungsänderungen (Flicker) sind zu befürchten. In der Fachliteratur werden diese durch nichtlineare Lasten hervorgerufenen Verunreinigungen als Netzverschmutzung (Dirty Power) bezeichnet. Die Kompensation einer unzuverlässigen Stromversorgung aufgrund von Dirty Power bestand nun lange Zeit darin, teure Redundanz zu kaufen (überdimensionale Transformatoren, mehrere Versorgungsleitungen, Backup-Erzeugung, USV mit einem Raum voller Akkus, usw.) und auf das Beste zu hoffen. Der Redundanzansatz hilft zweifelsohne, einen Stromausfall oder eine Störung zu überwinden, aber – und das ist entscheidend – er wird die Ursachen nicht beseitigen.
