DC Komponeten in AC Netzen
- Gepostet von Neo Messtechnik
- Am 1. August 2023
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In den letzten Jahren wurden Power Quality Messungen in der Industrie und in Verteil- und Transportnetzen immer öfter durchgeführt. Bei diesen Messungen waren die klassischen Kennwerte wie Spannungseinbrüche, Spannungstransienten und Oberschwingungen im Fokus. Maximalwerte liefern die Normen zur Qualität von Verteilnetzen.
- EN 50160
- IEEE 519
- Richtlinie G5/4
- D-A-CH-CZ - Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen
Darüber hinaus kann die Kompatibilität zwischen Verteilnetz und Produkten gemäß den Normen IEC 61000-2-2 für öffentliche Niederspannungsnetze und IEC 61000-2-4 für Niederspannungs- und Mittelspannungs-Industrieanlagen bewertet werden. In diesen Normen wurde aber stets der Power Quality Parameter DC-Offset nicht mit angeführt.
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DC-Grenzen in der Normung
In Deutschland ist der DC-Anteil in der Technischen Anlagenrichtlinie (TAR) Niederspannung seit 2019 unter Punkt 5.4.4.9 Einspeisung von Gleichströmen in das Niederspannungsnetz zu finden. Hier heißt konkret: Ein Umrichter darf nicht mehr als 0,5 % seines Bemessungsstromes oder maximal 20 mA (der höhere Wert ist zu wählen) als Gleichstrom einspeisen.
Anmerkung 1: Die Messung von Gleichströmen erfolgt auf Basis der DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) über 10 Grundschwingungsperioden
Anmerkung 2: Gleichströme können zu Korrosionsschäden an Kabeln und Schäden an anderen Betriebsmitteln sowie zur Sättigung von Transformatoren und anderen Induktivitäten führen.
Im Normungstext werden explizit Umrichter als unerwünschte DC-Quellen aufgeführt. Maximalwerte für die DC-Komponente finden sich ebenfalls in anderen Ländern. Drei Beispiele sind in der folgenden Tabelle aufgelistet.
| Land | Standard | Grenzwert |
|---|---|---|
| Australien | AS4777.2 | 5 mA oder 0,5 % des Nennausgangstroms |
| USA | IEEE Standard 1547-2018 | 0,5 % des Nennausgangstroms |
| Italien | CEI 0-21 | 0,5 % des Nennausgangstroms |
DC-Quellen eines Umrichters
Die potenziellen DC-Quellen in Umrichtern sind sehr vielschichtig, wie die folgende Abbildung eines Wechselrichtersystems verdeutlicht.
Messsystem
Für die anspruchsvolle Messung des kleinen DC-Anteils sollte das verwendete PQ-Gerät ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, ansonsten gehen kleinere Pegel unter- oder oberhalb der Nennfrequenz im Rauschen unter.
Mit dem Power Quality Analysator PQA8000H von Neo Messtechnik ist der Anschluss von Nullflusswandlern möglich. Neben einem sehr guten Signal-Rausch-Verhältnis können auch die Frequenzparameter der FFT-Analyse frei gewählt werden.
Die normativ festgelegte Gruppierung gemäß der IEC 61000-4-7 ist gerade im niederfrequenten Bereich für weitergehende Analysen oftmals zu grob gefasst. Aus diesem Grund kann der Analysator auch im Hochspannungsnetz eingesetzt werden, um geomagnetisch induzierte Quasi-Gleichströme im Bereich von 0 bis 1 Hz zu detektieren.
Fazit
Die Umrichtertechnologie bei erneuerbaren Energien ist nicht nur eine potenzielle Quelle von Oberschwingungen. In den letzten Jahren mehren sich Untersuchungsberichte, dass auch in vielen Fällen eine DC-Einspeisung erfolgt. Neben Umrichtern können auch nicht-lineare Lasten einen DC-Anteil generieren. Induktive Betriebsmittel wie Motoren und Transformatoren sind aktuell für diese Belastungen nicht ausgelegt. Trotz einiger Bemühungen seitens der Hersteller von Umrichtern den DC-Anteil zu minimieren, wird bei Power Quality-Messungen im Niederspannungsnetz bei der Verwendung von AC/DC-Sensoren immer öfter auch ein nicht zu vernachlässigender DC-Anteil detektiert.
Lesen Sie den vollständigen Artikel im PSD Europe Magazin vom September 2023 (beginnend auf Seite 41).
powersystemsdesign.com/print-archives-emb/588
Zum Abschluss
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