Nebenwirkungen nicht ausgeschlossen

Foto: KBR Kompensationsanlagenbau GmbHFoto: KBR Kompensationsanlagenbau GmbH

Die Zunahme von nicht-linearen Verbrauchern führt zu massiven Netzrückwirkungen. Filter können Abhilfe schaffen.

Energieeffizienz ist nicht nur eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg der Energiewende, sondern gleichzeitig ein zunehmend attraktives Feld für Beratungs- und Serviceleistungen der Versorger. Der Nutzen für Unternehmen, die ihren Energiebedarf optimieren und etwa ein Energiedatenmanagementsystem nach ISO 50001 einführen, ist evident: Sie sparen aufgrund des geringeren Stromverbrauchs nicht nur Kosten, sondern unter Umständen auch erheblich Steuern. Allerdings gibt es ein technisches Problem: Je energieeffizienter ein Unternehmen arbeitet, desto mehr nicht-lineare Verbraucher werden eingesetzt und erzeugen störende Oberschwingungen.

Netzrückwirkungen als Nebenprodukt der Energiewende sind so keine Seltenheit mehr und können im schlimmsten Fall sogar Brände und Überspannungsschäden verursachen. Die Power Quality Service-Abteilung der KBR GmbH empfiehlt Unternehmen deshalb, eine Filtereinheit zu installieren. Das wurde zum Beispiel in einem Landratsamt in Bayern veranlasst.

Eine Filtereinheit mit 60 A in der Niederspannungshauptverteilung konnte den Neutralleiterstrom deutlich von 50 A auf unter 10 A senken. Foto: KBR Kompensationsanlagenbau GmbH

Laut den Technischen Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Mittelspannungsnetz 2008 (TAB) endet die Verantwortung des Netzbetreibers am Übergabepunkt. Konkret heißt das: Ein Unternehmen ist selbst dafür verantwortlich, dass die Netzqualität hoch genug ist, um einen normalen Betrieb zu gewährleisten. Treten Versorgungsstörungen auf, hat das selten mit dem Energieversorger, sondern mit großer Wahrscheinlichkeit mit einer hohen Anzahl an nicht-linearen Verbrauchern im Unternehmen zu tun. Dazu zählen neben elektronischen Vorschaltgeräten, die etwa bei LED-Beleuchtungen eingesetzt werden, auch Energiesparlampen, Netzteile bei PCs und Druckern, Steuerungen in Maschinen, Umrichter oder die Drehzahlregelung von Motoren. Denn während bei linearen Verbrauchern Strom und Spannung mit 50 Hz in einer gleichmäßigen und reinen Sinusform schwingen, die auch als Grundschwingung bezeichnet wird, beziehen nicht-lineare Verbraucher einen Strom aus dem Netz, der von der bekannten Sinusform abweicht und als ein Vielfaches der Grundschwingung auftritt. Diese Stromabnehmer arbeiten zwar energieeffizient, können dafür aber Oberschwingungen und damit auch Netzrückwirkungen erzeugen.

Die Folge sind neben einfachen Funktions- und akustischen Störungen auch Stillstände; zuweilen treten schon nach kurzer Lebenszeit Defekte bei Maschinen ein. Außerdem können Leitungen und Transformatoren thermisch deutlich höher belastet werden. Im Extremfall sind sogar andere Kunden des Netzbetreibers von den negativen Effekten betroffen. „Das Unternehmen ist dann dazu verpflichtet, Maßnahmen zu ergreifen, um die Netzrückwirkungen dauerhaft auf ein zulässiges Maß zu begrenzen“, erklärt Manuel Polinski, Power Quality-Fachmann bei KBR Kompensationsanlagenbau GmbH. „Der Netzbetreiber ist bis zur Behebung der Mängel dazu berechtigt, die Übergabestation des Betriebs vom Netz zu nehmen.“ KBR hat die Problematik frühzeitig erkannt und schon im Jahr 2007 die Abteilung Power Quality Service ins Leben gerufen, die sich ausschließlich mit dem Thema Spannungsqualität auseinandersetzt. „Seit der Gründung steigt die Zahl der Unternehmen, die uns mit der Überprüfung ihrer Netze beauftragen, konstant an. Dazu bieten wir ausführliche Beratungen und liefern passende Filtergeräte, um das Netz wieder auf einen hohen Qualitätsstandard zu bringen“, so Polinski.

Problembewusstsein nicht immer vorhanden

Viele Betriebe, die den Energieverbrauch optimieren wollen, übersehen die Problematik der Oberschwingungen jedoch. Probleme treten meistens dann auf, wenn eine große Monokultur eines Betriebsmittels installiert wird, zum Beispiel ein einziger Lampentyp bei der Beleuchtung. „Die zunächst recht kleine Störaussendung multipliziert sich dann mit der häufig recht hohen Anzahl der Leuchten, was am Ende zu einer erheblichen Netzbelastung führen kann“, so Polinski. KBR rät Unternehmen deshalb, neben dem Installationsort auch einen Wandler sowie einen Filterabgang vorzusehen. Auch die Installation einer kleinen Filtereinheit hält der Schwabacher Energieexperte für sinnvoll. Eine Netzanalyse muss immer im referenzfähigen Betrieb durchgeführt werden, da sich einzelne Störpegel nicht zwangsweise aufsummieren müssen. So kann es – bedingt durch die Phasenlage der Oberschwingungen – auch zu Kompensationseffekten kommen. Ist also bereits eine kleine Filtereinheit vorhanden, kann während des Probebetriebs der endgültige Bedarf festgestellt und die Filterleistung entsprechend angepasst werden.

Landratsamt vermindert Netzrückwirkungen

Die Problematik der nicht-linearen Verbraucher ist auch in einem bayerischen Landratsamt bekannt: Dort wurde im Jahr 2012 eine Photovoltaik-Anlage installiert. Da es Befürchtungen gab, dass diese deutliche Netzrückwirkungen auslösen könnte, wurde KBR damit beauftragt, eine Langzeitmessung mit Power-Quality-Auswertung durchzuführen. Anders als erwartet, stellte sich jedoch nicht die PV-Anlage als problematisch heraus, sondern die Bürotechnik, die einen erhöhten Neutralleiterstrom erzeugte.

„Sind in einem Gebäude noch viele konventionelle Verbraucher wie Glühbirnen, Trafonetzteile oder direkt angetriebene Motoren im Einsatz, spielt der Neutralleiterstrom keine Rolle. Doch bei modernen Bürogebäuden, die größtenteils mit moderner Steuerungs-, Automatisierungs- sowie Kommunikationstechnik ausgestattet sind und noch über ein Landratsaltes TN-C-Netz verfügen, können erhebliche Störungen auftreten“, erläutert Polinski. Aus diesem Grund wird in der DIN VDE 0100-444 vorgeschrieben, dass neu errichtete Gebäude mit einem wesentlichen Anteil an informationstechnischen Betriebsmitteln mit einem TN-S-Netz ausgestattet werden müssen. Des Weiteren wird die Umrüstung von bestehenden Gebäuden empfohlen.

Weniger Netzrückwirkungen durch Filtereinheit

Im Falle des Landratsamtes war die Umstrukturierung in ein reines TN-S-Netz noch nicht vollkommen abgeschlossen. Deshalb bestanden in den alten Verteilungen noch mehrere PEN-Brücken. Der Neutralleiterstrom floss nicht nur über den N/PEN-Leiter, sondern auch über das parallelgeschaltete Schutzund Potentialausgleichssystem zurück zum Trafosternpunkt. „Der Schutzleiter sollte im Betrieb stromlos sein, da er als Anbindung für Schirme von Busleitungen wie zum Beispiel Ethernet dient. Fließt dort Strom, können Kommunikationsstörungen wie Verbindungsabbruch, Geschwindigkeitsreduktion oder Fehlreaktionen auftreten“, so Polinski.

KBR übernahm schließlich die Qualitätssicherung des Netzes und installierte eine Filtereinheit multiwave active mit 60 A in der Niederspannungshauptverteilung. So konnte der Neutralleiterstrom, der vorher 50 A betragen hatte, in der Einspeisung auf deutlich unter 10 A kompensiert werden.

 

Kontakt: KBR Kompensationsanlagenbau GmbH, Manuel Polinski, 91126 Schwabach, Tel.: +49 (0) 9122 6373-0, info@kbr.de

Lesen Sie auch: