Qualität und Sicherheit in der Stromversorgung

Systeme zur lokalen Spannungsverbesserung

Die Deregulierung des Strommarktes führt unter anderem zu vermehrten Störungen in der Energieversorgung. Gleichzeitig steigen die Anforderungen der Verbraucher an die Stromqualität. Mit Spannungsstabilisierungssystemen und USV-Anlagen der RWE Piller GmbH schützen sich Unternehmen vor Netzstörungen und damit vor Produktionsausfällen oder Datenverlusten.

03. Dezember 2001

Mit der Liberalisierung des deutschen Strommarkts ist elektrische Energie zur Handelsware geworden. Die Stromtarife haben sich auf einem niedrigen Niveau eingependelt. Um Gewinn in einem insgesamt stagnierenden Strommarkt ohne große Zuwachsraten im Stromverbrauch zu machen, sind die Energieversorgungsunternehmen (EVU) und Netzbetreiber gezwungen, die Erzeugungs- und Übertragungskosten zu senken. Wegen der Rationalisierungsmaßnahmen wird die Stromqualität notgedrungen absinken.

Zudem versuchen Ausländische Anbieter, auf dem deutschen Markt Fuß zu fassen. Wenn sie ihren „Billigstrom“ demnächst in das deutsche Netz leiten, werden Schaltvorgänge und Laständerungen zunehmen. Diese Vorgänge bewirken Störungen im Netz. Auch der Trend zur dezentralen Energieerzeugung mit Einspeisung in das Verbundnetz der EVU wirkt sich ungünstig auf die Stabilität des Verbundnetzes aus.

Nationale und EU-Normen legen zwar die Grenzwerte für die Stromqualität fest, lassen aber mehr Spielraum als für den störungsfreien Betrieb vieler Verbraucher erforderlich ist. So darf beispielsweise die Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der Belastung um +5 % oder -10 % von der Nennspannung abweichen - unzulässige Werte für viele kontinuierliche Produktionsprozesse. Während derartige Spannungsschwankungen oder auch kurzzeitige Stromunterbrechungen im normalen Haushalt höchstens eine Glühbirne zum Flackern bringen, verursachen sie beispielsweise in der Halbleiterfertigung haufenweise Elektronikschrott.

Einerseits ist also mit zunehmenden Störungen in den Versorgungsnetzen zu rechnen, andererseits werden Verbraucherlasten - insbesondere solche mit kritischen Anwendungen in Banken, Versicherungen, Telekommunikation und modernen rechnergestützten Produktionsprozessen - empfindlicher gegen Netzstörungen. Schon kleine Spannungsverzerrungen oder kurzzeitige Spannungseinbrüche können zur Produktionsunterbrechung oder zum Datenverlust führen.

Für EVU und Netzbetreiber im liberalisierten Strommarkt ist es unwirtschaftlich, das Verbundnetz zu verbessern, um Unregelmäßigkeiten in der Stromversorgung zu eliminieren. Alternativen zum Netzausbau entwickelt RWE Piller. Dazu gehören Energiekonditionierungssysteme zur Spannungsstabilisierung sowie dynamische und statische USV-Anlagen bis in den oberen Leistungsbereich. Sie werden eingesetzt, wo der Qualitätsstrom benötigt wird, und verschaffen den Verbraucherlasten durch „Local Tuning“ die Energiequalität, die für einen sicheren und ununterbrochenen Betrieb erforderlich ist.

Bisher war die Stromversorgung in Deutschland im internationalen Vergleich sehr zuverlässig. Großflächige Netzausfälle, wie in sie in den USA immer wieder vorgekommen sind, gab es nicht. Das heißt aber nicht, daß der Verbraucher sich auf eine störungsfreie Stromversorgung verlassen kann. Statistiken kommen zu dem Ergebnis, daß 31 % der Störungen auf Blitzschlag, 32 % auf allgemeine Probleme wie kurzzeitige Unterbrechungen oder Unter- und Überspannungen im Versorgungsnetz zurück zu führen sind. Es kommt deshalb nicht nur darauf an, Netztotalausfälle zu überbrücken. Auch die Netzqualität während des Betriebes gilt es zu verbessern. Neben Kurzzeitunterbrechungen und totalen Ausfällen sind dies die häufigsten Netzstörungen:

Oberschwingungen: Die ideal sinusförmige Spannungskurve wird verzerrt durch Rückwirkung nichtlinearer Verbraucher wie PC, Regelmotoren und Antriebe, Kopierer, Faxgeräte oder Stromrichteranlagen.

Spannungsschwankungen und Flicker: Schalthandlungen an großen Lasten oder der Betrieb pulsierender Verbraucher verursachen am Verknüpfungspunkt Spannungsschwankungen. Treten diese Schwankungen periodisch mit einer Frequenz von einigen Hertz auf, spricht man von Flickern.

Kommutierungseinbrüche: Bei netzgeführten Stromrichtern ist während der Kommutierung kurzzeitig zwischen zwei Außenleitern ein Kurzschluss wirksam bis das Folgeventil den Strom übernommen hat. Diese Kommutierungseinbrüche zeigen sich als Nadelimpulse im idealen Spannungsverlauf und erstrecken sich bis zu einigen zehn Kilohertz.

Über- und Unterspannungen: Überspannungen entstehen durch Schaltvorgänge in großen elektrischen Anlagen oder Blitzeinschläge. Die Spannungsamplitude übersteigt den Normalwert um mehr als 10 % für die Dauer von mehreren Sekunden. Unterspannungen treten auf, wenn in der Nähe schwere Elektromotoren gestartet oder starke Ströme geschaltet werden. Die Spannungsamplitude beträgt weniger als 80 % der Nennspannung für die Dauer einiger Sekunden.

Die RWE Piller GmbH hat ein breites Angebot an Systemen entwickelt, mit denen sich vor Ort im Unternehmen die Versorgungsqualität auf das gewünschte Niveau heben lässt. Dynamische USV-Anlagen wie das Uniblock-System bieten als „rotierender Transformator“ bedingt durch die galvanische Trennung zwischen Netz und Verbraucher Schutz gegen alle Netzstörgrößen. Spannungsspitzen werden gedämpft und selbst extreme Lastbedingungen wie Kurzschlüsse sind sicher zu beherrschen.

Dank der aktiven internen Redundanz stehen vier voneinander unabhängige Strompfade für die Versorgung der Verbraucher zur Verfügung. Als „klassisches“ USV-System wird es in Einzelleistungen von 150 kVA bis 1100 kVA gefertigt. Mit Batteriespeichern und gegebenenfalls mit Dieselaggregat ausgerüstet bietet es neben der Optimierung der Spannungsqualität auch vollständigen Schutz gegen alle Kurz- und Langzeitunterbrechungen. Die aktuellen Modelle können optional mit einer integrierten Wasserkühlung ausgestattet werden.

Basierend auf dem Konzept der Uniblock-Maschine wurde der Uniblock-T entwickelt. Dieses batterielose System ist mit dem kinetischen Energiespeicher Powerbridge ausgestattet und kann in Abhängigkeit von der Last bis zu 2 min Netzausfall überbrücken. Im Netzparallelbetrieb kompensiert das System bidirektional über 99 % aller Arten von Netzsstörungen. Der Schwungmassenspeicher stellt nicht nur Energie zur Überbrückung von Kurzzeitunterbrechungen und zur Kompensation von Versorgungsstörungen bereit, sondern absorbiert auch rückfließende Energie. Das stellt einen stabilen Inselbetrieb zum Beispiel in Verbindung mit einem Blockheizkraftwerk sicher.

Zwei oder mehr dieser Local-Tuning-Systeme können parallel-redundant oder direktparallel zur Erhöhung der verfügbaren Leistung betrieben werden. Anlagen mit Anbindung an die Mittelspannungsebene sind ebenso verfügbar wie Containeranlagen, die alle zum Betrieb erforderlichen Komponenten beinhalten und als mobile Lösungen sofort nach dem Ankoppeln an das Netz betriebsbereit sind.

Erschienen in Ausgabe: 11/2001