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Oberschwingungen durch Frequenzumrichter: Warum TRMS allein oft nicht ausreicht

Veröffentlicht am von Lukas Achtelik
Oberschwingungen am Frequenzumrichter mit einem Netzqualitätsanalysator messen
→ Produktkategorie: Datenlogger für Strom und Spannung

 

Frequenzumrichter ermöglichen eine energieeffiziente und flexible Drehzahlregelung von Motoren. Gleichzeitig gehören sie zusammen mit Schaltnetzteilen, LED-Treibern, USV-Anlagen, Ladegeräten und anderen leistungselektronischen Verbrauchern zu den typischen nichtlinearen Lasten in modernen Industrie- und Gebäudeinstallationen.

Ein nichtlinearer Verbraucher nimmt den Strom nicht mehr als saubere sinusförmige Welle auf. Stattdessen entstehen gepulste oder deutlich verzerrte Stromverläufe. Diese Ströme enthalten neben der Grundschwingung mit 50 Hz weitere Frequenzanteile, die als Oberschwingungen beziehungsweise Harmonische bezeichnet werden.

Mit einer TRMS-Stromzange lässt sich der tatsächliche Effektivwert eines verzerrten Stroms grundsätzlich besser erfassen als mit einem Messgerät, das nur für sinusförmige Signale ausgelegt ist. Trotzdem beantwortet ein einzelner TRMS-Wert nicht die entscheidenden Fragen: Welche Oberschwingungen sind vorhanden? Wie hoch ist die Spannungsverzerrung? Wird ein Transformator zusätzlich belastet? Entstehen kritische Neutralleiterströme? Und treten die Probleme dauerhaft oder nur in bestimmten Produktionszuständen auf?

Zwei Anlagen können denselben Effektivstrom besitzen und dennoch eine völlig unterschiedliche Netzbelastung verursachen. Der TRMS-Wert beschreibt die gesamte thermisch wirksame Größe des Signals, zeigt aber weder die spektrale Zusammensetzung noch den zeitlichen Verlauf, die Phasenlage oder einzelne Netzqualitätsereignisse.

Für eine belastbare Bewertung müssen deshalb Spannung und Strom gleichzeitig erfasst, die einzelnen Oberschwingungsordnungen analysiert und die Werte über einen repräsentativen Betriebszeitraum aufgezeichnet werden. Dieser Beitrag erklärt, was TRMS leisten kann, wo seine Grenzen liegen und wie Netzrückwirkungen von Frequenzumrichtern fachgerecht untersucht werden.

Inhaltsverzeichnis

Was sind Oberschwingungen?

In einem idealen Wechselspannungsnetz besitzen Spannung und Strom eine sinusförmige Grundschwingung. In europäischen Niederspannungsnetzen beträgt deren Frequenz üblicherweise 50 Hz.

Wird die Sinusform verzerrt, lässt sich das Signal mathematisch als Überlagerung der Grundschwingung und weiterer sinusförmiger Frequenzanteile darstellen. Diese zusätzlichen Bestandteile werden als harmonische Oberschwingungen bezeichnet.

Die Frequenz einer Oberschwingung entspricht einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Bei einem 50-Hz-Netz besitzt beispielsweise die dritte Harmonische 150 Hz, die fünfte Harmonische 250 Hz und die siebte Harmonische 350 Hz.

Harmonische Ordnung Frequenz bei 50 Hz Typische Bedeutung
1. 50 Hz Grundschwingung und gewünschte Netzfrequenz
3. 150 Hz Kann bei einphasigen nichtlinearen Lasten den Neutralleiter stark belasten
5. 250 Hz Häufig relevanter Anteil bei konventionellen dreiphasigen Gleichrichterschaltungen
7. 350 Hz Ebenfalls häufig bei sechspulsigen Gleichrichtern vorhanden
11. und 13. 550 und 650 Hz Weitere typische Anteile bestimmter Gleichrichtertopologien

Welche Harmonischen tatsächlich auftreten, hängt von der Schaltung des Verbrauchers, der Netzimpedanz, der Belastung, vorhandenen Drosseln, Filtern und weiteren angeschlossenen Betriebsmitteln ab. Aus der Aussage „Frequenzumrichter vorhanden“ lässt sich deshalb noch kein vollständiges Oberschwingungsspektrum ableiten.

Neben ganzzahligen Harmonischen können auch Zwischenharmonische, hochfrequente Schaltanteile und transiente Ereignisse auftreten. Diese Phänomene müssen messtechnisch unterschieden werden, weil sie unterschiedliche Ursachen besitzen und nicht mit jedem Messgerät gleich zuverlässig erfasst werden.

Warum Frequenzumrichter Oberschwingungen verursachen

Ein Frequenzumrichter besteht vereinfacht aus einem netzseitigen Gleichrichter, einem DC-Zwischenkreis und einem motorseitigen Wechselrichter. Der Gleichrichter wandelt die Netzwechselspannung in eine Gleichspannung um. Der Wechselrichter erzeugt daraus eine variable Ausgangsspannung und Frequenz für den Motor.

Viele konventionelle Frequenzumrichter verwenden am Eingang einen sechspulsigen Diodengleichrichter mit Zwischenkreiskondensator. Der Kondensator nimmt Strom hauptsächlich dann auf, wenn die momentane Netzspannung ausreichend hoch ist. Dadurch fließt der Eingangsstrom nicht gleichmäßig über die gesamte Sinusperiode, sondern in ausgeprägten Strompulsen.

Dieser gepulste Strom besitzt einen korrekten Grundschwingungsanteil, enthält aber zusätzlich mehrere Oberschwingungen. Bei typischen sechspulsigen Schaltungen treten häufig insbesondere die fünfte, siebte, elfte und dreizehnte Harmonische auf. Die tatsächlichen Amplituden unterscheiden sich jedoch je nach Geräteausführung und Betriebszustand.

Eine Netz- oder Zwischenkreisdrossel kann die Stromspitzen glätten und den Oberschwingungsanteil reduzieren. Auch mehrpulsige Eingangsschaltungen, aktive Einspeiseeinheiten und sogenannte Low-Harmonic-Frequenzumrichter können ein anderes Netzverhalten besitzen.

Aus diesem Grund darf nicht pauschal angenommen werden, jeder Frequenzumrichter verursache dieselbe Netzrückwirkung. Selbst Geräte mit gleicher Motorleistung können sich durch Gleichrichtertopologie, Zwischenkreiskapazität, integrierte Drosseln und aktuelle Belastung deutlich unterscheiden.

Was eine TRMS-Messung tatsächlich aussagt

TRMS steht für True Root Mean Square beziehungsweise Echt-Effektivwert. Der Effektivwert beschreibt, welche thermische Wirkung ein Wechselstrom in einem ohmschen Widerstand im Vergleich zu einem Gleichstrom erzeugt.

Bei einer sinusförmigen Stromkurve lässt sich der Effektivwert einfach aus dem Spitzenwert ableiten. Bei einer verzerrten Kurve ist diese Berechnung nicht mehr ausreichend. Ein echtes TRMS-Messgerät tastet den Signalverlauf ab und ermittelt den Effektivwert unabhängig von der idealen Sinusform.

Damit ist eine TRMS-Messung grundsätzlich wichtig, wenn Frequenzumrichter oder andere nichtlineare Verbraucher vorhanden sind. Ein einfaches mittelwertbildendes Messgerät kann bei stark verzerrten Strömen erhebliche Abweichungen anzeigen.

Ein korrekt ermittelter TRMS-Strom hilft beispielsweise bei der Beurteilung der grundlegenden thermischen Belastung eines Leiters, der Auslastung eines Stromkreises und des tatsächlichen Strombedarfs eines Verbrauchers.

Der TRMS-Wert fasst jedoch alle enthaltenen Frequenzanteile zu einem einzigen Zahlenwert zusammen. Er zeigt nicht, wie viel Strom auf die Grundschwingung und wie viel auf einzelne Harmonische entfällt.

Warum der Effektivwert allein nicht genügt

Ein TRMS-Wert kann korrekt sein und trotzdem nicht genügend Informationen für eine Fehleranalyse liefern. Ein gemessener Strom von 100 A sagt beispielsweise nicht aus, ob der Strom nahezu sinusförmig ist oder aus schmalen Strompulsen mit hohem Scheitelwert besteht.

Für die Dimensionierung und Beurteilung bestimmter Betriebsmittel ist diese Unterscheidung relevant. Transformatoren, Motoren, Kondensatoren, Drosseln und Schaltgeräte reagieren nicht nur auf den Gesamtstrom, sondern teilweise auch auf Frequenz, Scheitelwert, zeitlichen Verlauf und Phasenlage der einzelnen Signalbestandteile.

Messgröße Was sie zeigt Was sie nicht vollständig zeigt
TRMS-Strom Gesamter Effektivwert und grundlegende thermische Strombelastung Einzelne Harmonische, Phasenlage und Ursache der Verzerrung
TRMS-Spannung Effektiver Spannungswert Verzerrung der Wellenform, Spannungseinbrüche und schnelle Änderungen
THD Gesamtanteil der Oberschwingungen relativ zur Grundschwingung Welche einzelne Harmonische dominiert und wie groß der absolute Strom ist
Oberschwingungsspektrum Amplitude der einzelnen harmonischen Ordnungen Langfristiger Verlauf, sofern nur eine Momentaufnahme erfolgt
Wellenform Form, Stromspitzen und sichtbare Verzerrung Automatische normative Bewertung ohne weitere Auswertung
Langzeitaufzeichnung Veränderungen über Lastzustände, Schichten und Produktionszyklen Ursache ohne passende Messpunkte und Anlagenkenntnis

Auch ein TRMS-Messgerät besitzt technische Grenzen. Bei sehr schmalen Strompulsen müssen Bandbreite und zulässiger Scheitelfaktor des Messgerätes ausreichen. Wird der zulässige Crest Factor überschritten oder liegen relevante Frequenzanteile außerhalb der Messbandbreite, kann selbst der angezeigte TRMS-Wert fehlerhaft sein.

TRMS ist daher nicht falsch oder überflüssig. Es ist eine notwendige Messgröße, aber für die Beurteilung von Netzrückwirkungen meist nur ein Teil der erforderlichen Analyse.

Oberschwingungsspektrum und harmonische Ordnung

Das Oberschwingungsspektrum zeigt, wie stark die einzelnen harmonischen Frequenzanteile ausgeprägt sind. Die Werte können in Volt, Ampere oder als Prozentwert bezogen auf die Grundschwingung dargestellt werden.

Diese Darstellung hilft bei der Zuordnung möglicher Verursacher. Dominieren beispielsweise fünfte und siebte Harmonische am Eingang mehrerer konventioneller Frequenzumrichter, ist eine andere technische Bewertung erforderlich als bei einer hohen dritten Harmonischen durch zahlreiche einphasige Schaltnetzteile.

Die harmonische Ordnung beeinflusst außerdem die Wirkung auf Betriebsmittel. Mit steigender Frequenz können zusätzliche Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste auftreten. Kondensatoren besitzen bei höheren Frequenzen eine geringere Impedanz und können dadurch stärker mit Oberschwingungsströmen belastet werden.

Ein einzelner THD-Wert kann diese Unterschiede nicht sichtbar machen. Zwei Messungen mit identischem THD können völlig unterschiedliche Spektren besitzen. Für die Auswahl eines Filters oder die Beurteilung einer möglichen Resonanz ist deshalb die Einzelharmonischenanalyse erforderlich.

Bei der Auswertung sollten die Oberschwingungen sowohl prozentual als auch als absolute Strom- beziehungsweise Spannungswerte betrachtet werden. Ein hoher Prozentwert bei sehr kleiner Gesamtlast kann weniger kritisch sein als ein niedrigerer Prozentwert bei einem sehr hohen Anlagenstrom.

THD von Spannung und Strom richtig unterscheiden

THD steht für Total Harmonic Distortion und beschreibt die gesamte harmonische Verzerrung relativ zur Grundschwingung. Für eine vollständige Netzbewertung müssen Spannungs-THD und Strom-THD getrennt betrachtet werden.

Die Spannungsverzerrung wird häufig als THDU oder THDV bezeichnet. Sie beschreibt, wie stark die Netzspannung von der idealen Sinusform abweicht.

Die Stromverzerrung wird als THDI bezeichnet. Sie zeigt, wie groß die Summe der harmonischen Stromanteile im Verhältnis zum Grundschwingungsstrom ist.

Ein Frequenzumrichter kann einen stark verzerrten Strom aufnehmen, während die Spannung an einem leistungsfähigen Netzanschlusspunkt noch vergleichsweise wenig verzerrt ist. In einem schwachen Netz mit hoher Impedanz kann derselbe Strom dagegen eine deutlich stärkere Spannungsverzerrung verursachen.

Ein hoher THDI-Wert ist nicht automatisch gleichbedeutend mit einer kritischen Anlagenbelastung. Läuft ein Frequenzumrichter beispielsweise nur mit geringer Last, kann der Grundschwingungsstrom klein sein. Bereits moderate harmonische Ströme ergeben dann einen hohen Prozentwert.

Deshalb sollten bei der Bewertung mindestens folgende Werte gemeinsam betrachtet werden:

  • TRMS-Gesamtstrom
  • Grundschwingungsstrom
  • THD des Stroms
  • absolute Ströme der relevanten Harmonischen
  • THD der Spannung
  • absolute Spannungsanteile der einzelnen Harmonischen
  • Betriebszustand und Auslastung der Anlage

Stromverzerrung und Spannungsverzerrung

Nichtlineare Verbraucher erzeugen zunächst einen verzerrten Strom. Dieser Strom fließt durch die Impedanzen von Leitungen, Transformatoren, Drosseln und der vorgelagerten Versorgung.

An diesen Impedanzen entstehen frequenzabhängige Spannungsabfälle. Dadurch kann sich die ursprünglich weitgehend sinusförmige Versorgungsspannung ebenfalls verformen.

Wie stark die Spannungsverzerrung ausfällt, hängt deshalb nicht nur vom Verbraucher ab. Auch Kurzschlussleistung, Transformatorgröße, Leitungslänge, Leiterquerschnitt, Netzstruktur und weitere Verbraucher spielen eine Rolle.

Ein leistungsfähiges Netz kann erhebliche harmonische Ströme aufnehmen, ohne dass die Spannung stark verzerrt wird. In einer schwachen Unterverteilung oder an einem langen Versorgungskabel kann bereits ein kleinerer nichtlinearer Verbraucher sichtbare Spannungsprobleme verursachen.

Für die Beurteilung einer Kundenanlage muss daher geklärt werden, ob die Netzspannung bereits verzerrt ankommt oder ob die Verzerrung überwiegend innerhalb der eigenen Anlage entsteht. Messungen am Einspeisepunkt und an einzelnen Verbraucherabgängen helfen bei dieser Unterscheidung.

Neutralleiterbelastung durch Oberschwingungen

In einem symmetrisch belasteten Drehstromnetz mit sinusförmigen Strömen heben sich die Ströme der drei Außenleiter im Neutralleiter weitgehend auf. Bei nichtlinearen einphasigen Verbrauchern gilt dies für bestimmte Oberschwingungen jedoch nicht.

Besonders die dritte, neunte und fünfzehnte Harmonische gehören zu den sogenannten durch drei teilbaren Oberschwingungen. Diese Anteile sind in den drei Phasen gleichphasig und können sich im Neutralleiter addieren, anstatt sich gegenseitig aufzuheben.

Dadurch kann der Neutralleiter stark belastet werden, obwohl die Außenleiterströme scheinbar gleichmäßig verteilt sind. Dieses Problem tritt häufig in Anlagen mit vielen Schaltnetzteilen, Computern, LED-Treibern und einphasigen elektronischen Verbrauchern auf.

Ein klassischer dreiphasiger Frequenzumrichter ohne Neutralleiteranschluss verursacht typischerweise nicht dieselbe Neutralleiterproblematik wie eine große Anzahl einphasiger Schaltnetzteile. In realen Industrieanlagen sind jedoch häufig beide Verbrauchergruppen vorhanden.

Eine Netzqualitätsanalyse sollte deshalb bei einem Vierleiternetz auch den Neutralleiterstrom erfassen. Die bloße Messung der drei Außenleiter reicht nicht aus, wenn eine Neutralleiterüberlastung vermutet wird.

Zusätzlich zur Höhe des Neutralleiterstroms ist dessen Oberschwingungsspektrum zu untersuchen. Nur so lässt sich erkennen, ob eine unsymmetrische Grundlast oder vor allem durch drei teilbare Harmonische die Belastung verursachen.

Erwärmung von Leitungen, Transformatoren und Betriebsmitteln

Oberschwingungsströme erhöhen den gesamten Effektivstrom und damit grundsätzlich die ohmschen Verluste in Leitungen. Darüber hinaus können bei höheren Frequenzen zusätzliche Verluste durch Stromverdrängung, Wirbelströme und frequenzabhängige magnetische Effekte entstehen.

Transformatoren können deshalb stärker erwärmt werden, als eine Betrachtung der übertragenen Wirkleistung allein vermuten lässt. Besonders Wicklungsverluste und Wirbelstromverluste können durch harmonische Ströme zunehmen.

Auch Motoren können durch eine verzerrte Versorgungsspannung zusätzliche Verluste, Erwärmung, Geräusche oder Drehmomentpulsationen erfahren. Dabei muss jedoch zwischen einer verzerrten Netzspannung am Motordirektanschluss und dem regulären PWM-Ausgang eines Frequenzumrichters unterschieden werden.

Kondensatoren in Blindleistungskompensationsanlagen können Oberschwingungsströme aufnehmen und dadurch thermisch überlastet werden. Gleichzeitig können Netzinduktivität und Kompensationskapazität einen Resonanzkreis bilden, der bestimmte Harmonische verstärkt.

Leistungsschalter und Sicherungen reagieren primär auf Strom und Wärme. Stark verzerrte Ströme mit hohen Scheitelwerten können jedoch das Verhalten elektronischer Auslöser, Stromwandler und anderer Komponenten beeinflussen.

Wenn Betriebsmittel ungewöhnlich warm werden, obwohl der gemessene TRMS-Strom unterhalb des Nennwertes liegt, sollten daher neben Kontaktwiderständen, Belüftung und Umgebungstemperatur auch Oberschwingungen untersucht werden.

Leistungsfaktor, cos φ und Verzerrungsblindleistung

Bei sinusförmiger Spannung und sinusförmigem Strom wird der Leistungsfaktor häufig über den Phasenverschiebungswinkel zwischen beiden Größen beschrieben. Der entsprechende Wert wird als cos φ bezeichnet.

Bei stark verzerrten Strömen reicht dieser Winkel allein nicht aus. Ein Frequenzumrichter kann einen relativ guten Verschiebungsfaktor besitzen und trotzdem einen ungünstigeren Gesamtleistungsfaktor aufweisen, weil harmonische Ströme zusätzliche Scheinleistung verursachen.

Ein einfaches Messgerät, das nur cos φ anzeigt, kann die tatsächliche Belastung deshalb zu positiv darstellen. Ein Leistungsanalysator sollte sowohl Wirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung als auch den tatsächlichen Leistungsfaktor erfassen.

Eine gewöhnliche Blindleistungskompensation mit Kondensatoren beseitigt harmonische Ströme nicht. Eine unüberlegte Erweiterung der Kompensationsanlage kann bei vorhandenen Oberschwingungen sogar Resonanz- und Überlastungsprobleme verstärken.

Vor Änderungen an einer Kompensationsanlage müssen daher das Oberschwingungsspektrum, die Netzimpedanz und die vorhandene Verdrosselung geprüft werden.

Oberschwingungen und EMV nicht verwechseln

Oberschwingungen werden häufig allgemein als EMV-Problem bezeichnet. Beide Themen hängen mit unerwünschten elektrischen Störungen zusammen, betreffen jedoch unterschiedliche Frequenzbereiche und Messverfahren.

Netzoberschwingungen sind niederfrequente Bestandteile der Versorgungsspannung und des Netzstroms. Ein Power-Quality-Analysator erfasst typischerweise die Grundschwingung und eine definierte Anzahl harmonischer Ordnungen.

Der schnell schaltende Wechselrichter eines Frequenzumrichters erzeugt zusätzlich hochfrequente Spannungsflanken, Gleichtaktströme und leitungsgebundene beziehungsweise abgestrahlte Störungen. Diese Effekte können Motorlager, Kabel, Sensorleitungen, Kommunikationssysteme und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen beeinflussen.

Eine klassische Oberschwingungsanalyse bildet diese hochfrequenten EMV-Effekte nicht vollständig ab. Dafür können je nach Fragestellung ein geeignetes Oszilloskop, Hochspannungs-Differenztastköpfe, Hochfrequenz-Stromzangen oder normgerechte EMV-Messtechnik erforderlich sein.

Umgekehrt ersetzt eine EMV-Messung nicht die Erfassung von THD, harmonischen Strömen, Lastprofilen und Netzspannungsereignissen. Vor der Messung muss deshalb geklärt werden, ob ein Power-Quality-, Motor-, Isolations- oder EMV-Problem untersucht wird.

Netzeingang und Motorausgang des Frequenzumrichters unterscheiden

Am Eingang eines Frequenzumrichters liegt die Netzspannung an. Hier werden die Netzrückwirkungen des Gleichrichters untersucht. Typische Messgrößen sind Eingangsstrom, Netzspannung, Wirkleistung, Leistungsfaktor, THD und die einzelnen Harmonischen.

Am Ausgang erzeugt der Frequenzumrichter dagegen eine pulsweitenmodulierte Spannung mit steilen Schaltflanken. Ein gewöhnliches Multimeter oder ein Netzqualitätsanalysator kann diese Spannung je nach Bandbreite und Messverfahren falsch bewerten.

Messungen am Motorausgang dürfen deshalb nur mit Geräten und Messzubehör durchgeführt werden, die ausdrücklich für Frequenzumrichterausgänge und die dort auftretenden Spannungen, Frequenzen und Schaltflanken geeignet sind.

Ein Power-Quality-Analysator, der für 50- oder 60-Hz-Versorgungsnetze ausgelegt ist, darf nicht automatisch für eine detaillierte PWM-Ausgangsanalyse eingesetzt werden. Neben möglichen Messfehlern bestehen durch hohe Zwischenkreisspannungen und schnelle Spannungsspitzen erhebliche Sicherheitsanforderungen.

Für die Frage nach Netzoberschwingungen wird daher üblicherweise auf der Eingangsseite des Frequenzumrichters beziehungsweise am übergeordneten Netzanschlusspunkt gemessen.

Geeignete Messpunkte in der Anlage

Der richtige Messpunkt hängt davon ab, welche Frage beantwortet werden soll. Eine Messung direkt am Frequenzumrichter zeigt dessen lokalen Eingangsstrom. Eine Messung an der Hauptverteilung zeigt dagegen die summierte Wirkung aller angeschlossenen Verbraucher.

Messpunkt Mögliche Erkenntnis Besonderheit
Eingang eines einzelnen Frequenzumrichters Stromaufnahme, lokale Harmonische und Verhalten bei verschiedenen Lastzuständen Andere Verbraucher beeinflussen die Spannung weiterhin
Abgang einer Maschinenverteilung Gesamte Netzbelastung der Maschine Mehrere Umrichter und Schaltnetzteile werden zusammengefasst
Transformatorsekundärseite Gesamtbelastung, Spannungsverzerrung und Transformatorauslastung Geeignet zur Bewertung der betrieblichen Gesamtwirkung
Netzübergabe- oder gemeinsamer Anschlusspunkt Netzrückwirkung der Gesamtanlage gegenüber der Versorgung Für Grenzwert- und Vertragsbewertungen besonders relevant
Neutralleiter einer Vierleiterverteilung Unsymmetrie und durch drei teilbare Harmonische Eigener Stromkanal erforderlich
Blindleistungskompensation Kondensatorstrom, Resonanz und harmonische Belastung Messung nur unter Beachtung der Anlagensicherheit

Für eine Ursachenanalyse sind häufig Messungen an mehreren Punkten erforderlich. Beginnt die Untersuchung nur an der Hauptverteilung, lässt sich ein auffälliger harmonischer Strom nicht automatisch einem bestimmten Verbraucher zuordnen.

Eine schrittweise Messung von der Einspeisung über Unterverteilungen bis zu einzelnen Verbrauchern hilft dabei, den verantwortlichen Anlagenabschnitt einzugrenzen.

Warum eine Momentaufnahme häufig nicht ausreicht

Die Stromaufnahme eines Frequenzumrichters verändert sich mit Motordrehmoment, Drehzahl, Prozesszustand und Produktionsauslastung. Auch die Netzimpedanz und die Zahl gleichzeitig aktiver Verbraucher ändern sich im Tagesverlauf.

Eine fünfminütige Messung während eines ruhigen Anlagenzustands kann deshalb ein völlig anderes Ergebnis liefern als eine Aufzeichnung während Produktionsstart, Lastwechsel, Reinigung oder maximaler Auslastung.

Bei sporadischen Störungen ist eine Langzeitmessung besonders wichtig. Spannungseinbrüche, kurzzeitige Überlastungen oder hohe Oberschwingungswerte können nur wenige Sekunden oder Minuten auftreten und bei einer Momentaufnahme unentdeckt bleiben.

Die erforderliche Messdauer lässt sich nicht pauschal festlegen. Sie muss mindestens einen repräsentativen Betriebszyklus abdecken. Je nach Anwendung kann dies eine Maschinencharge, eine vollständige Schicht, mehrere Produktionstage oder eine ganze Woche sein.

Vor der Messung sollten typische Anlagenzustände dokumentiert werden. Dazu gehören Schichtbeginn, Produktionswechsel, gleichzeitig laufende Maschinen, Kompressoren, Pumpen, Schweißanlagen, Ladegeräte und andere große oder nichtlineare Verbraucher.

Eine zeitlich synchronisierte Aufzeichnung ermöglicht später den Vergleich zwischen einem Netzereignis und dem tatsächlichen Produktionsablauf.

Messaufbau für eine Netzqualitätsanalyse

Arbeiten an elektrischen Verteilungen dürfen nur durch entsprechend qualifizierte Personen und unter Beachtung der betrieblichen Sicherheitsregeln durchgeführt werden. Messgerät, Leitungen, Spannungsabgriffe und Stromsensoren müssen für Spannung, Strom und Messkategorie der Anlage geeignet sein.

Bei einer dreiphasigen Vierleiteranlage werden üblicherweise die drei Außenleiterspannungen, der Neutralleiterbezug sowie die drei Phasenströme erfasst. Soll auch die Neutralleiterbelastung untersucht werden, wird ein vierter Stromkanal benötigt.

Die Stromsensoren müssen in korrekter Richtung und jeweils auf dem zugehörigen Leiter montiert werden. Vertauschte Phasen, umgedrehte Stromzangen oder falsch zugeordnete Spannungskanäle führen zu fehlerhaften Leistungs- und Phasenwerten.

Vor Beginn der Aufzeichnung sollte das Vektordiagramm kontrolliert werden. Ein unplausibles Diagramm weist häufig auf eine falsche Phasenzuordnung oder Stromwandlerrichtung hin.

Außerdem sind Netzform, Nennspannung, Frequenz, Stromwandlerbereich und gewünschtes Aufzeichnungsintervall richtig zu konfigurieren. Ein zu großer Strommessbereich kann die Auflösung bei kleinen Lasten verschlechtern.

Für die Oberschwingungsanalyse sollten mindestens Spannung und Strom aller relevanten Phasen, THD, Einzelharmonische, Leistungsfaktor, Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie Min-, Max- und Mittelwerte aufgezeichnet werden.

Bei vermuteten Netzereignissen kommen zusätzlich Spannungseinbrüche, Überhöhungen, Unterbrechungen, Unsymmetrie und Einschaltströme hinzu.

Messwerte richtig auswerten

Die Auswertung beginnt nicht mit einem einzelnen Grenzwert, sondern mit der Frage, ob die Messung technisch plausibel ist. Phasenfolge, Zangenrichtung, Nennwerte und Anlagenzustand müssen zur Dokumentation passen.

Anschließend werden Strom- und Spannungsverlauf über die Zeit betrachtet. Auffällige Zeitpunkte lassen sich mit Produktionszuständen, Schalthandlungen und Verbraucherstarts vergleichen.

Die THD-Werte zeigen, wann die gesamte Verzerrung steigt oder fällt. Danach wird das Spektrum der einzelnen Harmonischen untersucht. Auf diese Weise lässt sich erkennen, ob immer dieselben Ordnungen dominieren oder ob sich das Spektrum mit dem Lastzustand verändert.

Ein hoher Strom-THD bei geringer Last sollte nicht isoliert bewertet werden. Entscheidend sind zusätzlich der absolute Oberschwingungsstrom und die daraus entstehende Spannungsverzerrung am betrachteten Netzpunkt.

Bei einer hohen Spannungsverzerrung wird geprüft, ob sie bereits an der Einspeisung vorhanden ist oder erst hinter einem bestimmten Verbraucher beziehungsweise einer Unterverteilung ansteigt.

Der Neutralleiterstrom wird separat mit den Phasenströmen verglichen. Ein hoher Neutralstrom bei relativ ausgeglichenen Außenleiterströmen kann auf durch drei teilbare Harmonische hinweisen.

Eine abschließende Bewertung muss die geltenden Normen, Netzanschlussbedingungen, Herstellerangaben und den konkreten Netzanschlusspunkt berücksichtigen. Ein allgemeiner THD-Wert ersetzt keine applikationsbezogene Beurteilung.

Typische Fehlerbilder und mögliche Ursachen

Beobachtung Mögliche Ursache Sinnvolle Messung
Transformator oder Kabel wird ungewöhnlich warm Hoher Effektivstrom, harmonische Zusatzverluste, schlechte Verbindung oder Überlast TRMS, Oberschwingungsspektrum, Leistung und Temperaturverlauf aufzeichnen
Neutralleiterstrom ist höher als erwartet Unsymmetrische Last oder durch drei teilbare Harmonische Neutralstrom und Einzelharmonische aller Phasen messen
Kompensationsanlage fällt wiederholt aus Harmonische Kondensatorbelastung oder Resonanz Kondensatorstrom, Spektrum, Netzspannung und Verdrosselung prüfen
Frequenzumrichter melden sporadische Unterspannung Spannungseinbruch, hohe Netzauslastung oder schwache Versorgung Spannungsereignisse und Lastprofil über längere Zeit aufzeichnen
TRMS-Strom ist unauffällig, Netzspannung aber verzerrt Summenwirkung mehrerer Verbraucher oder vorhandene Verzerrung aus dem Netz THD und Spektrum an Einspeisung und Unterverteilungen vergleichen
Leistungsfaktor ist schlechter als der angezeigte cos φ Verzerrungsanteile im Strom Wirk-, Scheinleistung, Gesamtleistungsfaktor und THD gemeinsam erfassen
Messwert der Stromzange ist instabil oder unplausibel Ungeeigneter Messbereich, unzureichende Bandbreite oder falsche Zangenposition Messgerätedaten, Crest Factor und Anschluss kontrollieren

Viele dieser Fehlerbilder können gleichzeitig mehrere Ursachen besitzen. Eine warme Leitung muss nicht zwingend durch Oberschwingungen verursacht werden. Ebenso kann eine hohe THD vorhanden sein, ohne dass sie die konkrete Störung verursacht.

Die Messung sollte deshalb nicht nur eine vermutete Ursache bestätigen, sondern auch alternative Fehlerquellen wie lose Klemmen, Unterdimensionierung, mangelnde Kühlung und fehlerhafte Schutzgeräte berücksichtigen.

Drosseln, Filter und andere Gegenmaßnahmen

Die richtige Gegenmaßnahme hängt vom Oberschwingungsspektrum, der Netzimpedanz, der Verbraucherstruktur und dem gewünschten Verbesserungsziel ab. Ein Filter darf nicht allein anhand eines hohen THD-Wertes ausgewählt werden.

Netzdrosseln oder Zwischenkreisdrosseln können Stromspitzen reduzieren und das Eingangsstromverhalten bestimmter Frequenzumrichter verbessern. Die erreichbare Wirkung hängt von der Impedanz und der Umrichterausführung ab.

Passive Oberschwingungsfilter verwenden abgestimmte Kombinationen aus Induktivitäten, Kapazitäten und teilweise Widerständen. Sie können für definierte Lasten und Frequenzbereiche wirksam sein, müssen aber zur Netzstruktur passen.

Aktive Oberschwingungsfilter messen den verzerrten Laststrom und speisen kompensierende Ströme ein. Sie sind besonders interessant, wenn sich Lastzustände und Oberschwingungsspektren stark verändern.

Mehrpulsige Gleichrichterschaltungen, aktive Einspeiseeinheiten oder Low-Harmonic-Drives können bereits konstruktiv geringere Netzrückwirkungen erzeugen. Diese Lösungen sind besonders bei Neuanlagen oder größeren Einzelantrieben zu prüfen.

Auch eine Aufteilung von Verbrauchern, ein leistungsfähigerer Transformator, kürzere Leitungen oder eine Anpassung der Netzstruktur kann die Spannungsverzerrung am kritischen Anschlusspunkt reduzieren.

Blindleistungskondensatoren dürfen nicht als allgemeines Mittel gegen Oberschwingungen eingesetzt werden. Bei falscher Auslegung können sie bestimmte Frequenzen verstärken und selbst überlastet werden.

Vor dem Einbau eines Filters oder einer Kompensationsmaßnahme sollte eine belastbare Messung unter typischen und maximalen Betriebszuständen vorliegen. Anschließend ist die Wirkung durch eine Vergleichsmessung zu überprüfen.

Praxisbeispiel: Transformator wird trotz moderatem TRMS-Strom zu warm

In einer Produktionsanlage werden mehrere Pumpen, Lüfter und Förderantriebe über Frequenzumrichter betrieben. Der versorgende Transformator erwärmt sich während der Hauptschicht deutlich stärker als in der ursprünglichen Anlagenplanung erwartet.

Eine erste Kontrolle mit einer TRMS-Stromzange zeigt, dass die Phasenströme unterhalb des Transformator-Nennstroms liegen. Die Last ist außerdem relativ gleichmäßig auf die drei Phasen verteilt. Auf Grundlage dieser Einzelmessung erscheint eine elektrische Überlast zunächst unwahrscheinlich.

Da die erhöhte Temperatur regelmäßig nur während der vollen Produktion auftritt, wird ein dreiphasiger Netzqualitätsanalysator auf der Transformatorsekundärseite installiert. Spannung, Phasenströme, Wirk- und Scheinleistung, Leistungsfaktor, THD und Einzelharmonische werden über mehrere Produktionstage aufgezeichnet.

Die Messung zeigt, dass die Anlage zwar keinen dauerhaft zu hohen Gesamtstrom aufnimmt, der Strom jedoch deutlich verzerrt ist. Besonders während des gleichzeitigen Betriebs mehrerer Umrichter steigen bestimmte harmonische Stromanteile erheblich an.

Der Gesamtleistungsfaktor ist außerdem niedriger, als die zuvor betrachteten cos-φ-Werte vermuten ließen. Die Spannungsverzerrung steigt in den Zeiten maximaler Produktion ebenfalls an, bleibt aber an einer vorgelagerten Messstelle deutlich geringer.

Damit wird deutlich, dass die Netzimpedanz des lokalen Transformators und der Verteilung zusammen mit den verzerrten Lastströmen zur Belastung beiträgt. Der TRMS-Wert war nicht falsch, hatte aber weder die spektrale Zusammensetzung noch den zeitlichen Zusammenhang sichtbar gemacht.

Auf Basis des gemessenen Spektrums werden technische Maßnahmen bewertet. Dazu gehören die Prüfung vorhandener Zwischenkreisdrosseln, eine mögliche aktive Filterung und die Belastbarkeit des Transformators bei nichtlinearen Lasten.

Nach Umsetzung der ausgewählten Maßnahme wird die Messung unter vergleichbaren Produktionsbedingungen wiederholt. Erst der Vorher-Nachher-Vergleich zeigt, ob harmonische Ströme, Spannungsverzerrung und thermische Belastung tatsächlich ausreichend reduziert wurden.

Messung und Ergebnisse dokumentieren

Eine nachvollziehbare Dokumentation sollte den Messort, das Netzsystem, den Anlagenzustand, die angeschlossenen Verbraucher und den Messzeitraum eindeutig beschreiben.

Zusätzlich sind Messgerät, verwendete Stromsensoren, Messbereiche, Anschlussart, Abtast- beziehungsweise Aufzeichnungsintervall und Kalibrierstatus festzuhalten.

Zu den wesentlichen Ergebnissen gehören Spannungs- und Stromverläufe, TRMS-Werte, THD von Spannung und Strom, Einzelharmonische, Leistungswerte, Neutralleiterstrom und relevante Netzereignisse.

Besondere Anlagenzustände sollten im Zeitverlauf markiert werden. Dazu gehören Maschinenstart, Volllast, Leerlauf, Produktionswechsel, Filterzuschaltung und das Abschalten größerer Verbraucher.

Bei einer Vergleichsmessung müssen Messpunkt, Gerätekonfiguration und Betriebszustand möglichst identisch sein. Andernfalls lassen sich Veränderungen nicht eindeutig der umgesetzten Maßnahme zuordnen.

Soll eine normbezogene oder vertragliche Netzqualitätsbewertung durchgeführt werden, müssen Messverfahren, Messdauer und Geräteklasse den dafür geltenden Anforderungen entsprechen. Eine allgemeine Diagnosemessung ist nicht automatisch mit einer normgerechten Konformitätsmessung gleichzusetzen.

Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?

Für die Untersuchung von Oberschwingungen, Leistungsfaktor, Netzbelastung und Energieverbrauch stehen in der Kategorie Leistungs- und Energieanalysatoren unterschiedliche tragbare Netzanalysatoren, Energierecorder und Leistungsmesszangen zur Verfügung.

Für eine detaillierte Untersuchung von Frequenzumrichtern und anderen nichtlinearen Verbrauchern sollte das Gerät Spannung und Strom gleichzeitig auf allen relevanten Phasen erfassen. Bei Vierleiternetzen ist ein zusätzlicher Stromkanal für den Neutralleiter besonders sinnvoll.

Der PQA 820 Netzqualitätsanalysator verfügt über vier Spannungs- und vier Stromkanäle. Er berechnet THD für Spannung und Strom, analysiert die einzelnen Oberschwingungen und ermöglicht eine langfristige Aufzeichnung von Leistungs-, Energie- und Netzparametern.

Dadurch eignet sich der PQA 820 sowohl für eine dreiphasige Messung am Eingang eines Frequenzumrichters als auch für Untersuchungen an Maschinenverteilungen, Transformatoren und Vierleiternetzen mit Neutralleiter.

Der VEGA74 Dreiphasen-Netzanalysator eignet sich ebenfalls für umfangreiche Netzqualitätsuntersuchungen. Neben TRMS-, Leistungs- und Energiemessungen können unter anderem Spannungs- und Stromharmonische, THD, Neutralstrom, Unsymmetrie, Wellenformen und Netzereignisse erfasst werden.

Leistungs- und Oberschwingungsmesszangen können für eine schnelle Voruntersuchung hilfreich sein. Sie ermöglichen beispielsweise eine Kontrolle von TRMS-Strom, Leistung, Leistungsfaktor und teilweise einzelnen Harmonischen direkt an einem Verbraucher.

Für die vollständige Ursachenanalyse reichen punktuelle Zangenmessungen jedoch häufig nicht aus. Fehlen gleichzeitige Spannungsmessung, mehrere Stromkanäle und Langzeitaufzeichnung, können Summeneffekte, Neutralleiterprobleme und zeitabhängige Netzereignisse unentdeckt bleiben.

Energierecorder sind besonders geeignet, wenn Lastprofile, Energieverbrauch und langfristige Leistungsschwankungen im Vordergrund stehen. Soll zusätzlich eine detaillierte Oberschwingungsbewertung erfolgen, muss geprüft werden, welche Harmonik- und Power-Quality-Funktionen das konkrete Modell unterstützt.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl anhand von Netzform, Nennspannung, maximalem Strom, Messpunkt, benötigter Messdauer, Stromsensoren und gewünschter Auswertung. Für Messungen an Frequenzumrichterausgängen muss ausdrücklich geklärt werden, ob das Gerät für PWM-Spannungen und schnelle Schaltflanken geeignet ist.

Fazit: TRMS ist wichtig, aber für eine Netzqualitätsanalyse nicht ausreichend

Eine TRMS-Messung zeigt den tatsächlichen Effektivwert eines verzerrten Stroms oder einer verzerrten Spannung. Sie ist deshalb bei Frequenzumrichtern und anderen nichtlinearen Verbrauchern wesentlich aussagekräftiger als eine einfache, auf Sinusform ausgelegte Messung.

Der Effektivwert allein zeigt jedoch nicht, welche Oberschwingungen vorhanden sind, wie stark die Netzspannung verzerrt wird oder warum Transformatoren, Neutralleiter und Kompensationsanlagen ungewöhnlich belastet werden.

Für eine belastbare Analyse müssen Spannung und Strom gleichzeitig gemessen werden. Neben THD sind die einzelnen harmonischen Ordnungen, absolute Oberschwingungsströme, Leistungsfaktor, Neutralleiterstrom, Wellenform und zeitlicher Verlauf zu betrachten.

Besonders wichtig ist die Wahl des Messpunktes. Eine Messung direkt am Frequenzumrichter beantwortet eine andere Frage als eine Messung am Transformator oder gemeinsamen Netzanschlusspunkt.

Auch die Messdauer muss zum Betrieb passen. Viele Netzprobleme treten nur bei bestimmten Lastzuständen, Produktionszyklen oder gleichzeitig laufenden Verbrauchern auf und bleiben bei einer kurzen Momentaufnahme unsichtbar.

Erst nach einer vollständigen Messung lassen sich Drosseln, passive oder aktive Filter, eine geänderte Netzstruktur oder andere Maßnahmen technisch sinnvoll auslegen und durch eine Vergleichsmessung bewerten.

Häufige Fragen zu Oberschwingungen und Frequenzumrichtern

Was sind Oberschwingungen im Stromnetz?

Oberschwingungen sind sinusförmige Frequenzanteile, deren Frequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entspricht. In einem 50-Hz-Netz besitzt die fünfte Harmonische beispielsweise eine Frequenz von 250 Hz.

Warum erzeugen Frequenzumrichter Oberschwingungen?

Viele Frequenzumrichter nehmen den Netzstrom über eine Gleichrichterschaltung und einen Zwischenkreis nicht kontinuierlich, sondern in Strompulsen auf. Dadurch wird die Stromkurve verzerrt und enthält harmonische Frequenzanteile.

Erzeugt jeder Frequenzumrichter dieselben Oberschwingungen?

Nein. Das Spektrum hängt von Gleichrichtertopologie, Zwischenkreis, integrierten Drosseln, Filterung, Netzimpedanz und Belastung ab. Aktive Einspeiseeinheiten und Low-Harmonic-Umrichter können ein deutlich anderes Verhalten besitzen als einfache sechspulsige Geräte.

Was bedeutet TRMS?

TRMS bedeutet True Root Mean Square beziehungsweise Echt-Effektivwert. Der Wert beschreibt die thermische Wirkung eines Wechselstroms oder einer Wechselspannung auch bei einer nicht sinusförmigen Wellenform.

Ist eine TRMS-Stromzange bei Frequenzumrichtern sinnvoll?

Ja. Sie liefert für verzerrte Ströme grundsätzlich einen besseren Effektivwert als ein einfaches mittelwertbildendes Messgerät. Für eine vollständige Oberschwingungs- und Netzqualitätsanalyse reicht der einzelne TRMS-Wert jedoch nicht aus.

Warum reicht TRMS allein nicht aus?

TRMS fasst Grundschwingung und alle erfassten Oberschwingungen zu einem Gesamtwert zusammen. Es zeigt weder die einzelnen harmonischen Ordnungen noch Spannungsverzerrung, Phasenlage, Neutralleiterbelastung oder zeitliche Veränderungen.

Kann auch ein TRMS-Messgerät falsch messen?

Ja. Messbandbreite, Strombereich und zulässiger Scheitelfaktor müssen zur Signalform passen. Sehr schmale Strompulse oder hohe Frequenzanteile können außerhalb der technischen Grenzen des Messgerätes liegen.

Was ist der Crest Factor?

Der Crest Factor beziehungsweise Scheitelfaktor ist das Verhältnis zwischen Spitzenwert und Effektivwert. Stark gepulste Ströme besitzen häufig einen hohen Scheitelfaktor und stellen höhere Anforderungen an das Messgerät.

Was bedeutet THD?

THD bedeutet Total Harmonic Distortion. Der Wert beschreibt die gesamte harmonische Verzerrung im Verhältnis zur Grundschwingung und wird üblicherweise in Prozent angegeben.

Was ist der Unterschied zwischen THD der Spannung und THD des Stroms?

Die Spannungs-THD beschreibt die Verzerrung der Netzspannung. Die Strom-THD beschreibt die Verzerrung des aufgenommenen Stroms. Ein Verbraucher kann einen hohen Strom-THD verursachen, ohne dass an einem starken Netz sofort ein hoher Spannungs-THD entsteht.

Ist ein hoher Strom-THD immer kritisch?

Nicht zwangsläufig. Bei geringer Last kann der Grundschwingungsstrom klein sein, wodurch der Prozentwert stark ansteigt. Zusätzlich zum THD müssen deshalb die absoluten harmonischen Ströme und die daraus entstehende Spannungsverzerrung bewertet werden.

Welche Oberschwingungen sind bei Frequenzumrichtern typisch?

Bei konventionellen sechspulsigen Eingangsgleichrichtern treten häufig insbesondere die fünfte, siebte, elfte und dreizehnte Harmonische auf. Das tatsächliche Spektrum muss jedoch gemessen werden und kann je nach Aufbau deutlich abweichen.

Warum können Oberschwingungen Transformatoren erwärmen?

Neben den zusätzlichen ohmschen Verlusten können harmonische Ströme frequenzabhängige Wirbelstrom- und Zusatzverluste verursachen. Dadurch kann ein Transformator stärker erwärmt werden, als es seine übertragene Wirkleistung allein erwarten lässt.

Warum kann der Neutralleiter überlastet werden?

Durch drei teilbare Harmonische wie die dritte, neunte und fünfzehnte Harmonische können sich in einem Drehstrom-Vierleiternetz im Neutralleiter addieren. Dadurch kann der Neutralstrom trotz relativ ausgeglichener Außenleiter hoch sein.

Belastet ein dreiphasiger Frequenzumrichter den Neutralleiter?

Ein typischer dreiphasiger Frequenzumrichter wird ohne Neutralleiter betrieben und verursacht daher nicht direkt denselben Neutralleiterstrom wie einphasige Schaltnetzteile. In einer Gesamtanlage können jedoch weitere nichtlineare Verbraucher relevante Neutralleiterharmonische erzeugen.

Kann ein Neutralleiterstrom höher als die einzelnen Phasenströme werden?

Unter ungünstigen Bedingungen mit vielen einphasigen nichtlinearen Verbrauchern ist eine sehr hohe Neutralleiterbelastung möglich. Deshalb sollte der Neutralleiter bei entsprechenden Anlagen separat gemessen werden.

Was ist der Unterschied zwischen cos φ und Leistungsfaktor?

Cos φ beschreibt hauptsächlich die Phasenverschiebung der Grundschwingungen. Der Gesamtleistungsfaktor berücksichtigt zusätzlich die Verzerrung des Stroms. Bei nichtlinearen Lasten können beide Werte deutlich voneinander abweichen.

Kann eine Blindleistungskompensation Oberschwingungen beseitigen?

Eine gewöhnliche Kondensatoranlage kompensiert primär phasenverschobene Blindleistung. Sie beseitigt harmonische Ströme nicht und kann bei ungeeigneter Auslegung Resonanzen oder eine höhere Kondensatorbelastung verursachen.

Was ist der Unterschied zwischen Oberschwingungen und hochfrequenter EMV?

Oberschwingungen sind niederfrequente Vielfache der Netzgrundfrequenz. Hochfrequente EMV-Störungen entstehen unter anderem durch die schnellen Schaltflanken der Leistungselektronik. Beide Phänomene benötigen teilweise unterschiedliche Messgeräte und Bewertungsverfahren.

Kann ein Netzqualitätsanalysator am Motorausgang des Frequenzumrichters verwendet werden?

Nur wenn das Gerät und das verwendete Zubehör ausdrücklich für PWM-Ausgangsspannungen, Schaltfrequenzen und auftretende Spannungsspitzen geeignet sind. Ein gewöhnlicher Netzanalysator für 50-Hz-Netze ist dafür nicht automatisch geeignet.

Wo sollte bei einem Frequenzumrichter gemessen werden?

Für die Bewertung der Netzrückwirkung wird üblicherweise am Eingang des Frequenzumrichters, am Maschinenabgang, am Transformator oder am gemeinsamen Netzanschlusspunkt gemessen. Der richtige Punkt hängt von der konkreten Fragestellung ab.

Wie lange sollte eine Oberschwingungsmessung dauern?

Die Messung sollte mindestens einen repräsentativen Betriebszyklus abdecken. Je nach Anlage kann dies eine Schicht, mehrere Produktionstage oder eine Woche sein. Sporadische Probleme benötigen häufig eine längere Aufzeichnung.

Warum sollten Spannung und Strom gleichzeitig gemessen werden?

Nur durch die gemeinsame Messung lässt sich beurteilen, wie verzerrte Verbraucherströme die Netzspannung beeinflussen. Außerdem werden Leistung, Leistungsfaktor und Phasenbeziehungen nur bei korrekt zugeordneten Spannungs- und Stromkanälen zuverlässig ermittelt.

Benötigt man bei einem Vierleiternetz vier Stromsensoren?

Für eine vollständige Erfassung der drei Außenleiter und des Neutralleiters sind vier Stromkanäle sinnvoll. Ohne separaten Neutralstromkanal kann eine mögliche Neutralleiterüberlastung unentdeckt bleiben.

Kann eine Stromzange Oberschwingungen messen?

Bestimmte Leistungs- und Oberschwingungsmesszangen können THD und einzelne harmonische Ordnungen anzeigen. Für mehrphasige Langzeitaufzeichnungen und eine vollständige Netzqualitätsanalyse ist jedoch meist ein Mehrkanal-Netzanalysator besser geeignet.

Wie können Oberschwingungen reduziert werden?

Mögliche Maßnahmen sind Netz- oder Zwischenkreisdrosseln, passive oder aktive Filter, mehrpulsige Gleichrichter, aktive Einspeiseeinheiten und Low-Harmonic-Umrichter. Die Auswahl muss auf einer Messung und einer technischen Netzbewertung basieren.

Hilft eine Netzdrossel immer?

Eine Netzdrossel kann Stromspitzen und bestimmte Oberschwingungsanteile reduzieren. Die tatsächliche Wirkung hängt jedoch von ihrer Impedanz, dem Frequenzumrichter und der Netzstruktur ab. Sie ersetzt keine Messung.

Wann ist ein aktiver Oberschwingungsfilter sinnvoll?

Ein aktiver Filter kann bei wechselnden Lasten und mehreren unterschiedlichen nichtlinearen Verbrauchern vorteilhaft sein. Er erzeugt Kompensationsströme, die den gemessenen harmonischen Lastströmen entgegenwirken.

Kann der PQA 820 Oberschwingungen messen?

Ja. Der PQA 820 erfasst Spannung und Strom über mehrere Kanäle, berechnet THD für Spannung und Strom und analysiert die einzelnen Oberschwingungen. Zusätzlich können Leistungs- und Energiewerte über längere Zeit aufgezeichnet werden.

Welche Angaben werden für die Auswahl eines Netzanalysators benötigt?

Wichtig sind Netzform, Nennspannung, maximaler Strom, Anzahl der Phasen und Neutralleiter, gewünschte Messdauer, Messpunkt, erforderliche Oberschwingungsordnung, Stromsensoren, Messkategorie und gewünschte Netzqualitäts- beziehungsweise Ereignisfunktionen.

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