Messung der Spannungsqualität in elektrischen Anlagen

Hintergrund

Eine perfekte Stromversorgung würde eine Sinusspannung mit konstanter Frequenz und gleichbleibender Amplitude liefern. In der Praxis weicht die Stromversorgung jedoch von diesem Idealfall ab, da die Systemlasten schwanken und Phänomene wie Transienten und Ausfälle auftreten können. Bei hoher Qualität der Netzspannung arbeiten die angeschlossenen Verbraucher bestimmungsgemäß und effizient. Eine unzureichende Qualität kann jedoch zu Ausfällen von Maschinen, elektronischen Steuersystemen oder Computern führen, die mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind.

Durch Spannungsqualitätsmessungen wird ermittelt, in welchem Maß eine reale Versorgungsspannung im Hinblick auf Oberwellenstörungen, Blindleistung und Lastungleichgewicht dem Idealfall gerecht wird.

Zu den Messungen, die hierfür an der Spannungsversorgung durchgeführt werden, gehören Frequenz, Unterbrechungen, Flicker, harmonische und interharmonische Oberschwingungen, Spannungsschwankungen wie Spannungseinbrüche, kurzfristige Überspannungen oder schnelle Änderungen sowie Spannungsunsymmetrie. Die Norm EN 50160 definiert für diese Messungen die Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen. Die Norm schreibt auch die einzuhaltenden Grenzwerte fest (siehe Tabelle).

Durchführung von Spannungsqualitätsmessungen

Das batteriebetriebene R&S^®Scope Rider RTH digitale Handheld-Oszilloskop vereint acht Messgeräte in einem robusten Gehäuse – es ist somit die perfekte Lösung für diese Anwendung. Vier galvanisch getrennte Eingangskanäle gemäß CAT IV 600 V ermöglichen Messungen an Dreiphasensystemen ohne Gefährdung der Sicherheit und ohne teure differenzielle Hochspannungstastköpfe. Dank Langzeit-Datenaufzeichnung und History-Funktion können Sie langsam ablaufende Signaländerungen und seltene Ereignisse gemäß den Vorgaben der Norm EN 50160 überwachen und detektieren. Ein kapazitiver Touchscreen ermöglicht eine unkomplizierte Anpassung der Einstellungen, während Spezialtasten den direkten Zugriff auf wichtige Funktionen erlauben. Für Messungen in risikobehafteten Bereichen ermöglicht die integrierte WLAN-Schnittstelle die Fernbedienung über einen Tablet-Computer oder sogar ein Smartphone.

Oberschwingungen und Leistungsfaktor

Mit der Option R&S^®RTH-K34 Oberschwingungsanalyse können Oberschwingungen bis zur 64. Ordnung auf einfache Weise gemessen sowie der Klirrfaktor (THDr und THDf) bestimmt werden.

Bei Betätigung der AUTOSET-Taste erkennt das Oszilloskop automatisch die Grundfrequenz innerhalb eines Bereichs von 10 Hz und 1 kHz. Dadurch werden auch Messungen an spezialisierten elektrischen Netzen wie in Flugzeugen möglich. Die Momentanwerte für Amplitude, Phase und Frequenz jeder harmonischen Komponente können genauso angezeigt werden wie der jeweilige Maximalwert seit Messbeginn. Die Ergebnisse können gegen die Norm EN 50160 oder vom Benutzer festgelegte Grenzwerte abgeglichen werden.

Zur Identifikation der Quelle unerwünschter Oberschwingungen muss der Leistungsfaktor einzelner Lasten gemessen werden. Zu den automatischen Oszilloskop-Messfunktionen gehören die Messung der Wirk- und Blindleistung sowie die direkte Messung des Leistungsfaktors.

Spannungsausfälle, Störspitzen oder Schwankungen

Spannungsausfälle und Störspitzen können problemlos mit einem Breitentrigger erkannt werden. Dieser vergleicht die gemessene Pulsbreite mit einem festgelegten Zeitgrenzwert, sodass Pulse, die kürzer oder länger als ein bestimmtes Zeitintervall sind, erfasst werden. In Verbindung mit der Option R&S^®RTH-K15 History und segmentierter Speicher kann der Anwender unerwünschte Ereignisse über einen langen Zeitraum aufzeichnen und später analysieren. Da mit jeder Aufzeichnung automatisch ein Zeitstempel gespeichert wird, können Fehler des elektrischen Netzes auf einfache Weise mit anderen Ereignissen im elektrischen Verteilnetz korreliert werden, um die Ursache des jeweiligen Problems zu ermitteln.

Spannungsänderungen lassen sich bestens mit dem Logger-Modus überwachen. Anhand eines beliebigen Satzes von bis zu vier automatischen Oszilloskop-Messungen werden die Ergebnisse automatisch über bis zu 23 Tage protokolliert. Stündliche, tägliche oder wöchentliche Änderungen der Spannung, Frequenz oder einer anderen relevanten Messgröße werden so mühelos aufgedeckt.

Fazit

Zur Überprüfung der Spannungsqualität und Fehlersuche in elektrischen Anlagen sind eine ganze Reihe sehr unterschiedlicher Messungen notwendig. Das batteriebetriebene R&S^®RTH digitale Handheld-Oszilloskop, das acht Messgeräte in einem robusten Gehäuse vereint, ist eine flexible und leistungsfähige Lösung für diese Anwendung. Zu den integrierten Funktionen gehören die automatische Messung des Leistungsfaktors und der Spannung sowie Protokollierungsfunktionen zur Analyse temporärer und langfristiger Spannungsschwankungen. In Verbindung mit der R&S^®RTH-K15 History-Option können Spannungseinbrüche mit Hilfe erweiterter Trigger-Funktionen wie dem Pulsbreitentrigger aufgezeichnet werden. Die R&S^®RTH-K34 Softwareoption ermöglicht eine automatisierte Oberschwingungsanalyse. Spannungsänderungen lassen sich bestens mit dem Logger-Modus überwachen. Anhand eines beliebigen Satzes von bis zu vier automatischen Oszilloskop-Messungen werden die Ergebnisse automatisch über bis zu 23 Tage protokolliert. Stündliche, tägliche oder wöchentliche Änderungen der Spannung, Frequenz oder einer anderen relevanten Messgröße werden so mühelos aufgedeckt.