Spannungsqualität

Spannungsqualität nennt man die Übereinstimmung des aktuellen physikalischen Werts einer Spannungsquelle beim „Verbraucher/Kunden“ mit den zugesagten (beschriebenen) Eigenschaften des „Lieferanten“. Beispiele: Batterie mit 12 V Gleichspannung, Steckdose mit 230 V, 50 Hz Wechselspannung, sog. Bemessungswerte (früher: Nennwerte). Eine hohe Übereinstimmung bedeutet eine hohe Qualität.

Die Spannungsqualität wird im wesentlichen beeinflusst durch die Güte der Erzeugung (z. B. möglichst kleiner Innenwiderstand der Spannungsquelle), Einflüsse während der Übertragung (z. B. Störungen durch Nachbarkabel oder Blitzeinschlag) und durch Rückwirkungen der Verbraucher selbst (z. B. plötzliche Lastschwankungen, Dimmer, Schaltnetzteil, Wechselrichter).

Mangelnde Spannungsqualität führt von Beeinträchtigungen des Verhaltens von elektrischen Verbrauchern bis zur Gefährdung von Personen und Sachen (Flickern von Leuchtmitteln (s. u.), Ausfall von Computern, Stehenbleiben von Motoren, Kabelbrand durch Überlastung etc.).

Toleranzen der Spannungsqualität sind durch die IEC (International Electrotechnical Commission) definiert für Über- und Unterschreitung des Bemessungswerts, Einhaltung des zeitlichen Verlaufs (Frequenz) bei Wechselspannung, Gehalt an Oberwellen (Verzerrungen) u. a.

Bewertungskriterien für Spannungsqualität

Kurzunterbrechung (KU)

Unterbrechung der Stromversorgung für ca. 0,3 s als Versuch, einen Lichtbogen-Kurzschluß abzuschalten, der durch Blitzeinschlag oder auch Schaltüberspannungen im Hoch- oder Mittelspannungsnetz entstanden ist. Hierdurch entsteht beim Endverbraucher ein kurzzeitiger Spannungseinbruch, der sich durch Leuchtdichteschwankungen bei Glühbirnen bemerkbar macht.

Flicker

Flicker: Als Flicker werden Spannungsschwankungen bezeichnet, welche eine Leuchtdichteschwankung bei Leuchtmitteln hervorrufen. Das Phänomen Flicker wurde empirisch mit einer Vielzahl von Studenten als Probanden und Leuchtdichteschwankungen an einer 60 W Glühlampe ermittelt. Daraus resultierend wurde die Flickerkurve entwickelt.

Flickerkurve: Grenzkurve, welche definiert, in welcher Höhe, Dauer und Anzahl die Spannungsschwankungen bei Verbrauchern tolerabel sind.

Oberschwingungen

Spannungsoberschwingungen können die ordnungsgemäße Funktion von Geräten beeinträchtigen, wohingegen die Stromoberschwingungen nur begrenzten Einfluss auf die Spannungsverzerrung haben und mehr bei der thermischen Belastung von Kabeln und Schalteinrichtungen verantwortlich sind. Die Stromoberschwingungen sorgen durch die galvanische Kopplung auch für eine entsprechende Anhebung der Spannungsoberschwingungen.

Transiente

Unter Transienten versteht man schnelle Störimpulse (Burst) oder energiereiche Störimpulse (Surge), diese werden zum Teil auch als Überspannungen bezeichnet.

Unsymmetrie

Als Unsymmetrie wird das Verhältnis zwischen den Komponenten des Gegen- und Mitsystems bezeichnet, welche durch eine ungleichmäßige Verbraucherlast zwischen den Phasen hervorgerufen wird. Dies wird verursacht durch Geräte welche zweiphasig betrieben werden.

Frequenz

Die Frequenz der Versorgungsspannung beträgt in Deutschland nominal 50 Hz. Größere Frequenzschwankungen würden bedeuten, dass sich die Drehzahl von direkt angeschlossenen Motoren ändern würde mit den entsprechenden Konsequenzen.

Normative Vorgaben

EN 50160: Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen. Selbstverpflichtungsnorm für die Energieversorger mit vielen Ausnahmen. Diese Norm wurde wegen der vielen Ausnahmen nicht in eine DIN-Norm überführt.

DIN EN 61000-2-2: Elektromagnetische Verträglichkeit; Umgebungsbedingungen; Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrößen und Signalübertragung in öffentlichen Niederspannungsnetzen. Diese Norm lehnt sich größtenteils an die EN 50160 bzw. DIN EN 61000-2-4 Klasse 2 an.

DIN EN 61000-2-4: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV); Teil 2: Umgebungsbedingungen; Hauptabschnitt 4: Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrößen in Industrieanlagen. Norm mit Klasseneinteilung für verschiedene Betriebsumgebungen. Klasse 1 für z. B. Rechenzentren; Klasse 2 für z. B. Gewerbebetriebe, Bürobereiche; Klasse 3 für z. B. Schwerindustrie, Frequenzumrichter.

Sonstiges

Verursacherprinzip: Vom Betreiber des elektrischen Netzes wird der Verbraucher (Kunde) verpflichtet, Rückwirkungen seiner elektrischen Anlagen in zulässigen Grenzen zu halten, um eine Beeinflussung von „Nachbarn“ zu vermeiden. Störungen sind durch Konsumartikel (Bohrmaschinen, Fernseher, PC etc.) nicht zu erwarten, für industrielle Abnehmer allerdings zu beachten.