Stromqualität und internationale Standards: Ein praktischer technischer Leitfaden

01 Was ist Stromqualität??

Stromqualitätsstandards legen fest, was Ingenieure meinen, wenn sie sagen, dass ein Stromsystem ordnungsgemäß funktioniert. Power Quality (PQ) bezieht sich darauf, wie eng die Spannung ist, Frequenz, und Wellenform einer Stromversorgung entsprechen ihrem beabsichtigten Ideal – sinusförmig, phasenübergreifend ausgeglichen, in Betrag und Frequenz konstant, ununterbrochen. Praktisch, Jedes Energiesystem weicht bis zu einem gewissen Grad von diesem Ideal ab. Für einen grundlegenden Überblick über PQ-Phänomene und ihre Ursachen, sehen PQ-Grundlagen auf IPQDF. Standards legen die Grenzen fest, innerhalb derer diese Abweichungen akzeptabel sind.[1]

Aus versorgungstechnischer Sicht, Die Stromqualität ist kein einzelner Parameter, sondern eine Familie von Parametern, jedes mit seiner eigenen Messmethode, ein eigenes Zeitaggregationsfenster, und seine eigene Grenze. Verstehen, welcher Standard für eine bestimmte Situation gilt, und was dieser Standard tatsächlich in Bezug auf messbare Mengen erfordert, ist Voraussetzung für jede aussagekräftige Netzqualitätsbeurteilung.

02 Störungen der Stromqualität – Was Standards regeln

Für jede Art von PQ-Störung gelten unterschiedliche Standards, mit verschiedenen Instrumenten gemessen, und über verschiedene Zeitfenster ausgewertet. Die folgende Tabelle ordnet die Hauptstörungskategorien den Normen zu, die sie behandeln.[1][2]

03 Wichtige internationale Standards – was jeder tut

IEC 61000 – Der Rahmenstandard

Die IEC 61000 Serie ist der wichtigste internationale Rahmen für elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) und Stromqualität. Es ist in sechs Teile gegliedert, Jedes deckt einen anderen Aspekt des EMV-Problems ab.[1]

• IEC 61000-2-x - Umfeld: beschreibt die elektromagnetische Umgebung und die Verträglichkeitsstufen (die Störpegel, die die Ausrüstung tolerieren muss)
• IEC 61000-3-x – Grenzen: Emissionsgrenzwerte für Geräte, die an öffentliche Netze angeschlossen sind (Welche Ausrüstung darf injizieren?)
• IEC 61000-4-x — Prüfung und Messung: wie man PQ-Parameter misst und die Geräteimmunität testet

Das wichtigste IEC 61000 Unternormen für praktizierende Ingenieure:

• IEC 61000-4-30 — Definiert Messmethoden für alle PQ-Parameter. Gibt Klasse A an (höchste Genauigkeit, für Vertrags-/Konformitätsmessungen), Klasse S (Umfrage), und Klasse B (allgemeiner Zweck). Wenn Sie ein PQ-Audit für vertragliche Zwecke durchführen, Ihr Instrument muss der Klasse A entsprechen.
• IEC 61000-4-7 — Harmonische und interharmonische Messung: 10-Zyklus (200 ms) Fenster gruppieren, wie man harmonische Strom- und Spannungsmessungen im Zeitverlauf aggregiert.
• IEC 61000-4-15 — Entwurf und Bewertungsmethode für Flickermessgeräte. Definiert P_st und P_lt Berechnung. Jedes zur Einhaltung der Vorschriften verwendete Flickermessgerät muss diesen Algorithmus implementieren.
• IEC 61000-3-6 — Planungsebenen für Oberschwingungen in Mittel- und Hochspannungsnetzen. Wird von Versorgungsunternehmen verwendet, um den Kunden Oberschwingungsemissionszertifikate zuzuteilen.
• IEC 61000-3-7 — Planungswerte für Flicker in Mittel- und Hochspannungsnetzen.

IEEE 519 – Nordamerikanischer Harmonischer Standard

IEEE Std 519 legt Grenzwerte für die Einspeisung von Oberschwingungsströmen am Punkt der gemeinsamen Kopplung fest (PCC) zwischen einem Energieversorger und einem Kunden. Die 2022 Revision (IEEE 519-2022) mehrere wichtige Punkte geklärt:[3]

• Grenzwerte gelten am PCC – dem Messpunkt – und nicht an einzelnen Geräteanschlüssen
• Aktuelle Verzerrungsgrenzwerte verwenden ITDD (totale Nachfrageverzerrung) anstelle von THDi – ein fester Nenner basierend auf dem maximalen Laststrombedarf, nicht die momentane Grundschwingung
• Grenzwerte für Spannungsverzerrungen: THD_AM ≤ 5% für Systeme unten 1 kV, ≤ 3% für 1–69 kV, ≤ 1.5% für 69–161 kV
• Die Grenzwerte für einzelne Oberschwingungsspannungen sind restriktiver als der THD-Grenzwert für bestimmte Bestellungen

IN 50160 — Europäische Spannungseigenschaften

IN 50160 definiert die Eigenschaften der Spannung, die von europäischen öffentlichen Verteilungsnetzen geliefert wird – im Wesentlichen das, was der Energieversorger an den Anschlusspunkt des Kunden liefern muss. Es deckt die Größe der stationären Spannung ab, Frequenz, Wellenform, Symmetrie, und kurzfristige Veranstaltungen.[4] Wichtige Anforderungen:

• Frequenz: 50 Hz ± 1% für 99.5% des Jahres (miteinander verbundene Systeme)
• Spannungsgröße: ±10 % vom Nennwert für 95% von 10-Minuten-Durchschnittswerten über eine Woche
• THD_AM: ≤ 8% für einzelne Harmonische bis zur 25; ≤ 5% gesamt
• Flimmern: P_lt ≤ 1 für 95% der Zeit
• Unwucht: ≤ 2% negative Sequenz für 95% von 10-Minuten-Durchschnittswerten

CSA C235 – Kanadische Spannungsgrenzen

CSA C235 ist der kanadische Standard für bevorzugte Spannungspegel und -bereiche für Wechselstromsysteme. Es legt Nennspannungen und akzeptable Bereiche für die Leistungserbringung in Kanada fest – das Äquivalent zu EN 50160 für den kanadischen Kontext. Es gibt weniger strenge Vorgaben zu Oberwellengrenzwerten als IEEE 519, die kanadische Energieversorger typischerweise für die Einhaltung der Oberschwingungen anwenden.

IEEE 1159 — PQ-Überwachung

IEEE 1159 Bietet empfohlene Vorgehensweisen zur Überwachung der Stromqualität. Je breiter IEEE-Ökosystem für Stromqualität Die Seite auf IPQDF deckt das gesamte Spektrum der für PQ relevanten IEEE-Arbeitsgruppen und Standards ab. Es legt die Terminologie fest, Klassifizierung von PQ-Ereignissen, und Anleitung zur Instrumentenauswahl und -platzierung. Es ist der Referenzstandard zur Charakterisierung und Berichterstattung von PQ-Messergebnissen – kein Grenzwertstandard, sondern der Rahmen dafür, was Messungen bedeuten.[3]

Regionale Standards – Andere wichtige Gerichtsbarkeiten

Während IEC 61000, IEEE 519, und EN 50160 dominieren die internationale Ingenieurpraxis, Mehrere große Gerichtsbarkeiten behalten ihre eigenen nationalen PQ-Standards bei. Ingenieure, die an multinationalen Projekten oder der Gerätezertifizierung arbeiten, müssen sich dieser Rahmenbedingungen bewusst sein.

04 Grenzwerte – die Zahlen, auf die es ankommt

Die in den folgenden Tabellen verwendeten Spannungsschwellenwerte folgen internationalen Konventionen. Für eine umfassende Referenz zu Nennspannungen und Frequenzstandards nach Ländern, siehe die Internationale Frequenz und Pegel Seite auf IPQDF.

Grenzwerte für harmonische Spannungen

Flickergrenzen

Spannungsunsymmetrie

05 Welcher Standard gilt?? Ein Auswahlleitfaden

Die in der Praxis am häufigsten gestellte Frage ist: Welchen Standard muss ich in dieser Situation einhalten?? Die Antwort hängt von der Geographie ab, Systemspannungsniveau, die Art des Problems (Emission vs. Immunität vs. Charakterisierung), und wer ist dafür verantwortlich – Versorger oder Kunde.

06 Messklassen und Geräteanforderungen

IEC 61000-4-30 definiert drei Messklassen für PQ-Instrumente. Die Klasse bestimmt die Genauigkeit der Messung und damit ihre Eignung für verschiedene Zwecke.[1]

07 Vollständiger Katalog zu EMV- und Stromqualitätsstandards

Die obigen Abschnitte behandeln die am häufigsten verwendeten Standards in der Ingenieurspraxis. Für eine umfassende, Durchsuchbare Referenzliste der EMV- und PQ-Normen nach Region – einschließlich CENELEC/EN, CEN, ETSI, australisch, kanadisch, chinesisch, europäisch, und US-Standards – IPQDF unterhält eine eigene Katalogseite.

Der Katalog ist besonders nützlich, wenn Sie überprüfen möchten, welche Standardnummer für eine bestimmte Produktkategorie gilt. Darüber hinaus sind weitere Fachkataloge erhältlich: Automobil-EMV-Standards und Kommerzielle EMV-Standards. oder Installationstyp gemäß der EU-EMV-Richtlinie oder gleichwertigen nationalen Rahmenwerken. Für die analytische Anwendung dieser Standards – wie Grenzwerte interpretiert werden, welche Messklasse verwendet werden soll, und wie man harmonische Emissionsbudgets zuordnet – die obigen Abschnitte liefern den technischen Kontext.

Referenzen

1. [1] IEC 61000 Serie, “Elektromagnetische Verträglichkeit (EMC),” International Electrotechnical Commission, Genf, Schweiz. Verfügbar: iec.ch
2. [2] IN 50160:2010+A1:2015, “Spannungseigenschaften des von öffentlichen Stromnetzen gelieferten Stroms,” CENELEC, Brüssel.
3. [3] IEEE Std 519-2022, “IEEE-Standard für harmonische Kontrolle in elektrischen Energiesystemen,” IEEE, New York, NY, 2022.
4. [4] IEEE Std 1159-2019, “Von der IEEE empfohlene Vorgehensweise zur Überwachung der Stromqualität,” IEEE, New York, NY, 2019.