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Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definiert Stromqualität als Sicherstellung, dass die Stromversorgung und Erdung von Geräten sowohl kompatibel als auch für ihren Betrieb geeignet ist. Dabei geht es darum, die Kompatibilität zwischen dem elektrischen System und den von ihm versorgten Geräten sowie zwischen verschiedenen Geräten innerhalb desselben Verteilerraums sicherzustellen. Dieses Kompatibilitätskonzept ist als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bekannt und wird von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) als die Fähigkeit eines Geräts oder Systems definiert, in seiner elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne unzumutbare Störungen bei anderen Geräten zu verursachen.
Der wahre Maßstab für die Stromqualität ist, wie gut elektrische Geräte bei ordnungsgemäßer Wartung konstant und sicher funktionieren, ohne die Leistung anderer angeschlossener Geräte zu beeinträchtigen.
Von Versorgungsunternehmen gelieferter Strom folgt typischerweise einer Sinuswellenform mit einer Frequenz von 60 Hz in Nordamerika und 50 Hz in anderen Regionen, die als Grundfrequenz bezeichnet wird. Jede Abweichung in der Größe oder Frequenz dieser Wellenform wird als Stromleitungsabweichung bezeichnet. Während geringfügige Abweichungen oft harmlos sind, können erhebliche Abweichungen zu Störungen der Geräteleistung führen.
Zu hohe oder zu niedrige Spannungen können zu Geräteverschleiß oder -schäden führen. Um die Standardisierung aufrechtzuerhalten, legen lokale Energieversorger Grenzwerte für Spannungsschwankungen an den Versorgungseingangspunkten fest. Beispielsweise sollten Spannungsabfälle von der Stromquelle bis zum Nutzungspunkt 5 % nicht überschreiten und in jedem Stromkreis innerhalb von 3 % bleiben. Die zulässige Abweichung für höhere Spannungen, im Allgemeinen von 1.000 V bis 50.000 V, beträgt typischerweise ±6 % am Netzeingang, mit Ausnahme vorübergehender schwerer Lastbedingungen, wie z. B. Motoranlauf.
Versorgungsunternehmen können keine völlig störungsfreie Spannung garantieren, daher können am Einsatzort für Geräte, die eine stabile Spannungswellenform erfordern, zusätzliche Abhilfemaßnahmen erforderlich sein.
Die Verwaltung der Stromqualität ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Vorgängen, an denen elektronische, Steuerungs- oder Lebenssicherheitsgeräte beteiligt sind. Eine schlechte Stromqualität kann branchenübergreifend zu erheblichen Betriebsunterbrechungen führen, wie zum Beispiel:
Probleme mit der Stromqualität weisen oft auf zugrunde liegende Sicherheitsbedenken hin, wie z. B. Verkabelungs- oder Erdungsfehler, die sofortiges Handeln erfordern. Die Sicherstellung der Kompatibilität zwischen elektrischen Verbrauchern und dem System ist von entscheidender Bedeutung, wobei behördliche Standards und Versorgungsverfahren zur Verfügung stehen, um die Gerätekompatibilität und Leistungsmessungen zu steuern.
Mehrere Hauptfaktoren tragen zu Herausforderungen bei der Stromqualität bei:
Empfindliche elektronische Lasten: Moderne Versorgungssysteme sind auf allgemeine Zuverlässigkeit ausgelegt, haben jedoch möglicherweise Schwierigkeiten, empfindliche elektronische Geräte zu unterstützen, die von Stromstörungen betroffen sein können.
Störungserzeugende Geräte in der Nähe: Hochleistungsgeräte mit Halbleiterschaltern, Lichtbogenöfen und Antrieben mit variabler Drehzahl können Störungen erzeugen, die sich auf in der Nähe befindliche empfindliche Geräte auswirken.
Versorgungsquellen: Steigende Energiekosten und die Integration neuer Energiequellen, einschließlich erneuerbarer und dezentraler Erzeugung, erhöhen die Komplexität und potenzielle Probleme mit der Stromqualität.
Die Energieversorger sind dafür verantwortlich, die Energie bis zum Serviceeingang (Zähler) zu liefern, und der Kunde ist dafür verantwortlich, die Stromqualität auf seiner Seite des Zählers zu berücksichtigen. Es ist wichtig, die Ursache von Problemen mit der Stromqualität zu ermitteln, um wirksame Lösungen zu implementieren.
Studien deuten darauf hin, dass die meisten Probleme mit der Stromqualität innerhalb einer Anlage auftreten, obwohl es auch Wechselwirkungen mit Störungen auf der Versorgungsseite geben kann. Die Behebung anlagenbedingter Probleme mit der Stromqualität ist häufig kosteneffektiver und gibt den Facility Managern eine bessere Kontrolle über ihre Betriebsabläufe und die Möglichkeit zu Kosteneinsparungen.
Versorgungsunternehmen, die durch bestimmte Standards reguliert werden, legen Wert auf einen kontinuierlichen Betrieb, obwohl bestimmte Probleme, wie wetterbedingte Ausfälle, außerhalb ihrer Kontrolle liegen. Im Allgemeinen fallen die meisten Probleme mit der Stromqualität in die Verantwortung des Endbenutzers, während die Bedenken des Energieversorgers mit der Versorgungszuverlässigkeit verknüpft sind.
Mehrere Missverständnisse über die Stromqualität bestehen weiterhin:
Alte Richtlinien sind veraltet: Standards wie die ITIC-Kurve und FIPS Pub94 werden oft falsch interpretiert; Diese waren nicht als moderne Benchmarks für die Stromqualität gedacht.
Die Korrektur des Leistungsfaktors ist keine universelle Lösung: Die Korrektur des Leistungsfaktors ist zwar nützlich für die Senkung der Bedarfsgebühren, löst jedoch nicht alle Probleme mit der Stromqualität. Schlecht konzipierte Systeme zur Leistungsfaktorkorrektur können manchmal Probleme mit der Stromqualität verschlimmern.
Geringe Spannungen zwischen Neutralleiter und Erde weisen nicht auf Probleme hin: Kleine Spannungen zwischen Neutralleiter und Erde sind normal und erfordern oft keine speziellen Isolationsvorrichtungen.
Ein niedriger Erdungswiderstand ist für die Elektronik nicht zwingend erforderlich: Isolierte Erdungsstäbe für einen „niedrigen Referenzerdungswiderstand“ sind oft unnötig und entsprechen möglicherweise nicht den Elektrovorschriften.
Nicht alle USV-Systeme bieten vollständigen Schutz der Stromqualität: Viele USV-Systeme bieten lediglich Notstrom und verfügen nicht über Funktionen wie Spannungsregelung und Überspannungsschutz, die für die Verbesserung der Stromqualität unerlässlich sind
Um empfindliche Geräte zu schützen und einen stabilen, langfristigen Betrieb sicherzustellen, ist die Investition in Strategien zur Vermeidung von Stromqualität unerlässlich. Bei größeren Einrichtungen wie Rechenzentren umfassen die damit verbundenen Kosten für die Verbesserung der Stromqualität die Standortvorbereitung, Installation, Wartung und Anpassungen der Betriebseffizienz. Es ist auch wichtig, Geräte zur Minderung von Problemen mit der Stromqualität in Betracht zu ziehen, wie Spannungsstabilisatoren, Überspannungsschutz und aktive harmonische Filter (AHFs), insbesondere wenn empfindliche Elektronik verwendet wird.
Aktive Harmonische Filter (AHFs) bieten eine effektive Lösung zur Behebung eines der häufigsten Probleme mit der Stromqualität: harmonische Verzerrung. Oberwellen können andere Geräte stören, die Energieeffizienz verringern und eine Überhitzung von Motoren und Transformatoren verursachen. AHFs funktionieren, indem sie das elektrische System dynamisch überwachen und Ausgleichsströme einspeisen, um diese Verzerrungen auszugleichen. Dadurch werden Oberschwingungsströme minimiert, die Spannung stabilisiert und eine gleichmäßigere, unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleistet.
Die Einbeziehung von AHFs als Teil eines Plans zur Vermeidung von Stromqualität kann:
Wenn man die Gesamtkosten der Stromqualitätsverhinderung berücksichtigt, spielen AHFs eine entscheidende Rolle nicht nur bei der Aufrechterhaltung der Einhaltung von Stromqualitätsstandards, sondern auch beim Schutz kritischer Geräte, der Optimierung des Energieverbrauchs und der Reduzierung der Notwendigkeit häufiger Reparaturen. Für Anlagen, in denen die Stromqualität von entscheidender Bedeutung ist, bietet die Investition in AHFs erhebliche langfristige Einsparungen, Zuverlässigkeit und Effizienz, was sie zu einer intelligenten Ergänzung jeder umfassenden Stromqualitätsstrategie macht.
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