Messverfahren

Ein sehr wichtiges Kriterium zur korrekten als auch wiederholgenauen Messung der Netzqualität sind die Einhaltung von Normen zum Messverfahren. Diese sind nicht zu verwechseln mit den Normen zur Einhaltung der Netzqualität.

Zudem bestehen markante Unterschiede zu Messgeräten für Netzqualtität (PQI), Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen (PMD) und Messumformern (Transducer).

Die Klassische Unterscheidungsmatrix von Messgeräten im Kontext Applikation

Norm zum Messverfahren nach IEC 61000-4-X

IEC 61000-4-30 Ed. 3
Verfahren zur Messung der Netzqualität.
Nach Kapitel 5.9.1 „Measurement method“:
Messung bis zur 50. Oberschwingung (Bandbreite von 2,5 kHz bei 50 Hz, erforderliche Abtastrate von mind. 4.5-5 kHz).

Evolutionsschritte der Editionen

1 2

Neuerungen der IEC 61000-4-30 Ed. 3

Die Strommessung ist für Klasse A Geräte bindend
Aufzeichnung von Pegel, Unsymmetrie, Harmonischen und Interharmonischen der Ströme im gleichen Intervall wie die zugehörigen Spannungskanäle
Messverfahren für schnelle Spannungsänderungen (RVC) hinzugefügt

Neuerungen der IEC 61000-4-30 Ed. 4

Hohe Abtastraten (Bandbreitenabdeckung von 2.5kHz – 150kHZ)
Echtzeitfähigkeit
Schnelle Transientenmessung
PTP-Zeitsynchronisation
Die Einführung der Norm ist für die nächsten 2-3 Jahre vom IEC vorgesehen

METAS (Eidgenössisches Institut für Metrologie Schweiz) stellt eine Mess- und Prüfinfrastruktur für Phasor Measurement Units (PMUs) auf Netzqualitätsgrössen bereit. Dadurch kann METAS als eines von wenigen Laboren weltweit, PMUs nach IEEE C37.118 und Netzqualitätsmessgeräte nach IEC 62586 kalibrieren, prüfen und zertifizieren. Der PMU-Messplatz erlaubt es, Spannungs- und Stromsignale UTC-synchronisiert zu erzeugen und ist durch Kalibrierung auf das Internationale Einheitensystem SI zurückgeführt.

Definition von PQ-Klassen

1 2

Klasse A (PQI)

Messgeräte nach IEC 61000-4-30 Klasse A liefern Messwerte, die Messgerät- und Herstellerübergreifend vergleichbar sind. Messwerte von Klasse S Messgeräten sind nicht mehr als vergleichbar anzusehen.

IEC 61000-4-7
Leitfaden für Messung von Oberschwingungen / Zwischenharmonischen
IEC 61000-4-15
Flickermeter Auslegungsspezifikation

Zur Rechtssicherheit im Sinne der Vergleichbarkeit von Messdaten empfiehlt es sich, metrologisch zertifizierte Messgeräte einzusetzen. Vorteilhaft ist zudem, dass die relevanten Messdaten durch die zertifizierte Typenprüfung „quasi-geeicht“ sind.

Klasse S (PQI)

Netzqualitätsanalysatoren nach IEC 61000-4-30 der Klasse S sind für die grundlegende / fortgeschrittene Netzqualitätsanalyse gedacht und liefern nützliche Überwachungsdaten. Instrumente, welche die Leistungsanforderungen der Klasse S erfüllen, werden für statistische Netzqualitäts-Erhebungen und vertragliche Anwendungen eingesetzt. Dabei sind keine potenziellen Streitigkeiten zu vermuten. Somit sind auch keine Vergleichbarkeiten gemäss Klasse A zwingend erforderlich. Die Genauigkeits- und Leistungsanforderungen für Klasse S sind weniger hoch als für Klasse A. Resultieren daraus sind diese auch preislich tiefer angesetzt. Messgeräte der Klasse S werden oft in Industrie- und Versorgungstechnik eingesetzt (DSPQ).

Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen – Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen nach IEC 61557 (PMD)

Dieser Teil der IEC 61557 legt Anforderungen an kombinierte Geräte für die Messung und Überwachung des Betriebsverhaltens (en.: Performance Measuring and monitoring Devices = PMD) fest, die die elektrischen Parameter in elektrischen Verteilnetzen messen und überwachen. Diese Anforderungen legen auch das Betriebsverhalten in einphasigen und dreiphasigen Wechselstrom- oder Gleichstromsystemen mit Bemessungsspannungen von bis zu AC 1’000 V oder DC 1’500 V fest. Diese Geräte sind entweder fest installiert oder tragbar. Sie können zum Einsatz in Innenräumen und/oder im Freien vorgesehen sein.

Messung der Stromqualität in Stromversorgungssystemen nach IEC 62586 (PQI)

1 2

IEC 62586-1

In der IEC 62586-1 sind Produkt- und Leistungsanforderungen für Geräte festgelegt, deren Funktionen das Messen, Aufzeichnen und möglicherweise Überwachen von Stromqualitätsparametern in Stromversorgungssystemen umfassen und deren Messmethoden (Klasse A oder Klasse S) in IEC 61000-4-30 definiert sind . Diese Anforderungen gelten für ein-, zwei- (geteilte) und dreiphasige Wechselstromversorgungssysteme mit 50 Hz oder 60 Hz.

IEC 62586-2

In der IEC 62586-2 sind Funktionsprüfungen und Unsicherheitsanforderungen für Geräte festgelegt, deren Funktionen das Messen, Aufzeichnen und möglicherweise Überwachen von Stromqualitätsparametern in Stromversorgungssystemen umfassen und deren Messmethoden (Klasse A oder Klasse S) in IEC 61000-4-30 definiert sind. Dieses Dokument gilt für Geräte mit Netzqualität gemäß IEC 62586-1. Auf dieses Dokument kann auch durch andere Produktnormen (z. B. digitale Fehleraufzeichnungsgeräte, MV- oder HV-Schutzrelais) verwiesen werden, in denen Geräte angegeben sind, in die Stromqualitätsfunktionen der Klassen A oder S gemäß IEC 61000-4-30 eingebettet sind.

Elektrische Geräte zur Umwandlung von Wechselstromgrößen in analoge oder digitale Signale nach IEC 60688 (Messumformer)

Diese Internationale Norm gilt für Messumformer mit elektrischen Eingängen und Ausgängen, um elektrische Wechsel- oder Gleichgrößen zu messen. Das Ausgangssignal kann ein analoger Gleichstrom, eine analoge Gleichspannung sein oder in digitaler Form vorliegen. Im letzteren Fall muss der Teil des Messumformers, der für Kommunikationszwecke dient, mit dem externen System kompatibel sein. Diese Norm gilt für Messumformer, die zur Umwandlung von elektrischen Größen wie Strom, Spannung, Wirkleistung, Blindleistung, Leistungsfaktor, Phasenwinkel, Frequenz, Harmonische oder Oberschwingungsgehalt (Verzerrung), Scheinleistung in ein Ausgangssignal dienen.

Diese Norm ist nicht anwendbar für Messwandler gemäss der Normenreihe IEC 60044, Messumformer für industrielle Prozessleittechnik der Normenreihe IEC 60770 und Geräte zur Messung und Überwachung des Betriebsverhaltens (PMD), die der Norm IEC 61557-12 entsprechen.

Vorteile einer metrologischen Zertifizierung bei normkonformen Messgeräten

Obwohl die Ansprüche an ein Netzqualitätsgerät sowohl bezüglich Messverfahren (IEC 61000- 4-30), Geräteeigenschaften (IEC 62586-1) und Prüfung der Einhaltung der Normen (IEC 62586-2) exakt definiert sind, gibt es dennoch Unterschiede zwischen den Herstellern. Insbesondere können Anbieter oftmals nicht nachweisen, warum ihr Analysegerät die Vorgaben erfüllt. Also warum sollte es korrekt messen.

Ein Nachweis einer wirklich korrekten Messung ist nur über eine unabhängige Zertifizierungsstelle möglich. Im optimalen Fall durch ein metrologisches Institut. Nicht zertifizierte Prüfstellen oder gar Eigendeklarationen der Hersteller können metrologische Zertifikate nicht ersetzen. Deshalb sollten diese auch kritisch betrachtet werden.

Alle Geräte der Camille Bauer Metrawatt AG sind metrologisch zertifiziert nach METAS

Beispiele (Assoziation):

1 2

Nur durch eine Kalibrierung und die Rückführung auf die SI-Einheit kann sichergestellt werden, dass 1 kg auch wirklich 1 kg ist und so angezeigt wird.

Das Netzqualitätsmessgerät LINAX PQ3000 zeigt 237,4 V. Durch die unabhängige metrologische Zertifizierung kann man auch sicher sein, dass genau 237,4 V anliegen.
Die Zertifizierung eines Netzqualitätsmessgeräts nach IEC 62586-2 erfordert mehr als 150 zum Teil aufwendige Prüfungen. Hierzu ist eine aufwendige, auf das Internationale Einheitensystem SI durch Kalibrierung zurückgeführte Prüfinfrastruktur notwendig.

Merke

Oben genannte Messmethoden und Messverfahren nach den Standards des IEC werden oftmals in Ausschreibungen integriert und eingefordert. Dieser Beitrag soll verhelfen, etwas Klarheit in diesem Bereich zu vermitteln. Dieses Kapitel ist aber sicher nicht als abschliessend zu betrachten.

Spezielle Anmerkung: Bitte lassen Sie bei der Integration von PQI die notwendigen Sensoren nicht ausser Acht. Die Messung kann nur so genau sein, wie die Genauigkeit des schlechtesten Glied in der Messkette zulässt (z. B. Stromwandler, Rogowski-Spulen).