Probleme bei der Netzqualität: Erhöhung der Netzspannung in einem Industrienetz
Einführung
Eine Industrieanlage zur Herstellung von Autoteilen hatte wiederholt Probleme durch die Aktivierung von Überspannungsschutzgeräten und Stromausfällen in einigen Produktionshallen. Um die Ursache zu finden und den Fehler zu lokalisieren, führte der Automobilhersteller Messungen der Versorgungsspannungsqualität von Produktionsmaschinen auf der Niederspannungsseite durch. Für Messungen und Analysen der Netzqualität (PQ) verwendete das Unternehmen einen dreiphasigen Netzanalysator Mavowatt 270.
Zunächst wurde die Messung am Hauptverteilerschrank der Anlage durchgeführt, wo häufige Beschwerden über Stromausfälle registriert wurden. Danach wurde eine siebentägige Messung der Spannungsqualität durchgeführt.
Messdatenanalyse
Messungen am Schaltschrank zeigen Spannungswerte, die am Grenzwert schwingen (Un + 10%). An einem Punkt wurde ein plötzlicher Spannungsanstieg gemessen, dann ein kurzfristig spannungsfreier Zustand und zum Schluss kam es erneut zu einem Spannungsanstieg, der länger als eine Stunde dauerte.
Eine detaillierte Analyse der Aufzeichnung zeigt, dass um 05:59 Uhr ein Spannungsanstieg von dem Wert (Un + 9%) auf den Wert (Un + 30,4%) auftritt, der um 06:04:52,25 Uhr erreicht wird. Dann tritt ein spannungsfreier Zustand auf. Der Übergangsprozess ist in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 3 zeigt den Fall des Überschreitens des oberen Spannungsgrenzwerts. Trends und Zahlenwerte wurden registriert.
Um 06:08:27,20 Uhr wurde die Spannung auf dem Wert (Un + 31,7%) wiederhergestellt, wie in Abbildung 2 gezeigt. Ein solcher Hochspannungswert hält unannehmbar lange an. Mavowatt registrierte diese hohen Werte bis 07:41 Uhr.
Die Wartungselektriker registrierten auch übermäßige Spannungswerte. Die Transformatoren begannen zu zittern und machten seltsame Geräusche. Während dieses Prozesses wurden sichtbare Schäden an Arbeitsmaschinen in Produktionsanlagen und elektrischen Geräten festgestellt. Die Stromkreise der Netzteile von CNC-Maschinen, Kompressoren, Kondensatorbatterien an Kompensationsgeräten usw. wurden beschädigt.
Nach der Wiederherstellung der Netzspannung in den Anlagen wurden einzelne Maschinen nach Möglichkeit nacheinander unter Spannung gesetzt. In einigen Produktionslinien war es nicht möglich, die Stromversorgung wiederherzustellen, da die Schutzvorrichtungen beschädigt waren.
Aufgrund eines solchen Ereignis wurde beschlossen, einen zweiten Netzanalysator zur Überwachung des Spannungszustands in der 10-kV-Schaltanlage zu installieren, um mögliche unerwünschte Ereignisse in den kommenden Stunden/Tagen zu registrieren und die Identifizierung der Ursache des Ereignisses zu erleichtern.
Es wurden zwei gleichzeitige Messungen gestartet: eine auf der Niederspannungsseite – die die Maschinen mit Strom versorgt, und die andere auf der Hochspannungsseite – auf der 10-kV-Schaltanlage.
Messungen auf der Niederspannungsseite
Die Abbildungen 5, 6 und 7 zeigen die mittleren, maximalen und minimalen Spannungswerte nach diesem Ereignis. Alle registrierten Werte liegen im Wertebereich (Un ± 10%). Während dieses Messzeitraums der Netzqualität wurden weder die Spannungseinbrüche noch die Überspannungen registriert.
Messungen auf der 10 kV Seite
Abbildung 8 zeigt die mittleren Spannungswerte auf der 10-kV-Seite. Alle Werte liegen im Bereich (Un ± 10%). Auch die minimalen und maximalen Spannungswerte blieben innerhalb der gleichen Grenzen. Auf der 10-kV-Schaltanlage wurden weder die Spannungsausfälle noch die Überspannungen registriert.
FAZIT
Im Rahmen dieser Analyse wurden insgesamt drei Messungen der Netzqualität durchgeführt:
- Messungen am Schaltschrank vor und während eines Anstiegs der Netzspannung,
- Messungen am Schaltschrank nach dem Anstieg der Netzspannung,
- Messungen an 10 kV Schaltanlagen nach Netzspannungsanstieg.
Während dieses Prozesses trat ein unerwünschtes Ereignis auf, bzw. ein Anstieg der Netzspannung auf den Betrag (Un + 31,7%), dessen Dauer in einem Zeitraum von mehr als zwei Stunden registriert wurde. Während dieser Phase kam es zu Schäden und Ausfällen von Produktionsmaschinen und elektrischen Geräten.
Überlastung führt zu verkürzter Lebensdauer der Anlage
In Anbetracht der Tatsache, dass die erhöhte Spannung länger als zwei Stunden anhielt, ist zu vermuten, dass Teile der elektrischen Anlagen, hauptsächlich die Leistungstransformatoren, einer Überlastung ausgesetzt wurde. Dies kann letztendlich zu einer verkürzten Lebensdauer dieser Anlagenteile führen.
Den Verantwortlichen der Industrieanlage wurde empfohlen, den Stromversorger und Stromverteiler so bald wie möglich über das Auftreten des unerwünschten Ereignisses zu informieren und die Ursache des Ereignisses sowie die Verantwortung dafür zu ermitteln.
Die Beurteilung des Schadens und die mögliche Begründung eines Anspruchs gegen den Stromverteiler und Stromversorger waren aber nicht Gegenstand dieser Analyse.
Dem Automobilunternehmen wurde empfohlen, einen Analysator zur kontinuierlichen Überwachung der Netzqualität (PQ) zu installieren. Während der Überwachung der PQ kann ein vollständiger Einblick in alle Ereignisse im Netz erzielt werden. Dadurch ist es deutlich einfacher, die Ursachen für ähnliche und andere unerwünschte Ereignisse zu identifizieren und zu beheben.
