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Die Messgeräte der Camille Bauer Metrawatt AG führen die Option einer USV. Diese USV puffert während einem kurzzeitigen Netzausfall bis zu 5×3 Minuten die Versorgungsspannung, sodass während dieser kurzen Zeit keine Messdaten ausfallen. Der Puffer ist als Akku eingebaut und lädt sich immer wieder neu auf. Über die Anzeige im Gerät kann der Ladestatus abgefragt werden. Unter normalen Voraussetzungen kann man davon ausgehen, dass der Akku eine Lebenszeit von 3-5 Jahren aufweist. Nach dieser Zeit kann ein Austausch präventiv in Erwägung gezogen werden.

Bei einem PQ-Verdachtsfall, verursacht z. B. durch plötzlichem Abschalten von Anlagen, Ausfällen in der LED-Beleuchtung, Brummen in Audioanlagen, plötzliche Energieverluste, Ausfall von Transformatoren, usw. ist zu empfehlen, sich mit dem Regelkreis (PDCA) des Demand Side Power Quality (DSPQ) auseinander zu setzen. Dieser setzt aber voraus, dass fachmännisches Know-How vorhanden ist. Dazu stehen Ihnen Experten wie z. B. die Certum Sicherheit AG (CH), Camille Bauer Metrawatt AG (global), DV-Group (FR), PQ-Professionals GmbH (DE), Tecotec (Vietnam), Power Quality Thailand, usw. zur Verfügung. Je nach Ausprägung der Symptome und Komplexität der Anlage werden die Experten die aktuelle Situation analysieren, Messungen durchführen, Berichte erstellen, Messdaten analysieren und mit den Daten und dem Kunden gemeinsam die mögliche Ursache lokalisieren und Vorschläge zur Behebung der Störeinflüsse unterbreiten.

Aber Achtung: Es kann durchaus vorkommen, dass kein Problem der Netzqualität vorliegt und trotzdem Symptome auftauchen. Dies kann z. B. durch eine unsachgemässe Leitungsführung hervorgerufen werden. Auch kann es durchaus vorkommen, dass zwar Symptome und Störgrössen ermittelt werden, die Ursache aber zum Zeitpunkt der Störungssuche trotz hohem Messaufkommen verborgen bleiben. Netzqualität ist eben dynamisch und unterliegt dem Kontext einer grossen Komplexität der Infrastruktur.

Transienten sind extreme Ausschläge (mehrere kV) einer Spannung in sehr kurzer Zeit, verbunden mit einer deutlichen Veränderung der Sinuskurve. Um schnelle Transienten zu detektieren benötigt man Messgeräte, mit einer sehr hohen Abtastrate (Sampling Rate). Oftmals werden Transienten aber mit einer schnellen Spannungsänderung verwechselt, die nach IEC61000-4-30 Ed. 3 Klasse A bereits erfasst werden (RVC = Rapid Voltage Change (schnelle Spannungsänderung)). Aus diesem Grunde ist gemäss der Definition IEC61000-4-30 Ed. 3 nach Klasse A eine schnelle Transienten-Erfassung optional und auch mit extrem hohen Anschaffungskosten für solche Messgeräte verbunden.

Zunächst ist anzumerken, dass es auf die Art der Messung als auch des jeweiligen Zugangs zum Messobjekt ankommt. Des Weiteren ist es abhängig der jeweilig eingesetzten PQI, welche Mess-Sensorik physisch überhaupt angeschlossen werden kann.

Rogowski-Spulen werden oftmals bei Mobilmessungen eingesetzt, da diese eine weite Strom-Bandbreite aufweisen und extrem einfach um einen Leiter angesetzt werden können.  Allerdings ist darauf zu achten, dass die jeweiligen Leiter möglichst zentriert in der Spule liegen sollten, um ein gutes Messergebnis zu erzielen. In einzelnen Fällen werden Rogowski-Spulen auch bei stationären Messungen eingesetzt.

Strom-Wandler gibt es in diversen Ausführungen. Dazu zählen zum Einen die Bauform. Z. B. als geschlossene Umbauwandler, in dem der Leiter durch den geschlossenen Kern geführt werden muss. Hingegen greift man bei bestehenden Installationen gerne zu Klappwandlern, um einen Einbau ohne physisches Trennen des Leiters von seiner Anschluss-Klemme zu vermeiden (Thema: Abschaltung).

Als weiteres aber wesentliches Merkmal sind die jeweiligen Genauigkeitsklassen zu benennen. Gerade bei Netzqualität macht es keinen Sinn, zum Nachteil der Genauigkeit besonders günstige Wandler mit geringer Genauigkeit einzusetzen, da in der Regel die PQI in der Anschaffung eher höherpreisig sind. Zudem ist darauf zu achten, dass spezifisch ausgewiesene Wandler genutzt werden, die in den entsprechenden Bandbreiten der Oberschwingungen weiterhin präzise messen.

Als Fazit gilt: Jedes Messsystem ist nur so gut wie das schlechteste Glied innerhalb der Messkette.

Grundsätzlich sind beide Sensortechnologien immer dann angebracht, wenn eine Abschaltung nicht möglich ist oder auch wenn Platzverhältnisse Stromwandler nicht zulassen. Zumeist kommen dabei beide Technologien für mobile Messungen, also bei so genannten Messkampagnen zum Einsatz. Dabei kann es je nach Hersteller und Gerätetyp variieren, welche Mess-Sensorik physisch, bzw. welche Signalform überhaupt an das jeweilige PQI angeschlossen werden kann.

Rogowski-Spulen werden oftmals bei Mobilmessungen eingesetzt, da diese eine weite Strom-Bandbreite aufweisen und extrem einfach um einen Leiter angesetzt werden können. Allerdings ist darauf zu achten, dass die jeweiligen Leiter möglichst zentriert in der Spule liegen sollten, um ein optimales Messergebnis zu erzielen.

Um noch bessere, bzw. genauere Messergebnisse zu erzielen empfiehlt es sich, mit Messzangen zu arbeiten. Allerdings ist zu bemerken, dass Messzangen aufgrund ihrer mechanischen Beschaffenheit nicht so flexibel einsetzbar sind, als die Rogowski-Spulen. Hier spielt wiederum der Platzbedarf an den Leitern eine zentrale Rolle. Zudem haben hochwertige Messzangen einen deutlich höheren Preis als eine einfache Rogowski-Spule. Ist der Preis ausschlaggebend und trotzdem eine Messzange bevorzugt, können auch weniger performante Messzangen dienlich sein.

Mobile Messungen, auch gerne Messkampagne genannt, sind immer dann von Nutzen, wenn keine stationäre Messung vorhanden ist. Sie dienen entweder dazu, die Netzqualität unter definierten Voraussetzungen zu bewerten (z. B. wiederkehrende Messung, Leistungsfahrten in Rechenzentren, usw.) oder auch zur Lokalisierung von Störungen. Wichtig ist dabei zu wissen, dass die Messung über einen definierten Zeitraum immer einen Momentaufnahme darstellt und sich während der Zeit durch verschiedene Einflüsse verändern kann. Aus diesem Grunde ist zur Erkennung von Problemen und Trends  eine stationäre Messung von Vorteil, da diese unabhängig der definierten Zeit Periode kontinuierlich Daten nachhaltig aufzeichnet und Abweichungen meldet.

Die EN50160 definiert die zwischen dem Versorger und dem Verbraucher vereinbarte Netzqualität am Übergabepunkt, dem s. g. Point of Common Coupling (PCC) und bildet somit eine verbindliche Rechtsgrundlage. Die EN50160 ist eine rein statistische Betrachtung über Zeit und wird mittels einem nicht definiertem Reporting-Format dokumentiert. Nach dem PCC ist der Verbraucher selbst für seine Netzinfrastruktur verantwortlich, dem s. g. In-Plant-Coupling (IPC). Somit hat an den diversen IPCs die  EN50160 keine Relevanz mehr. Allerdings werden die meisten Störungen aufgrund mangelnder Netzqualität auf der Verbraucherseite erzeugt als auch dort empfangen. Somit sind an den IPCs Power Quality Instrumente (PQI) nach Klasse A oder S sinnvoll, um die tatsächlichen Events zu erfassen und aufzuzeichnen, um bei Problemen den Ursachen innerhalb der Infrastruktur auf die Spur zu kommen.

PQ steht für Power Quality (Netzqualtität) und ist eigentlich ein Unterkapitel der EMV-Standards und definiert spezifische Grenzwerte, die im Netz nicht überschritten werden dürfen . Insofern gibt es klare IEC-Standards, welche die Netzqualität definieren. Im Markt kann das Thema Netzqualität allerdings von Applikation,  Marktsegment als auch dem Anwender individuell interpretiert sein. So sind Themen der Netzqualität häufig bereits mit Oberwellen, EN50160, usw. abgegolten. Es empfiehlt sich daher genau zu überlegen, welche Applikation und welche Nutzen im Kontext der Netzqualität zusammen gebracht werden sollen. Daraus kann dann das Budget ermittelt werden, dass für die Massnahme(n) eingesetzt werden soll.

Im Grundsatz ist die Metrologie die Lehre und Wissenschaft vom Messen, von den Maßsystemen und deren Einheiten. Dabei ist sie zuständig für die Festlegung von international akzeptierten Maßeinheiten, der Realisierung von Maßeinheiten durch wissenschaftliche Methoden sowie der Errichtung von Rückführbarkeits-Ketten durch das Bestimmen und Dokumentieren von Messwerten und deren Genauigkeiten, und die Verbreitung dieses Wissens. Und speziell durch die Rückführbarkeit der Masseinheiten auf ein s. g. Urmass kann gewährleistet werden, dass Messungen mittels einem metrologisch zertifiziertem Gerät präzise ausgeführt werden. Diese sind ganz besonders wichtig, wenn es um die Vergleichbarkeit von Messdaten geht, z. B. in einem Rechtsfall oder auch bei Wiederholungsmessungen. Zertifizierungen oder einfach nur Tests mit Selbstdeklaration ausserhalb der Metrologie mit spezifischen Akkreditierung sind in Frage zu stellen. Oder würden Sie einer Waage im Supermarkt vertrauen, die nicht behördlich geeicht wurde?!

Messgeräte nach IEC 61000-4-30 Klasse A liefern Messwerte, die Messgerät- und Herstellerübergreifend vergleichbar sind. Zur Rechtssicherheit im Sinne der Vergleichbarkeit von Messdaten empfiehlt es sich, metrologisch zertifizierte Messgeräte einzusetzen. Vorteilhaft ist dabei zudem, dass die relevanten Messdaten durch die zertifizierte Typenprüfung “quasi-geeicht” sind. Vorteilhaft ist dabei auch eine metrologisch zertifizierte Energiemessung, um korrekte Energiedaten zu erhalten, da diese massgeblich auch von der Netzqualität beeinflusst werden.

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, bei denen keine potenziellen Streitigkeiten bestehen, also keine vergleichbaren Messungen erforderlich sind. Die Genauigkeits- und Leistungsanforderungen für Klasse S sind weniger hoch als für Klasse A und somit auch preislich tiefer angesetzt. Sie werden oft in Industrie- und Versorgungstechnik eingesetzt, dem Bereich des s. g. Demand Side Power Quality am IPC (In-Plant-Point-of Coupling) z. B. in Rechenzentren, der Halbleiterindustrie, Flughafeninfrastruktur, Nahrungs- und Genussmittelindustrie, Metall- und Aluminiumindustrie, Zementindustrie, usw.

Die Genauigkeit der Messgeräte unterliegt diversen Normen und richten sich üblicherweise bei PQI nach der IEC/EN 60688 zur Einhaltung folgender Grundfehler: Spannung, Strom ±0,1 %, Leistung ±0,2 %, Leistungsfaktor ±0,1°, Frequenz ±0,01 Hz, Unsymmetrie U, I ±0,5 %, Harmonische ±0,5 %, THD U, I ±0,5 %. Bei der Energie werden Grundfehler wie folgt definiert: Wirkenergie Klasse 0.2S (IEC/EN 62 053-22), Blindenergie Klasse 0.5S (IEC/EN 62 053-24).

Aber Achtung: Hierbei handelt es sich um Grundfehler der Messgeräte selbst. Diese stehen in direkter Abhängigkeit der Sensoren, z. B. der eingesetzten Stromwandler. Wählt man eine schlechte Genauigkeitsklassen oder gar Stromwandler, die nicht Oberschwingungen-resistent sind, summiert sich der Fehler in der Messkette auf.

Die Genauigkeit der Messgeräte unterliegt diversen Normen und richten sich üblicherweise bei PQI nach der IEC/EN 60688 zur Einhaltung folgender Grundfehler: Spannung, Strom ±0,1 %, Leistung ±0,2 %, Leistungsfaktor ±0,1°, Frequenz ±0,01 Hz, Unsymmetrie U, I ±0,5 %, Harmonische ±0,5 %, THD U, I ±0,5 %. Bei der Energie werden Grundfehler wie folgt definiert: Wirkenergie Klasse 0.2S (IEC/EN 62 053-22), Blindenergie Klasse 0.5S (IEC/EN 62 053-24).

Aber Achtung: Hierbei handelt es sich um Grundfehler der Messgeräte selbst. Diese stehen in direkter Abhängigkeit der Sensoren, z. B. der eingesetzten Stromwandler. Wählt man eine schlechte Genauigkeitsklassen oder gar Stromwandler, die nicht Oberschwingungen-resistent sind, summiert sich der Fehler in der Messkette auf.

Kann ein Messgerät nicht nach einer geweissen Einsatzdauer kalibriert werden, so empfiehlt es wenigstens, den Fehler über Wert mit in Erwägung zu ziehen. Der Fehler beschreibt die maximal zulässige Abweichung über einen Zeitraum. Hier im Beispiel wird dieser so definiert:

GRUNDFEHLER NACH IEC/EN 60688:

• Spannung, Strom ±0,1 %
• Leistung ±0,2 %
• Leistungsfaktor ±0,1°
• Frequenz ±0,01 Hz
• Unsymmetrie U, I ±0,5 %
• Harmonische ±0,5 %
• THD U, I ±0,5 %

Abweichungsformel:

• Temperatureinfluss 0,5 x Grundfehler pro 10 K
• Langzeitdrift 0,5 x Grundfehler pro Jahr

Gemäss PQ-Norm muss ein Messgerät Harmonische bis zur 50. Ordnung (2.5KHz bei 50Hz) erfassen können. Für die Erkennung dieses Signals ist gemäss Abtasttheorem eine Sampling Rate von mindestens der doppelten Signalfrequenz erforderlich. Also ≥5kHz bei 50Hz. Dies reicht auch aus um PQ-Ereignisse wie Spannungseinbruch oder Spannungsüberhöhung zu detektieren, die auf Basis von Halbperiodenwerten überwacht werden. Erst wenn auch (optional) Spannungstransienten oder Störungen in einem erweiterten Frequenzbereich erkannt werden sollen, ist eine höhere Sampling Rate erforderlich. Auch hier ist dies mindestens der doppelte Wert der Signal- bzw. Störfrequenz, welche noch detektiert werden soll. Gemäss PQ-Norm ist die Erkennung von Transienten eine Option.

Dieses Thema wird oft und heiß diskutiert. Eine grundsätzliche Regel nach IEC gibt es nicht. Allerdings geben Hersteller und Behörden (z. B. ESTI, etc.) Leitfäden heraus die besagen, dass Messgeräte im regelmäßigen Einsatz alle 2-3 Jahre kalibriert werden sollten. Dies gilt jedoch zunächst für die Mess- und Prüftechnik – also die mobile Messtechnik. Bei  stationärer Messtechnik werden Geräte im Normalfall nur bei Reparaturen beim Hersteller kalibriert, da in den meisten Fällen eingebaute Messtechnik nicht ohne weiteres ausgebaut und darauf verzichtet werden kann. Legt man aber Wert darauf, dass auch Einbaugeräte kalibriert werden, dies geschieht zumeist bei staatlichen Organisationen oder auf Basis von gesetzlichen Grundlagen, dann empfiehlt sich ein Messgerät in einer 19″-RAck-Ausführung. Dieses kann ohne weiteres unkompliziert getauscht werden, sodass mittels einem Austauschgerät sogar die Zeit der Kalibration überbrückt wird. Wird nicht kalibriert, sollte man wenigstens den Grundfehler (z. B. nach  IEC 60688) mit der zulässigen Abweichung im Auge behalten.

Aber Achtung: Kalibration heißt nicht automatisch Justierung.

Grundsätzlich gibt es vier Überspannungskategorien. Diese werden mit römischen Zahlen von I – IV angegeben. Der Unterschied zwischen den vier Überspannungskategorien ist die Stoßspannungsfestigkeit, welche die Elektrogeräte besitzen. Entwickler von Elektrogeräten legen mit der Auswahl der Elektro-Bauteile, der Leitungsquerschnitte, den Luft- und Kriechstrecken zwischen den Bauteilen, den Isolationsstoffen usw. Somit weist die Kategorie IV die höchste Stossfestigkeit auf.

Quelle: https://www.ueberspannungsschutz.com

Beispielrechnung PQ1000/PQ3000/PQ5000

Annahme Netzfrequenz: 50Hz
Sampling Rate PQI: 18kHz
Messbandbreite: 2.5kHz (50. Oberschwingung (Harmonische))
Minimale Abtastrate: 5kHz (im Minimum die doppelte Abtastrate (Nyquist-Shannon-Theorie), sodass sicher erfasst wird)
Abtastungen/Zyklus: 360 (~18’000 Abtastwerte pro Sekunde)
FFT-Auswertung: 10 Perioden (3’600 Samples)
Samples: ~18kS/s
Erfassung (Ausgabe) der Oberschwingung: bis zur 50. Oberschwingung
Conformity: z. B. EN50160 (40. Oberwelle Spannung), IEC61000-4-30 Ed. 3 (40. Oberwelle Strom und Spannung oder höher z. B. 50. Oberwelle)

Beispielrechnung PQ1000/PQ3000/PQ5000

Annahme Netzfrequenz: 50Hz
Sampling Rate PQI: 18kHz
Messbandbreite: 4.5kHz (89. Oberwelle (Harmonische))
Minimale Abtastrate: 9kHz (im Minimum die doppelte Abtastrate (Nyquist-Shannon-Theorie), sodass sicher erfasst wird)
Abtastungen/Zyklus: 360 (~18’000 Abtastwerte pro Sekunde)
FFT-Auswertung: 10 Perioden (3’600 Samples)
Samples: ~18kS/s
Erfassung (Ausgabe) der Oberschwingung: bis zur 89. Oberschwingung
Conformity: z. B. IEC61000-4-30 Ed. 3 (40. Oberwelle Strom und Spannung oder höher z. B. 50. Oberschwingung)

Beispielrechnung PQ1000/PQ3000/PQ5000

Annahme Netzfrequenz: 60Hz
Sampling Rate PQI: 18kHz
Messbandbreite: 3.0kHz (50 Oberschwingung (Harmonische))
Minimale Abtastrate: 6kHz (im Minimum die doppelte Abtastrate (Nyquist-Shannon-Theorie), sodass sicher erfasst wird)
Abtastungen/Zyklus: 300 (~18’000 Abtastwerte pro Sekunde)
FFT-Auswertung: 12 Perioden (3’600 Samples)
Samples: ~18kS/s
Erfassung (Ausgabe) der Oberschwingung: bis zur 50. Oberschwingung
Conformity: z. B. IEEE519 (50. Oberwelle Strom und Spannung), IEC61000-4-30 (40. Oberschwingung oder höher z. B. 50. Oberwelle)

Beispielrechnung PQ1000/PQ3000/PQ5000

Annahme Netzfrequenz: 60Hz
Sampling Rate PQI: 18kHz
Messbandbreite: 4.5kHz (75. Oberschwingung (Harmonische))
Minimale Abtastrate: 9kHz (im Minimum die doppelte Abtastrate (Nyquist-Shannon-Theorie), sodass sicher erfasst wird)
Abtastungen/Zyklus: 360 (~18’000 Abtastwerte pro Sekunde)
FFT-Auswertung: 10 Perioden (3’600 Samples)
Samples: ~18kS/s
Erfassung (Ausgabe) der Oberschwingung: bis zur 75. Oberschwingung