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Herr Dipl.-Ing. Carsten Reeb

Dipl.-Ing. Carsten Reeb
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Warum Spannung konstant halten?

Warum Spannung konstant halten?

Elektrische Geräte sind so konzipiert, das Sie bei definierten Sollwerten in Bezug auf Spannung und Frequenz (z.B. 400 V bei 50 Hz) optimal arbeiten.

Tatsächlich können elektrische Verteilungen oft nicht die Stabilität der geforderten Parameter gewährleisten. Insbesondere kann sogar die Spannung erheblich vom Nennwert abweichen. Diese Abweichung führt zu unerwünschten und möglicherweise sogar gefährlichen Bedingungen für die Benutzer.

Spannungsschwankungen können, abhängig von der Ursache in wenigen Millisekunden (z.B. Verteilungsleitungen die von einem Blitz getroffen werden), oder mit einer Dauer von mehreren Sekunden, Minuten oder sogar Stunden auftreten.

Am häufigsten tritt eine verminderte Spannung bei einer unzureichenden Mittelspannungs-Regelung der Verteilerseite, Trennung von großen Lasten, Überspannung am Generatoren-Ausgang, oder Einschalten von großen Lasten, Motorstart in unterdimensionierten Verteilerleitungen, Störungen bei der Erdung oder schlechte Mittelspannungs-Regelung auf.

Im Falle einer schwankenden Spannung ist der Spannungskonstanthalter die Lösung, die das beste Kosten/Nutzen-Verhältnis gewährleistet.

Die ständige Verfügbarkeit von einer stabilen Spannungsversorgung, unabhängig von den Fluktuationen am Eingang sind ein wesentliches Merkmal für Effizienz und Zuverlässigkeit, die es gilt für den Anwender zu gewährleisten. Eine reduzierte Produktivität, Datenverlust, Sicherheitsversagen, Maschinenfehler, ungenaue Informationen und Unannehmlichkeiten sind nur einige Beispiele für mögliche Probleme die durch eine schwankende Versorgung verursacht werden.

Der Spannungskonstanthalter hat sich als wirksame Lösung etabliert, um potentiell gefährliche Situationen zu entschärfen, die durch eine schwankende Eingangsspannung auftreten.

Die zunehmende Verbreitung von regenerativen Energien speziell in Europa hat nicht nur positive Effekte. Der einhergehende Rückbau der Grundlastkraftwerke führt zu einer immer größeren Netzinstabilität. Dieser Prozess ist nicht mehr aufzuhalten und stellt uns vor neue Herausforderungen. Der Spannungskonstanthalter ist ein wichtiges Glied für die Stabilität in der sich ständig verändernden Stromversorgungslandschaft. Die neue Generation der elektronischen Spannungskonstanthalter GEMINI und AQUARIUS können in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung der Spannungsversorgung einer dezentralen Energieversorgung leisten, die überwiegend aus regenerativen Quellen besteht.

 

Die Hauptanwendungsfelder, bei denen Geräte empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren können, umfassen verschiedene Branchen:

  • Öl und Gas Industrie, Maschinenbau im Allgemeinen, Laserschneiden, Wasserschneiden, Tabakindustrie, Textilindustrie und Galvanik
  • Lebensmittel- und Getränkeindustrie, intensive Zucht, Lebensmittelverarbeitung, Verpackung und Abfüllung
  • Banken, Hotels und Ferienanlagen, Rechenzentren, Labors, kleine Unternehmen, private Anwender
  • Telekommunikationsnetze, TV- und Radiosender
  • Krankenhäuser, Behörden und Institutionen
  • Erneuerbare Energien, Solar- und Windparks

In all diesen Anwendungen treten üblicherweise Spannungsschwankungen auf. Obwohl diese innerhalb der Toleranz von den zulässigen Standards liegen, können im Betrieb bei besonders empfindlichen Geräten Störungen oder Fehler entstehen.

 

Typische Situationen, in denen Schwankungen in der Spannung der erlaubten Toleranz entstehen können, sind:

  • Belastungen durch schwache oder unterdimensionierte Verteilerleitungen wie z.B. ländliche Gebiete oder Orte gezeichnet durch lange Zuleitungen für Zuchtbetriebe, Touristenzentren, Hotels, usw.)
  • Nutzer in der Nähe von Verteilerstation sind oft erhöhten Spannungen ausgesetzt
  • Privaträume mit Hochleistungs-Energieanlagen (Schwimmbadpumpen, große Kühler, spezielle Beleuchtungssysteme, Aufzüge) und besonders spannungsempfindlichen Lasten (Hochleistungs-Unterhaltungselektronik, etc.)
  • Lasten in der Nähe großer Industrieanlagen, in denen einzelne Hochleistungsgeräte (MV-Motoren) Spannungsabsenkung beim Start verursachen können.
  • Insel Betriebslasten (Schiffe, Offshore-Bohrinseln und Lasten die nicht an das öffentliche Netz angeschlossen sind).

 

Im Vergleich zu anderen Arten von Geräten, bietet der Spannungskonstanthalter eine Reihe von Vorteilen:

  • Es ist die kostengünstigste Lösung
  • Hohe Stabilität der Ausgangsspannung auch bei großen Eingangsschwankungen garantiert
  • Keine eingeleitete harmonische Verzerrung
  • Robuste und zuverlässige Konstruktion für den Einsatz in schwierigen Umgebungen
  • Überlastfähigkeit bis zum doppelten Nennstrom (max.2 Minuten)
  • Keine Bedenken in Bezug auf Lagerung, Transport, Wartung und Entsorgung aufgrund der Tatsache, dass keine Batterien verwendet werden
  • Einfache und sichere Regelung der Lastspannung um ± 0,5% Genauigkeit ist gewährleistet, auch bei gewichtigen Eingangsspannungsänderung
  • Hohe Effizienz
  • Widerstandsfähig gegen hohe Einschaltströme
  • Reduzierte Abmessungen, einfach zu bedienen, ‘Plug & Play’ Betriebsart.

 

Auslegungs-Kriterien für Spannungskonstanthalter

Ein Spannungskonstanthalter ist eine Vorrichtung die zwischen dem Netz und dem Verbraucher positioniert wird. Der Zweck ist es, sicherzustellen, dass der Verbraucher einer Spannung unterliegt deren Schwankung viel geringer ist, (± 0,5% in Bezug auf den Sollwert) als von dem Verteilersystem zur Verfügung gestellt wird.

Die Stabilisierung wird auf dem Effektivwert der Spannung durchgeführt und ist nicht von harmonischen Verzerrungen (Oberwellen) im Netz betroffen. Aufgrund der Tatsache, dass die Steuerung keine Vermittlung der Sinuswelle erlaubt, wird weder eine nennenswerte harmonische Verzerrung noch eine Phasenverschiebung auf der stromabwärtigen Leitung eingeführt.

Der Konstanthalter wird nicht durch den Leistungsfaktor (cos φ) beeinflusst und kann mit einer Last zwischen 0% und 100% auf jeder Phase gefahren werden. Die Regelgeschwindigkeit ist abhängig von der Abweichung der Eingangsspannung vom Sollwert und von der Art der Konstruktion. Als Anhaltswert liegt die Geschwindigkeit im Bereich zwischen 8 und 30 ms/V.

Grundsätzlich besteht ein Spannungskonstanthalter aus einem Auf-Abwärts-Transformator, einem Spannungsregler und einer elektronischen Steuerung. Basierend auf einem Mikroprozessor, der Hochfrequenzabtastungen der Ausgangsspannung vornimmt, treibt das Steuersystem den Getriebemotor an. Dadurch ändern die Graphitrollen ihre Position auf dem Stelltrafo und damit die Spannung die gespeist oder gezogen wird an der Primärwicklung des Auf- Abwärts-Transformators. Je nachdem ob die Sekundärspannung des Auf- Abwärts-Transformators in Phase oder entgegengesetzt zu der Versorgungsspannung ist, wird die Spannung die von dem Regler gezogen wird der Netzspannung hinzugefügt oder subtrahiert, wodurch die Abweichungen kompensiert werden.

Der automatische Spannungsregler ist ein Transformator in Sparwicklung mit einem stufenlosen Übersetzungsverhältnis. In Abhängigkeit von der Konstanthalterleistung kann der Regler entweder ringförmig oder säulenförmig ausgeführt sein.

Die Konstanthalter sind konzipiert und hergestellt in Übereinstimmung mit den europäischen Richtlinien bezüglich der CE-Kennzeichnung (Niederspannungs- und EMV-Richtlinien).

Standardgeräte sind in einem IP21 Metallgehäuse untergebracht und in RAL 7035 lackiert. Die Kühlung erfolgt durch natürliche Luftzirkulation unterstützt durch Ventilatoren wenn eine festgelegte Temperatur überschritten wird.

Die Betriebsnennspannung der Spannungskonstanthalter kann durch vorgegebene Werte eingestellt werden (in der Regel im Bereich von 380V / 415V). Eine solche Einstellung kann beim Hersteller oder beim Kunden, je nach Anforderung durchgeführt werden.

 

Auf SIRIUS und SIRIUS ADVANCED-Konstanthaltern kann die Ausgangsspannung und die wichtigsten Konfigurationsparameter auf unterschiedliche Weise eingestellt werden:

  • Durch die lokale LCD-Anzeige
  • Direkt durch Kommunikation mit dem Mikroprozessor über einen PC-Anschluss (über RS232 und USB-Schnittstellen);
  • Per Fernsteuerung (via Ethernet, GPRS-Modem oder MODBUS TCP/IP-Protokoll)