Spannungseinbrüche: Die größte unsichtbare Gefahr für Ihre Betriebssicherheit

Ihre Maschinen fallen aus, aber die Sicherungen sind noch intakt. Die Lichter haben vielleicht kurz geflackert, aber sonst scheint alles normal zu sein. Wahrscheinlich haben Sie es mit einem Spannungseinbruch zu tun. In modernen Elektroinstallationen sind Spannungseinbrüche für einen Großteil der Kosten und Ausfallzeiten im Zusammenhang mit der Stromqualität verantwortlich. Wo ein kompletter Stromausfall offensichtlich ist, führt ein Spannungseinbruch oft ein Schattendasein: kurz, unvorhersehbar, aber mit katastrophalen Folgen für Ihre empfindlichen Geräte und Prozesse.

Als Installationsleiter oder technischer Leiter ist es Ihre Aufgabe, für Kontinuität zu sorgen. HyTEPS hilft Ihnen, die Ursachen für diese Störungen zu ermitteln und Ihre Anlage gegen diese externen oder internen Einflüsse immun zu machen. Wir analysieren, diagnostizieren und lösen.

Sie haben wenig Zeit? Hier sind die wichtigsten Punkte zum Thema Spannungseinbrüche:

Was ist das: Ein plötzlicher Spannungsabfall (zwischen 90 % und 1 % des Nennwerts), der in der Regel weniger als 1 Sekunde dauert.

Die Auswirkungen: Es handelt sich um die kostspieligste Störung der Netzqualität. Die Folgen reichen von gestörten SPS und im Leerlauf befindlichen Antrieben mit variabler Drehzahl bis hin zum kompletten Produktionsstopp.

Die Ursache: oft extern (Kurzschlüsse im Netz oder Gewitter), aber auch intern durch das Einschalten schwerer Lasten wie Motoren oder Transformatoren.

Die Lösung: Messen heißt wissen. Indem wir die Tiefe und Dauer des Einbruchs (über die CBEMA-Kurve) verstehen, bestimmen wir, ob Sie Maßnahmen in Bezug auf Ihren Schutz, Ihre Einstellungen oder Ihre Hardware ergreifen müssen.

Ihre Maßnahme: Raten Sie nicht weiter. Lassen Sie eine Messung der Netzqualität durchführen, um die Ursache zu finden und ein erneutes Auftreten zu verhindern.

Für wen ist das Verständnis von Spannungseinbrüchen entscheidend?

Dieser Artikel ist speziell für Fachleute geschrieben, die für die Kontinuität und Sicherheit kritischer elektrischer Anlagen verantwortlich sind:

  • Technische Leiter & Engineering-Manager: Sie wollen ungeplante Ausfallzeiten minimieren und sind für die Zuverlässigkeit der Produktionsprozesse verantwortlich.
  • Installationsleiter (IV-er): Sie müssen sicherstellen, dass die Anlage den Normen (z. B. EN 50160) entspricht und sicher und ohne unerklärliche Ausfälle funktioniert.
  • Wartungsmanager: Sie suchen nach der Ursache für fehlerhafte Komponenten oder "Geisterfehler", die Wartungspläne durcheinander bringen.

Dieses Wissen ist besonders in Sektoren von Bedeutung, in denen Ausfallzeiten keine Option sind, wie z. B. in Rechenzentren, Krankenhäusern, der Prozessindustrie und im maritimen Umfeld.

Was genau ist ein Spannungseinbruch?

Ein Spannungseinbruch oder Spannungsabfall ist technisch in der europäischen Norm EN 50160 definiert. Von einem Einbruch spricht man, wenn die Spannung plötzlich auf einen Wert zwischen 90 % und 1 % der vereinbarten Nennspannung abfällt, gefolgt von einer schnellen Erholung auf das normale Niveau.

Funktionen auf einen Blick:

  • Tiefe: Die Spannung fällt unter 90%, bleibt aber über 1% (sonst spricht man von einer Unterbrechung).
  • Dauer: Die Situation dauert mindestens 10 Millisekunden (ein halber Zyklus bei 50 Hz) und maximal 1 Minute.

Ein einfacher Vergleich: Stellen Sie sich den Wasserdruck in Ihrer Dusche vor. Wenn jemand anders im Gebäude plötzlich die Toilettenspülung betätigt, fällt der Wasserdruck für einen Moment ab, um dann sofort wieder zu steigen. Sie haben zwar noch Wasser, aber der Druck reicht nicht aus, um bequem zu duschen. Genau das passiert mit der elektrischen Spannung bei einem Spannungsabfall: Es ist zwar noch Energie vorhanden, aber der "Druck" (die Spannung) ist zu niedrig, als dass Ihre Geräte weiterhin korrekt funktionieren könnten.

Hinweis: Verwechseln Sie einen Spannungseinbruch nicht mit einer Unterspannung. Ein Einbruch ist ein kurzzeitiges Ereignis (ein "Event"), während eine Unterspannung eine langfristige Veränderung ist, bei der die Spannung über einen längeren Zeitraum zu niedrig bleibt.

Warum Spannungseinbrüche Ihren Betrieb gefährden

Obwohl Oberschwingungen und Flicker häufig diskutiert werden, zeigen Untersuchungen, dass Spannungseinbrüche für den Großteil der Kosten aufgrund schlechter Stromqualität verantwortlich sind. Die Auswirkungen sind oft unmittelbar und schwerwiegend:

  1. Produktionsausfälle und Datenverluste: Viele moderne elektronische Geräte, wie z. B. drehzahlvariable Antriebe und SPS, verfügen über eingebaute Schutzvorrichtungen, die die Geräte abschalten, wenn die Spannung zu niedrig ist, um Schäden zu vermeiden. Die Folge: Ihr Prozess wird abrupt gestoppt.
  2. Schäden an Halbfertigprodukten: In der Prozessindustrie (z. B. bei der Extrusion oder bei chemischen Prozessen) kann ein Stillstand von wenigen Millisekunden zum Verlust einer ganzen Charge von Rohstoffen führen.
  3. Unnötige Kosten: Bedenken Sie die Kosten für die Wiederaufnahme von Prozessen, den Verlust von Arbeitsstunden und den potenziellen Rufschaden bei Versorgungsproblemen.
  4. Verkürzte Lebensdauer: Obwohl die Geräte manchmal weiterlaufen, kann die interne Stromversorgung zusätzlich belastet werden, um den Spannungsverlust auszugleichen, was zu einer vorzeitigen Alterung führt.

CBEMA-Kurve: Die Toleranzgrenze Nicht jeder Einbruch führt zu einem Schaden. Die Auswirkungen werden häufig in der CBEMA-Kurve (Computer & Business Equipment Manufacturers Association) dargestellt. Diese Kurve zeigt das Verhältnis zwischen der Tiefe des Einbruchs und seiner Dauer.

  • Sichere Zone: Kurze, flache Vertiefungen, durch die sich die Geräte bewegen.
  • Keine Unterbrechungszone: Die Geräte bemerken den Einbruch, funktionieren aber weiter (möglicherweise mit leichten Beeinträchtigungen).
  • Verbotene Zone: Dies ist der Bereich, in dem Schäden oder Ausfälle auftreten.

Wie erkennt man einen Spannungseinbruch in der Praxis?

Da ein Stromausfall oft vorbei ist, bevor man blinzeln kann, ist die Ursache der Störung oft unklar. Achten Sie auf die folgenden Symptome:

  • Blinkende Beleuchtung: LED-Leuchten oder herkömmliche Lampen dimmen kurz oder flackern.
  • Abfallende Relais und Schütze: Diese Komponenten benötigen eine konstante Spannung, um "in" zu bleiben. Bei einem Spannungseinbruch sinkt der Haltestrom und der Kontakt öffnet sich.
  • Festgefahrene Motoren: Drehzahlvariable Antriebe (VSDs) fallen aus ("Unterspannungsfehler"), um sich selbst zu schützen.
  • IT-Ausfälle: Computer oder Server starten spontan neu oder verlieren die Netzwerkverbindung.
  • Brummende Geräusche: Transformatoren oder Spulen können aufgrund von sich ändernden Magnetfeldern kurzzeitig ein anderes Geräusch erzeugen.

Was verursacht Spannungseinbrüche?

Die Ursache für einen Spannungsabfall kann entweder in Ihrer eigenen Anlage oder im Netz des Netzbetreibers liegen.

1. Ursachen im externen Netz:

  • Kurzschluss: Ein Kurzschluss an einer anderen Stelle des Hoch- oder Mittelspannungsnetzes führt zu einem vorübergehenden Spannungsabfall in einem großen Bereich, bis der Schutz eingreift.
  • Schalthandlungen: Schalten von großen Netzabschnitten durch den Netzbetreiber.

2. Ursachen in Ihrer eigenen Anlage:

  • Einschaltströme (Inrush-Ströme): Das Einschalten großer Motoren, Transformatoren oder Kondensatorbatterien erfordert kurzzeitig einen enormen Strom (manchmal das 10-fache des Nennstroms). Da der Strom durch die Impedanz (den Widerstand) Ihrer Kabel fließt, verursacht dieser Stromstoß einen vorübergehenden Spannungsabfall (Ohmsches Gesetz: U = I x Z).
  • Interner Kurzschluss: Ein Fehler in einem Unterverteiler kann einen Einbruch im Hauptverteiler verursachen, bevor die Sicherung schmilzt.

Wussten Sie schon? In einem Dreiphasennetz kann ein Einbruch asymmetrisch sein. Ein Kurzschluss auf einer Phase kann dazu führen, dass die Spannung auf dieser Phase einbricht, während die anderen Phasen relativ stabil bleiben oder ihre Spannung ansteigt.

Was können Sie gegen Spannungseinbrüche tun?

Einbrüche im öffentlichen Netz lassen sich nicht gänzlich vermeiden, schließlich kann der Netzbetreiber weder das Wetter noch Baggerschäden beeinflussen. Sie können aber Ihre Anlage dagegen widerstandsfähig machen. Wir unterscheiden drei Ebenen von Lösungen:

1. Quick wins (Einstellungen & Wartung):

  • Desensibilisierung von Geräten: Manchmal sind die Schutzvorrichtungen von Antrieben mit variabler Drehzahl zu eng eingestellt. Durch eine geringfügige Erweiterung der Toleranzen (innerhalb der Herstellerspezifikationen) können die Geräte durch eine kleine Delle "fahren".
  • Streuung der Einschaltzeiten: Verhindern Sie, dass große Maschinen zur gleichen Zeit anlaufen, um Einschaltstromspitzen zu reduzieren.

2. Bauliche Maßnahmen (Anlagenplanung):

  • Verstärkung der Verbindung: Ein "steiferes" Netz (geringere Impedanz, höhere Kurzschlusskapazität) erleidet weniger Spannungsabfall durch Einschaltströme.
  • Softstarter anwenden: Verwenden Sie Softstarter oder drehzahlvariable Antriebe, um den Anlaufstrom von Motoren zu begrenzen und so den Spannungseinbruch beim Start zu verringern.

3. Hardware & Technik (Immunise):

  • USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung): Für kritische IT-Geräte und Steuerstrom ist eine USV (Notstromversorgung) die Standardlösung. Sie übernimmt die Stromversorgung nahtlos.
  • Aktive Spannungswandler (AVC): Für schwere industrielle Prozesse, bei denen eine USV zu teuer oder unpraktisch ist (wegen der Batteriewartung), ist ein AVC eine leistungsstarke Lösung. Dieses System korrigiert die sinusförmige Form der Spannung in Echtzeit. Sobald ein Einbruch festgestellt wird, speist das AVC blitzschnell Energie ein, um das Spannungsniveau aufrechtzuerhalten.

Häufige Fehler bei Spannungseinbrüchen

Direkte Schuldzuweisung an den Netzbetreiber: Obwohl viele Einbrüche von außen kommen, ist der Netzbetreiber nicht immer verantwortlich. Die Norm EN 50160 gibt nur Richtwerte für Spannungseinbrüche an und setzt keine harte Grenze für die Anzahl der Spannungseinbrüche pro Jahr, da diese oft durch höhere Gewalt (Wetter, Dritte) verursacht werden.

Nur auf die Durchschnittsspannung achten: Viele Messgeräte messen Durchschnittswerte über 10 Minuten. Ein Einbruch dauert oft nur Millisekunden und wird von einfachen Messgeräten völlig übersehen. Sie brauchen hochentwickelte Netzqualitätsmessgeräte, die "Ereignisse" aufzeichnen.

Symptom-Management: Das Auswechseln einer Sicherung oder das Zurücksetzen einer Maschine löst das Problem nicht. Ohne Diagnose bleibt das Risiko eines erneuten Auftretens bestehen.

Verwechslung mit "Kerbung": Notching (Kerben in der Sinuswelle) sieht aus wie ein Einbruch, ist aber ein sich wiederholendes Phänomen, das durch Thyristoren in Gleichstromantrieben verursacht wird. Dies erfordert eine andere Lösung (Filter) als ein gelegentlicher Spannungseinbruch .

Fahrplan: Von der Diagnose zur Lösung

Möchten Sie unerklärliche Ausfälle loswerden? Befolgen Sie diese Schritte:

  1. Bestandsaufnahme: Stellen Sie fest, welche Geräte zu welchen Zeiten ausfallen. Gibt es ein Muster?
  2. Messung: Installieren Sie einen Netzqualitätsanalysator (oder lassen Sie dies von unseren Ingenieuren durchführen). Stellen Sie sicher, dass dieses Messgerät schnell genug ist, um Ereignisse im Millisekundenbereich zu erfassen.
  3. Analyse: Legen Sie die gemessenen Einbrüche über die CBEMA-Kurve Ihres Geräts. Fallen die Einbrüche in den "verbotenen Bereich"?
  4. Ursache ermitteln: Stammt die Störung aus dem Netz (vorgelagert) oder entsteht sie intern (nachgelagert) durch eigene Schaltvorgänge?
  5. Lösung wählen: Entscheiden Sie sich auf der Grundlage einer Kosten-Nutzen-Analyse für eine Immunisierung (USV/AVC) oder eine Reduzierung (Softstarter/Netzdämpfung).
  6. Verifizierung: Messen Sie nach dem Betrieb weiter, um sicherzustellen, dass die Lösung funktioniert.

Wann sollten Sie einen Spezialisten hinzuziehen?

Nicht jede Störung erfordert externe Hilfe. In den folgenden Situationen ist es jedoch ratsam, mit einem Ingenieur von HyTEPS zu sprechen:

  • Sie haben regelmäßige Ausfälle, aber Ihre Stromzähler zeigen keine Anomalien.
  • Es gibt einen Streit mit dem Netzbetreiber oder Lieferanten über die Schadensursache.
  • Sie erwägen die Anschaffung einer teuren Anlage (z. B. einer Hochleistungs-USV oder AVC) und möchten sicher sein, dass es sich um die richtige Investition handelt.
  • Sie haben es mit komplexen Installationen zu tun, bei denen Oberschwingungen und Spannungseinbrüche zusammenwirken können (z. B. in Krankenhäusern oder Rechenzentren).

Unsere Ingenieure schauen nicht nur auf den Zähler, sondern analysieren den gesamten elektrischen Kontext Ihrer Anlage, vom Transformator bis zum Endverbraucher.

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Häufig gestellte Fragen

Antwort:

Die Symptome sind oft unauffällig, bis die Dinge schief laufen. Achten Sie auf unerklärliche Maschinenausfälle, flackerndes Licht, heiß werdende Kabel oder brummende Transformatoren. Auch wenn Elektronik (SPS, Treiber) früher ausfällt, als es die Lebensdauer vermuten lässt, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Stromqualität unzureichend ist. Eine Messung der Netzqualität liefert die Antwort.

Antwort:

Dies ist möglich, wenn Sie über einen hochwertigen Netzqualitätsanalysator (gemäß IEC 61000-4-30 Klasse A) und das Wissen zur Interpretation der Daten verfügen. Das Sammeln von Daten ist einfach, die Analyse der Zusammenhänge zwischen Ereignissen, Oberschwingungen und Ihren spezifischen Geschäftsprozessen erfordert spezielles Ingenieurwissen. Wir unterstützen Sie gerne bei der Analyse.

Antwort:

Nicht per Definition. NEN-EN 50160 beschreibt die Mindestanforderungen an die Spannung am Übergabepunkt des Netzbetreibers. Moderne Geräte können jedoch empfindlicher sein und selbst dann nicht funktionieren, wenn die Spannung innerhalb dieser Norm liegt. Wir schauen deshalb über die Norm hinaus: Wir schauen auf die Kompatibilität zwischen Ihrer Stromversorgung und Ihrer angeschlossenen Last.

Antwort:

Seelenfrieden, Sicherheit und Einblick. Sie erhalten eine klare Diagnose des "Zustands" Ihrer elektrischen Anlage. Wir ermitteln die Ursache von Fehlern, so dass Sie ungeplante Ausfallzeiten vermeiden und Brandrisiken oder unnötige Energieverluste reduzieren können. Sie erhalten einen konkreten Beratungsbericht mit praktischen Hinweisen für Verbesserungen.

Antwort:

Nein, das ist ein Irrglaube. Ein Filter ist ein leistungsfähiges Werkzeug, aber kein Allheilmittel. Manchmal liegt die Lösung darin, die Einstellungen der Transformatoren zu ändern, die Lasten neu zu verteilen oder die Verkabelung anzupassen. HyTEPS empfiehlt immer eine gründliche Analyse und Simulation, bevor wir Hardware empfehlen, um unnötige Investitionen zu vermeiden.

Antwort:

Ja, deutlich. Wechselrichter für Solarmodule und LED-Beleuchtungstreiber sind nichtlineare Lasten, die Oberschwingungen und manchmal auch Überschwingungen verursachen. Dies kann zu Interferenzen mit anderen Geräten oder zur Überlastung des Neutralleiters führen. Bei der Renovierung oder Instandhaltung ist eine Prüfung der Netzqualität unerlässlich, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Antwort:

Wir nennen dieses Phänomen 'Störungsauslösung'. Oft liegt die Ursache nicht in der Gesamtstrommenge, sondern in der Verzerrung des Stroms (Oberschwingungen) oder in kurzen Stromspitzen, die Ihre Messgeräte übersehen. Diese Verunreinigungen können thermische Schutzvorrichtungen zusätzlich aufheizen oder elektronische Schutzvorrichtungen verwirren, so dass sie fälschlicherweise abschalten. Eine spezialisierte Messung kann genau herausfinden, warum ein Schutz reagiert.

Antwort:

Um ein zuverlässiges Bild zu erhalten, messen wir in der Regel mindestens ein bis zwei Wochen. Dies ist notwendig, um einen vollständigen Betriebszyklus zu erfassen, einschließlich Wochenenden und Spitzenlasten. Bei bestimmten akuten Ausfällen können wir auch Kurzzeitmessungen durchführen oder eine kontinuierliche Wellenformaufzeichnung" einsetzen, um Transienten zu erfassen.

Antwort:

Ihr Installateur ist ein Experte für Installation und Wartung (der "Allgemeinmediziner"). HyTEPS ist der Spezialist (der 'Power Quality Doctor'). Wir verfügen über moderne Messgeräte, Simulationssoftware und fundierte Kenntnisse der theoretischen Elektrotechnik und der Vorschriften. Wir arbeiten oft mit den Installateuren zusammen, um komplexe Probleme zu lösen, die nicht zum Standardwissen gehören.

Antwort:

Nach der Messung erhalten Sie einen Bericht mit Schlussfolgerungen in verständlicher Sprache sowie technischen Details. Falls erforderlich, simulieren wir die möglichen Lösungen in unserer Software. So wissen Sie schon im Vorfeld genau, wie sich eine Maßnahme auswirken wird. Anschließend überwachen wir die Umsetzung und verifizieren das Ergebnis mit einer Folgemessung.

Verhindern Sie den nächsten Produktionsstopp

Warten Sie nicht, bis der nächste Spannungseinbruch Ihren Prozess lahm legt. Übernehmen Sie noch heute die Verantwortung für Ihre Betriebssicherheit. Sprechen Sie mit einem HyTEPS-Ingenieur, um Ihre Situation zu besprechen oder fordern Sie direkt eine Power Quality-Messung an.

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