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Normative Vorgabe für Geräte mit Stromaufnahme bis 75A: Begrenzte Oberschwingungsströme

EN61000-3-2 fordert die Einhaltung strenger Grenzwerte für netzseitige Oberschwingungsströme; die Norm ist seit dem 1.1.2001 anzuwenden auch für professionell genutzte Geräte, sofern sie am öffentlichen Niederspannungsnetz betrieben werden. Seit September 2005 ist für Geräte mit einer Stromaufnahme über 16 A bis 75 A die Norm EN61000-3-12 zu beachten. Besonders kritisch: Geräte mit Diodengleichrichter, wie z.B. Zwischenkreisumrichter und Netzteile (auch mit 50-Hz-Trafo und Linearregler!). Derartige Geräte halten ohne zusätzliche Maßnahmen die Grenzwerte meist nicht ein.

Anmerkung: Grenzwerte für professionelle Geräte mit mehr als 1 kW Leistungsaufnahme und bis 16 A Stromaufnahme sind noch in Beratung; nach der Änderung EN61000-3-2/A14 muss für professionell genutzte Geräte, die die Anforderungen der Norm nicht erfüllen, vom zuständigen Energieversorgungsunternehmen eine Anschlussgenehmigung eingeholt werden. In den aktuellen Anschlussbedingungen TAB2019 und auch im Entwurf TAB2023 wird eine Genehmigung für elektrische Verbrauchsgeräte, die die in Kapitel 5.4 der VDE-AR-N 4100 aufgeführten Grenzwerte
für Netzrückwirkungen überschreiten oder das dort beschriebene Verhältnis von Mindestkurzschlussleistung zu Anschlussleistung unterschreiten, gefordert. Die VDE-AR-N 4100 ist allerdings ein Dokument, dass nur kostenpflichtig zugänglich ist, die Grenzwerte sind nirgends veröffentlicht. Wer die Normen nicht einhält, sollte daher prüfen, ob die Grenzwerte nach VDE-AR-N 4100 eingehalten werden und ggf. die Oberschwingungsströme in der Betriebsanleitung dokumentieren.

Die Anschlussbedingungen sind Bestandteil des Stromlieferungs-vertrags sind. Man wird u.U. schadenersatzpflichtig, falls man ungenehmigt Geräte anschließt, die die Grenzwerte nicht einhalten. Zur Prüfung ist bei Geräten, die die Grenzwerte nicht einhalten, regelmäßig die Anwendung der „Grundsätze für die Beurteilung von Netzrückwirkungen, Teil A“, Teil B erforderlich; der administrative Aufwand hierfür ist im Leistungsbereich bis 1 kW weitaus höher als der Mehraufwand für einen PFC. Es erfolgt eine Beurteilung der jeweiligen lokalen Situation; unzulässige Oberschwingungsspannungen können bei weichen Netzen entstehen.

Für den Anwendungsbereich der EN61000-3-12 gilt, dass im Falle der Nichteinhaltung der Grenzwerte Absprachen zwischen Gerätebetreiber und Netzbetreiber über den Betrieb getroffen werden sollen. Nach derzeitigem Kenntnisstand fordern EVUs aktuell lediglich im Falle auftretender Störungen oder bei Überschreitung bestimmter Grenzen von durch Oberschwingungsströme induzierter Spannungsoberschwingungen die Durchführung von Abhilfemaßnahmen.

Ungeachtet der derzeitigen Duldung von Grenzwertüberschreitungen empfehlen wir, zumindest für Dauerbetriebsanwendungen durch geeignete Maßnahmen die Einhaltung der Grenzwerte sicherzustellen

Darüber hinaus sind die auch in Europa eingeführten Energy-Star-Richtlinien für stromsparende Bürogeräte zu beachten, die u.a. einen Leistungsfaktor von mindestens 0,9 fordern. Einhaltung der EN 61000-3-2 bedeutet nicht automatisch die Erfüllung dieser Anforderung

Unser bevorzugter Lösungsansatz: PFC/ Leistungsfaktorkorrekturschaltung als Hochsetzsteller

• Leistungsfaktor 0,98 .. 0,99
• Exzellenter Wirkungsgrad (bis 99% bei 230V, 92% bei 110V)
• Variante mit höherem Wirkungsgrad: Aktive Halb- oder Vollbrücke am Netzeingang statt Diodengleichrichter
• Wahlweise für Weitbereichseingang 90-265V (Wir empfehlen allerdings die Verwendung von Varianten für unterschiedliche Netzspanungsbereiche)
• Reduzierter Filteraufwand durch modulierte Schaltfrequenz
• Kompakt; Volumen und Gewicht können weiter reduziert werden bei Anwendung von SiC-Dioden oder Wide-Bandgap-Halbleiter (SiC, GaN)
• Effizienter und kostengünstiger als Vorschaltgeräte

Vorteile der Leistungsfaktorkorrekturschaltung unabhängig von Normerfüllung

Netzteile/Ladegeräte

• Geringerer Aufwand und verbesserter Wirkungsgrad für nachgeschaltete DC/DC-Wandler aufgrund konstanter geregelter Zwischenkreisspannung
• Bessere Ausnutzung der Zwischenkreiskondensatoren zur Netzausfallüberbrückung
• Reduzierte (Effektiv-)Stromaufnahme; geringerer Aufwand für Stromversorgungsanlagen
• Rückspeisung ins Netz grundsätzlich möglich (mit Vollbrücke)

Antriebstechnik

• Erheblich bessere Ausnutzung der Maschinen (Leistung und Drehmoment) aufgrund konstanter Zwischenkreisspannung (bis zu 30% höhere Maximalleistung (siehe Grafik unten)
• Energierückspeisung beim Bremsen realisierbar
• Geringere Grundschwingungsblindleistung
• Reduzierte (Effektiv-)Stromaufnahme (bis zu 50%); geringerer Aufwand für Stromversorgungsanlagen
• Keine hohen (Oberschwingungs-) Ströme im Nullleiter bei mehreren einphasigen Umrichtern und auf die drei Phasen des Drehstromnetzes symmetrisch verteiltem Anschluss

Alternative bei Leistungen knapp über 75W bzw. Stromaufnahme knapp über 16A: Wir unterstützen Sie bei einer Verminderung der Leistungsaufnahme Ihres Geräts

Zu dieser Thematik hat Herr Dr. Fuld einen Vortrag am 10.5.01 an der TU Darmstadt (pdf-Datei, 1,4 MB) gehalten; der Vortrag wurde aktualisiert im Oktober 2006 (Berücksichtigung der DIN EN61000-3-2 Ausgabe Oktober  2006 -Ströme bis 16 A- und DIN EN61000-3-12 Ausgabe September 2005  -Ströme 16A < I < 75A-) sowie 2007, 2010 und 2015 ergänzt (Berücksichtigung der DIN EN 61000-3-2:2010-3)

Er ist gerne bereit, ihn auch in Ihrem Hause zu präsentieren und mit Ihnen die Thematik zu besprechen. Anfragen bitte an gf@fuld.de oder telefonisch unter +49 6172 928928