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Über die Auslegung des Neutralleiters

Oberschwingungsreiche Anlagen sicherer planen

Auf einen Blick Oberschwingungen Ströme und Spannungen, deren Kurvenformen nicht sinusförmig verlaufen, erzeugen Oberschwingungen

Belastung des Neutralleiters Bei nicht sinusförmigen Strömen heben diese sich im Rückleiter eines Drehstromsystems auch bei Belastungssymmetrie nicht vollständig auf

Planung über Normen hinaus Die aktuellen Normen helfen dem Planer nicht in allen Situationen weiter. Hierfür hat der Autor neue Ansätze ermittelt, die sich praktisch einsetzen lassen
Seit Langem ist jedoch bekannt, dass Ströme, deren Kurvenformen nicht sinusförmig verlaufen, sich höchstens zum Teil im Rückleiter gegenseitig aufheben, und vielfach wurde über Konsequenzen und Maßnahmen diskutiert. Vereinzelt wurde von abgebrannten Neutralleitern berichtet. Doch wie relevant sind diese fraglos vorhandenen Auswirkungen im durchschnittlichen Anwendungsfall, und wie soll der Planer damit umgehen?

Betrachtung der normativen Situation

Als im August 2003 die neu überarbeitete Norm VDE 0298-4 herausgegeben wurde, waren diese auch damals schon bekannten Umstände leider wieder nicht berücksichtigt worden. Diese Norm gibt eine Vielzahl von Werten für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen verschiedener Querschnitte bei verschiedenen Verlegearten sowie Häufungsfaktoren an, doch wie in der Vorgängerversion findet man nur Grenzwerte für Kabel und Leitungen mit entweder zwei oder drei belasteten Adern. Dass heute in einem fünfadrigen Kabel auch vier Adern gleichzeitig belastet sein können, da trotz symmetrischer Aufteilung der Einphasenlasten der Neutralleiter zusätzlich Strom – im Extremfall zu viel Strom – führen kann, wurde wieder nicht berücksichtigt.
Bild 1: Bei symmetrischer dreiphasiger Last ist der Neutralleiterstrom gleich null – sofern es sich um lineare Lasten handelt, deren Ströme sinusförmig verlaufen
Bild 1: Bei symmetrischer dreiphasiger Last ist der Neutralleiterstrom gleich null – sofern es sich um lineare Lasten handelt, deren Ströme sinusförmig verlaufen
Diesem Mangel soll nun abgeholfen werden, indem zur VDE 0100-520 das Beiblatt 3 herausgegeben werden soll, das dem Planer aufzeigt, wie die Kabel und Leitungen auszuwählen und zu bemessen sind, wenn eine Belastung des Neutralleiters zu erwarten ist. Vor allem soll der Planer in die Lage versetzt werden zu beurteilen, ob ein solches Risiko überhaupt besteht, und wenn ja, dann in welcher Höhe. Der dort verfolgte Ansatz entspricht ungefähr den nachfolgenden Ausführungen.

Zum theoretischen Hintergrund

In einem im Stern verschalteten Dreiphasensystem stellt der Neutralleiterstrom die Vektorsumme der drei Außenleiterströme dar. In einem symmetrisch belasteten Drehstromnetz ist diese Summe und somit der Neutralleiterstrom zu jedem Zeitpunkt gleich null, solange es sich um lineare Lasten handelt (Bild   1). Dies sind solche, bei denen eine sinusförmig verlaufende Spannung auch immer zu einem sinusförmigen (bzw. kosinusförmigen) Stromverlauf führt, also ohmsche, induktive, kapazitive und deren Mischformen. Nun lässt sich eine Vektorsumme nur von Sinus- und Kosinuskurven bilden, denn Vektoren haben, einfach ausgedrückt, etwas mit Winkeln zu tun, und Sinus sowie Kosinus sind Winkelfunktionen. Andere Kurvenformen lassen sich aber in eine unendliche Summe von Sinuskurven aufteilen, die sogenannten Oberschwingungen oder Harmonischen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der darzustellenden »Grundfrequenz« sind. Die vektorielle Analyse muss dann für jede dieser Sinusschwingungen einschließlich der Grundschwingung einzeln erfolgen (Bilder  2 und 3).
Bild 2: Spannungen (Grundschwingung) und Ströme der dritten Oberschwingung in den drei Außenleitern und im Neutralleiter
Bild 2: Spannungen (Grundschwingung) und Ströme der dritten Oberschwingung in den drei Außenleitern und im Neutralleiter
Bild 3: Phasen-Anschnittdimmer mit ohmscher Last (Glühlampe 100 W), um 120° angeschnitten (nur noch 60° Stromflusswinkel): symmetrische 0,19 A in jedem Außenleiter, dennoch nahezu 0,33 A im Neutralleiter
Bild 3: Phasen-Anschnittdimmer mit ohmscher Last (Glühlampe 100 W), um 120° angeschnitten (nur noch 60° Stromflusswinkel): symmetrische 0,19 A in jedem Außenleiter, dennoch nahezu 0,33 A im Neutralleiter
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nein, dies kostet keine unendliche Mühe, da die Amplituden dieser Teilschwingungen zu höheren Frequenzen hin immer kleiner werden und so relativ bald ihre praktische Bedeutung verlieren. Dort kann man dann aufhören zu addieren. Das ist die gute Nachricht. Die schlechte ist, dass die Phasenfolge und die Phasenlage dieser Oberschwingungen oder Harmonischen nicht notwendigerweise mit jener der (netzfrequenten) Grundschwingung übereinstimmt. Zum Teil haben sie den gegenläufigen Umlaufssinn, und jene Oberschwingungen durch drei teilbarer Ordnungszahlen, also vorrangig die dritte (150 Hz) und die neunte (450 Hz), haben gar keinen Drehsinn, sondern sind in allen drei Außenleitern gleichphasig (Bild 2). Die geradzahligen Oberschwingungen (100 Hz, 200 Hz, 300 Hz…) kommen nur bei unsymmetrischen Kurvenformen wie etwa einer Einweg-Gleichrichtung vor und treten daher in der Praxis selten auf.
Bild 4: Bei unsymmetrischer dreiphasiger Last ist der Neutralleiterstrom nicht gleich null, aber kleiner als der größte Außenleiterstrom
Bild 4: Bei unsymmetrischer dreiphasiger Last ist der Neutralleiterstrom nicht gleich null, aber kleiner als der größte Außenleiterstrom
In einem Einphasenlasten speisenden Drehstromnetz ist der Neutralleiterstrom selten null, weil die Belastungen der Außenleiter sich stets mehr oder weniger unterscheiden. Gewöhnlich ist die Differenz jedoch gering und in jedem Fall deutlich geringer als der größte Außenleiterstrom (Bild  4). Bei der Versorgung nicht linearer Lasten ist jedoch trotz symmetrischer Aufteilung auf die drei Außenleiter, selbst bei gleichen Effektivwerten und Phasenlagen der Außenleiterströme, eine erhebliche Belastung des Neutralleiters zu erwarten (Bild  5). Beispielsweise drei Ströme gleichen Effektivwerts von dreieckiger Kurvenform bilden einen erheblichen Neutral-leiterstrom aus, anteilig am Außenleiterstrom umso mehr, je kleiner der Stromflusswinkel, also je spitzer das Dreieck, ist.

Vorgehen in den normativ bislang nicht erfassten Fällen

Bild 5: Bei nicht linearer, symmetrischer Last ist der Neutralleiterstrom nicht null und kann aufgrund des Nullsystems sogar größer als der Außenleiterstrom werden
Bild 5: Bei nicht linearer, symmetrischer Last ist der Neutralleiterstrom nicht null und kann aufgrund des Nullsystems sogar größer als der Außenleiterstrom werden
Unter den beschriebenen Bedingungen verzerrten Stroms ist die Verlustwärme in den Leitern größer als unter den in den Normen angenommenen linearen Verhältnissen, und die Belastbarkeit der Leitung ist entsprechend niedriger. Der in der Vergangenheit oftmals im Querschnitt geminderte Neutralleiter, wie er vielfach im Gebäudebestand noch vorzufinden ist, kann überlastet werden, ohne dass der Neutralleiterstrom überhaupt die Höhe des Außenleiterstroms erreicht.

Der Neutralleiterstrom lässt sich unmöglich bestimmen, sofern die praktische oder theoretische Kurvenform der Lastströme unbekannt ist. Als Näherung kann er jedoch im Falle von Gleichrichterlasten wie etwa kleineren Kompaktleuchtstofflampen (KLL) einschließlich LED-Leuchtmitteln im Bereich bis zu einer Bemessungsleistung von 25 W etwa 1,6 Mal so hoch angenommen werden wie der Außenleiterstrom (Bild  6), kann aber im ungünstigsten Fall, z. B. bei auf kleinen Stromflusswinkel eingestellten Phasen-Anschnittsteuerungen (a ≥ 120 °, s. Bild 3) auch seinen theoretischen Höchstwert vom 1,73-Fachen des Außenleiterstroms erreichen.
Bild 6: Betrieb von KLL (sogenannte Sparlampen) 21 W – oben eine Lampe einphasig, in der Mitte zwei Lampen zweiphasig, unten drei Lampen dreiphasig angeschlossen; Spannung L1 gegen N und Strom im Neutralleiter aufgezeichnet
Bild 6: Betrieb von KLL (sogenannte Sparlampen) 21 W – oben eine Lampe einphasig, in der Mitte zwei Lampen zweiphasig, unten drei Lampen dreiphasig angeschlossen; Spannung L1 gegen N und Strom im Neutralleiter aufgezeichnet
Anmerkung zum Effektivwert

Der Betragsmittelwert des Neutralleiterstroms in Bild 3 beträgt sogar das Dreifache jedes Außenleiterstroms, wie durch einfache Addition der Strom-Zeit-Flächen ersichtlich wird. Da diese Verläufe keine zeitliche Überschneidungen der drei Außenleiterströme erkennen lassen, erfolgt eine restlose Addition. Nur wenn sich Außenleiterströme zeitlich ganz oder teilweise überlappen, also wenn der hinfließende Strom eines Außenleiters gleichzeitig den Rückstrom eines anderen Außenleiters darstellt, kann es zu einer teilweisen oder vollständigen Auslöschung der Außenleiterströme im Neutralleiter kommen. Den Effektivwert des ohne Überschneidungen entstehenden Neutralleiterstroms ermittelt man jedoch durch den Faktor √3 (was ca. 1,73 entspricht), mit dem man den Außenleiterstrom multiplizieren muss; mit dem Faktor 3 dagegen ermittelt man den Betragsmittelwert. Das Maß für die thermische Belastung eines Leiters ist jedoch der Effektivwert.

Bei KLL mit einer Bemessungsleistung über 25 W muss prinzipiell nur noch mit einer geringen Oberschwingungs-Belastung des Netzes gerechnet werden (Bild  7), da hier nach DIN EN 61000-3-2:2010-03 (VDE 0838-2:2006-10) wesentlich niedrigere Grenzwerte zur Anwendung kommen, so dass – über die durch unsymmetrische Aufteilung einphasiger Lasten hinaus – mit einer nennenswerten zusätzlichen Belastung des Neutralleiters nicht mehr gerechnet werden muss.
Bild 7: KLL 30 W – moderner, normkonformer Ersatz für eine Glühlampe von etwa 150 W
Bild 7: KLL 30 W – moderner, normkonformer Ersatz für eine Glühlampe von etwa 150 W
Praktisch ist zu beachten, dass vor allem neue Betriebsmittel wie etwa LED-Lampen dieser Vorgabe – und anderen – oftmals nicht entsprechen oder die Vorgabe »ganz legal« umgangen wird, indem z. B. in einer Leuchte zwei Leuchtmittel zu je 24 W statt eines Leuchtmittels zu 48 W eingesetzt werden. Entscheidend ist also die Art und Anzahl betriebener Leuchtmittel. Wenig hilfreich ist es, z. B. in einem gewerblich genutzten Gebäude, die beliebten Vierfachleuchten mit vier Leuchtstofflampen zu je 18 W mit vier Einzel-EVG (elektronischen Vorschaltgeräten) auszustatten, statt zwei Doppel-EVG oder einem Vierfach-EVG einzusetzen, um so die Einzelleistung der Geräte < 25 W je EVG zu halten und die strengeren normativen Grenzwerte zu umgehen.

Besser liegt man mit der Anwendung der oft zu Unrecht für ineffizient gehaltenen VVG (verbesserte induktive / magnetische Vorschaltgeräte). Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus Tandem- und Duoschaltung und elektronischen Startern. Eine solche Anlage mit etwa 2 400 Leuchten, also 9 600 Lampen, 9 600 Startern, 4 800 VVG und 2 400 Kondensatoren, läuft mittlerweile seit fünf Jahren ohne einen einzigen Ausfall. Keine Lampe, kein VVG, kein Starter und auch kein Kondensator hat dort bislang den Dienst versagt (siehe »Vorschaltgerätbestückung bei LS-Lampen« in »de« 5/2009, S. 18 ff.).
Tabelle: Reduktionsfaktoren für mit Oberschwingungsströmen belastete Leitungen
Tabelle: Reduktionsfaktoren für mit Oberschwingungsströmen belastete Leitungen
Ermittlung der Belastbarkeit

Zur Berechnung der Belastbarkeit eines Vier- oder Fünfleiterkabels mit durch Oberschwingungsströme belastetem Neutralleiter ist zunächst der Oberschwingungsgehalt THDI (total harmonic distortion) des Stroms zu ermitteln. Dies ist das Verhältnis des Gesamteffektivwerts aller im Laststrom enthaltener Oberschwingungen zur Grundschwingung, also zum netzfrequenten sinusförmigen Anteil des gesamten Laststroms. Der Belastungsstrom aus der VDE 0295 ist sodann mit folgenden Korrekturfaktoren zu multiplizieren (Tabelle): Für Außenleiterströme mit bis zu 15 % THDI muss keine korrektive Maßnahme ergriffen werden. Unter diesen Umständen wäre mit einer Neutralleiterbelastung von höchstens 45 % des Außenleiterstroms und einer Zunahme der Verlustwärme im gesamten Kabel um 6 % gegenüber der Nennbelastbarkeit zu rechnen. Diese Überlastung ist gewöhnlich hinnehmbar. Für Außenleiterströme mit 15 % bis 33 % THDI kann man mit einem Neutralleiterstrom in etwa gleicher Höhe wie im Außenleiter rechnen, und die Kabellast muss um einen Faktor von 0,86 herabgesetzt werden. So müsste etwa für eine Belastung von 20 A ein Kabel mit einer Belastbarkeit von 23,25 A ausgewählt werden.

Sobald der THDI 33 % überschreitet, muss das Kabel nach dem Neutralleiterstrom ausgewählt werden. Für Außenleiterströme von 33 % bis 45 % THDI ist zur Auswahl der Neutralleiterstrom maßgeblich, und die Last ist um den Faktor 0,86 zu reduzieren. Für noch höhere Oberschwingungsanteile wird das Kabel ausschließlich nach dem Neutralleiterstrom bemessen. Für einen Reduktionsfaktor besteht hier keine Notwendigkeit mehr, da die Außenleiter jetzt überdimensioniert sind und also entsprechend weniger Wärme erzeugen, was die Überlastung des Neutralleiters ausgleicht. Die Frage ist jedoch, wann und wo solch hohe Oberschwingungsanteile in der Praxis jemals auftreten.

Dabei ist beim THDI ebenso wie etwa bei der Leistungsmessung darauf zu achten, dass der richtige Strom der richtigen Spannung zugeordnet wird. In Bild 6 unten rechts z. B. ist dies nicht der Fall, da dort der Neutralleiterstrom Ziel der Betrachtung war. Die Triggerung des Messgeräts erfolgt jedoch nach wie vor durch die Netzspannung von 50 Hz. Das Messgerät fasst diese als Grundschwingung auf, findet aber bei symmetrischer Aufteilung der Lasten im N-Strom keinen 50-Hz-Anteil mehr vor. Die 50-Hz-Anteile heben sich nach wie vor auf. Nur für die Oberschwingungsanteile gilt dies nicht. Also muss es sich, denkt das Instrument, ausschließlich um Verzerrungsstrom handeln, da es keinen Grundschwingungsstrom mehr vorfindet, und zeigt einen THDI von praktisch 100 % an. Das kann natürlich nicht stimmen. Vielmehr hat der N-Strom nun eine Grundschwingung von 150 Hz, und die Oberschwingungen hierzu von 450 Hz, 1 350 Hz usw. setzen dessen THDI wiederum zusammen. Hätte man den Spannungspfad vom Messgerät abgeklemmt, so hätte sich das Gerät automatisch auf Stromtrig-gerung umgestellt, keine Schwingung von 50 Hz mehr gefunden und 150 Hz als Grundschwingung angesehen. Das aber war dort (Bild 6) nicht Gegenstand der Betrachtung.

Weitere Einflussfaktoren

Streng genommen müsste auch der in Abhängigkeit vom Querschnitt die Belastbarkeit beeinträchtigende Skineffekt in die Berechnung der Auswirkungen von Strom-Oberschwingungen einbezogen werden, doch als erste Näherung kann dies vernachlässigt werden. Schließlich wurden in der oben beschriebenen, vereinfachten Methode schon zwei Faktoren eingebaut, die beide auf der sicheren Seite liegen: Die Belastung der Außenleiter durch Oberschwingungen besteht in der Regel aus allen Oberschwingungen ungeradzahliger Ordnungen, von denen sich jedoch nur diejenigen durch drei teilbare Ordnungen vollständig im Neutralleiter addieren – und auch dies nur bei gleicher Phasenlage.

Die anderen dagegen summieren sich ohnehin nur teilweise oder gar nicht. Dennoch wurde hier so gerechnet, als addierten sich sämtliche Oberschwingungen vollständig im Neutralleiter. Dies ist deswegen gerechtfertigt, weil die dritte in aller Regel den weitaus größten Anteil am Gesamteffektivwert aller Harmonischen ausmacht. Zudem können auch Oberschwingungen gleicher Ordnungszahlen, aber verschiedener Herkunft oder Ursache unterschiedliche Phasenlagen haben und sich so nur teilweise statt vollständig addieren. Beispielsweise hat die dritte Strom-Oberschwingung aus einem PC-Netzteil einen anderen Nulldurchgang (kurz vor dem Scheitel der Netzspannung), als diejenige aus einer KLL (deutlich vor dem Scheitel der Netzspannung), da das PC-Netzteil reichlich mit Glättungskapazität, die »Spar«-Lampe jedoch auch hiermit recht »sparsam« ausgestattet ist. Gerechnet wurde hier jedoch so, als lägen jeweils alle Harmonischen gleicher Ordnung in Phase zueinander.

Weiterhin ist bei Kabeln mit Armierung oder metallenem Schirm besondere Aufmerksamkeit geboten. Der Beitrag des Stroms zu den Wirbelstromverlusten in der Armierung bzw. im Schirm steigt im Quadrat zur Frequenz und kann somit bei Auftreten von Oberschwingungen beträchtliche Ausmaße annehmen.

Der Spannungsfall aller Strom-Oberschwingungen führt sowohl in allen Außenleitern als auch im Neutralleiter zu Oberschwingungs-Spannungsfällen. Das kann bei langen Leitungswegen eine weitere Heraufsetzung des Neutralleiter-Querschnitts, wenn nicht des gesamten Kabelquerschnitts, erfordern, um den Oberschwingungs-Gehalt der Spannung (THDU) in Grenzen zu halten. Dies kann aber auch eine Heraufsetzung der Außenleiter-Querschnitte über die Erfordernisse der thermischen Belastbarkeit hinaus bedingen – noch ehe dies für den »normalen« Spannungsfall der Grundschwingung ohnehin der Fall ist.
Bild 8: Kabel aus der Schweiz – Kompromiss zwischen hohen Kupferpreisen und hohen Neutralleiterströmen
Bild 8: Kabel aus der Schweiz – Kompromiss zwischen hohen Kupferpreisen und hohen Neutralleiterströmen
In gewerblichen Einrichtungen mit hoher Auslastung und langen Betriebszeiten ist es keineswegs unwirtschaftlich, wenn eine Leitung ihre höchstzulässige Temperatur tatsächlich erreicht. Berechnungen des Autors zeigen vielmehr, dass eine Leitung z. B. in der Verlegeart C nach VDE 0298-4 mit einem Nennquerschnitt von 16 mm2, einem Lastprofil nahe am höchstzulässigen Strom und Zweischichtbetrieb nach zehn Jahren in den Gesamt-Betriebskosten teurer ist als hätte man gleich eine Leitung mit 50 mm2 Querschnitt eingesetzt. Es ist somit wirtschaftlicher, stets mit dem größten denkbaren THDI zu rechnen, selbst wenn nachher im praktischen Betrieb überhaupt kein THDI auftreten sollte. Dies gilt nicht nur für die Wirtschaftlichkeit, sondern auch die sonstigen Gebrauchseigenschaften der Anlage, wie der Spannungsfall, verbessern sich dadurch.

Mögliche Alternativen

Die beste Vorgehensweise besteht in unabhängiger Auslegung des Neutralleiters. Durch Einsatz einadriger Kabel wird die Auswahl der Querschnitte für Außenund Neutralleiter voneinander unabhängig. Andererseits lässt sich die gegenseitige thermische Beeinflussung wegen der unsteten relativen Lage zueinander schlechter analytisch nachvollziehen. Auch wird doppelte Logistik etwa für Klemm- und Steckverbindungen zweier verschiedener Größen erforderlich. In der Regel ist es besser, die oben genannten Vorteile der überdimensionierten Außenleiter zu nutzen und diese Leiter also stets so stark auszuwählen, wie der Neutralleiter es sein muss.
Auf einen Blick Fachbeiträge

Der Autor bezieht sich im vorliegenden Artikel auf folgende von ihm veröffentlichte Artikel:

Vorschaltgerätbestückung bei LS-Lampen »de« 5.2009 ¬ S. 18

Norm in den Dornröschenschlaf geschickt – VDE 0298 Teil 100 »de« 3.2004 ¬ S. 30

Leistungsbilanz an Schaltnetzteilen »de« 20.2008 ¬ S. 44

Verhalten von Schutzwandlern bei Kurzschluss »de« 23 – 24.2004 ¬ S. 18
Ein Schweizer Hersteller bietet mittlerweile ein Kabel an, das über vier Adern gleich großen Querschnitts, aber drei Außenleiter aus Aluminium und einen Neutralleiter aus Kupfer verfügt (Bild 8). Der Schirm besteht ebenfalls aus Kupfer und ist so aufgebaut, dass er als PE-Leiter verwendet werden kann und darf. Leider ist diese Ausführung bislang nur als Erdkabel und nicht als Installationsleitung erhältlich, weist aber darauf hin, dass man in der Schweiz inzwischen damit begonnen hat, bei Neubaumaßnahmen, Reparaturen und Erweiterungen sogar außerhalb von Gebäuden nach dem TN-S-System zu installieren.

Praxisrichtwerte im Internet

Der Schwachpunkt all dessen, was bis hierhin als mögliche Vorgehensweise aufgezeigt wurde, liegt darin, dass die Belastung der Außenleiter mit Stromverzerrungen nicht bekannt ist, aus denen auf die Belastung des Neutralleiters geschlossen werden könnte. Insofern ist diese Vorgehensweise eben nicht möglich, da vielfach Niederspannungs-Verteilungsanlagen für Gebäude geplant werden müssen, für die noch gar kein Nutzer gefunden wurde, geschweige denn lässt sich dann die Art der Belastung erraten. Wohl aber ist die Ausstattung eines modernen Büros mit elek-trischen Geräten fast jedem anderen Büro recht ähnlich. Ein Blick auf die Eigenschaften der hier üblicherweise eingesetzten Verbrauchsmittel, zusammen mit einer Abschätzung der Stückzahl, abhängig etwa von der Nutzfläche oder der Anzahl der Arbeitsplätze, kann hier helfen, zu einem brauchbaren Schätzwert zu gelangen.

Doch woher die erforderlichen Daten nehmen? Die Hersteller geben den THDI ihrer Geräte nicht an. Schon bei Strom bzw. Scheinleistung hapert es oftmals. Daher hat der Autor beispielhaft einige Messungen an üblichen Bürogeräten durchgeführt (Bild 9). Die Untersuchungsergebnisse stehen interessierte  ab sofort unter folgendem Link zur Verfügung:

Ergänzungen zum Beitrag »Oberschwingungsreiche Anlagen sicherer planen – Über die Auslegung des Neutralleiters«

 
Bild 9: Langzeitmessungen an einem gewöhnlichen Fotokopierer
Bild 9: Langzeitmessungen an einem gewöhnlichen Fotokopierer

Abschließende Hinweise

Im Zusammenhang mit den Belastungen von Niederspannungs-Verteilnetzen durch Oberschwingungen sind noch einige Dinge zusätzlich zu beachten.
Auf einen Blick Normen zum Thema

DIN EN 61000-3-2:2010-03 (VDE 0838-2:2006-10)

DIN VDE 0298-4 (VDE 0298 Teil 4):2003-08
Kabel, Leitungen und Transformatoren

Bei der normativen Berechnung von Kurzschlussströmen sind die Oberschwingungen nicht zu beachten. Oberschwingungsströme entstehen ihrer Natur nach in bestimmten Verbrauchsmitteln und verbreiten sich von dort aus im Netz, nicht von der Versorgungsseite her. Sie sind daher in dem Moment verschwunden, in dem die Verbrauchsmittel durch Kurzschluss von der Versorgung abgeschnitten werden. Die Kurzschlussströme werden dann durch die Impedanzen der verschiedenen Netzbetriebsmittel – Kabel, Leitungen, Stromschienen, Transformatoren – bestimmt, die ihrer Natur nach sämtlich lineare Elemente darstellen.

Es ist außerdem zu beachten, dass Transformatoren selbst dann durch Oberschwingungsströme überlastet (überhitzt) werden können, wenn der Bemessungslaststrom (Gesamtstrom echt effektiv) nicht überschritten wird, da die im Transformator auftretenden Zusatzverluste nicht nur im Quadrat zum Laststrom, sondern auch im Quadrat zu dessen Frequenz(en) steigen.

http://leonardo-web.org/de/strom/edv
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Sollte es Probleme mit dem Download geben oder sollten Links nicht funktionieren, wenden Sie sich bitte an kontakt@elektro.net

Über den Autor
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Dipl.-Ing. Stefan Fassbinder

Studium der elektrischen Energietechnik. Jahrelange Tätigkeit in der Konstruktion und Entwicklung von Klein-, Ringkern- und Großtransformatoren sowie Relais. War 25 Jahre lang Berater für elektrotechnische Anwendungen beim Deutschen Kupferinstitut in Düsseldorf. Mitglied in der DKE-Kommission K 712 und im UK 221.2 sowie in mehreren Arbeitskreisen.

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