Risikofaktor Stromversorgung – diese Stromprobleme könnten Ihnen zum Verhängnis werden
In unserer heutigen elektrifizierten und vernetzten Digitalwelt können Stromprobleme weitreichende Folgen haben. Funktionieren beispielsweise im Krankenhaus technische Geräte infolge eines Stromausfalls nicht mehr, kann das theoretisch Leben kosten. In der Produktion können Fertigungsstraßen außer Kontrolle geraten und damit zur Gefahr für Anlagen, Mitarbeitern und Umwelt werden. Auch für Unternehmen und Behörden kann eine unterbrochene Stromversorgung fatale Konsequenzen mit sich ziehen. Zwar werden in diesem Fall keine Leben bedroht, Datenverlust und Schädigung der Hardware können aber einen enormen wirtschaftlichen Schaden verursachen. Der erste Schritt, um sich vor Stromproblemen zu wappnen, ist die Auseinandersetzung mit deren Ursachen. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definiert folgende Arten von Stromstörungen:
Spannungsstöße
Spannungsstöße gelten als besonders gefährlich. Man unterscheidet sie in impulsartige Spannungsstöße und schwingungsartige Spannungsstöße.
Impulsartige Spannungsstöße
Bei impulsartigen Spannungsstößen handelt es sich um plötzlich auftretende Ereignisse, die eine Erhöhungen der Spannung und/oder des Stroms in positiver wie negativer Richtung zur Folge haben. Zu derartigen Ereignissen gehören Blitzschläge, mangelhafte Erdung, das Schalten von Induktionslast sowie ESE (elektrostatische Entladungen). Blitzschlag zählt dabei zu den gefährlichsten Verursachern von impulsartigen Spannungsstößen. Die Eliminierung von potenziellen ESE und der Einsatz von Überspannungsschutzgeräte (Transient Voltage Surce Suppressors, TVSS oder Surge Protective Devices, SPD) zählen zu den wichtigsten Schutzmaßnahmen.
Schwingungsartige Spannungsstöße
Schwingungsartige Spannungsstöße entstehen durch Anstieg und Absinken des Stromsignals in sehr schnellem Wechsel. Sie können beispielsweise auftreten, wenn Elektromotoren oder Kondensatorbatterien abgeschaltet werden. Zur Vermeidung von schwingungsartigen Spannungsstößen im Zusammenhang mit Kondensatorschaltungen bedient man sich häufig einer Nulldurchgangsschaltung. Diese Schaltung löst das Problem durch eine kontinuierliche Überwachung der Sinuswelle des Stromsignals.
Unterbrechungen
Unterbrechungen beschreiben den vollständigen Verlust der Versorgungsspannung. Sie lassen sich in kurze, temporäre oder anhaltende Unterbrechungen kategorisieren. Die Ursachen sind vielfältig und können unter anderem folgende Ereignisse umfassen: Blitzschlag, Tiere (angenagte Kabel), umstürzende Bäume auf Leitungen, Fahrzeugunfälle und extreme Wetterbedingungen. Unterbrochene Stromversorgung lässt sich auch im Privathaushalt beobachten, wenn für kurze Zeit auf einmal der Strom ausfällt. Auch hierbei können elektrische Geräte Schaden nehmen. Sowohl private als auch geschäftliche Daten können auf diese Weise verloren gehen. Um Stromunterbrechungen vorzubeugen, empfehlen sich USVs (unterbrechungsfreie Stromversorgung). Sie verfügen über einen leistungsstarken Akku und fungieren in diesem Zusammenhang als Notstromaggregat.
Spannungseinbruch/Unterspannung
Ein Spannungseinbruch liegt vor, wenn die Netzwechselspannung bei gegebener Frequenz für die Dauer einer Halbschwingung bis zu einer Minute reduziert ist. Verursacher von Spannungseinbrüchen sind häufig Systemfehler und zugeschaltete Lasten mit hohen Anlaufströmen (z. B. die Inbetriebnahme einer großen Klimaanlage oder Elektromotoren). Das Hinzuschalten derartiger Geräte bewirkt mit hoher Wahrscheinlichkeit einen Abfall der Spannung.
Unterspannungen können die Überhitzung von Elektromotoren zur Folge haben und zum Ausfall von Computernetzteilen führen. Der
Lösungsansatz für Spannungseinbrüche sowie Unterspannungen heißt auch in diesem Fall USV. Hiermit werden Spannungen durch einen Wechselrichter reguliert.
Spannungsspitzen/Überspannung
Das Gegenteil eines Spannungseinbruchs ist der Spannungsanstieg. Hierbei erhöht sich die Netzwechselspannung für die Dauer einer Halbschwingung bis zu einer Minute. Ausgelöst werden sie durch plötzliche große Lastenreduktion sowie Einphasenfehler in einem Dreiphasensystem. Hieraus können Datenfehler, flackernde Beleuchtung, Halbleiterschäden sowie eine Verschlechterung elektrischer Kontakte resultieren.
Eine Überspannung ist ein konstant vorliegender Spannungsanstieg, der den Toleranzbereich der Nennspannung des jeweiligen elektrischen Geräts überschreitet. Als Ursachen für Überspannungen kommen vor allem schlechte Stromregulierung durch Energieversorger und Stromausfälle im Nachbarnetz, aber auch ein plötzlicher Belastungsrückgang durch Anwendungsfehler oder Verbrauchsrückgang währende der Nacht infrage. Folge können Schädigungen von Isolierungsleitungen, Halbleiterbausteinen und vorübergehende Fehlfunktionen oder Ausfälle von elektronischen Schaltungen sein.
Verzerrungen der Wellenform
Es gibt fünf verschiedene Arten von Wellenformverzerrungen: Gleichstromversatz, Oberschwingungen, Zwischenschwingungen, kurze Spannungseinbrüche und Rauschen.
Gleichstromversatz
Wenn Gleichstrom ein Wechselstromsystem durchquert, kann Geräten unerwünscht Strom zugeführt werden. Der Gleichstromversatz kann zu Überhitzungen der betroffenen Geräte und zu einer allgemeinen Instabilität der elektronischen Last führen.
Oberschwingungen
Bei Oberschwingungen liegt die Frequenz über der 50 Hertz Grundschwingungsfrequenz. Ausgelöst werden können sie durch Betriebsmittel wie zum Beispiel Transformatoren, Leuchtstofflampen, Gleichrichtern. Oberschwingungen haben unerwünschte Erwärmung, Verkürzung der Lebensdauer, Funktionsbeeinträchtigung sowie Zerstörung von Geräten zur Folge.
Kurze Spannungseinbrüche
Geräte wie beispielsweise Antriebe mit variabler Drehzahl, Beleuchtungsdimmer oder Lichtbogenschweissgeräte können Spannungseinbrüchen auslösen. Diese periodischen (Impuls-) Spannungsstörungen können kurzen Spannungseinbrüche, Systemstopps, Datenverluste und Datenübertragungsprobleme mit sich ziehen.
Zwischenschwingungen
Steuerumrichter, die große Maschinen wie Linearmotoren in Walzwerken, Zementwerken und Abbaumaschinen steuern, wandeln die Versorgungsspannung in eine Wechselstromspannung um. Diese kann entweder höher oder niedriger als die Versorgungsspannung sein, was Problem wie Wärmeentwicklung oder Übertragungsfehler verursachen kann.
Rauschen
Beim Rauschen wird der Stromfluss von unerwünschten Spannungen und Stromzufuhr überlagert. Es kann unter anderem durch elektronische Geräte, Steuerstromkreise, Lichtbogenschweissgeräte, Schaltnetzteile, oder drahtlose Sendegeräte verursacht werden. Auch schlecht geerdete Standorte können Stromsysteme anfällig für Rauschen machen. Das Rauschen kann zu Datenfehlern, Fehlfunktionen, langfristig zu Ausfall von Komponenten, Festplattenfehlern und zu verzerrten Videobildern führen.
Spannungsschwankungen
„Spannungsschwankungen im Stromnetz und kurze Versorgungsunterbrechungen sind ein altbekanntes Phänomen. Moderne Produktionsanlagen mit hochempfindlicher Elektronik sollten hiervor gewappnet werden“ so Umwelt- und Energieminister Franz Untersteller. Ein Symptom von Spannungsschwankungen kann beispielsweise das Flackern von Glühlampen sein. Problemlösende Ansätze können die Entfernung der Störlast, ein Standortwechsel der empfindlichen Geräte oder die Installation von Leitungsreglern oder USVs sein.
Frequenzschwankungen
Ein Fehler dieser Art wird auch als Frequenzabweichung bezeichnet. Auch harmonische Oberwellen können ein Störfaktor sein. Diese Verzerrungen werden zum Beispiel von nichtlinearen Lasten, wie sie etwa Leuchtstoffröhren erzeugen, verursacht. Je nachdem welcher Fehlertyp am häufigsten vorkommt oder zu erwarten ist, kann ein spezielle USV die perfekte Lösung sein. Außerdem muss eine USV auf die vorhandene Infrastruktur zugeschnitten werden.
Vorbeugende Maßnahmen treffen
Wer die verschiedenen Arten von Stromstörungen kennt, kann die Gefahren besser abschätzen und sich gegen teure Ausfälle hochsensibler Anlagen absichern. Eine effiziente Möglichkeit, um sich vor den genannten Stromproblemen zu schützen, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (kurz USV). Erfahren Sie mehr über den Aufbau, die Funktionen, Eigenschaften, Arten und die zahlreichen Vorteile der unterbrechungsfreien Stromversorgung.