24.11.2016
Die derzeit bei der Energieübertragung eingesetzten Komponenten für die Steuerung der Blindleistung wie beispielsweise Drosseln oder Kondensatoren weisen eine nicht zu vernachlässigende Verlustleistung auf. Die dadurch über die gesamte Betriebszeit akkumulierte Verlustenergie erreicht beträchtliche Größenordnungen.
Daher vereinbart der Netzbetreiber bei der Beschaffung eine maximale Verlustleistung mit den Herstellern der entsprechenden Komponenten. Verlässliche Messsysteme für solche Verlustleistungsmessungen erfordern aber eine Rückführung.
Zu diesem Zweck wurde in der PTB ein Leistungsmesssystem aufgebaut, das in der Lage ist, die Verluste von Drosseln und Kondensatoren bei Spannungen bis maximal 150 kV und Stromstärken bis zu einigen kA zu messen. Die Schwierigkeit ist dabei der geringe Leistungsfaktor, der durchaus nur 0,001 betragen kann. Bei einer Blindleistung von 50 MVAr und einem solch kleinen Leistungsfaktor ergibt sich eine Verlustleistung von 50 kW. Die für industrielle Messsysteme geforderte Genauigkeit von 5 % ergibt dann eine Unsicherheit von 2,5 kW, die bezogen auf die Scheinleistung einer Messunsicherheit von etwa 50 ppm entspricht. Hierfür muss auch noch der Phasenwinkel sehr genau gemessen werden. Eine weitere Schwierigkeit ist die begrenzte Stabilität der 50 Hz Netzfrequenz oder des vom Maschinen-Generatorsatz erzeugten Signals. Auch auf solch instabile Frequenzen muss sich das Messsystem synchronisieren können.
Trotz dieser Herausforderungen gelang es, einen Messplatz aufzubauen (Bild), der dann im Einsatz eine Messunsicherheit von 20 ppm für die Wirkverluste aufweisen sollte. Derzeit wird in einem EU-geförderten Projekt (ElPow) gemeinsam mit Partnern mehrerer anderer Staatsinstitute versucht, die erwartete Messunsicherheit im Experiment zu bestätigen.
Außerdem wird daran gearbeitet, eine stabile Phantomleistungsquelle aufzubauen, um die Messsysteme bei den entsprechend hohen Spannungen und Strömen auch unabhängig von bauteilbedingten Einflüssen kalibrieren zu können.
Bild: Schematische Darstellung der Strom- und Spannungsmessung an einer zu kalibrierenden Impedanz mit einem zweikanaligen Abtastsystem.