50 Hertz

50 Hertz, Herzschlag unserer Wechselstromversorgung.

Hertz ist die Einheit für die Frequenz, benannt nach dem Physiker Heinrich Hertz. Er konnte 1886 als Erster elektromagnetische Wellen im Experiment erzeugen und nachweisen und gilt damit als deren Entdecker. Ihm zu Ehren wurde die internationale Einheit für die Frequenz als Hertz (abgekürzt mit dem Einheitenzeichen Hz) bezeichnet.

 

Mit der Netzfrequenz wird in einem Stromnetz die Frequenz der elektrischen Energieversorgung mittels Wechselspannung bezeichnet. Die Netzfrequenz ist in einem Stromversorgungsnetz einheitlich und, bis auf kleinere regeltechnische Abweichungen vom Nennwert, zeitlich konstant. In unseren Verbundnetzen beträgt die Netzfrequenz 50 Hz.

Die Stabilität unserer Netzfreuqenz ist gleichzeitig DER Indikator für die gesamte Stabilität unserer europäischen Stromversorgung (europäisches Verbundnetz). Wie kann das sein?

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Im Regelfall halten sich erzeugte (Kraftwerke) und abgenommene Energie (Verbraucher) europaweit die Waage. Das bedeutet, dass die von Kraftwerken erzeugte elektrische Energie durch die Verbraucher (Haushalte, Industrie usw.) im gleichen Moment abgenommen werden muss. Elektrische Energie kann in Verbundnetzen nicht kurzzeitig gespeichert werden, sondern nur zwischen Erzeuger und Verbraucher verteilt werden. Der abgegebenen Leistung muss zu jedem Zeitpunkt eine gleich große Erzeugung gegenüberstehen. Bei diesen idealen Bedingungen (Erzeugung = Verbrauch) beträgt die Netzfrequenz 50 Hz.

Leider lässt sich dieser Zustand nicht genau vorhersagen und so kommt es immer weider zu Ausnahmesituationen bei denen die Netzfrequenz und damit die Stabilität des gesamten Verbundnetzes, schwankt. Gewisse Schwankungen kann das Verbundnetz selbst ausgleichen, ab bestimmten Werten nach oben oder unten (> 50,2 oder < 49,8 Hz) kann es aber kritisch werden. Die Definition der Abschaltstufen in Deutschland wird in Technische Anforderungen an die automatische Frequenzentlastung beschrieben und richtet sich nach den Anforderungen des Operation Handbook Policy 5 der ENTSO-E.

Die folgenden Tabellen soll uns das mit den dann eintretenden Maßnahmen zeigen.

Unterfrequenz

Eine Unterfrequenz in einem Stromnetz entsteht insbesondere bei sprunghafter Lastzunahme oder dem plötzlichen Ausfall von Kraftwerksleistung, da die Lastdifferenz aus der kinetischen Energie aller rotierenden Massen in den Generatoren gedeckt wird. Durch den Verlust der kinetischen Energie sinkt die Läuferdrehzahl der Generatoren und somit auch die Frequenz der abgegebenen Generatorspannung. Die Abweichung der tatsächlichen von der Soll-Netzfrequenz ist dabei gravierender als der gleichzeitig auftretende Spannungseinbruch.

Für den automatischen Lastabwurf der Stufen 2 bis 4 werden elektronische Frequenzrelais benötigt. Bei Stufe 5 müssen sich alle Kraftwerke automatisch vom Netz trennen; unmittelbare Folge ist ein kompletter Versorgungszusammenbruch. Größere kalorische Kraftwerke und Atomkraftwerke versuchen, sich durch Reduktion der Leistung im Eigenbedarf zu fangen und diesen nicht optimalen Betriebszustand für einige Stunden aufrecht zu halten. Gelingt dieses Auffangen und Halten im Eigenverbrauch des Kraftwerks durch die Regelung nicht, werden die betroffenen Kraftwerksblöcke abgeschaltet, was zu einer längeren Zeit für die Wiederinbetriebnahme führt.

Frequenz (Hz) Maßnahme der EVU
50,00 Die Grundfrequenz des Stromnetzes.
49,80 unverzögerte Aktivierung von Leistungsreserven und Abwurf von Speicherpumpen (t < 10 s)
49,20 unverzögerter Abwurf von Speicherpumpen
49,00 Lastabwurf Stufe 1, ca. 12,5 %
48,80 Lastabwurf Stufe 2, ca. 12,5 %
48,60 Lastabwurf Stufe 3, ca. 12,5 %
48,40 Lastabwurf Stufe 4, ca. 12,5 %
47,50 Stufe 5, Trennung der Kraftwerke vom Netz (Blackout)

Überfrequenz

Eine Überfrequenz in einem Stromnetz entsteht insbesondere bei sprunghafter Lastabnahme, da die Lastdifferenz aus der kinetischen Energie aller rotierenden Massen in den Generatoren nicht mehr gedeckt wird. Durch die Zunahme der kinetischen Energie steigt die Läuferdrehzahl der Generatoren und somit auch die Frequenz der abgegebenen Generatorspannung. Die Abweichung der tatsächlichen von der Soll-Netzfrequenz ist dabei gravierender als der gleichzeitig auftretende Spannungsanstieg.

Frequenz (Hz) Maßnahme der EVU
50,00 Die Grundfrequenz des Stromnetzes.
50,20 Von 50,2 bis 51,5 Hz sollen regelbare Erzeugungsanlagen (PV, BHKW, etc.) eine Leistungsreduktion vornehmen.
50,50 Obere Grenze der im Normalbetrieb geduldeten Frequenzabweichungen. Netzersatzanlagen halten die Frequenz bei 50,5 bis 51 Hz.
51,00 Von 51 bis 51,5 Hz müssen neue Kraftwerke mindestens 90 Minuten lauffähig bleiben. Ältere Kraftwerke gehen bereits vom Netz.
51,50 Alle regelbaren Kraftwerke sollten an diesem Punkt die Stromerzeugung komplett eingestellt haben.
52,00 Oberhalb dieser Schwelle beginnt im europäischen Netzverbund ein unzulässiger Betriebszustand.

Eigene Frequenzüberwachung

Mit einem PeakTech 2025 Multimeter kann man die Netzfrequenz über einen kleinen Transformator (16 V ~) sehr schön längerfristig überwachen. Das von PeakTech mitgelieferte DMM Tool zeichnet dabei den Frequenzverlauf über einen PC auf. Im 100 Hz Bereich misst das Messgerät mit 0,5 % Abweichung und zwei Stellen hinter dem Komma. Mein Multimeter hat gegenüber den Onlinenetzfrequenzmessungen eine konstante Abweichung von minus 0,02 Hz.

 

50 Hz Monitor

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