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?
Bildquelle: wikipedia.de
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
Gibt es für wenig Geld bei Pollin (Bestellnr.:
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Digitales Frequenz-Meter im 96x96 mm Industriegehäuse mit
4-stelligem LED-Display und Schraub-Anschlussklemmen. Geeignet
zum Einbau in Steuerungen, Verteilungen, Schaltschränken usw.
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mit den Angaben der Online Messungen.