Die Versorgungsstabilität hängt in hohem Maße von einer präzise und zeitgerechte elektrische SpannungsregelungEs geht um Verfahren, Ausrüstung und Normen, die es ermöglichen, die Spannung in definierten Bereichen zu halten, um Probleme wie Flackern, Auslösen von Schutzeinrichtungen, Überhitzung oder Versorgungsunterbrechungen zu vermeiden. In modernen Netzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien ist diese Kontrolle noch wichtiger, weil Die Variabilität der Solar- und Windenergieerzeugung führt zu Schwingungen. die schnellere und besser koordinierte Reaktionen erfordern.
In diesem praktischen Leitfaden geben wir einen Überblick über die Wichtige internationale Normen (IEC, EN und IEEE) für Spannung und Oberschwingungenwie Spannung bei der Übertragung und Verteilung gemessen und überwacht wird Welche technischen Lösungen gibt es?: von linearen und geschalteten Spannungsreglern bis hin zu Stabilisatoren, Schutzrelais und AC/DC-ControllerWir haben auch die Implementierung des neuen dynamischen Spannungsregelungsdienstes PO 7.4 in Spanien und die Erläuterungen des Systembetreibers besprochen.
Was ist elektrische Spannungsregelung und warum ist sie wichtig?
Die Spannungsregelung besteht aus regulieren, aufrechterhalten und anpassen Sie das Spannungsniveau An verschiedenen Punkten eines Netzwerks oder einer Anlage werden die Geräte so überwacht, dass die erforderlichen Sicherheits- und Qualitätsstandards eingehalten werden. Diese Funktion wird auf mehreren Ebenen ausgeführt: vom Übertragungs- und Verteilungsnetz über Kraftwerke bis hin zu kritischen Verbrauchern in Industrie und Gebäuden.
Neben den klassischen Maßnahmen (Stufenschalter an Transformatoren, Kondensator-/Spulenbänke) erfordert das System heute Folgendes: dynamische Ressourcen, die Blindleistung liefern oder aufnehmen schnell und präzise. Bei Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien kann die Strategie der konstanten Leistungsfaktorregelung unzureichend sein, daher die wachsende Bedeutung von Echtzeitüberwachung der Spannungseinstellungen um schnelle Schwankungen zu dämpfen.
Wichtige Qualitätsstandards und Normen für die Lieferkette
Die Normen definieren, wie gemessen wird, welche Grenzwerte anzuwenden sind und Welche Funktionen sollte das Gerät bieten? Um Vergleichbarkeit und die Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen zu gewährleisten, ist es wichtig, zwischen Gruppen zu unterscheiden, die sich auf Spannungsverträglichkeitsniveaus, Stromgrenzen sowie Messmethoden und Störfestigkeit konzentrieren.
Spannungsverträglichkeit (IEC 61000-2-x)Diese Gruppe legt Kompatibilitätsniveaus für Spannungsphänomene in öffentlichen und privaten Netzen fest, ohne dabei Stromgrenzen aufzuerlegen:
- DIN EN 61000-2-2 | IEC 61000-2-2: Kompatibilitätsgrade am Anschlusspunkt an das öffentliche Niederspannungsnetz (RPC), bis zu 150 kHz.
- DIN EN 61000-2-4; Klasse 1/2a/2b/3 | IEC 61000-2-4; Klasse 1/2a/2b/3: für interne Systempunkte (IPC) in Niederspannungs- und Mittelspannungsnetze bis zu 35 kV.
- DIN EN 61000-2-12 | IEC 61000-2-12: analog zu -2-2, aber in Öffentliches Mittelspannungsnetz.
- DIN EN 50160: definiert die Eigenschaften der Stromqualität öffentlicher Netze, von Niederspannung bis Hochspannung, wie zum Beispiel Nennspannung, Schwankungen, Flimmern und Oberschwingungen.
- IEEE 519Grenzwerte für Oberschwingungsspannungen und -ströme in Versorgungsnetzen; Weitverbreitete Nutzung in den USA, Asien und arabischen Ländern.
Aktuelle Grenzwerte (IEC 61000-3-x)Hier liegt der Fokus auf dem/der/dem ... Oberschwingungen und Stromschwankungen dass das Gerät Strom in das Netz einspeist (definiert keine Spannungsgrenzen):
- DIN EN 61000-3-2 | IEC 61000-3-2: Aktuelle Oberwellengrenzwerte für Geräte bis zu 16 A.
- DIN EN IEC 61000-3-12 | IEC 61000-3-12Aktuelle Oberwellengrenzwerte für Geräte >16 A und <75 A.
- DIN EN 61000-3-3 | IEC 61000-3-3Grenzen von Spannungsschwankungen und Flackern.
- DIN EN 61000-3-X | IEC 61000-3-X: andere Normen im selben Bereich, die den aktuellen Emissionsrahmen vervollständigen.
Messmethoden und Immunität (IEC 61000-4-x)Diese Gruppe definiert, wie die Störfestigkeit von Geräten korrekt gemessen und getestet wird:
- DIN EN 61000-4-30 Klasse A Ed. 3 | IEC 61000-4-30 Klasse A Ed. 3Anforderungen Netzqualitätsmessgeräte Klasse A mit genauen und reproduzierbaren Messungen von Frequenz, Flimmern, Oberschwingungen usw.
- DIN EN 61000-4-4 | IEC 61000-4-4: Immunität gegenüber raschen, vorübergehenden Störungen (Ausbrüche/EFT).
- DIN EN 61000-4-7 | IEC 61000-4-7: geeignete Methoden für Messung von Harmonischen und Zwischenharmonischen in Liefernetzwerken.
- DIN EN 61000-4-15 | IEC 61000-4-15Methodik zur Messung flackern und die Schwere der Spannungsschwankungen beurteilen.
- DIN EN 61000-4-X | IEC 61000-4-X: eine Reihe von Regeln Inmunidad Komplementär bei verschiedenen Störungen.
Zusammen mit diesen, Messgeräte für die Versorgungsqualität Sie haben zusätzliche Anforderungen:
- DIN EN 62586-1 | IEC 62586-1Produkteigenschaften und Leistungsfähigkeit von Geräten zum Messen, Aufzeichnen und, falls zutreffend, Kontrollqualitätsparameter in Netzwerken.
- DIN EN 62586-2 | IEC 62586-2: Testmethoden für Ausrüstung der Klassen A und S gemäß IEC 61000-4-30.
Das Wesen dieses Rahmenwerks ist klar: IEC 61000-2-x legt fest SpannungsverträglichkeitsstufenDie 61000-3-x legen Grenzwerte fest aktuelle Emission der Teams und die 61000-4-x vereinigen wie man misst und immunisiert um vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten.
Spannungsmessung in Übertragungsnetzen: Betriebsmargen und Besonderheiten in Spanien
In Europa drehen sich die Abläufe typischerweise um 420 kV mit einer Sicherheitsreserve bis zu 440 kV en HochspannungsnetzeDieser obere Grenzwert dient als Schwelle für die automatische Abschaltung bei Überschreitung, wodurch Schäden verhindert und eine zusätzliche Sicherheitsbarriere geschaffen wird.
In Spanien hat der Betreiber den als normal geltenden Schwellenwert angehoben auf 435 kVDadurch verringert sich der Betriebspuffer vom optimalen Punkt (420 kV) auf nur noch 5 kV oberhalb des Bereichs vor Erreichen von 435 kV, wodurch der Spielraum bis zur 440-kV-Grenze deutlich reduziert wird. Diese Verringerung kann problematisch sein, wenn … Die Messunsicherheit ist mit diesem Wert vergleichbar.Denn schon kleine Abweichungen können zu einer Kettenreaktion von Verbindungsabbrüchen führen.
Diese Praxis besteht seit 2010 und wurde später anerkannt als spezifische Ausnahme für Spanien in der europäischen Erzeugungsrichtlinie. Der Betreiber betont jedoch, dass die Die 435-kV-Grenze ist mindestens seit 1998 in Kraft. Die spanische Gesetzgebung sieht eine Reduzierung der Spannung auf 420 kV vor, die auch durch neuere europäische Regelungen bestätigt wurde. Eine strukturelle Reduzierung würde hohe Kosten aufgrund technischer Einschränkungen nach sich ziehen, ohne dass die Garantie besteht, diese Kosten mit den derzeitigen Ressourcen nicht zu überschreiten.
In den letzten Jahren hat das durchschnittliche Spannungsniveau nicht zugenommen, sondern vielmehr VariabilitätUnd genau darin liegt die Herausforderung: die Dynamik mit genügend Mitteln zu kontrollieren. schnelle reaktive Ressourcen und eine größere Beteiligung von Anlagen, die neben der klassischen Konstantleistungsfaktorvorgabe auch Spannungsvorgaben umsetzen können. Diese größere Variabilität erhöht die Stromausfallrisiken wenn eine schnelle Aktivierung und Koordination nicht möglich sind.
Der Stromausfall vom 28. April: Was er uns gelehrt hat
Am 28. April 2025 ereignete sich in Spanien ein schwerwiegender Stromausfall, der auf eine Kombination folgender Faktoren zurückzuführen war: Hohe erneuerbare Energieerzeugung, geringe Nachfrage und unzureichende SpannungsregelungsressourcenAufgrund der damaligen regulatorischen Rahmenbedingungen war die Nutzung erneuerbarer Energien nicht in der Lage, die notwendige Unterstützung zur Linderung der Belastung zu leisten. Detaillierte Analyse des Stromausfalls bestätigt die in diesem Absatz beschriebene Kombination von Faktoren.
Es wurden mehrere Faktoren identifiziert: Die geplante konventionelle Stromerzeugung reichte nicht aus, um die beobachteten Spannungspegel zu erreichen; Die Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien waren in ihrer Fähigkeit, aktiv teilzunehmen, eingeschränkt. in der Steuerung; und schnelle Schwankungen in der Wind- und Photovoltaikproduktion wirkten sich direkt auf die Spannung aus. dies löste eine Salve von Schüssen aus.
Den vorliegenden Informationen zufolge entsprachen die Generatoren den geltenden Vorschriften, aber das System wies Mängel auf. verfügbare und aktivierbare Ressourcen Um Instabilität zu vermeiden, hat der Betreiber ähnliche Phänomene an Tagen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien und geringer Nachfrage festgestellt, insbesondere bei hoher Nachfrage. schnelle Reaktion auf Anweisungen.
Aus Sicht des Betreibers mangelte es nicht an geplanter Reaktionskapazität; die Schwierigkeit liegt in ihrer effektive Aktivierungs- und Reaktionsgeschwindigkeit Angesichts abrupter Veränderungen. Darüber hinaus wird betont, dass Gruppen mindestens einen Beitrag leisten oder aufnehmen können müssen. 30 % Blindleistung in Bezug auf die maximale Leistung und dass es unterhalb dieses gesetzlichen Minimums keine Ausnahmen gibt.
Spannungsregler: Definition, Typen und Komponenten
Ein Spannungsregler ist ein Gerät oder eine Schaltung, die dazu dient, regulieren, stabilisieren und die Spannung anpassen Die Leistung wird an eine Last abgegeben. Ziel ist es, die Leistung unabhängig von Schwankungen in der Quelle oder Änderungen der Last innerhalb definierter Toleranzen zu halten und so empfindliche Geräte zu schützen. Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs.
Diese Regler basieren auf grundlegenden Prinzipien (Ohmsches Gesetz, Watt, Volt und Ampere und Feedback) und in Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Dioden und integrierte Schaltungen (lineare und geschaltete Regler). Die gewählte Architektur verändert Wirkungsgrad, Rauschen und Verlustleistung grundlegend.
Lineare ReglerSie verwenden ein aktives Bauelement (BJT oder MOSFET) als „variablen Widerstand“, um einen konstante AusgangsspannungWenn die Eingangsleistung steigt oder die Last weniger Strom benötigt, wird der Überschuss als Wärme abgeführt. Sie sind einfach und leise (geräuscharm), aber ineffizient mit großen Unterschieden zwischen Input und Output.
SchaltreglerSie arbeiten mit einem Transistor, der mit hoher Frequenz schaltet und das Tastverhältnis (PWM) moduliert, sodass nach einem LC-Filter ein stabiler und effizienter OutputDie Spule speichert Energie, wenn der Transistor leitet, und gibt sie wieder ab, wenn er sperrt. Durch den Betrieb nahe der Sättigung oder Sperrspannung werden die Verluste reduziert und der Wirkungsgrad kann den des Transistors übertreffen. 90%.
Typische Komponenten von Spannungsreglern (linear und geschaltet): Spannungsreferenz, Fehlerverstärker, Steuerelement (BJT/MOSFET), Ausgangssensor oder Widerstandsteiler, Rückmeldung Vergleich von Ausgangs- und Referenzsignal, PWM-/Oszillatorsteuerung, LC-Filter, Rückführungsdiode in nicht-synchronen Topologien und Schutzmaßnahmen (Überstrom, Übertemperatur, Kurzschluss). Eingangs-/Ausgangskondensatoren gleichen diese Schwankungen aus. Krümmung und Transienten.
Anwendungen der Spannungsregelung und -steuerung
Von Unterhaltungselektronik bis hin zu industriellen Netzwerken sorgen Spannungsregler dafür, dass Jedes Gerät erhält die entsprechende SpannungSchäden durch Schwankungen verhindern und die Betriebseffizienz verbessern. Dies sind gängige Anwendungsbereiche:
- Fuentes de alimentación von Computern, Fernsehgeräten und elektronischen Geräten, um die korrekte Spannung sicherzustellen und Ausfälle zu vermeiden.
- Akku-Ladegeräte (Mobiltelefone, Laptops, Elektrofahrzeuge), Anpassung der Ausgangsspannung an die Bedürfnisse der Batterie.
- Telekommunikation (Basisstationen, Router), die eine stabile Spannung bereitstellen, um die Signalqualität aufrechtzuerhalten.
- Unterhaltungselektronik geringer Stromverbrauch (Uhren, Kameras, Spielzeug, Haushaltsgeräte), Schutz empfindlicher Bauteile.
- Automobil (Beleuchtung, Infotainment, Hilfsmotoren), Ausgleich von Batterieschwankungen.
- Industriekunden (Motoren, Automatisierung, Maschinensteuerung), Schutz von Anlagen und Prozessen vor Abweichungen.
Spannungsstabilisatoren und AC/DC-Regler
In Umgebungen mit instabilen Netzwerken oder kritischen Lasten, Spannungsstabilisator Es hält die Versorgungsspannung konstant und korrigiert Abweichungen sofort nach deren Erkennung. Dies ist unerlässlich, da selbst geringe Schwankungen zu Störungen führen können. Datenverlust oder Beschädigung (Labore, Gesundheitswesen, IT, Feinprozesse) und ist darauf ausgelegt, Anlaufspitzen, hochreaktive Lasten oder Großmächte.
Inzwischen hat die AC/DC-Controller Sie werden in Wechsel- und/oder Gleichstromkreise integriert, um Signale zu regeln, zu filtern, umzuwandeln und zu vergleichen. Sie werden beispielsweise zur Regelung von Spannung, Temperatur, Motordrehzahl oder Volumen, wodurch die Möglichkeit besteht, bei AC/DC-Quellen mit hoher Leistungsdichte (wie z. B. Handy-Ladegeräten) auf hocheffiziente PWM-Controller oder Synchrongleichrichter-Controller zurückzugreifen.
Diese Controller decken ein breites Spektrum ab Eingangsspannungen (ca. -8 V bis 60 V) und Ausgangsströme (etwa -4 A bis 8 A), mit vielfältigen Variationen in Gehäuse, Montage, Betriebstemperaturen und Ausgabespezifikationen an jede Anwendung angepasst.
Schutzrelais und kommerzielle Lösungen zur Spannungsregelung
Neben der laufenden Regulierung ist Schutz der Schlüssel: a elektronisches Spannungsregelungsrelais Es überwacht anormale Zustände und löst bei gefährlichen Werten aus. In einphasigen und dreiphasigen Anlagen mit Neutralleiter erkennen diese Geräte Überspannungen, Unterspannungen, falsche Sequenz und Phasenausfallund bieten sogar externe Trigger-Eingänge und LED-Signalisierung.
Beispiel für die Merkmale eines Spannungsregelungsrelais: Schutz gegen Überspannung über 265 V mit an die Schwere angepassten Auslösezeiten (ca. 3 s bei 300 V, 800 ms bei 350 V, 200 ms bei 400 V), Schutz von Unterspannung unter 160 V (typische Zeit 300 ms), RST-Sequenzfehlererkennung in drei Phasen (Trigger ~1 s), externer Auslöser (≤10 ms) und LED-Anzeige.
Typische Anwendung: Schutz vor Neutralstellung durch phasenneutrale Messung sowohl im Einphasen- (RVM-Modell) als auch dreiphasig (RV-T/RV-TS), mit echter Effektivwertmessung (TRMS) und kompaktem Format für Modulare Schaltanlagen, elektrische und industrielle Umspannwerke.
REVALCO 1RSQE Dreiphasen-Wechselstrom-Spannungsregler. Gerät zur Überwachung und zum Schutz von Dreiphasensystemen. robuste Materialien, 1 geschaltetes Ausgangsrelais (Öffner/Schließer)Montage in DIN-Schiene EN 50.022Phasensteuerung, Über-/Unterspannungsschutz und Phasenausfallerkennung. Es ist ideal für Automatisierung und Steuerung in mehreren Szenarien.
Typische Referenzstandards für Geräte dieser Art: EN 55022 (Klasse B) und die Störfestigkeitsklasse EN 61000-4-x (einschließlich -2, -3, -4, -5, -6, -11), die alles von elektrostatischen Entladungen bis hin zu Strahlungs- und Leitungsimmunität und Netzwerkvariationen.
- Repräsentative technische Daten: 400-V-Stromversorgung (Eigenversorgung zwischen L1-L2) bis 50 / 60 HzUngefährer Stromverbrauch 1,5 W, Schutzart IP20 und Isolationsklasse II.
- Thermischer Bereich: Betriebsbereich von -10 °C bis +55 °CLagerung bei -25 °C bis +70 °C.
- Ausgangsrelais: 8 A bei 250 V~ (Öffner-Schließer-Schließer), Abmessungen 2 DIN-Module und wiegt etwa 0,11 kg.
Neuer dynamischer Spannungsregelungsdienst (PO 7.4) und Status in Spanien
In den letzten Monaten hat der Systembetreiber Folgendes ermöglicht: erste Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien Um einen dynamischen Spannungsregelungsdienst gemäß der neuen Verordnung PO 7.4 (vorgeschlagen 2020 und im Juni von der CNMC genehmigt) bereitzustellen, ist das System bereit, sodass diese Einrichtungen den Dienst anbieten können, sobald sie uns benachrichtigen.
Bis heute etwa 168 Anfragenwovon etwa 125 auf nicht steuerbare erneuerbare Energien entfallen. 24 Einrichtungen sind bereit Die Tests sollen beginnen; die übrigen geben entweder an, die Spannungsanweisungen nicht befolgen zu können oder die Dokumentation zu vervollständigen. Priorität hat die erste Gruppe. Ermöglichung nicht steuerbarer erneuerbarer Energienweil sie diejenigen sind, die dem System neue Ressourcen zur Verfügung stellen, obwohl sie auch konventionelle Kraftwerke (Kreisläufe, Wasserkraft) angefordert haben, die bereits zur Bereitstellung der Grundversorgung verpflichtet sind.
Vorteile für die autorisierten Einrichtungen: Priorität der Disposition und die Möglichkeit, die maximalen Produktionsumrüstrampen zu reduzieren. Um diese Option zu aktivieren, müssen sie die Fähigkeit zur Spannungsregelung in zwei Modi nachweisen: reaktive Slogans und SpannungsslogansDieser letzte Modus mit Echtzeit-Tracking bietet die Flexibilität, auf schnelle Veränderungen zu reagieren.
Viele Unternehmen im Bereich erneuerbarer Energien, die derzeit unter dem Mandat von Leistungsfaktor Sie sind bereits gesetzlich verpflichtet, technisch auf die Einhaltung von Spannungsanweisungen vorbereitet zu sein, daher ist kurzfristig mit einer Erhöhung der verfügbaren Ressourcen zu rechnen.
Relevante Klarstellungen des Betreibers: In den letzten Jahren gab es keinen Anstieg durchschnittliche Spannungspegel Dank der Inbetriebnahme von Steuerungselementen hat die Variabilität zwar zugenommen, muss aber von den Generatoren bewältigt werden. effektive SpannungsregelungSeit 2020 laufen Arbeiten zur Änderung von PO 7.4, um den Umfang der Ressourcen, die in der Lage sind, Anweisungen unter hohem Druck zu befolgen, zu erweitern und zu überschreiten. Piloten und öffentliche Anhörungen mit unterschiedlichen Positionen in einem Teil der konventionellen Generation.
- Erforderliche Kapazitäten: Die Kraftwerke, die den Dienst bereitstellen, müssen in der Lage sein, die benötigte Energie zu liefern/aufzunehmen. ±30 % Blindleistung in Bezug auf seine maximale Leistung.
- Es sind keine regulatorischen Ausnahmen bekannt, die den Betrieb erlauben würden. por debajo del minimo niedergelassen.
- Am 28. April gab es keinen Mangel an planmäßiger Reaktionskapazität; das Problem war die keine Aktivierung wenn das System es erforderte, und bei langsamen oder unzureichenden Reaktionen.
- Die Transportgrenze von 435 kV Sie wird seit Jahrzehnten durch Vorschriften aufrechterhalten; eine Senkung auf 420 kV würde höhere Kosten bedeuten. technische Einschränkungen und die Erfüllung dieses Vorhabens kann mit den derzeitigen Ressourcen nicht garantiert werden.
- Der Dienst, der reaktive Anweisungen verwendet, bietet nicht die vorübergehende Flexibilität Notwendig angesichts sehr schneller Schwankungen, daher der Anstoß zum Spannungssollwertmodus.
Dieser regulatorische Ansatz fügt sich in das Normensystem ein: Für eine effektive Kontrolle müssen Messgeräte den geltenden Normen entsprechen. IEC 61000-4-30 (Klasse A) und dass die Auswertung von Oberschwingungen, Zwischenharmonischen und Flimmern mit Hilfe von Methoden der IEC 61000-4-7 und IEC 61000-4-15während die Spannungsverträglichkeitswerte und die Stromemissionsgrenzwerte innerhalb von IEC 61000-2-xy 61000-3-xBzw.
Die Beherrschung der elektrischen Spannungsregelung erfordert den Umgang mit dem regulatorischen Rahmen (IEC/EN/IEEE) und die Anwendung vergleichbare und reproduzierbare Messmethodenund technische Lösungen einsetzen, die der Herausforderung gerecht werden: Spannungsregler (linear und geschaltet), Stabilisatoren, Schutzrelais und AC/DC-Regler, die alle mit Betriebsstrategien abgestimmt sind, die es erneuerbaren Energien ermöglichen, Spannungsvorgaben in Echtzeit einzuhalten. Dank dynamischerer Ressourcen, schnellerer Reaktionszeiten und Messtechnik der Klasse A kann das System auch bei hoher Nachfrage sicherer arbeiten. Einbindung erneuerbarer Energien und variable Nachfrage.
