Wie man Oberschwingungen im Stromnetz misst

Du möchtest wissen, wie man Oberschwingungen in einem elektrischen System präzise erfasst. In diesem Leitfaden erfährst du die notwendigen Messmethoden und die dafür eingesetzten Technologien.

Oberschwingungen sind harmonische Verzerrungen der idealen Sinusform einer elektrischen Spannung oder eines Stroms. Sie entstehen oft durch nichtlineare Lasten wie Frequenzumrichter, LED-Netzteile oder Gleichrichter und können die Netzqualität beeinträchtigen.

Um Oberschwingungen zu messen, benötigst du Geräte, die nicht nur den Effektivwert (RMS), sondern auch die Wellenform analysieren. Während einfache Zähler nur die Leistung erfassen, benötigen Experten für die Analyse von Oberschwingungen spezialisierte Power-Quality-Analysatoren.

Bei hohen Strömen ist der Einsatz von Rogowski-Spulen entscheidend. Diese ermöglichen eine hohe Messgenauigkeit und eine sichere Erfassung des Stroms, was besonders bei der Analyse komplexer Netzstrukturen und hoher Lasten wichtig ist.

Eine präzise Messung erfolgt durch die Überwachung der harmonischen Anteile (z.B. 3., 5., 7. Harmonische). Moderne Analysegeräte berechnen daraus den THD-Wert (Total Harmonic Distortion), um die Abweichung von der idealen Sinuswelle zu quantifizieren.

In Anlagen mit Wechselrichtern oder Biogasanlagen ist die Überwachung der Oberschwingungen essenziell, um Schäden an Komponenten zu vermeiden. Hier werden oft stationäre Messsysteme zur kontinuierlichen Überwachung eingesetzt.

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Oberschwingungen sind Strom- und Spannungsanteile, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der 50-Hz-Netzfrequenz ist (150 Hz, 250 Hz, 350 Hz usw. — also 3., 5., 7. Ordnung). Sie entstehen durch nichtlineare Verbraucher wie Frequenzumrichter, Netzteile, LED-Treiber oder Wechselrichter, die den Strom nicht sauber sinusförmig aufnehmen. Messen kannst du sie nicht mit einem einfachen Multimeter — du brauchst ein Gerät, das die Kurvenform in ihre Frequenzanteile zerlegt (FFT-Analyse). In der Praxis ist das ein Netz- bzw. Netzqualitäts-Analysator (Power-Quality-Analysator); ein Oszilloskop mit FFT-Funktion zeigt die Oberschwingungen ebenfalls, bewertet sie aber nicht normkonform.

Konkret gehst du so vor: (1) Analysator am relevanten Punkt anklemmen — meist der Netzverknüpfungs- bzw. Netzanschlusspunkt, wo dein Netz auf das öffentliche Netz trifft, denn dort gelten die Grenzwerte. Die Spannung greifst du parallel ab, den Strom über Stromwandler oder Rogowski-Zangen. (2) Über einen aussagekräftigen Zeitraum aufzeichnen statt nur einer Momentaufnahme, weil sich die Last über Tag und Woche ändert; das Messverfahren nach DIN EN 61000-4-30 arbeitet dafür typischerweise mit 10-Minuten-Mittelwerten über eine ganze Woche. (3) Auswerten: Du liest die einzelnen Ordnungen (bei Umrichtern dominieren oft die 5. und 7.) sowie den Gesamt-Klirrfaktor THD ab, der alle Oberschwingungen als Prozentwert bezogen auf die Grundschwingung zusammenfasst. Als Grundlage dienen DIN EN 61000-4-7 (Messverfahren) und DIN EN 50160 (Grenzwerte im öffentlichen Netz). Kurz: Ja, du kannst Oberschwingungen selbst messen — aber nur mit einem FFT-fähigen Netzanalysator, am richtigen Punkt und über einen längeren Zeitraum; ein Multimeter oder eine einzelne Momentaufnahme reicht dafür nicht.