Spannungsunsymmetrie und Stromunsymmetrie

Abb.: Symmetrie
Abb.: Symmetrie

Von Symmetrie in einem dreiphasigen System spricht man, wenn die drei Außenleiterspannungen und -ströme gleich groß und gegeneinander um 120° phasenverschoben sind.

Unsymmetrie entsteht, wenn eine oder beide Bedingungen nicht erfüllt sind. In den meisten Fällen liegt die Ursache für Unsymmetrien in den Lasten begründet.


Abb.: Unsymmetrie
Abb.: Unsymmetrie

In Hoch- und Mittelspannungsnetzen sind die Lasten meist dreiphasig und symmetrisch, obwohl auch hier große ein- oder zweiphasige Lasten vorhanden sein können (z.B. Netzfrequenz-Induktionsöfen, Widerstandsöfen etc.). Im Niederspannungsnetz sind die elektrischen Lasten häufig auch einphasig (z.B. PCs, Unterhaltungselektronik, Beleuchtungssysteme etc.), und die zugehörigen Laststromkreise sollten innerhalb der elektrischen Verkabelung auf die drei Außenleiter möglichst gleichmäßig verteilt werden. Abhängig von der Symmetrierung der einphasigen Lasten wird das Netz mehr oder weniger symmetrisch oder unsymmetrisch betrieben.

Der Verträglichkeitspegel für den Unsymmetriegrad im stationären Betrieb der Spannung verursacht von allen Netzverbrauchern ist mit ≤ 2 % festgelegt. Bezogen auf einzelne Verbraucheranlagen ist der resultierende Unsymmetriegrad mit = 0,7 % begrenzt, wobei über 10 Minuten zu mitteln ist.

Abb.: Unsymmetriedarstellung im Zeigerdiagramm
Abb.: Unsymmetriedarstellung im Zeigerdiagramm

Durch Unsymmetrie in der Spannung entstehen folgende Auswirkungen:

  • Erhöhte Strombelastung und Verluste im Netz.
  • Bei gleicher Verbraucherleistung können die Phasenströme den 2- bis 3-fachen Wert, die Verluste den 2- bis 6-fachen Wert erreichen. Leitungen und Transformatoren können dann nur zur Hälfte bzw. zu einem Drittel ihrer Nennleistung belastet werden.
  • Erhöhte Verluste und Rüttelmomente in elektrischen Maschinen.
  • Das vom Gegensystem der Ströme aufgebaute Feld läuft gegen die Drehrichtung des Läufers und induziert in diesem Ströme, die zu erhöhter thermischer Belastung führen.
  • Gleich- und Wechselrichter reagieren auf eine unsymmetrische Versorgungsspannung mit uncharakteristischen Oberschwingungsströmen.
  • In Dreiphasensystemen mit Sternschaltung fließt ein Strom durch den Neutralleiter.

Die detaillierten Formeln dazu finden Sie in der Formelsammlung.

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