Das 50,2 Hz Problem

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich habe kein passenderes Brett gefunden.
Gibts hier kein Brett „Alternative Energie“ oder habe ich das nur übersehen?

Also, das 50,2 HZ Problem ist mir grundsätzlich bekannt, und ich habe das auch verstanden.

Was ich nicht verstehe;
wieso ändert sich überhaupt die Frequenz?
WER ändert die Frequenz?

Die großen Generatoren in den Kraftwerken geben doch eine konstante 50Hz Frequenz raus. Diese ist doch geregelt, oder nicht???

Das Bedeutet doch, das eine Abweichung der Frequenz - warum auch immer - schon direkt im Kraftwerk korrigiert wird.

Oder sehe ich das falsch???

Wer kann mir mal erläutern, WARUM die Frequenz überhaupt höher oder niedrieger wird, und WER diese Änderung einleitet.

Danke.

#2

Hallo,

die Frequenz ist von der Drehzahl des Generators abhängig. Und diese wiederum ist lastabhängig.

Die Frequenzregelung der Kraftwerke beruht darauf, immer genau so viel elektrische Energie zu „produzieren“, wie gerade benötigt wird.
Es ist also eine enorme Leistung, bei sämtlichen Kraftwerken, die im Verbund arbeiten stets eine stabile Netzfrequenz zu halten.

Die Turbine treibt den Generator mit mechanischer (kinetischer Rotations-) Energie an, welcher diese Energie in elektrische umwandelt. Wird genau diese Menge abgenommen, ist alles ausgeglichen.

Wird die Leistung abgangsseitig reduziert, verringert sich die „Gegenkraft“ des Generators zur Turbine. Die Energie muß aber irgendwo hin, daraufhin dreht sie sich schneller, die Netzfrequenz und die Spannung steigt.

Genau andersherum siehts bei Unterfrequenz aus. Wird mehr abgenommen als produziert, hat es die Turbine schwerer, den Generator zu drehen, es geht langsamer, die Frequenz sinkt.

Das kannst du recht einfach mit einem Fahrraddynamo selbst ausprobieren. Fahrrad auf den Kopf stellen, Dynamo ans Hinterrad und mit der Hand kurbeln, am Besten einen nahezu 1:1 Gang einstellen.

An die Anschlüsse schließt du mehrere Glühlampen an. Je mehr Glühlampen angeschlossen sind, desto schwerer läßt sich der Dynamo drehen, du mußt mehr mechanische Energie investieren, um die Helligkeit beizubehalten. Nicht übertreiben, sonst geht er kaputt.
Nimmst du plötzlich die Last weg, geht es auf einmal ganz leicht, du mußt also die Kraft reduzieren.

LG

#3

Hallo

Die Netzfrequenz ist keineswegs stabil bei 50,000 Hz. Schau mal hier: http://www.netzfrequenzmessung.de/

Hans

#4

[*] für Klasse Link. OwT
.

#5

Die Netzfrequenz ist keineswegs stabil bei 50,000 Hz. Schau
mal hier: http://www.netzfrequenzmessung.de/

Hallo,

was ich dort nicht erwähnt ist: die Netzbetreiber sollen (und tun das auch) die Netzfrequenz so regeln, dass sich über längere Zeit, etwa 1 Tag, eine präzise mittlere Frequenz von 50 Hz ergibt, oder anders ausgedrückt, dass das Netz von Mitternacht bis Mitternacht genau 24 * 60 * 60 * 50 Perioden hat.

Das geschieht aus Rücksicht auf die Millionen davon abhängigen Uhren, die nur deshalb so genau laufen. Für eine momentane Frequenzmessung kann man aber das Netz nicht als Referenz benutzen.

Gruss Reinhard

#6

Was ich nicht verstehe;
wieso ändert sich überhaupt die Frequenz?
WER ändert die Frequenz?

Wenn man eine konstante Dampfmenge auf eine Turbine gibt, die den Generator antreibt, dann werden Turbine und Generator sich schneller drehen, wenn die Belastung des Generators sinkt.
Das bedeutet steigende Netzfrequenz und -spannung.

Die großen Generatoren in den Kraftwerken geben doch eine
konstante 50Hz Frequenz raus. Diese ist doch geregelt, oder
nicht???

Die Generatoren selber werden alle geregelt, so wird z.B. die Dampfmenge kontinuierlich angepasst.
Nur kannst du in einem Großkraftwerk nicht mal eben von Vollgas auf 80% herunterfahren, weil dann ungeheure Mengen Energie frei werden, die du nicht mal so eben in die Kühltürme jagen kannst.

Das Bedeutet doch, das eine Abweichung der Frequenz - warum
auch immer - schon direkt im Kraftwerk korrigiert wird.

Im Rahmen der Möglichkeiten, ja.

Wer kann mir mal erläutern, WARUM die Frequenz überhaupt höher
oder niedrieger wird, und WER diese Änderung einleitet.

Niemand ändert die gewollt. Sie ist ein Zeichen dafür, dass die Nachfrage nach Leistung fällt und die Netzbetreiber gerade dabei sind, die dadurch gestiegene Netzfrequenz wieder nach unten zu korrigieren - bzw. genau umgekehrt.

#7

die Frequenz ist von der Drehzahl des Generators abhängig. Und
diese wiederum ist lastabhängig.

Hallo,
danke dir. Ich habe dein Posting oben etwas gekürzt, aber natürlich vollständig gelesen.

Das verstehe ich grundsätzlich ja auch.

Was ich nicht verstehe; wenn ich mir einen mehr oder weniger billigen Stromgenerator kaufe, der eben einen Verbrennungsmotor hat, unde einen Stromgenerator, dann ist die Ausgangsfrequenz meines Wissens - von Lastschwankungen abgesehen - immer gleich, egal ob 20 Watt abgenommen wird, oder vielleicht die volle Leistung (sagen wir 1000 Watt bei einem kleinen Generator).

Dieses ist mit Sicherheit dann gegeben, wenn es sich um einen modernen Generator handelt, dessen Motordrehzahl keinen Einfluss auf die Ausgangsfrequenz hat.

Das ist doch alles simple Technik, und meine Frage beruht darauf, dass ich nicht verstehe, warum in einem Kraftwerk nicht immer mit konstanter Frequenz gearbeitet wird.

Dort - im Kraftwerk - sollte doch allerhöchstmoderne Technik sein, welche in der Lage ist, immer konstante Frequenz zu liefern.

Danke.
J

#8

Hallo,
danke, das habe ich mir angesehen.
Hoch interessant, und sogleich in meine FAVs gelegt.

Ich glaube, dass ich mich etwas verrannt habe.

Fazit; es ist offenbar NICHT möglich, absolut konstante Frequenz von eben exakt 50,00000 Herz in den Kraftwerken zu erzeugen.

Ist das so?

Eine Frage bleibt offen; ist diese Frequenzschwankung ein Zufallsprodukt, oder gewollt, um Einspeisewechselrichter aus der Ferne steuern zu können?

Danke.
J

#9

Ui, vielen Dank! owt.
.

#10

Niemand ändert die gewollt. Sie ist ein Zeichen dafür, dass
die Nachfrage nach Leistung fällt und die Netzbetreiber gerade
dabei sind, die dadurch gestiegene Netzfrequenz wieder nach
unten zu korrigieren - bzw. genau umgekehrt.

Danke.

O.k. langsam verstehe ich mehr.

Aber was ist dran an diesem „Gerücht“ (soweit ich das überhaupt richtig mitbekommen habe) das die großen Energieversorger mehr oder weniger absichtlich (vor einigen Wochen, wenigen Monaten) versucht haben, das Netz zum zusammen brechen zu bringen, in dem die Frequenz verändert wurde, und dadurch quasi eine Art „Lawine“ ins rollen gebracht wurde?

Ich habe das so verstanden, weiss aber nicht, ob das wirklich so ist; die Großkraftwerksbetreiber haben mit der Frequenzänderung die Macht, Einspeisewechselrichter in der Leistung zu beeinflussen, denn diese schalten ab, wenn die Frequenz ein bestimmtes Fenster (die Grenzen kenne ich leider nicht) verlässt.

Grüße
J

#11

Hallo,

Eine Frage bleibt offen; ist diese Frequenzschwankung ein
Zufallsprodukt, oder gewollt, um Einspeisewechselrichter aus
der Ferne steuern zu können?

Die Schwankungen sind ein Zufallsprodukt aus den Tatsachen, dass:

  • der Elektroenergiebedarf schwankt und diese Schwankungen nie vollständig vorhersehbar und reproduzierbar sind (sagen wir negative Störgröße)
  • regenerative Energie-Einspeisung sich nach keinem Bedarfsstand richtet und somit kaum beeinflussbar ist (außer Wasserkraft) und der Gesetzgeber es so wollte, dass man erst im äußersten Härtefall die regenerativen Energieeinspeiser abwirft (positive Störgröße).

Außerdem muss ja erst eine kleine Abweichung eintreten, damit die regelbaren Großeinspeiser nachjustieren können. Hellsehen kann leider niemand.

Wenn nun in ganz Deutschland die Wetterlage starken Wind verursacht, hat man eine gewaltige Menge überschüssiger Leistung im Netz und wenn sich nicht genug Verbraucher (z. B. nachts) finden, kann man noch so herunter regeln, irgendwann ist ein Ende erreicht, das man nicht mehr beherrscht, das ist der 50,2-Hz-Fall.

MfG
Marius

#12

Aber was ist dran an diesem „Gerücht“ (soweit ich das
überhaupt richtig mitbekommen habe) das die großen
Energieversorger mehr oder weniger absichtlich (vor einigen
Wochen, wenigen Monaten) versucht haben, das Netz zum zusammen
brechen zu bringen, in dem die Frequenz verändert wurde, und
dadurch quasi eine Art „Lawine“ ins rollen gebracht wurde?

Das wäre ein ziemlich dämlicher Versuch.
Weißt du, wieviele Leute da eingeweiht sein müssten?
(Dagegen wären die 9/11 Verschwörungen ein Kinderspiel gewesen)

Es hängen ja 41 Übertragungsnetzbetreiber aus 34 Staaten im europäischen Verbundnetz, geeinigt unter der ENTSO-E.
Dazu kommen dann die Kraftwerksbetreiber.

Ich habe das so verstanden, weiss aber nicht, ob das wirklich
so ist; die Großkraftwerksbetreiber haben mit der
Frequenzänderung die Macht, Einspeisewechselrichter in der
Leistung zu beeinflussen, denn diese schalten ab, wenn die
Frequenz ein bestimmtes Fenster (die Grenzen kenne ich leider
nicht) verlässt.

Würde z.B. eon sagen: Lass uns mal einfach so an einem Sonntag um 3 Uhr morgens alle Kraftwerke auf Volllast hichfahren, dann wäre das ein maximaler Verstoß gegen die Vorschriften.
In wie weit die Regelkapazitäten in Europa ausreichen würden, so einen Sabotageakt zu kompensieren, weiß ich nicht. Vermutlich würde aus dem lokalen Überangebot von Leistung ein so hoher Stromfluss aus dem von eon-Kraftwerken versorgtem Bereich resultieren, dass die Netzkupplungen gleich reihenweise abschalten würden.

Ich sehe, dass du dich für die Materie interssierst und verlinke daher mal einen der interessantesten Berichte, den ich kenne:

http://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Downloads…

Vielleicht etwas schwer zu verstehen, aber es zeigt, wie sehr das Verbundnetz darauf angewiesen ist, dass sich alle an dei Regeln halten. (Und dass eine Abschaltung um 22:10:13 Uhr der Leitung Wehrendorf-Landesbergen dazu führt, dass 14 Sekunden später mehrere hundert Kilometer entfernt die Leitung Schwandorf-Pleitning sich abschaltet - und in deren Folge weitere Leitungen über Östereich, Ungarn, Kroation,…)

Was ich damit sagen will:
Für solche „Spiele“ ist das Verbundnetz viel zu sensibel.
Es grenzt an Selbstmord, den Karren mal bewusst gegen die Wand fahren zu lassen, nur um ein paar Wechselrichter dazu zu bewegen, sich vorübergehend abzuschalten.

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#13

Fazit; es ist offenbar NICHT möglich, absolut konstante
Frequenz von eben exakt 50,00000 Herz in den Kraftwerken zu
erzeugen.

Ist das so?

Genauso und nicht anders.

Eine Frage bleibt offen; ist diese Frequenzschwankung ein
Zufallsprodukt, oder gewollt, um Einspeisewechselrichter aus
der Ferne steuern zu können?

Die Frequenz ergibt sich immer zufällig.
Woher soll der Netzbetreiber bzw. die (Groß-)Kraftwerksleute wissen, dass du genau in dem Moment deinen E-Herd einschaltest und beim Nachbarn die Kaffemaschine fertig ist?
Genau das machen zig Millionen andere Menschen auch in Europa zu irgendeinem Zeitpunkt.
Es gibt zwar grundsätzliche Statistiken über den Leitungsbedarf je nach Tages- und Jahreszeit. Der Einzelfall wird jedoch immer etwas davon abweichen und muss entsprechend ausgeregelt werden …

Das Agieren im Netz übernehmen Industrie und Haushalte (durch ein- und ausschalten von Geräten bzw. auch Einspeisung von Solaranlagen etc), die Netzbetreiber können immer nur darauf reagieren!

Grüße
peherr

#14

Hi xstrom,

danke dir.

Vermutlich ist das so, wie du schreibst.

Danke auch für den Link zum PDF, das ist hochinteressant!

Grüße
J

#15

Das Agieren im Netz übernehmen Industrie und Haushalte (durch
ein- und ausschalten von Geräten bzw. auch Einspeisung von
Solaranlagen etc), die Netzbetreiber können immer nur darauf
reagieren!

Grüße
peherr

Hallo,
o.k. danke, verstehe nun besser das System.

Grüße
j

#16

Ja xstrom, das sehe ich genauso.

Aber es kommt noch etwas hinzu: Wenn nur ein Netbetreiber die Frequenz ändern würde, dann würden seine Generatore irgendwann masl gegenphasig, also mit 180 Grad Phasenverschiebung einspeisen. Da sie gegen das Ganze Netz stünden, würden alle ihre Generatoren einfach durchbrennen. Da müssten dann wirklich alle gemeinsam an der Frequenzschraube drehen.

Ausserdem kann ich mich erinnern, als ich mein Praktikum bei einem Stromversorger machte, dass die Netzfrequenz bis auf 8 Stellen hinter dem Komma überwacht wurde, Abweichungen von nur wenigen mikrosekunden innerhalb 24 Stunden wurden registriert. Kann mir nicht vorstellen, dass da irgendetwas gemacht wird.

#17

Hallo Fragewurm,

Aber es kommt noch etwas hinzu: Wenn nur ein Netbetreiber die
Frequenz ändern würde, dann würden seine Generatore irgendwann
masl gegenphasig, also mit 180 Grad Phasenverschiebung
einspeisen. Da sie gegen das Ganze Netz stünden, würden alle
ihre Generatoren einfach durchbrennen. Da müssten dann
wirklich alle gemeinsam an der Frequenzschraube drehen.

Da spricht vorher die Schutzschaltung an und wirft den Generatror aus dem Netz.
Die Phasenlage ist schon beim Zuschalten des Generators ein Problem, wenn die Phasenlage nicht stimmt, knallt es ganz gewaltig. Deshalb kann der Generater erst and Netz geschaltet werden, wenn die Phasenlage synchron mit dem Netz ist. Das wird auch im weiteren Betrieb überwacht und im Fehlerfalle erfolgt eine Notabschaltung.

Hier hat das 2005 die SBB mal „ausprobiert“.
Ursache war eine Überlastabschaltung einer Übertragungsstrecke. Das Tessiner Teilnetz litt dann an einer Überkapazität, was zur Frequenzerhöhung und weiter zur Notabschaltung von 3 Kraftwerken führte…

http://www.gotthardbahn.ch/downloads/stromausfall_me…
http://www.gotthardbahn.ch/downloads/stromausfall_me…

Ausserdem kann ich mich erinnern, als ich mein Praktikum bei
einem Stromversorger machte, dass die Netzfrequenz bis auf 8
Stellen hinter dem Komma überwacht wurde, Abweichungen von nur
wenigen mikrosekunden innerhalb 24 Stunden wurden registriert.
Kann mir nicht vorstellen, dass da irgendetwas gemacht wird.

Tagsüber hinkt die Frequenz meist etwas hinter dem Soll her, nachts wird dann aufgeholt.
Wie schon geschrieben wurde, ist die Frequenzkonstantz im Bereich von Stunden recht mieserabel, lanzeitig über Wochen und Monate aber sehr präzise.
Langfristig hat das Netz genau 50*60*60*24 Schwingungen pro Tag, was man auch an der Ganggenauigkeit von Netzsynchronisierten Uhren sehen kann. Bei einem guten Versorgungsnetz gehen diese über Monate und sogar Jahre genau, ohne gerichtet zu werden.
Fehler entstehen normalerweise durch regionale Störungen (Schaltfehler, Kurzzeitausfälle, Stärsignale usw.).

Die Netzfrequenz, bzw, die Perioden/Tag, wird auch laufend mit den Atomuhren der amtlichen Zeitmessung abgeglichen.

MfG Peter(TOO)
P.S. Ich schreib das ein zweites mal, beim ersten mal war w-w-w abgestürzt als ich abschicken wollte :frowning:

#18

Ja xstrom, das sehe ich genauso.

Aber es kommt noch etwas hinzu: Wenn nur ein Netbetreiber die
Frequenz ändern würde,

Wäre ein Wunder geschehen.
Das Netz ist ein Verbundnetz. Auf dem ganzen Kontinent ist das ganze Netz im exakt selben Takt. Wenn ein Netzbetreiber durchdreht und Vollgas gibt, dann muss er das gesamte Netz anschieben. Das wird er nicht schaffen.

dann würden seine Generatore irgendwann
masl gegenphasig, also mit 180 Grad Phasenverschiebung
einspeisen.

Völlig unmöglich, wenn die Generatoren die ganze Zeit am Netz hängen.
Nur ein nicht am Netz laufender Generator kann sich so, wie du befürchtest, verhalten. Das würde man dann im Augenblick des Zuschaltens zum Netz aber schnell bemerken, da das ein hübsches Feuerwerk gibt.
Und deshalb wird erst zusammengeschaltet, wenn die Phasenlage genau stimmt. Bei kleineren Generatoren (ich habe mal einen 630kVA Diesel beim Zuschalten als Netzunterstützer gesehen) waren da schlicht drei Lampen, die jeweils zwischen L1 (Netz) und L1 (Generator) (und bei den anderen beiden Phasen genau so) geschaltet waren.
Bei kleiner Frequenzabweichung, sagen wir mal 0,1 Hz, schwankt dann deren Helligkeit langsam zwischen Maximal (hier hätten wir 180° Phasenlage) und vollkommen dunkel. Im rechten Augenblick zusammengeschaltet, hört man zwar kurz den Diesel etwas hart schlucken, dann läuft es aber rund.

#19

Hallo Xstrom,

Und deshalb wird erst zusammengeschaltet, wenn die Phasenlage genau stimmt.

Ja Du hast Recht, die Turbinen sind an den Generator angepasst und haben nicht die Leistung, den Generator so schnell anzutreiben. Aber man muss sich diese Konsequenz vor Augen halten, um zu verstehen, dass dies nicht möglich ist. In anderen Europäischen Ländern gibt es nicht so viel Ökostrom, dass die da ein Interesse hätten, da mitzumachen. Das war nur eine Bemerkung, um darzustellen, dass dies nicht möglich wäre.

#20

Hallo Xstrom,

Völlig unmöglich, wenn die Generatoren die ganze Zeit am Netz hängen.

Nein, das wäre theoretisch möglich: Wenn der Generator nicht sehr stark erregt ist, also im Teillastbereich läuft, kann die Turbine genügend Kraft aufbringen, den Generator schneller anzutreiben. Durch die dadurch entstehende Phasenverschiebung beginnt der Strom des Generators zeitweise in gegenrichtung zu fließen, der Generator wird also zum Motor, der versucht den Generator wieder auf Netzfrequenz abzubremsen. Da die Turbine jedoch stark genug ist, kann sie den Generator weiter beschleunigen. Irgenwann einmal tritt dann tatsächlich der Kurzschlussfall ein, wo die Sicherungen auslösen würden. Damit ist das mit der Phasenverschiebung zwar möglich, eine Änderung der Netzfrequenz jedoch nicht.