Die LMG Test Suite wurde von ZES ZIMMER für den Einsatz zusammen mit den Leistungsmessgeräten der LMG600-Serie für Messungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) gemäß der aktuell gültigen Fassungen des EN IEC 61000-3-2/-12-Standards für Oberschwingungsströme und EN IEC 61000-3-3/-11 zur Begrenzung von Flicker entwickelt. Darüber hinaus unterstützt die Software sowohl Messungen der Standbyleistung gemäß IEC 62301:2011 & EN 50564 als auch Messungen nach ECE R-10.4 Annex 11 (elektromagnetische Verträglichkeit von Fahrzeugen). Das LMG600 selbst führt harmonische Analyse und Flickermessungen nach EN IEC 61000-4-7 und EN IEC 61000-4-15 durch.
Konformitätsprüfungen mit der LMG Test Suite können sowohl online mit angeschlossenem Messgerät als auch offline auf Basis aufgezeichneter Daten durchgeführt werden. Dabei wird jeder gemessene Datensatz mit den grundlegenden elektrischen Kenngrößen des Prüflings (Effektivwerte von Spannung und Strom, Wirk-, Blind- und Scheinleistung, Leistungsfaktor, Verzerrung etc.) versehen, um die Aussagekraft der Information zu erhöhen und Fehlzuordnungen zu vermeiden. Sowohl Testergebnisse als auch in den Normen festgelegte Grenzwerte (fest oder produktabhängig) werden grafisch dargestellt.
Das System greift auf die bewährte Technik der LMG600-Leistungsmessgeräte zurück. Alle Leistungsmessgeräte von ZES ZIMMER weisen eine hohe Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit auf. Eine schnelle Gigabit-Ethernet-Schnittstelle (GigE) stellt reibungslose Kommunikation und schnellen Datenaustausch mit dem Testsystem sicher.
Die LMG Test Suite hilft, die Ursachen negativer Testergebnisse rasch zu identifizieren. Alle Messergebnisse können sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich dargestellt und ausgewertet werden. Jede Oberschwingungsfrequenz kann während der Prüfung einzeln betrachtet und untersucht werden, um das Problem einzugrenzen. Zusätzlich können alle Daten in voller Auflösung zur weiteren Untersuchung an Drittanwendungen übergeben werden, wahlweise per Clipboard oder durch Dateiexport.
Die LMG Test Suite unterstützt alle marktüblichen AC-Netzgeräte, die die Erfordernisse der zu prüfenden CE-Normen erfüllen. Dies bietet dem Anwender maximale Flexibilität. Insbesondere können bereits angeschaffte Netzgeräte weiter verwendet und zusätzliche Ausgaben vermieden werden. Eine gesonderte Kalibrierung des Netzgerätes im Hinblick auf die CE-Prüfung kann entfallen, da das Prüfsystem die Einhaltung der für die AC-Quelle vorgeschriebenen Parameter überwacht. So werden z.B. die Spannungsoberschwingungen der Quelle ausgewertet und grafisch dargestellt. Dies stellt Unabhängigkeit von harmonischer Verzerrung und Spannungsstabilität der Quelle sicher. Probleme von dieser Seite des Testaufbaus können hierdurch zuverlässig ausgeschlossen werden.
Alle Ergebnisse werden in aussagekräftigen, umfassenden PDF-Prüfberichten festgehalten. Neben den eigentlichen Messwerten werden alle Daten zu den verwendeten Geräten, ihren Einstellungen und dem Messaufbau im Prüfbericht dokumentiert. Dazu gehören u.a. der Typ der verwendeten Messgeräte, deren Seriennummern, Informationen zur letzten Kalibrierung, und deren Rückführbarkeit auf anerkannte Normale. Natürlich können die Berichte mit zusätzlichen, kundenspezifischen Informationen und Gestaltungselementen ergänzt werden, um eine gesonderte nachträgliche Bearbeitung überflüssig zu machen.
• Betriebssystem: Windows 7/8/10 (32/64 bit)
• Benötigter Speicherplatz Festplatte: Software: min. 50 MB, Daten ca. 20 MB pro phase pro Minute Messdauer
• Arbeitsspeicher: min. 2 GB
• Prozessor: min. 2 GHz, dual-core
• Unterstützte Schnittstelle: Gbit-Ethernet
In den vergangenen beiden Jahrzehnten nahm die Sorge um die Versorgungsqualität im öffentlichen Netz zu, da die Anzahl elektrischer und elektronischer Geräte sowohl in Unternehmen als auch Privathaushalten stetig wuchs. Dabei verursachen vor allem Spannungswandler in Netzteilen deutliche Stromoberschwingungen, welche die effiziente Leistungsübertragung im Netz behindern und den Neutralleiter belasten.
Gleichzeitig verursachen die hohen Anlaufströme von Elektromotoren oder elektronischen Geräten Schwankungen der Netzspannung. Diese Störungen beeinträchtigen nicht nur die Versorgungsqualität, sie verursachen auch Flicker, wiederholte Schwankungen der Leuchtdichte betroffener Lichtquellen. Dieser Flicker, bewusst wahrnehmbar oder nicht, kann bei Menschen, die ihm ausgesetzt sind, Unwohlsein hervorrufen.
In heutigen Netzen ist es entscheidend, das Phänomene wie Stromoberschwingungen und Flicker reguliert und kleingehalten werden. Dies ist der Geltungsbereich eines großen Teils der Normenfamilie IEC 61000 zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Diese Normen werden auf internationaler Ebene von der International Electrotechnical Commission (IEC) herausgegeben und von örtlichen Organisationen, die entweder einzelne Staaten oder größere Regionen vertreten, überprüft und harmonisiert.
Wenn es um elektromagnetische Verträglichkeit geht, ist die Europäische Union (EU) besonders fordernd, indem sie von allen Produkten, die auf ihrem Gebiet vertrieben werden, verlangt, dass sie das „CE“-Zeichen tragen, was bedeutet, dass sie die entsprechenden EMV-Normen einhalten. Das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (Cenelec) prüft regelmäßig die internationalen IEC-Normen, bevor sie zu europäischen (EN-)Normen werden. Die IEC- und EN-Versionen der Normen sind nicht zwangsläufig identisch, auch wenn es in der Praxis oft darauf hinausläuft. Für das CE-Zeichen sind nur die EN-Normen relevant.
Die Verträglichkeitsprüfung gemäß der EN IEC 61000 Normenfamilie ist daher für jeden Hersteller elektrischer und elektronischer Geräte, der seine Geräte im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) in Umlauf bringen möchte, unabdingbar.
Ein weiterer wichtiger Punkt, den jeder Elektronikhersteller heutzutage beachten muss, ist der Wirkungsgrad der Produkte, insbesondere der Verbrauch im Standby-Modus. Die von IEC 62301 abgeleitete EN 50564-Norm legt die entsprechenden Messvorschriften für elektrische und elektronische Haushalts- und Bürogeräte fest.
Im Rahmen der Verträglichkeitsprüfung mit dem LMG600 und der LMG Test Suite werden wir einen näheren Blick auf die folgenden unterstützten Normen werfen:
Die folgende Tabelle zeigt sowohl die derzeit von der LMG Test Suite unterstützten Normen, als auch künftige Versionen und den derzeitigen Stand ihrer Implementierung in der Software.
Als Hersteller von Präzisionsleistungsmesstechnik ist ZES ZIMMER in internationalen Normungsausschüssen vertreten. Daher werden alle Änderungen an Normen umgehend in der LMG Test Suite berücksichtigt.
| EN | IEC | DOW | gültig bis | Entwicklungsstand in Test Suite |
| Störaussendung | ||||
| Grenzwerte Oberschwingungen | ||||
| 61000-3-2 (≤16A) | ||||
| EN 61000-3-2:2006 + A1:2009 + A2:2009 | IEC 61000-3-2:2005 + A1:2008 + A2:2009 | 2012/07/01 | Implementiert | |
| EN 61000-3-2:2014 | IEC 61000-3-2:2014 | 2017/06/30 | 2018/12/10 | Implementiert |
| EN IEC 61000-3-2:2019 | IEC 61000-3-2:2018 | 2022/03/01 | Implementiert | |
| EN IEC 61000-3-2:2019 + A1:2021 | IEC61000-3-2:2018 + A1:2020 | TBD | Implementiert | |
| EN IEC 61000-3-2:2019 + A1:2021 + A2:2024 | IEC61000-3-2:2018 + A1:2020 + A2:2024 | TBD | Implementiert | |
| 61000-3-12 (16-75A) | ||||
| EN 61000-3-12:2011 | IEC 61000-3-12:2011 | 2014/06/16 | Implementiert | |
| EN 61000-3-12:2011 + A1:77A/1042/CDV | IEC 61000-3-12:2011 + A1:2021 | Implementiert | ||
| 61000-3-16 | ||||
| Entwurf: IEC 61000-3-16:77A/1138/CD | Implementiert | |||
| Messverfahren Oberschwingungen | ||||
| 61000-4-7 | ||||
| EN 61000-4-7:2002 + A1:2009 | IEC 61000-4-7:2002 + A1:2008 | 2012/03/01 | Implementiert | |
| Grenzwerte Flicker | ||||
| 61000-3-3 (≤16A) | ||||
| EN 61000-3-3:2013 | IEC 61000-3-3:2013 | 2016/06/18 | 2018/02/22 | Implementiert |
| EN 61000-3-3:2013 + A1:2019 | IEC 61000-3-3:2013 + A1:2017 | 2022/08/02 | Implementiert | |
| EN 61000-3-3:2013 + A1:2019 + A2:2021 | IEC 61000-3-3:2013 + A1:2017 + A2:2021 | Implementiert | ||
| 61000-3-11 (≤75A) | ||||
| EN 61000-3-11:2000 | IEC 61000-3-11:2000 | 2003/11/01 | TBD | Implementiert |
| EN IEC 61000-3-11:2019 | IEC 61000-3-11:2017 | 2022/11/01 | Implementiert | |
| Messverfahren Flicker / Flickermeter | ||||
| EN 61000-4-15:2011 | IEC 61000-4-15:2010 + COR:2012 | 2014/01/02 | TBD | Implementiert |
| Standby Leistung | ||||
| EN 50564:2011 | IEC 62301:2011 | 2014/03/03 | Implementiert | |
DOW = Date of withdrawal: Spätestes Datum, zu dem die nationalen Normen, die der EN entgegenstehen, zurückgezogen werden müssen
CD = Komiteeentwurf zur Beratung
CDV = Komiteeentwurf zur Abstimmung (Committee draft for vote)
FDIS = Endgültiger Entwurf der internationalen Norm zur Abstimmung (Final draft international standard)
ISH = Interpretationsblatt (Interpretation sheet)
RDV = Abstimmungsbericht eines FDIS (Report of voting on an FDIS)
(1) Nicht im OJEU gelistet, aber durch Verweis aus 61000-3-2/-3 verbindlich anzuwenden
(2) Die Texte von EN und IEC sind hier trotz gleicher Nummer und Datum nicht identisch
Copyright 2020 für diese Zusammenstellung ohne Gewähr bei ZES ZIMMER Electronic Systems GmbH (Stand 2020/09/01)
Moderne elektrische und elektronische Geräte können beträchtliche Oberschwingung in das öffentliche Versorgungsnetz aussenden. Aufgabe der Normen IEC 61000-3-2 und IEC 61000-3-12 ist es, die Aussendung dieser Oberschwingungen zu begrenzen, um elektromagnetische Verträglichkeit und Spannungsqualität im Netz zu verbessern.
Diese Norm bezieht sich auf Prüflinge (EUT) mit einem Eingangsstrom von maximal 16 A pro Phase. Zu den allgemeinen Anforderungen zählt u.a. dass der Prüfling an einem Versorgungsnetz mit 220/380 V, 230/400 V oder 240/415 V bei 50 oder 60 Hz betrieben wird.
Die Einteilung der Prüflinge in 4 Geräteklassen ist ein Kernbereich der Norm. Beispiele für Geräte der Klassen A, B, C und D sind u.a.:
Klasse A: symmetrische dreiphasige Geräte, Haushaltsgeräte, nicht tragbare Elektrowerkzeuge
Klasse B: tragbare Elektrowerkzeuge
Klasse C: Beleuchtungseinrichtungen
Klasse D: PCs, Fernsehgeräte, Kühl- und Gefriergeräte
Geräte, die nicht unter die Klassen B, C oder D fallen, werden unter Klasse A eingestuft.
Gemäß der Geräteklassen kommen unterschiedliche Grenzwerte und Prüfbedingungen zur Anwendung. Die LMG Test Suite sieht die Auswahl der Geräteklasse in den Prüfeinstellungen unter Bezug auf die entsprechenden Absätze der Norm, in denen die jeweiligen Grenzwerte und Verfahren beschrieben sind, vor.
Gemäß EN IEC 61000-3-2 Abbildung A.2 kommt folgender Aufbau für Verträglichkeitsprüfungen dreiphasiger Prüflinge mit dem LMG600 zum Einsatz:
Die verwendete Prüfquelle muss den in §A.2 beschriebenen Anforderungen genügen. Lässt man 2 der 3 Phasen außer Acht, so ist der Aufbau für einphasige Prüfungen identisch. In der Software wird klar zwischen Ein- oder Dreiphasenbetrieb unterschieden.
Das Leistungsmessgerät LMG600 wurde für die Messung von Oberschwingungen gemäß EN IEC 61000-4-7 konzipiert. Der Anwender hat die Prüfbedingungen laut Annex B gemäß der Art des Prüflings festzulegen und die entsprechenden Grenzwerte auszuwählen. Diese werden vor der Prüfung an die LMG Test Suite übergeben. Während der Prüfung führt die LMG Test Suite den in §6.3.2 der Norm EN IEC 61000-3-2 beschriebenen Ablauf durch und wendet die entsprechenden Bedingungen und Grenzwerte für die Messungen an.
Gleichzeitig misst das Gerät neben den Oberschwingungen auch die Spannung an den Anschlüssen des Prüflings, um die Einhaltung der Anforderungen von §A.2 sicherzustellen. Die Software kann bei der Prüfung die Oberschwingungen wahlweise gruppieren oder nicht und so auch ältere Versionen der Norm unterstützen. Schließlich können ausgewählte Stromoberschwingungen auch über die Zeit dargestellt werden. Wird dies auch von der Norm nicht gefordert, so kann es doch beim Aufdecken der Ursachen sehr hilfreich sein, die Ursachen für Oberschwingungen bestimmter Ordnungen aufzudecken, die letztlich ein Durchfallen bei der Prüfung bewirken.
Gemäß der Norm kann der Bericht sowohl auf Angaben beruhen, die einer Prüfeinrichtung vom Hersteller übermittelt wurden, als auch Einzelheiten eigener Tests des Herstellers wiedergeben. Er enthält alle maßgeblichen Angaben zu den Prüfbedingungen, den Prüfzeitraum, und, sofern dies zur Festlegung der Grenzwerte relevant ist, die Wirkleistung oder Grundschwingung des Stroms und den Leistungsfaktor.
Diese Norm bezieht sich auf Prüflinge (EUT) mit einem Eingangsstrom > 16 A bis zu 75 A pro Phase, die für den Anschluss an ein öffentliches Niederspannungs-Verteilnetz mit einer Nennspannung von bis zu 240 V (einphasig, 2-3 Leiter) oder 690 V (dreiphasig, 3-4 Leiter) und einer Nennfrequenz von 50 oder 60 Hz vorgesehen sind.
Die Norm EN IEC 61000-3-12 wendet ebenfalls die zuvor für die EN IEC 61000-3-2 in Abbildung A.2 beschriebene Anordnung an.
Die verwendete Prüfquelle muss den in §A.2 beschriebenen Anforderungen genügen. Lässt man 2 der 3 Phasen außer Acht, so ist der Aufbau für einphasige Prüfungen identisch. In der Software wird klar zwischen Ein- oder Dreiphasenbetrieb unterschieden.
Die LMG Test Suite führt die Verträglichkeitsprüfung gemäß der in §7.2 beschriebenen Anforderungen für direkte Messungen durch.
Die Norm erlaubt alternativ zur Bestimmung der Verträglichkeit auch eine Berechnung aufgrund validierter Simulation, die zum Einsatz kommen kann, falls die Anforderungen für die direkte Messung nicht erfüllt werden. Dieser Ansatz liegt teilweise außerhalb des Einsatzbereichs des LMG600 und der LMG Test Suite Software. Das Leistungsmessgerät und die Software können jedoch eingesetzt werden, um wie in §7.3.a beschrieben eine Referenz zu etablieren, mit der darauffolgende Simulationen verglichen werden.
Das LMG600 misst zusammen mit der LMG Test Suite die Stromoberschwingungen wie in §4.2.2 der Norm beschrieben. Dafür werden der über 1.5s gemittelte Effektivwert für individuelle Zeitfenster, wie in EN IEC 61000-4-7 definiert, sowie das arithmetische Mittel der DFT-Werte des Zeitfensters über die komplette Beobachtungsdauer berechnet.
Die Prüfbedingungen (Annex A) und zur Anwendung kommenden Grenzwerte (Tabellen 2 bis 5) müssen vom Anwender verifiziert und korrekt ausgewählt werden. Diese werden an die Testeinstellungen übergeben. Die Software führt den Test dann gemäß der übergebenen Bedingungen aus und entscheidet durch Anwendung der in §4.2.5 beschriebenen Grenzwerte, ob die Vorgaben eingehalten wurden.
Der Prüfbericht soll alle Angaben zur Bestimmung des Referenzstroms, des angewandten Kurzschlussverhältnisses, des minimal benötigten Kurzschlussverhältnisses und der angewandten Tabelle, sowie die Prüfbedingungen und Beobachtungsdauern enthalten.
Anwendungsbereich der Normen EN IEC 61000-3-3 und EN IEC 61000-3-11 ist die Begrenzung von Spannungsschwankungen und Flickerstörungen, die in das öffentliche Niederspannungs-Verteilnetz zurückgespeist werden. Derartige Schwankungen resultieren aus Stromschwankungen, die der Prüfling (EUT) an der Netzimpedanz auslöst.
Diese Norm gilt für Prüflinge mit einem Eingangsstrom nicht größer als 16 A pro Phase. Der Prüfling ist für den Anschluss an öffentliche Niederspannungs-Verteilnetze mit einer Spannung zwischen Phase und Nullleiter von 220 bis 250 V und einer Frequenz von 50 Hz vorgesehen.
Abbildung 1 der Norm zeigt die Anordnung zur Messung des Flickers. Mit dem LMG600 stellt sich der Aufbau wie folgt dar:
Die Spannungsquelle G muss die Anforderungen von §6.2 erfüllen, während die Messvorrichtung die Messung gemäß der Norm EN IEC 61000-4-15 durchzuführen hat. Die Netzimpedanz beträgt (0.24 + j0.15) Ω auf den Phasen und (0.16 + j0.1) Ω auf dem Nullleiter.
Lässt man 2 der 3 Phasen außer Acht, so ist der Aufbau für einphasige Prüfungen identisch. In der Software kann klar zwischen Ein- oder Dreiphasenbetrieb gewählt werden.
Flicker wird anhand der Spannungsänderungscharakteristik ΔUhp(t) an den Anschlüssen des Prüflings wie in §4.1 der Norm beschrieben bewertet. Von ΔUhp(t) schließt das LMG auf die Kennwerte der Flickerbewertung:
Der Anwender hat sicherzustellen, dass vor jeder Prüfung sowohl die allgemeinen Bedingungen von §6.6 als auch die prüflingsabhängigen Bedingungen von Annex A eingehalten werden. Die LMG Test Suite erlaubt die Auswahl des Prüflingstyps gemäß Annex A und wendet die entsprechenden Bedingungen und Grenzwerte an.
Die Norm EN IEC 61000-3-3 beschreibt neben dem Flickermeter auch weitere Vorgehensweisen wie die Simulation oder Analyse. Diese Ansätze liegen außerhalb des Einsatzbereichs des LMG600 und der LMG Test Suite. In jedem Fall gilt bei der Flickerbewertung der gemessene Wert immer als Referenz.
Die EN IEC 61000-3-11 gilt für elektrische und elektronische Geräte mit zulässigem Strom bis 75A, die für den Anschluss an öffentliche Niederspannungs-Verteilnetze mit einer Spannung zwischen Phase und Nullleiter von 220 bis 250 V und einer Frequenz von 50 Hz vorgesehen sind.
Die Prüflinge dieser Norm unterliegen einer Sonderanschlussbedingung, was bedeutet, dass der Prüfling nicht notwendigerweise mittels der Referenzimpedanz gemäß EN IEC 61000-3-3 bewertet wird. Dies deckt auch Geräte mit zulässigem Strom bis 16 A ab, die bei einer Prüfung gemäß EN IEC 61000-3-3 die Anforderungen nicht einhalten. In derartigen Fällen können die Geräte einer erneuten Prüfung gemäß EN IEC 61000-3-11 unterzogen werden.
Der Aufbau wird in Abbildung B.1 der Norm beschrieben und deckt sich weitgehend mit dem oben in EN IEC 61000-3-3 beschriebenen, mit dem einzigen Unterschied, dass der Wert der Netzimpedanz vom Test und den in §6 beschriebenen Messverfahren abhängt.
Das LMG600 folgt als Flickermeter gemäß EN IEC 61000-4-15 der Spannungsänderungscharakteristik ΔUhp(t), von der die Kennwerte der Flickerbewertung abgeleitet werden:
Für Prüflinge mit einem Nennstrom bis 16 A gelten die gleichen Prüfbedingungen wie in Annex A der EN IEC 61000-3-3 beschrieben. Bei Geräten mit einem Nennstrom über 16 A sind die allgemeinen Prüfbedingungen von §6.6 der EN IEC 61000-3-3 anzuwenden. Weiterhin gelten für manuell geschaltete Prüflinge andere Bedingungen und Grenzwerte. Die korrekte Anwendung der Prüfbedingungen liegt beim Anwender, der sie in den Einstellungen der LMG Test Suite festzulegen hat. Die Software wird den entsprechenden Ablauf durchführen, um die Verträglichkeit zu bewerten.
Die Netzimpedanz ist ein Schlüsselparameter der Prüfung. Die Entscheidung, ob die Referenzimpedanz Zref zur Anwendung kommen soll, oder eine Testimpedanz Ztest liegt beim Anwender. Abhängig von der gewählten Impedanz wird die LMG Test Suite entweder die direkt gemessenen Kennwerte verwenden oder sie gemäß §6.2.3 an Ztest anpassen. Liegen die errechneten Werte innerhalb der Grenzwerte von §5, kann die Einhaltung der Norm erklärt werden.
Sollten die Grenzwerte verletzt werden, so wird der in §6.3 beschriebene Ablauf durchgeführt, und die maximal erlaubte Systemimpedanz Zsyst zur Bewertung der Flickereigenschaften verwendet wie in §6.3.2 beschrieben.
Ein in den letzten 20 Jahren stetig gewachsenes Umweltbewusstsein hat zur Erkenntnis geführt, dass das Vermeiden von Energieverschwendung im Zentrum der Bemühungen stehen muss. Eine unbestrittene Quelle derartiger Verschwendung ist eine Vielzahl moderner elektrischer Geräte, die Strom verbrauchen, obwohl sie gerade eigentlich nicht verwendet werden. Zu den typischen Beispielen zählen LED-Statusanzeigen abgeschalteter Geräte, digitale Uhren an Öfen und Mikrowellenherden, oder interne Schaltkreise, die im Standby-Zustand nur auf Fernsteuersignale oder Sensoreingaben zum Wiedereinschalten warten.
Gegenwärtig wird die Anzahl der elektronischen Geräte, die derartiges Verbrauchsverhalten an den Tag legen, auf mehrere Milliarden geschätzt, was zu einem angenommenen jährlichen Energieverbrauch im Bereich von zehntausenden GWh führt.
Die EU Kommission entschied 2008, den Verbrauch elektrischer Geräte (EuP) unter der Ökodesign-Richtlinie 2005/32/EC zu beschränken. Die Richtlinie liefert konsistente, EU-weite Regeln zur Verbesserung der Umweltverträglichkeit von Produkten. Die Richtlinie 1275/2008 der Kommission legt die Grenzwerte des Verbrauchs im abgeschalteten Zustand und im passiven Standby-Modus fest. Seit 2013 gelten die folgenden Grenzen:
Bei diesen Grenzwerten handelt es sich um Designvorgaben für elektrische und elektronische Produkte, die EU-Richtlinien einhalten müssen. Deshalb muss bereits bei der Entwicklung jedes neuen Produkts der Verbrauch in allen Betriebszuständen zuverlässig ermittelt werden. Die Internationale Elektrotechnische Kommission legt das Verfahren zur Messung niedriger Leistungen in der Norm IEC 62301 fest. Die von CENELEC veröffentlichte europäische EN ist von der IEC 62301 abgeleitet, weitet aber den Geltungsbereich auf zusätzliche Haushalts- und Bürogeräte aus. Nur EN 50564 wird bei der Erteilung des CE-Zeichens angewandt. Daher wird im Folgenden der Schwerpunkt auf diese Norm gelegt.
Die Systemlösung von ZES ZIMMER setzt das LMG600 zur präzisen Leistungsmessung ein und nutzt die LMG Test Suite zur Durchführung normgerechter Prüfungen, Anwendung der entsprechenden Grenzwerte und Erstellung von Berichten.
Das Messen niedriger Leistungen ist alles andere als einfach. Eine detaillierte Betrachtung findet sich in unserem Applikationsbericht 112: Messung der Stand-by Leistung und der Energie-Effizienz.
Selbst für anspruchsvolle Leistungsmessgeräte ist es oft eine Herausforderung, die schnellen Pulse und Spitzen, die bei niedrigen Leistungen auftreten, korrekt zu erkennen und zu messen. Darüber hinaus erschweren derart plötzliche Sprünge dem Anwender die Auswahl des passenden Strommessbereichs. Der Einfluss niedriger Leistungsfaktoren kompliziert die Situation zusätzlich. Sie werden nicht nur durch die nicht länger sinusförmigen Ströme verursacht, die in diesen Betriebsarten auftreten, sondern auch durch den Einsatz von Kondensatoren zur Entstörung, die beträchtliche Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung hervorrufen können. Das Problem ist mehr oder weniger das Gleiche: niedrige Leistung muss mit einem viel höheren Strommessbereich gemessen werden. Die geringe Wirkleistung, um die es geht, wird durch einen Strom übertragen, der viel höher als nötig ausfällt, was durch die hohe auftretende Scheinleistung bedingt ist.
Deshalb ist es wichtig, dass ein Messgerät zur Messung niedriger Leistungen Strommessbereiche mit hohen Scheitelfaktoren bereitstellt. So kann die Messunsicherheit vergleichsweise klein gehalten werden, wenn statt eines höheren ein niedrigerer Strommessbereich gewählt wird, während die Stromspitzen zu keiner Übersteuerung führen. Natürlich verbietet sich in diesem Fall die automatische Messbereichswahl, dass sie zu inakzeptablen Lücken bei der Messung führen kann. Weitere Lücken können sowohl von begrenzter Verarbeitungs- und Übertragungskapazität von Daten als auch von Fehlern beim DC-Abgleich hervorgerufen werden. In derartigen Fällen zeichnen sich hochpräzise Messgeräte durch hohe Verarbeitungskapazität und hochwertige Komponenten aus.
Aber letztlich ist keine Spannungs- oder Strommessung perfekt. Jedes Voltmeter hat einen sehr hohen, aber dennoch endlichen Innenwiderstand, und wird deshalb von einem Strom durchflossen, und jedes Amperemeter hat einen zwar sehr geringen, aber von Null verschiedenen Innenwiderstand, der zu einem Spannungsabfall führt. Jede mögliche Anschlusstopologie wird daher eine dieser beiden Fehlerquellen in die Messung einbringen. Für das Messen niedriger Ströme ist es vorzuziehen, den Strommesser direkt an die Last anzulegen, so dass der tatsächlich die Last durchfließende Strom korrekt erfasst wird. Der unvermeidliche Spannungsabfall am Strommesser, der hierdurch fälschlicherweise der Last zugeordnet wird, sollte gegenüber dem Spannungsabfall an der Last sehr gering ausfallen. Umgekehrt sollte man bei der Erfassung sehr geringer Ströme keine zusätzlichen Stromfehler riskieren. Daher ist von einem direkten Anschluss des Spannungsmessers an die Last abzuraten, da der winzige Leckstrom durch das Voltmeter in der gleichen Größenordnung wie der zu messende Strom durch die Last liegen kann.
Es gibt Unterschiede hinsichtlich der Definition der Genauigkeit zwischen EN 50564 und der EU-Richtlinie 1275/2008. Erstere legt nur die Genauigkeit des Messgeräts fest, während die Zweite die Genauigkeit des gesamten Aufbaus festlegt. Dem muss besondere Beachtung geschenkt werden, da die EU-Richtlinie Vorrang vor EN 50564 hat.
Annex B der EN 50564 gibt einige Anhaltspunkte zur Spezifikation des Leistungsmessgeräts. ZES ZIMMER legt die Messlatte mit dem LMG600 sehr hoch – einem hochwertigen Power Analyzer mit einer der höchsten Genauigkeiten im Markt. Sowohl die im Vorangegangenen erläuterten Probleme als auch die Betrachtungen §B.2 der EN 50564 werden vom LMG600 mit den folgenden Spezifikationen adressiert:
Die in EN 50564 beschriebenen Methoden der Leistungsmessung gelten für elektrische Geräte unter geringem Verbrauch. Die Nennspannungen variieren von 100-250 V AC für einphasige Geräte oder 130-480 V AC für andere Geräte.
In einer Betriebsart mit geringer Leistungsaufnahme ist der Verbraucher zwar an das Netz angeschlossen, führt aber keine seiner primären Funktionen aus. Diese Betriebsart beinhaltet einen der folgenden Zustände:
Es gibt mehrere Produkttypen, die eine oder mehrere dieser Funktionen unter niedriger Leistung unter verschiedenen Umschaltbedingungen in eine oder mehrere Hauptfunktionen übernehmen. Diese Typen sind in §A.5 der Norm detailliert beschrieben.
Ein Test bei niedriger Leistungsaufnahme beinhaltet verschiedene Abläufe, auf die der Anwender ausreichende Sorgfalt verwenden sollte, wie die Vorbereitung des Produktes, ordnungsgemäßes Warmlaufen, erreichen eines stabilen Betriebszustands, sowie die Erkennung und Unterscheidung verschiedener Betriebszustände bei niedriger Leistung.
Weiterhin können Verbraucher niedriger Leistung gemäß ihrer Stabilität als zyklisch oder nicht-zyklisch eingeordnet werden, d.h. ein Produkt kann bei niedriger Leistungsaufnahme stabile Verbrauchswerte aufweisen oder eine regelmäßige Reihe verschiedener Zustände durchlaufen. Für jeden Fall kommen andere Abläufe zur Anwendung.
Die Norm beschreibt in §5.3 drei unterschiedliche Messmethoden:
Die Entscheidung darüber, welche Art der Stabilität vorliegt und welches Verfahren zur Anwendung kommen soll, liegt letztlich beim Anwender. Zusätzlich muss der Anwender dafür sorgen, dass der Prüfling korrekt angeschlossen ist und vor der Prüfung ordnungsgemäß angeschaltet wird, sowie alle weiteren Einzelheiten beachten, für die menschliche Eingriffe erforderlich sind. Die LMG Test Suite stellt alle Messverfahren für alle Stabilitätstypen in den Pre-Test-Einstellungen bereit. Die Software wertet die Ergebnisse gemäß des angewandten Verfahrens aus und entscheidet über das Bestehen/Durchfallen bei der Prüfung.
