Ein paar Gedanken aussem Ländle

Über das Synchronisieren von zwei Strom erzeugenden Generatoren

Wieso dieser Beitrag?

In einer Forenfrage hieß es kurz und knapp

Wir erzeugen unseren Strom selbst mit einem Benzingenerator, der eine Leistung von 2 kW liefern kann. Nun sind wir aber gerade dabei unsere Technik zu erweitern und so wie es aussieht, wird unser kleiner Generator bald nicht mehr reichen. Nun meine Frage: Ist es möglich den vorhandenen Generator mit einem weiteren ähnlicher Bauart zu kombinieren, oder kann es dadurch zu Störungen welcher Art auch immer kommen.

Nachdem ich diese Frage gelesen habe meinte ich mit der Google-Suche nach synchronisieren stromgeneratoren eine einfache Lösung verlinken zu können. Das war nicht der Fall und für ein Forenposting war die Antwort zu lang.

Wie sieht die Situation aus bei zwei Stromgeneratoren, die parallel geschaltet werden sollen.

Vorab muss man sich darüber klar sein, dass die Generatoren zu erden sind. Hierzu gibt es Möglichkeiten

1. der individuellen Erdung also jeder Generator wird mit einem eigenen Erder mit geerdet
2. der gemeinsamen Erdung, also beide Geräte werden mit einer Erdader verbunden und beide Geräte zusammen werden an einer Stelle geerdet
3. einer Kombination von beidem, also beide Geräte sind miteinander verbunden und beide Geräte sind geerdet

Im Fall drei tritt nachweisbar eine Induktionsschleife auf, die Magnetfelder geradezu einladen eine Störspannung zu induzieren.

Bezogen auf den Fall eins sollte man sich den Beitrag Die "verPENnte" Elektroinstallation einmal genauer ansehen.

Auch wenn der Übergang zur Erde niederohmig sein sollte tritt immer zwischen beiden Geräten ein deutlich von Null verschiedener Widerstandswert auf, so diese über zwei getrennte Erdungspunkte verfügen. Und mit diesen Übergangswiderständen wachsen dann auch möglicherweise die gefährlichen oder zumindest die störenden Spannungen zwischen den leitfähigen Teilen des Generators.

Fazit: Beide Geräte sind miteinander zu verbinden und an einer gemeinsamen Stelle mit einem Erder zu erden.

Die Nulleiter der Stromgeneratoren.

Die Nulleiter beider Generatoren sind darüber hinaus ebenfalls zu verbinden.

Hier tritt ein Problem auf, dass ich zur Zeit im Vollumfang nicht übersehe. Zur Erläuterung weiche ich auf ein anderes Problem aus und stelle gegenüber eine Schutztechnik „Schutzleiter“ und eine Schutztechnik „Schutzisolation“.

Ein metallisches Gehäuse wie eine Heizung oder ein Lüfter muss mit dem Schutzleiter verbunden sein, wenn man es am Stromnetz betreiben will. Der Schutzleiter stellt sicher, dass bei Defekten die theoretisch ein solches Metallgehäuse unter Spannung setzen würden, ein Kurzschluss entsteht und die normale Sicherung anspricht.

Bei einem Mixer für die Küche oder einer Kaffeemühle ist die Situation anders. Hier sind alle von außen berührbaren Teile aus Kunststoff bzw. der Metallmixer ist mit dem Elektromotor über ein Kunststoffgetriebe verbunden. Es gibt demzufolge von außen kein metallisches Teil, dass eine Person berühren könnte. Diese Geräte sind schutzisoliert.

Rein äußerlich muss bei einem schutzleitergeschützten Gerät der Schutzleiter angeschlossen werden, bei einem Schutzisolierten Gerät dagegen ist der Anschluss verboten. Damit sind die Geräte am Stecker erkennbar. Der Stecker des schutzleitergeschützten Gerätes ist mit einem Erdkontakt versehen, der Stecker des schutzisolationsgeschützten Gerätes ist zweipolig und ohne Schutzleiter.

Mein Problem: Ich übersehe den Markt der Generatoren nicht und die möglichen Varianten in den Schutzvorschriften. Es könnten ähnlich unterschiedliche Schutzvorschriften bestehen bei zwei Generatoren unterschiedlicher Bauart. Wenn bei dem einen Generator die Erdung mit dem Nulleiter verbunden sein muss und es bei dem andern eine solche Verbindung nicht geben darf, dann kann man diese beiden Generatoren nicht parallel schalten.

Zwei Generatoren laufen parallel ohne Verbindung miteinander

In einem ersten Schritt – hier sind die Phasen noch nicht miteinander verbunden – kann man beide Generatoren einfach anlassen und nebeneinander laufen lassen. Nehmen wir an, dass beide Generatoren eine ähnliche Geschwindigkeit haben und der erste Generator eine Frequenz erzeugt von 70 Hz und der zweite 71 Hz. Ich vermeide mal bewusst die 50 Hz. Es ist möglich, dass kommerzielle Generatoren diese Frequenz erzeugen, nötig ist es nicht.

Nun schaltet man zwei normale Glühbirnen – 10 Watt oder weniger genügen – hintereinander und verbindet mit dieser Baugruppe die beiden Phasen der Einzelgeneratoren (Also Phase 1 – Glühbirne 1 – Glühbirne 2 – Phase 2). Die Spannungen beider Phasen sind etwa gleich groß (240 Volt) und genau deshalb benötigt man auch zwei Glühbirnen. Sind beide Phasen genau gegenläufig, dann liegt eine Gesamtspannung von 480 Volt an.

Die beiden leicht unterschiedlichen Frequenzen der Phasenleitungen erzeugen weiterhin eine Schwebung von ca. 1 Hz. Mit anderen Worten: Diese beiden Lampen gehen 1 mal in der Sekunde an und aus.

Liegt die Schwebung in einem höheren Frequenzbereich, kann man recht einfach durch einen ersten Geschwindigkeitsabgleich beide Generatorgeschwindigkeiten gut aufeinander abstimmen. Ist die Schwebung irgendwann klein genug, also so klein, dass man ihr optisch und folgen und in der Aus-Phase der Lampen reagieren kann, so passt man den Zeitpunkt ab in dem beide Lampen nicht leuchten verbindet beide Phasen miteinander. Von diesem Zeitpunkt an laufen beide Generatoren synchron. Man hat beide Generatoren synchronisiert.

Lastübernahme bzw. Lastübergabe zwischen zwei Stromgeneratoren

Synchronisierte Generatoren laufen immer phasengleich oder phasenstarr. In einer solchen Situation ist es unmöglich, dass der eine Generator den anderen überholt. Was allerdings auftreten kann, das sind Lastunterschiede. Es kann sein, dass bei Zuschaltung einer Last nur ein Generator diese übernimmt oder zu 90% übernimmt und der andere eben nur 10%. Diese Lastverteilung kann man nur ausgleichen durch geschicktes “gas geben”, dass geregelt erfolgen sollte.

Inwieweit bei einfachen Generatoren aus dem Handel eine synchrone Lastübernahme vor allem bei variierenden Lasten überhaupt möglich ist, das kann ich nicht sagen. Dazu liegen mir keine Erfahrungen vor. Es ist keineswegs ausgeschlossen, dass hier eine elektronische Regelung nötig ist.

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— Wolfgang Uhr · Freitag Mai 16, 2008

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