{"id":10665,"date":"2015-10-21T09:10:00","date_gmt":"2015-10-21T09:10:00","guid":{"rendered":"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/?p=330"},"modified":"2015-10-21T09:10:00","modified_gmt":"2015-10-21T09:10:00","slug":"nutenoberschwingungen-in-stromerzeugungsanlagen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/circutor.com\/de\/articulos\/nutenoberschwingungen-in-stromerzeugungsanlagen\/","title":{"rendered":"Nutenoberschwingungen in Stromerzeugungsanlagen"},"content":{"rendered":"<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>Einleitung<\/strong><\/p>\n<p>Die Probleme, die eine ungen\u00fcgende&nbsp;Netzqualit\u00e4t, oder genauer gesagt&nbsp;Oberschwingungen, mit sich bringen,&nbsp;sind Technikern und Ingenieuren&nbsp;bestens bekannt.<\/p>\n<p>Die Filtersysteme dienen zur&nbsp;Reduzierung und D\u00e4mpfung der&nbsp;eigenen Oberschwingungsstr\u00f6me&nbsp;der Verbraucher, aber was geschieht,&nbsp;wenn die Netzqualit\u00e4t durch das&nbsp;Stromerzeugungssystem gegeben&nbsp;ist?.<\/p>\n<p>In diesem Artikel erkl\u00e4ren wir, was&nbsp;Nutenoberschwingungen sind und&nbsp;schildern eine Fallstudie f\u00fcr diese Art&nbsp;von durch Resonanz erzeugte&nbsp;Oberschwingungen.&nbsp;<\/p>\n<h4>Nutenoberschwingungen<\/h4>\n<p>Durch die Gestaltung der Statorwicklung&nbsp;k\u00f6nnen rotierende elektrische&nbsp;Wechselstrommaschinen&nbsp;Spannungsschwankungen hervorrufen,&nbsp;die sogenannten&nbsp;\u201eNutenoberschwingungen&#8221;.<\/p>\n<p>Die vorhandenen, gleichm\u00e4\u00dfig im&nbsp;Innenumfang des Stators angeordneten&nbsp;Nuten erzeugen regelm\u00e4\u00dfige&nbsp;Ver\u00e4nderungen des magnetischen&nbsp;Widerstandes und Flusses l\u00e4ngs der&nbsp;Statoroberfl\u00e4che und dadurch eine&nbsp;Verzerrung der Spannungswelle.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-315\" title=\"Stator mit Nuten\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-estator-de.jpg\" alt=\"Stator mit Nuten\" width=\"415\" height=\"260\" \/><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-316\" title=\"Bestandteile eines Induktionsmotors.\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-elementos-de.jpg\" alt=\"Bestandteile eines Induktionsmotors.\" width=\"311\" height=\"323\" \/><\/p>\n<p>Nutenoberschwingungen treten bei&nbsp;Frequenzen auf, die durch den zwischen&nbsp;nebeneinanderliegenden Nuten&nbsp;vorhandenen Luftspalt bestimmt&nbsp;werden. Die Komponenten-Ordnungszahl&nbsp;ergibt sich aus folgender Formel:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-317\" title=\"Formel\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-formula1-de.jpg\" alt=\"Formel\" width=\"225\" height=\"75\" \/><\/p>\n<p>wobei gilt:<\/p>\n<table style=\"background-color: #e5e8ed;\" cellpadding=\"5\">\n<tbody>\n<tr>\n<td><span style=\"color: #075f91;\"><strong><em>\u03c5<sub>Nut<\/sub><\/em><\/strong>&nbsp;=&nbsp;Ordnungszahl Oberschwingung<\/span><br \/><span style=\"color: #075f91;\"><em><strong>S<\/strong><\/em>&nbsp;=&nbsp;Anzahl der Nuten des Stators<\/span><br \/><span style=\"color: #075f91;\"><em><strong>P<\/strong><\/em>&nbsp;=&nbsp;Anzahl der Pole der Maschine<\/span><br \/><span style=\"color: #075f91;\"><em><strong>M<\/strong><\/em>&nbsp;= ganze Zahl, normalerweise gleich 1,&nbsp;mit der die Nutenoberschwingungen der&nbsp;niedrigsten Frequenz auftreten<\/span>&nbsp;<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Die wichtigsten Auswirkungen von&nbsp;Nutenoberschwingungen sind:<\/p>\n<ul>\n<li>Induktion von Spannungsoberschwingungen&nbsp;in das elektrische System,&nbsp;wodurch die Spannungswelle verzerrt&nbsp;wird.<\/li>\n<li>Anstieg der Gesamtverzerrung der&nbsp;Spannung THDU(%)<\/li>\n<li>H\u00f6here Wahrscheinlichkeit des&nbsp;Auftretens von Resonanz mit&nbsp;Kondensatorbatterien<\/li>\n<li>Verringerung der Motorenleistung&nbsp;(geringeres Drehmoment, Vibrationen,&nbsp;etc)<\/li>\n<li>Unzureichende Leistung von empfindlichen&nbsp;elektronischen Ger\u00e4ten.<\/li>\n<\/ul>\n<h4>Resonanz durch&nbsp;Nutenoberschwingungen<\/h4>\n<p>In diesem Fallbeispiel handelt es sich&nbsp;um einen Industriebetrieb, der \u00fcber eine&nbsp;duale Stromversorgung verf\u00fcgte, die&nbsp;sich aus einem Generator mit 6,5 MW&nbsp;bei 4,16 kV\/60Hz und der direkten&nbsp;Versorgung aus dem Stromnetz \u00fcber&nbsp;ein prim\u00e4res Stromnetz von 69 kV&nbsp;mittels eines Wandlers von 9 MVA&nbsp;und ein sekund\u00e4res Stromnetz mit&nbsp;4,16 kV\/60 Hz zusammensetzte. Die&nbsp;Anlage verf\u00fcgte \u00fcber ein Motor-\u00dcberwachungssystem&nbsp;(SMC), das mittels&nbsp;eines Kondensators von 50 kvar bei&nbsp;4,16 kV kompensiert wurde.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-318\" title=\"Vereinfachter Schaltplan der elektrischen Anlage und elektrische Messungen\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-esquema-de.jpg\" alt=\"Vereinfachter Schaltplan der elektrischen Anlage und elektrische Messungen\" width=\"434\" height=\"292\" \/><\/p>\n<p><strong><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-319\" title=\"Probleme\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-ico-problemas-es.jpg\" alt=\"Probleme\" width=\"22\" height=\"20\" \/>&nbsp;Probleme<\/strong><\/p>\n<p>Die Anlage wies folgende Probleme&nbsp;auf:<\/p>\n<ul>\n<li>Wiederholte Fehlfunktion des&nbsp;Startermoduls des SMC-Motors.<\/li>\n<li>Ausl\u00f6sung des Differentialstromschutzes&nbsp;und Zerst\u00f6rung der&nbsp;Mittelspannungskondensatoren.<\/li>\n<li>Fehler im unterbrechungsfreien&nbsp;Stromversorgungssystem UPS&nbsp;bei Niederspannung.<\/li>\n<li>Besch\u00e4digungen der elektronischen&nbsp;Vorschaltger\u00e4te.<\/li>\n<li>Fehlalarme zu \u00dcberhitzung von&nbsp;Kompressoren etc.<\/li>\n<\/ul>\n<table style=\"background-color: #dcdde2;\" cellpadding=\"5\">\n<tbody>\n<tr>\n<td>\n<p><strong><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-320\" title=\"Tests\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-ico-pruebas-es.jpg\" alt=\"Tests\" width=\"23\" height=\"23\" \/>&nbsp;Tests<\/strong><\/p>\n<p>Es wurden 4 verschiedene Tests im&nbsp;Hinblick auf die Stromversorgung des&nbsp;Motors durchgef\u00fchrt:<\/p>\n<ul>\n<li>Versorgung durch das Stromnetz&nbsp;mit und ohne Kondensatorbatterie.<\/li>\n<li>Versorgung durch den Generator&nbsp;mit und ohne Kondensatorbatterie.<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>In der&nbsp;<span style=\"color: #3b8bca;\">Tabelle 1<\/span>&nbsp;wird ein \u00dcberblick \u00fcber&nbsp;die wichtigsten gemessenen elektrischen&nbsp;Parameter gegeben. Hier ist zu&nbsp;sehen, dass die \u00c4nderung der Oberschwingungskomponenten&nbsp;ohne (Abb.&nbsp;1 und 2) oder mit (Abb.3 und 4) Kondensatorbatterie&nbsp;praktisch die gleiche&nbsp;ist und stets korrekte Werte aufweist.<\/p>\n<p><span style=\"color: #3b8bca;\"><strong>Tabelle 1<\/strong><\/span><\/p>\n<h4><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-321\" title=\"Tabelle 1\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-tabla1-de.jpg\" alt=\"Tabelle 1\" width=\"694\" height=\"179\" \/><\/h4>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-322\" title=\"Abb1-4\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-fig1-4-de.jpg\" alt=\"Abb1-4\" width=\"714\" height=\"664\" \/><\/p>\n<p>In der&nbsp;<span style=\"color: #3b8bca;\">Tabelle 2<\/span>&nbsp;ist das Systemverhalten&nbsp;bei Versorgung durch den Generator&nbsp;mit 6,5 MW dargestellt. Es ist ein&nbsp;deutlicher Anstieg der Spannungsverzerrung&nbsp;zu sehen, wenn der Kondensator&nbsp;mit 50 kvar angeschlossen wird,&nbsp;wobei der Anstieg haupts\u00e4chlich bei der&nbsp;Oberschwingung mit Ordnungszahl 37&nbsp;verursacht wird.<\/p>\n<p><span style=\"color: #3b8bca;\"><strong>Tabelle 2<\/strong><\/span><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-323\" title=\"Tabelle 2\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-tabla2-de.jpg\" alt=\"Tabelle 2\" width=\"700\" height=\"180\" \/><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-324\" title=\"Abb.5-8\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-fig5-8-de.jpg\" alt=\"Abb.5-8\" width=\"589\" height=\"348\" \/><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-325\" title=\"Detailansicht des Rotors und des Stators eines Generators.\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-detalle-rotor-de.jpg\" alt=\"Detailansicht des Rotors und des Stators eines Generators.\" width=\"683\" height=\"204\" \/><\/p>\n<p>Wie in den Abbildungen 6 und 7 (ohne&nbsp;Kondensator) und 5 und 8 (mit Kondensator)&nbsp;zu sehen ist, ist die Oberschwingungsverzerrung&nbsp;bei einem Betrieb mit&nbsp;Generator gr\u00f6\u00dfer als die auftretende&nbsp;Verzerrung bei einem Betrieb mit&nbsp;direkter Versorgung \u00fcber das Stromnetz;&nbsp;es ist zu sehen, dass die 5. und&nbsp;37. Oberschwingung mit scheinbar nicht&nbsp;nennenswerten Amplituden (1.89%&nbsp;bzw.1.26%) gezeigt wird.&nbsp;<\/p>\n<p>Bei funktionierender Kondensatorbatterie&nbsp;tritt die Resonanz bei der 37.&nbsp;Oberschwingung auf und erh\u00f6ht deren&nbsp;Amplitude (&gt;3%). W\u00e4hrend des Tests&nbsp;traten verschiedene Fehler auf, unter&nbsp;anderen der Fehlalarm bei der \u00dcberwachung&nbsp;des Heizkessels, da die Spannungsverzerrung&nbsp;in allen durch den&nbsp;Generator versorgten Stromkreisen&nbsp;auftritt.<\/p>\n<p>Die Ursache dieser Resonanz liegt bei&nbsp;der Kombination von Kurzschluss-Parametern&nbsp;im Bus von 4,16 kV, 71230&nbsp;kVAcc, und der Gr\u00f6\u00dfe des Kondensators,&nbsp;50 kVAr. Tats\u00e4chlich ist die&nbsp;Abstimmungsfrequenz gegeben durch:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-326\" title=\"Formel\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-formula2-es.jpg\" alt=\"Formel\" width=\"216\" height=\"76\" \/><\/p>\n<p>wobei gilt:<\/p>\n<table style=\"background-color: #e5e8ed;\" cellpadding=\"5\">\n<tbody>\n<tr>\n<td>\n<p>&nbsp;<span style=\"color: #075f91;\"><em><strong>n<\/strong><\/em> =&nbsp;Ordnung Oberschwingung Resonanz<br \/><\/span><span style=\"color: #075f91;\"><em><strong>S<\/strong><\/em><sub><em><strong>cc<\/strong><\/em>&nbsp;<\/sub>=&nbsp;Verf\u00fcgbare Kurzschlussleistung am&nbsp;Verkn\u00fcpfungspunkt der&nbsp;Kondensatorbatterie<br \/><\/span><span style=\"color: #075f91;\"><em><strong>Q<\/strong><\/em> =&nbsp;Nennleistung der Kondensatorbatterie<\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>daher:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-327\" title=\"Formel\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-formula3-es.jpg\" alt=\"Formel\" width=\"216\" height=\"65\" \/><\/p>\n<p>Abb.9<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-328\" title=\"Abb.9\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-fig9-de.jpg\" alt=\"Abb.9\" width=\"464\" height=\"93\" \/><\/p>\n<p>Wie wir gesehen haben, verf\u00fcgte der&nbsp;Generator \u00fcber 4 Pole und 72 Nute in&nbsp;seinem Stator. Wenn wir nun die&nbsp;anf\u00e4ngliche Formel anwenden, zeigt&nbsp;das Ergebnis, dass die niedrigsten&nbsp;Nutenoberschwingungen bei den&nbsp;Ordnungszahlen 35 und 37 liegen und&nbsp;mit der vorhandenen Resonanz in der&nbsp;Anlage \u00fcbereinstimmen und so die&nbsp;entstandenen Probleme mit sich brachte.&nbsp;(Abb.9)&nbsp;<\/p>\n<p>Ein wichtiger Aspekt dieses Tests war&nbsp;die Tatsache, dass sich die Verzerrung&nbsp;der Spannungswelle bei bis auf 0&nbsp;abnehmender Last steigerte, wie der&nbsp;Gesamtverzerrungsfaktor THD(U)% in&nbsp;der Abbildung zeigt.<\/p>\n<h4>Schlussfolgerungen<\/h4>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\" alignleft size-full wp-image-329\" style=\"margin-right: 10px; float: left;\" title=\"Schlussfolgerungen\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2015\/10\/FN-armonicos-ranura-foto1-es.jpg\" alt=\"Schlussfolgerungen\" width=\"283\" height=\"217\" \/>In diesem Fall wurde als unverz\u00fcgliche&nbsp;Ma\u00dfnahme der Kondensator mit 50&nbsp;kVAr definitiv au\u00dfer Betrieb genommen&nbsp;und auf die Notwendigkeit verwiesen,&nbsp;eine Kondensatorbatterie mit&nbsp;Bandsperrfilter von 7% zu verwenden.&nbsp;Das Vorhandensein der 37. Spannungsoberschwingung&nbsp;l\u00e4sst sich allerdings&nbsp;nicht beseitigen, da es sich um ein&nbsp;Problem im Hinblick auf die Bauform&nbsp;des Generators handelt. Daher trat&nbsp;w\u00e4hrend der Phasen von geringen&nbsp;Lasten der gleiche Fehlalarm bei der&nbsp;Kontrolle des Heizkessels auf. Zur&nbsp;L\u00f6sung wurde vorgeschlagen, die&nbsp;Steuerung des Heizkessels \u00fcber ein&nbsp;online UPS-System zu versorgen, um&nbsp;auf diese Weise diese Komponente der&nbsp;Versorgungsspannung auszuschlie\u00dfen.&nbsp;<\/p>\n<p>Aufgrund der Zunahme von Anwendungen&nbsp;mit elektronischen Ger\u00e4ten und&nbsp;Leistungselektronik, deren Auswirkungen&nbsp;in der Aktualit\u00e4t nicht ignoriert&nbsp;werden k\u00f6nnen, wird die Verwendung&nbsp;von Kompensationsger\u00e4ten mit&nbsp;Bandsperrfilter immer wichtiger.&nbsp;Die Implementierung eines \u00dcberwachungssystems&nbsp;erleichtert die Analyse,&nbsp;Kontrolle und effiziente Nutzung der&nbsp;elektrischen Energie und dient zur&nbsp;Erfassung aller St\u00f6rungen in unserer&nbsp;Anlage.<\/p>\n<table style=\"width: 100%; background-color: #eeeeee;\">\n<tbody>\n<tr>\n<td style=\"width: 10px;\">&nbsp;<\/td>\n<td style=\"width: 250px;\" colspan=\"7\" valign=\"top\">\n<p>Diesen Artikel im PDF-Format herunterladen&nbsp;<img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-62\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/04\/pdf.gif\" alt=\"pdf\" width=\"16\" height=\"16\" \/>:&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/docs\/Art_Armonics-RANURA_SP.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-8\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/01\/es.gif\" alt=\"es\" width=\"18\" height=\"12\" \/><\/a>&nbsp;&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/docs\/Art_Armonics-RANURA_EN.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-9\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/01\/en.gif\" alt=\"en\" width=\"18\" height=\"12\" \/><\/a>&nbsp;&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/docs\/Art_Armonics-RANURA_DE.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-11\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/01\/de.gif\" alt=\"de\" width=\"18\" height=\"12\" \/><\/a>&nbsp;&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/docs\/Art_Armonics-RANURA_FR.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-13\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/01\/fr.gif\" alt=\"fr\" width=\"18\" height=\"12\" \/><\/a>&nbsp;&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/docs\/Art_Armonics-RANURA_PL.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-187\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/07\/pl.gif\" alt=\"pl\" width=\"18\" height=\"12\" \/><\/a>&nbsp;&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/docs\/Art_Armonics-RANURA_PT.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><img loading=\"lazy\" class=\" size-full wp-image-186\" src=\"https:\/\/circutorweb.atic.blue\/wp-content\/uploads\/2014\/07\/pt.gif\" alt=\"pt\" width=\"18\" height=\"12\" \/><\/a><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"width: 10px;\">&nbsp;<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<hr \/>\n<p>Sie k\u00f6nnen in der&nbsp;<a href=\"http:\/\/circutor.de\/de\/unternehmen\/nachrichten\/nachrichten\">News-Bereich<\/a>&nbsp;heraus \u00fcberpr\u00fcfen unsere News.<br \/>Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen Sie auch unsere Mitteilungen auf der&nbsp;<a href=\"https:\/\/twitter.com\/circutor\" rel=\"nofollow noopener noreferrer\" target=\"_blank\">Twitter-Seite<\/a>&nbsp;von CIRCUTOR.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>&nbsp; Einleitung Die Probleme, die eine ungen\u00fcgende&nbsp;Netzqualit\u00e4t, oder genauer gesagt&nbsp;Oberschwingungen, mit sich bringen,&nbsp;sind Technikern und Ingenieuren&nbsp;bestens bekannt. 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