Die privaten und industriellen Lastgeräte sind in immer stärkerem Maße mit elektronischen Schaltkreisen ausgestattet, die mit Strom versorgt werden, der nicht 100%ig sinusförmig ist. So werden Motoren immer häufiger mit Frequenzumrichtern betrieben, bei denen eine Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) und anschließend von Gleichstrom in Wechselstrom erforderlich ist. Da die Versorgung normalerweise als Wechselstrom erfolgt, ist ein immer intensiverer Einsatz von elektronischen Umformern (Gleichrichtern, Wechselrichtern, usw.) notwendig, um diese Umwandlungen von Wechsel- zu Gleichstrom und Gleich- zu Wechselstrom vornehmen zu können. Gleiches gilt für handelsübliche Computer, LEDund Gasentladungsleuchten, Aufzüge...
Für das Stromnetz bedeutet dies, dass eine Vielzahl an Lastgeräten versorgt werden müssen, die den Strom gleichrichten. Dies verändert die Wellenform des aufgenommenen Stroms, so dass diese nicht mehr sinusförmig ist, sondern eine Überlagerung von sinusförmigen Schwingungen und Frequenzen mit einem Vielfachen der Netzfrequenz (Oberschwingungen). In den Abbildungen 1 und 2 wird der typische Verbrauch eines Stromnetzes mit einphasigen Gleichrichtern und eines weiteren Stromnetzes mit dreiphasigen Gleichrichtern dargestellt. Diese Stromtypen treten häufiger in Anlagen in Büros, Einkaufszentren, Krankenhäusern usw. auf und setzen sich aus einer Komponente mit 50 oder 60 Hz (Grundfrequenz des Stromnetzes) sowie einer Reihe von Komponenten mit einem Vielfachen der Grundfrequenz mit verschiedenen prozentualen Anteilen zusammen. Diese prozentualen Anteile sowie die gesamte Oberschwingungsverzerrung (THD), die das Verhält-nis zum Effektivwert des verzerrten Signals zum Effektivwert der Grundschwingung angibt, können mit einem Netzanalysator gemessen werden.
Die nicht sinusförmigen Lastgeräte bewirken auch eine gewisse Verzerrung der Spannung infolge der Spannungsabfälle an den Impedanzen der Leitungen und Transformatoren. Die Aufzeichnungen lassen eine leichte Verzerrung des einphasigen Spannungsnetzes (kleine THD-Werte) und eine stärkere Verzerrung im dreiphasigen Beispiel erkennen. In beiden Fällen weicht die Wellenform bei höheren THD-Werten von der Sinusform erheblich ab. Um die Spannungsverzerrungen an den Übergabestellen des Stromabnehmers zu regeln und zu begrenzen, existieren eine Reihe von internationalen Normen, in denen Grenzwerte für Oberschwingungsemissionen der Geräte und Anlagen festgelegt sind, die an das Stromnetz angeschlossen werden. Wie in Tabelle 1 aufgeführt, sind die wichtigsten Normen auf die Verträglichkeitspegel bezogen: | ![]() |
Zum besseren Verständnis der Problematik der Oberschwingungen wird auf einige grundlegende Konzepte Bezug genommen, die in vielen Artikeln und Büchern veröffentlicht wurden und nachfolgend zusammengefasst sind:
Zusammenfassend liegt die Lösung des Oberschwingungsproblems bei beiden Parteien: einerseits muss der Benutzer die Menge an Oberschwingungsströmen reduzieren, die seine Lastgeräte erzeugen, und er sollte die Leitungsverlegung innerhalb seines Gebäudes mit einer geringen Impedanz pro Meter durchführen. Andererseits muss das Stromversorgungsunternehmen eine Mindestkurzschlussleistung sicherstellen und dafür sorgen, dass die Benutzer einen bestimmten Verzerrungswert nicht überschreiten, damit die am selben Stromnetz angeschlossenen Nachbarn nicht beeinträchtigt werden.
Wenn die von einigen Geräten erzeugten Oberschwingungsströme die zulässigen Werte des Versorgungssystems überschreiten, sind Korrekturfilter anzuwenden. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Filterung.
Verträglichkeitspegel pro oberschwingungDas Vorhandensein von Oberschwingungen im Netz hat mehrere Auswirkungen. Die wichtigsten sind folgende.
Um diese Phänomene zu vermeiden, schreiben die Normen eine Mindestversorgungsqualität vor, indem das Höchstmaß der Verzerrung der Spannungswelle am öffentlichen Verknüpfungspunkt (PCC) festgelegt wird. Diese Grenzwerte werden Verträglichkeitspegel genannt. In der Tabelle 2 sind diese Grenzwerte bezüglich der Oberschwingungen in industriellen Niederspannungsanlagen zusammengefasst:
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Die Oberschwingungsspannungen sind auf den Spannungsabfall zurückzuführen, der von den Oberschwingungsströmen an den Impedanzen des Versorgungsnetzes verursacht wird. Dieser Sachverhalt ist in Abb. 2 dargestellt. Folglich ist die Erreichung dieser Pegel von zwei Faktoren abhängig:
In der Tabelle 3 sind die Emissionsgrenzwerte für Niederspannungsnetze angegeben, wie sie in der Norm EN-IEC-61000-3-4 für Zuleitungen festgelegt sind, bei denen die installierte Leistung der Störelemente den Wert (33xScc) nicht überschreitet, wobei Scc die zugehörige Kurzschlussleistung dieser Zuleitung ist (proportionaler Anteil der Gesamtkurzschlussleistung der Vertragsleistung).
Einige der oben beschriebenen Störgrößenprobleme können mithilfe von Filtern gemildert und korrigiert werden. Die Aktivfilter sind die ideale Lösung für Anlagen mit einer Vielzahl von einphasigen und dreiphasigen Lastgeräten, die Oberschwingungen erzeugen und ein unterschiedliches Verbrauchsverhalten aufweisen.
Die Aktivfilter sind Geräte basierend auf Umrichtern mit Pulswellenmodulation (PWM). Es wird zwischen zwei Typen unterschieden: in Serie und parallel geschalteten Filtern. Um die Normen IEC-61000-3-4 und IEEE 519 zu erfüllen, werden parallel geschaltete Filter verwendet. Deren Funktionsprinzip beruht auf der gegenphasigen Netzeinspeisung der vom Lastgerät verbrauchten Oberschwingungen mithilfe eines Wechselrichters. In Abb. 3 sind dieses Funktionsprinzip sowie die Lastströme, Filterströme und Netzströme dargestellt. Es ist erkennbar, dass sich die Summe ILAST + IFILTER aus einem sinusförmigen Strom INETZ ergibt.
Die Filtergeräte sind mit Zusatzfunktionen ausgestattet, um sie an die Anlagenänderungen anzupassen, infolge von Erweiterungen oder Änderungen an den Maschinen, für die bei bestimmten Oberschwingungen eine stärkere Filterung oder ein Phasenausgleich erforderlich ist. Normalerweise ist bei diesen Geräten auch eine Blindleistungskompensation zweckmäßig. | "einfache |
Als Lösung für die oben angesprochenen Probleme verfügt CIRCUTOR über den neuen Aktivfilter AFQevo. Sein neues Design bietet folgende Vorteile:
Die Bedeutung einer guten InstallationUm die besten Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt es sich, einfach zu installierende und zu verwaltende Filter wie AFQevo einzusetzen. Folgende Funktionen erleichtern die Inbetriebnahme:
| "Sie helfen, besser |
Aktive Filter sind AFQevo sehr vielseitig, so dass verschiedene Konfigurationen und Betriebsarten Betrieb. alles für speichern sie in Einrichtungen verschiedener Typen und in den meisten verschiedenen Situationen.
In den Versorgungsnetzen treten in zunehmendem Maße Oberschwingungen auf und verursachen eine Reihe von Problemen hinsichtlich der Qualität der Spannungswelle, so dass Anlagen überdimensioniert und zusätzlich erhebliche Verluste verursacht werden. Ungeachtet des Vorhandenseins von Normen, die den Verbrauch besagter Oberschwingungen beschränken, erscheint es sinnvoll, diese Oberschwingungen zu filtern, da so Kabelquerschnitte und Leistung der Verteiltertransformatoren optimiert und die Verluste in den Anlagen reduziert und Produktionsverluste vermieden werden können.
Die Lösung des Problems besteht in der Auslegung eines umfassenden und sinnvollen Systems zum Filtern von Oberschwingungen, wie Aktivfilter, so dass das Problem zu angemessenen und wegen der Verlusteinsparungen, Verlängerung der Nutzungsdauer einiger Anlagenkomponenten und Optimierung der Verteilterinfrastruktur (Kabel, Kabelverlegung, Transformatoren) einfach zu amortisierenden Kosten behoben werden kann.
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