AFQevo. Multifunktions- Aktivfilter

admin | 9 de març de 2017

 

Die vielseitigste Lösung für Qualitätsprobleme bei der Netzspannung

Einführung

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.

Abb. 1 - Typische Wellenformen von verzerrten Netzen

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:

AFQevo

Tabelle 1 - Internationale Normen zu Grenzwerten für Oberschwingungsemissionen

 

Einige grundlegende konzepte zu oberschwingungen

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 oberschwingung

Das Vorhandensein von Oberschwingungen im Netz hat mehrere Auswirkungen. Die wichtigsten sind folgende.

  • Verschlechterung der Qualität der Spannungswelle mit Auswirkungen auf empfindliche Geräte.
  • Überlastung und mögliche Parallelresonanz zwischen der Induktivität der Leitung und den Kondensatoren zur Kompensation des Leistungsfaktors.
  • Verschlechterung des Leistungsfaktors. Die Fähigkeit des Stromnetzes zur Leistungsbereitstellung wird hiervon beeinträchtigt, so dass es überdimensioniert werden muss.
  • Überlastung der Kabel und vor allem der Transformatoren (wesentliche Erhöhung der Verluste im Eisen).
  • Probleme mit Fehlauslösungen von Leistungsschutzschaltern

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:

  • Klasse 1: Industrielle Umgebung zur Versorgung von empfindlichen elektronischen Geräten
  • Klasse 2: Normale industrielle Umgebung. Übliche Grenzwerte für öffentliche Netze
  • Klasse 3: Eingeschränkte industrielle Umgebung (normalerweise infolge der Anwesenheit von Umrichtern). Nicht zur Versorgung von empfindlichen Geräten geeignet.
Tabelle 2 - Verträglichkeitspegel: Oberschwingungsspannungen (Un %) in industriellen Niederspannungsnetzen (IEC-61000-2-4)


AFQevo. Multifunktions- Aktivfilter

 

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:

  1. Emissionspegel der Geräte: Je höher die Emission, desto höher die Verzerrung infolge des von den Oberschwingungsströmen im Netz verursachten Spannungsabfalls.
  2. Netzimpedanz: Je höher die Impedanz, desto größer der Spannungsabfall für den gleichen Emissionswert an den Geräten.

 

Tabelle 3.- Emissionsgrenzwerte für SGerät < 33x Scc (EN-IEC-61000-3-4)

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).

 

Abb.2 Einliniendiagramm, in dem die Verschlechterung der Spannungswelle aufgrund nicht linearer Lastgeräte abgebildet ist

 

Bei welchen Anlagen sind Aktivfilter erforderlich?

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.

Flughäfen und Infrastruktur - Automobilindustrie - Superstores und Einkaufszentren - Papierindustrie

Abb. 3 - Funktionsprinzip eines parallel geschalteten Aktivfilters.

 

Die Lösung

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
Interaktion
Touchscreen"

 

Als Lösung für die oben angesprochenen Probleme verfügt CIRCUTOR über den neuen Aktivfilter AFQevo. Sein neues Design bietet folgende Vorteile:

Die Bedeutung einer guten Installation

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt es sich, einfach zu installierende und zu verwaltende Filter wie AFQevo einzusetzen. Folgende Funktionen erleichtern die Inbetriebnahme:

  • Inbetriebnahme in 3 Schritten: anschließen, konfigurieren, einschalten.
  • Touchscreen für eine schnelle Bedienung.
  • Alarme, wie Konfigurationsfehler, Resonanz, Überlast, Schütze, Gleichstrombus, usw.
 

"Sie helfen, besser 
Energiemanagement"

AFQevo. ANSCHLIESSEN - KONFIGURIEREN - EINSCHALTEN

Polyvalent: Diverse Konfigurationen und Prioritäten

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.

Polyvalent: Diverse Konfigurationen und Prioritäten

Anwendung Typ Multifunktions Aktive Filter AFQevo Landspitze und neben der Last.

 

Schlussfolgerungen

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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