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Niederfrequente Netzrückwirkungen (Oberschwingungen)

Die vom Energieversorger gelieferte Netzspannung sollte idealerweise eine gleichförmige Sinusspannung mit konstanter Amplitude und Frequenz sein. Da aber nichtlineare Verbraucher einen nichtlinearen Strom aus dem Netz aufnehmen (welcher den effektiven Eingangsstrom zusätzlich erhöht), hat dies enormen Einfluss auf die Qualität der Netzspannung. Eine typische Belastung des Netzes wird mit der häufig eingesetzten B6-Brückenschaltung (Eingangsgleichrichter z. B. bei Frequenzumrichtern oder Schaltnetzteilen) erzeugt. Netzrückwirkungen sind unter anderem Oberschwingungsströme, die im Wesentlichen durch Kommutierungseinbrüche im Eingangsgleichrichter des Frequenzumrichters entstehen. Die daraus resultierenden Abweichungen zur idealen Sinusform (Verzerrungen), sind in den Versorgungsnetzen unerwünscht und nur zu einem bestimmten Maß zulässig.

Wie stark diese “Verzerrung” wird, ist von der Netzimpedanz und vom Betriebsstrom abhängig. Nichtsinusförmige Ströme können mit Hilfe der Fourieranalyse in sinusförmige Ströme mit verschiedenen Frequenzen zerlegt werden, d. h. in eine Grundfrequenz und deren ungeradezahlige (Harmonische) und geradezahlige (Interharmonische) oder Vielfache davon. Beträgt die Grundfrequenz 50 Hz, so beträgt z. B. die 3. Oberschwingung 150 Hz, die 5. Oberschwingung 250 Hz und die 7. Oberschwingung 350 Hz usw. . Der Gesamtoberschwingungsgehalt wird als “THD” (Total Harmonic Distortion) bezeichnet.

Darstellung der Oberschwingungen einer verzerrten Sinusspannung

Diese Oberschwingungen tragen nicht nur primär zum Leistungsverbrauch bei, sondern belasten ungewollt Installationen wie Leitungen und Transformatoren. Bei Anlagen mit mehreren Antrieben ist es deshalb ratsam, die Oberschwingungen auf niedrigen Werten zu halten. Dadurch werden hohe Leitungsverluste, erhöhte Temperaturen in Transformatoren und akustisches Brummen in Geräten und Anlagen vermieden. Neben den erhöhten Verlusten können benachbarte Anlagen gestört (und sogar zerstört!) werden, wenn diese am gleichen Transformator angeschlossen werden. Außerdem sind Resonanzen in Verbindung mit Blindstromkompensationsanlagen möglich. Das Energieversorgungsunternehmen (EVU) ist berechtigt, nicht ordnungsgemäß betriebene Anlagen ausfindig zu machen und diese abzuschalten!

Oberschwingungen lassen sich wesentlich durch eine Begrenzung der Amplituden der Pulsströme reduzieren. Dazu werden z. B. bei Frequenzumrichtern Drosseln im Netzeingang oder in den Gleichspannungszwischenkreis geschaltet.

Netzdrosseln, Zwischenkreisdrosseln und Harmonic-Filter von EPA reduzieren die Oberschwingungen typischerweise um mehr als 40 %, bei noch vertretbaren Spannungsabfällen (nur geringe Verluste).

Messung mit dem Netzanalysator

 

 

Hinweis: EPA übernimmt keine Haftung für Fehler und Ungenauigkeiten. Alle Angaben nach bestem Wissen und Gewissen.