{"id":16421,"date":"2022-03-24T11:13:24","date_gmt":"2022-03-24T11:13:24","guid":{"rendered":"https:\/\/circutor.com\/?p=16421"},"modified":"2022-03-24T14:51:42","modified_gmt":"2022-03-24T14:51:42","slug":"oberschwingungen-definition-probleme-loesungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/desarrollo.circutor.com\/de\/artikel\/oberschwingungen-definition-probleme-loesungen\/","title":{"rendered":"OBERSCHWINGUNGEN: DEFINITION – PROBLEME – L\u00d6SUNGEN"},"content":{"rendered":"

[vc_row][vc_column][vc_column_text]Zweifellos sind Oberschwingungen, sei es als Str\u00f6me oder Spannungen, heute zu einem Parameter geworden, dessen Management und Kontrolle unerl\u00e4sslich sind. Insbesondere um das m\u00f6gliche Auftreten von Problemen zu verhindern, die, wie wir sp\u00e4ter sehen werden, mit ihrem Vorhandensein in unserem Stromnetz zusammenh\u00e4ngen.<\/p>\n

Die Verwaltung und Kontrolle von Oberschwingungen sind unerl\u00e4sslich, um zu verhindern, dass verschiedene Probleme im Netz auftreten.<\/strong><\/p>\n

[vc_empty_space height=“20px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15617″ img_size=“full“ alignment=“center“][vc_column_text][vc_empty_space height=“30px“]<\/p>\n

Was ist eine Oberschwingung?<\/strong><\/span><\/p>\n

Zun\u00e4chst definieren wir den Begriff \u201eOberschwingung\u201c. <\/strong><\/p>\n

Dazu reisen wir an den Anfang des 19. Jahrhunderts, als der Mathematiker Jean Baptiste Fourier feststellte, dass jede periodische Wellenform in eine Summe einfacher Sinuswellen mit unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden zerlegt werden kann, die als Oberschwingungen oder Harmonische bezeichnet werden.<\/p>\n

Aber sehen wir uns zuerst einmal ein Beispiel an, anhand dessen man das Konzept sicher besser verstehen kann:<\/em><\/p>\n

Angenommen, die in Abb. 1 dargestellte Welle entspricht \u201eeinem Zyklus\u201c der Stromst\u00e4rke in einem Stromnetz mit einer Netzfrequenz von 50 Hz. Das hei\u00dft, sie wird 50-mal in einer Sekunde wiederholt und hat eine Dauer von 20 Millisekunden. Wenn es ein Stromnetz mit einer Netzfrequenz von 60 Hz w\u00e4re, w\u00fcrde ihre Dauer 16,6 ms betragen. Man nennt diese Welle \u201eGrundwelle\u201c<\/em>.<\/p>\n

Und dann \u00fcberlagern wir ihr eine andere Welle mit einer zwar kleineren Amplitude, aber mit einer Frequenz bei 250 Hz. Das hei\u00dft, mit einer 5-mal h\u00f6heren Frequenz. Diese Welle, die in Abb. 2<\/em> dargestellt wird, w\u00fcrde der 5. Harmonischen entsprechen und die daraus resultierende Welle w\u00e4re die in Abb. 3<\/em> dargestellte.<\/p>\n

Und schlie\u00dflich \u00fcberlagern wir diese beiden mit einer weiteren Welle mit einer Frequenz bei 350 Hz, also mit einer 7-mal h\u00f6heren Frequenz als die der Grundwelle, was der in Abb. 4<\/em> dargestellten 7. Harmonischen entspricht. Die daraus resultierende Welle w\u00e4re die in Abb. 5<\/em>, die wir informell als \u201eM f\u00fcr McDonalds\u201c kennen.<\/p>\n

Diese Welle w\u00fcrde man normalerweise zum Beispiel am Eingang der meisten dreiphasigen Frequenzumrichter messen, die Lasten sind, die in Industrieanlagen unverzichtbar geworden sind.<\/strong><\/p>\n

[vc_empty_space height=“10px“][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"]WELLENFORMEN[\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 1<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 2<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 3<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 4<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 5<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Kurz gesagt, die von einem Frequenzumrichter erzeugte Stromwelle kann daher in etwa in der Grundwelle mit einer Frequenz bei 50 oder 60 Hz und im Wesentlichen in der 5. und 7. Harmonischen vereinfacht dargestellt werden.<\/strong><\/p>\n

Daher werden wir die elektrischen Lasten in solche unterteilen, die einen reinen Grundstrom verbrauchen, die als lineare Lasten bezeichnet werden<\/strong>, wie z. B. Induktionsmotoren oder rein ohmsche Lasten; und solche, die eine Grundwelle plus andere harmonische Str\u00f6me verbrauchen, die bekannterma\u00dfen als nichtlineare oder verzerrende Lasten bezeichnet werden.<\/strong> Darunter befinden sich Geschwindigkeits- oder Frequenzumrichter, einphasige elektronische Ger\u00e4te oder LED-Leuchten. Kurz gesagt, all jene Lasten, bei denen eine Phase ihres Betriebs eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom beinhaltet.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“20px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15884″ img_size=“large“ alignment=“center“][vc_column_text]<\/p>\n

Um den Oberschwingungsgehalt des Stromnetzes zu analysieren, verwenden wir die Frequenzzerlegung oder das sogenannte Spektrum. Das hei\u00dft, die Amplitude oder den Wert jeder harmonischen Ordnung. Abb. 6<\/em><\/span><\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

F\u00fcr Stromnetze mit vorherrschenden dreiphasigen Lasten w\u00e4ren daher normalerweise die wichtigsten die 5., 7., 11. und die 13. Harmonische in dieser abnehmenden Gr\u00f6\u00dfenordnung. Und im Fall von 4-adrigen Stromnetzen mit einer signifikanten Pr\u00e4senz von einphasigen Lasten, die zwischen Phase und Neutralleiter eingespeist werden, w\u00e4ren zus\u00e4tzlich zu den oben genannten auch die 3., 9. und die 15. Harmonische vorhanden, wobei in diesem Fall im Allgemeinen die 3. Harmonische die wichtigste ist.<\/p>\n

Und die Gr\u00f6\u00dfen, die normalerweise verwendet werden, um die Pegel der Oberschwingungen im Netz zu bewerten, sind die sogenannten Harmonic Distortion Rates auf Englisch, also die Grenzwerte f\u00fcr die gesamte harmonische Verzerrung, wobei THDu f\u00fcr die Verzerrung der Spannung und THDi f\u00fcr die Verzerrung des Stroms steht, die den Prozentsatz der harmonischen Spannung oder des harmonischen Stroms darstellen, der aus dem RMS-Wert oder der quadratischen Summe der Werte jeder Frequenz in Bezug auf den Wert der Grundwelle berechnet wird. Wie wir sehen werden, erm\u00f6glichen uns diese Grenzwerte, den Schweregrad der harmonischen Verzerrung in unserem Netz zu bestimmen und zu entscheiden, ob Korrekturma\u00dfnahmen angewendet werden m\u00fcssen oder nicht.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“20px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15892″ img_size=“large“ alignment=“center“][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Ein wichtiger zu ber\u00fccksichtigender Aspekt ist, dass, wie wir festgestellt haben, es die nichtlinearen oder verzerrenden Lasten sind, die Stromoberschwingungen erzeugen, und die Tatsache, dass diese Oberschwingungsstr\u00f6me durch die Verteilungskabel zirkulieren, verursacht wiederum Spannungsabf\u00e4lle bei unterschiedlichen Oberschwingungsfrequenzen. Dies setzt das Auftreten von harmonischen Spannungen voraus, d. h. sie verzerren die Spannung und erh\u00f6hen so den Wert des THDu-Grenzwerts. Daher sind die THDi- und THDu-Grenzwerte immer Werte, die zusammen analysiert werden m\u00fcssen, wenn die Notwendigkeit besteht, ein Problem im Zusammenhang mit Oberschwingungen in unserem Stromnetz zu l\u00f6sen.<\/p>\n

Ein weiteres wichtiges Merkmal von Oberschwingungen ist die Tatsache, dass sie unterschiedliche Phasenfolgen haben. Sie k\u00f6nnen direkt, invers oder homopolar sein, auch bekannt als Nullsequenz.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“20px“][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"]Abb. 7[\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/3\"]

<\/p><\/div>

Direkte Sequenz (positiv)<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/3\"]

<\/p><\/div>

Umgekehrte (negative) Sequenz<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/3\"]

<\/p><\/div>

Null-Sequenz<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=“30px“]<\/p>\n

Der Ursprung der Probleme in den Stromnetzen<\/strong><\/span><\/p>\n

Aus praktischen Gr\u00fcnden sind es letztere, die den dreifachen Harmonischen entsprechen, die in Stromnetzen ein gr\u00f6\u00dferes Problem darstellen, da sie sich zueinander in Phase addieren. So werden sie in Stromnetzen mit 4 Adern, 3 Phasen und Neutralleiter bei einer erheblich hohen Anzahl einphasiger elektronischer Lasten (Computer oder Rechner und \u00e4hnliche Empf\u00e4nger) zum Neutralleiter addiert, da sie sich nicht gegenseitig aufheben.<\/p>\n

Wenn man daher f\u00fcr jede Phase ein Stromnetz mit 50 A Oberschwingungsstrom der 3. Ordnung annimmt, hat man im Neutralleiter direkt 150 A Oberschwingungsstrom der 3. Ordnung.<\/p>\n

Dies birgt die Gefahr einer \u00dcberlastung des Neutralleiters sowohl beim Ausl\u00f6sen der thermischen Schutzeinrichtungen als auch beim Trennen des Neutralleiters. Dies wiederum w\u00fcrde aufgrund des erheblichen Ungleichgewichts der Versorgungsspannungen der Lasten, die ein solcher Fall verursachen w\u00fcrde, zu den ung\u00fcnstigsten Situationen f\u00fchren, die zu schwerwiegenden Ausf\u00e4llen der zu diesem Zeitpunkt angeschlossenen Ger\u00e4te aufgrund von \u00dcberspannung f\u00fchren k\u00f6nnten.<\/p>\n

Auch auf der Ebene der Leistungstransformatoren, die die Anlage speisen, treten in einem solchen Fall regelm\u00e4\u00dfig Probleme auf. Wenn diese zus\u00e4tzlich zu dem mit der Wirkleistung verbundenen Grundschwingungsstrom nicht produktive Oberschwingungsstr\u00f6me liefern m\u00fcssen (also Oberschwingungsstr\u00f6me, die nicht nutzbar sind), k\u00f6nnen ihre Verluste so hoch sein, dass sie die Qualit\u00e4t der gelieferten Spannung derart beeintr\u00e4chtigen, sodass diese schlecht und mit hohen THDu-Werten ist. Diese Tatsache w\u00fcrde den Betrieb der eingespeisten Lasten beeintr\u00e4chtigen. Im Extremfall w\u00fcrde sogar eine \u00dcbertemperatur im Leistungstransformator entstehen, die zu dessen Zerst\u00f6rung f\u00fchren kann.<\/p>\n

Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist die Auswirkung, die das Vorhandensein von Oberschwingungen auf den Differentialschutz gegen Ableitstr\u00f6me haben kann. Um den korrekten Schutz in diesen Stromnetzen zu gew\u00e4hrleisten, m\u00fcssen unbedingt geeignete Differentialrelais verwendet werden. In diesem Sinne ist die Verwendung von Typ-B-Differentialen f\u00fcr all jene Empf\u00e4nger, die eine AC\/DC-Wandlung in ihren Betrieb integrieren (wie z. B. Frequenzumrichter, USVs, Gleichrichter oder Ladeger\u00e4te f\u00fcr Elektrofahrzeuge), nicht nur unerl\u00e4sslich, sondern auch obligatorisch.<\/p>\n

In Bezug auf das Vorhandensein hoher harmonischer Verzerrungen in der Spannung im Netz k\u00f6nnen wir sie mit Problemen in Verbindung bringen, die in \u201eempfindlichen\u201c elektronischen Ger\u00e4ten auftreten. In diesem Fall kann die schlechte Qualit\u00e4t der Versorgungsspannung zu Fehlfunktionen in Bezug auf \u201eResets\u201c, St\u00f6rungen, Rechenfehler usw. f\u00fchren.<\/p>\n

Das wohl bekannteste und h\u00e4ufigste Problem schlie\u00dflich ist das Problem zwischen der Installation einer Kondensatorbatterie zur Kompensation induktiver Blindenergie und dem Vorhandensein von Oberschwingungen im Stromnetz.<\/p>\n

Die Erkl\u00e4rung des Falles<\/strong><\/span><\/p>\n

Lassen Sie uns zun\u00e4chst einmal betrachten, wie die Impedanzkurve eines Kondensators aussieht, den man \u201eWiderstand\u201c nennen kann. Wie wir in Abb. 8<\/em> sehen k\u00f6nnen, ist die Impedanz umso niedriger, je h\u00f6her die Frequenz ist. Und wir wissen bereits, dass die Oberschwingungen oder Harmonischen eine h\u00f6here Frequenz haben als die Grundwelle des Netzes. Daher hat der Kondensator gegen\u00fcber diesen harmonischen Frequenzen einen geringeren Widerstand. Folglich wird es f\u00fcr diese Str\u00f6me zu einem \u201ePfad mit niedriger Impedanz\u201c. Mit anderen Worten, er neigt dazu, diese zu absorbieren, sodass in Netzen mit vorhandenen Oberschwingungen die Kondensatoren immer auf einem bestimmten Niveau \u00fcberlastet sind. Und dies f\u00fchrt kurzfristig zu seiner Verschlechterung.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“10px“][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"][\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Abb. 8<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Abb. 9<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Diese \u00dcberlastung ist jedoch nicht das gr\u00f6\u00dfte Problem, das dadurch verursacht werden kann. Das gr\u00f6\u00dfte Problem ist vielmehr die M\u00f6glichkeit, dass ein Resonanzph\u00e4nomen auftritt, was die Verst\u00e4rkung der zuvor im Netz vorhandenen Oberschwingungsstr\u00f6me vor dem Anschluss der Kondensatorbatterie impliziert.<\/p>\n

Dann muss man den Parameter ber\u00fccksichtigen, der als Resonanzfrequenz des Systems bekannt ist (Abb. 9), der die Kurzschlussleistung am Anschlusspunkt der Kondensatorbatterie an das Netz mit der Leistung in kvarC der Batterie selbst in Beziehung setzt. Dieser Wert gibt die Ordnung der Harmonischen an, d. h., die 5., 7., 11. Ordnung usw., die verst\u00e4rkt werden k\u00f6nnte, wenn die Kondensatoren an das Netz angeschlossen werden, was zu ihrer Verst\u00e4rkung f\u00fchrt.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15922″ img_size=“full“ alignment=“center“ title=“Fig. 10″][vc_column_text][vc_empty_space height=“4px“]<\/p>\n

Im Beispiel von Abb. 10 erscheint eine deutliche Resonanz bei der 5. Harmonischen. Man muss nur die 5 \u201eSpitzen\u201c z\u00e4hlen, die in einem Zyklus auftreten.<\/em><\/span><\/p>\n

[vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Das zu implementierende Verfahren zur Vermeidung dieses Resonanzph\u00e4nomens basiert daher auf der Installation von Kondensatorbatterien mit Unterdr\u00fcckungs- oder verstimmten Filtern. Diese Batterien enthalten eine Reaktanz in Reihe mit jedem Kondensator oder jeder Gruppe von Kondensatoren jeder Stufe, was in Abb. 11<\/em> an einer gelblichen Farbe zu erkennen ist. Auf diese Weise wird die Reaktanz-Kondensatorgruppe auf eine Frequenz unterhalb der ersten relevanten Harmonischen im Netz abgestimmt.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15931″ img_size=“large“ alignment=“center“ title=“Fig. 11″][vc_column_text][vc_empty_space height=“4px“]<\/p>\n

Abb. 10.\u00a0 Kondensatorbatterien mit Unterdr\u00fcckungs- oder verstimmten Filtern.<\/em><\/span><\/p>\n

[vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, ist die erste relevante Harmonische im Netz in den allermeisten F\u00e4llen die dritte oder f\u00fcnfte. Und die \u00fcblichen Resonanzfrequenzen sind die in Abb. 12<\/em> angegebenen (Werte bei 50 Hz\/60 Hz sind angegeben).<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“]<\/p>\n

Abb. 12<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
\u00a0 P%<\/strong><\/td>\n\u00a0 fr<\/strong><\/td>\n Oberschwingungen Abgelehnt<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0 7%<\/td>\n\u00a0 189 \/ 277 Hz<\/td>\n\u00a0 h>5\u00ba, f>250 \/ 300 Hz<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0 14%<\/td>\n\u00a0 134 \/ 160 Hz<\/td>\n\u00a0 h>3\u00ba, f>150 \/ 180 Hz<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0 8,7%<\/td>\n\u00a0 170 \/ 203 Hz<\/td>\n\u00a0 h>5\u00ba, f>250 \/ 300 Hz*<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
*<\/strong> Verst\u00e4rkter Filter: THD(U) > 5%\u00a0 \u00a0\u00a0<\/em><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

[vc_empty_space height=“10px“][\/vc_column_text][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Einige Systeme, die eine 100-prozentige Blindenergiekompensation auf eine Weise garantieren, die vollst\u00e4ndig immun gegen das Vorhandensein von Oberschwingungen im Netz ist, sind die statischen Blindleistungsgeneratoren, insbesondere die SVGm-Reihe von CIRCUTOR (Abb. 13). Diese Blindgeneratoren mit Kompensationskapazit\u00e4t f\u00fcr sowohl induktive als auch kapazitive Leistung basieren auf Leistungselektronik und stellen die technologisch fortschrittlichste L\u00f6sung f\u00fcr die Kosinus-Phi-Korrektur dar.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15941″ img_size=“large“ alignment=“center“ title=“Fig. 13″][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Es gibt passive Filterm\u00f6glichkeiten f\u00fcr Oberschwingungsstr\u00f6me, von denen die einfachsten Netz- oder Sto\u00dfreaktanzen sind (Abb. 14). Sie werden am Eingang von Frequenzumrichtern oder \u00e4hnlichen Lasten installiert, was zu einer gewissen Reduzierung der THDi-Werte f\u00fchren kann. In der Regel reichen diese von Anfangswerten um die 40 % bis zu Endwerten von 25 %<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15949″ img_size=“large“ alignment=“center“ title=“Fig. 14″][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

In jedem Fall ist der Einsatz von aktiven Oberwellenfiltern der effizienteste Weg, um Oberschwingungsstr\u00f6me und damit auch Oberschwingungsspannungen in unserem Stromnetz zu reduzieren. Mit anderen Worten, die AFQm-Reihe von CIRCUTOR.<\/p>\n

Ein aktiver AFQm-Filter ist in der Tat ein Generator von Oberschwingungsstr\u00f6men, der auf der Grundlage der Verwendung der fortschrittlichsten Leistungselektronik und der innovativsten Steuerungssysteme in der Lage ist, Oberschwingungsstr\u00f6me gegenphasig zu den im Netz vorhandenen einzuspeisen, damit sie sich gegenseitig aufheben.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“16093″ img_size=“large“ alignment=“center“ title=“Abb. 15″][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

Unter seinen vielen Vorteilen gegen\u00fcber passiven Filtersystemen k\u00f6nnen wir seine Pr\u00e4zision hervorheben. Er ist in der Lage, den genauen Oberschwingungsstrom einzuspeisen, um den Strom im Netz in jeder Oberschwingung zu kompensieren, ohne von den Schwankungen der Last abh\u00e4ngig zu sein.<\/p>\n

Auch seine Vielseitigkeit sticht hervor, da er neben der Filterung von Oberschwingungsstr\u00f6men auch eine Blindkompensation bietet.<\/p>\n

Die Palette der aktiven AFQm-Filter umfasst eine Reihe von Stromeinspeisungskapazit\u00e4ten, die dank ihrer Modularit\u00e4t alle Szenarien auf der Ebene jeder elektrischen Anlage abdecken, sei es auf Industrie- oder Serviceebene. Dar\u00fcber hinaus umfasst sie Betriebsspannungen von 208 VAC bis 690 VAC.<\/p>\n

[vc_empty_space height=“5px“][\/vc_column_text][vc_single_image image=“15964″ img_size=“large“ alignment=“center“ title=“AFQm Aktiver Filter“][vc_column_text][vc_empty_space height=“10px“]<\/p>\n

2 L\u00f6sungen: Wandtyp und Rack (Kabinett)<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

f\u00fcr Netzwerke 50\/60 Hz \u00b15<\/strong><\/p>\n