Wie setzt man Filter und Kompensatoren ein, um Oberschwingungen zu reduzieren und den Leistungsfaktor zu verbessern?

1 Was sind Obertöne und Resonanzen?

Oberschwingungen sind sinusförmige Spannungen oder Ströme mit Frequenzen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz des Stromnetzes aufweisen, normalerweise 50 oder 60 Hz. Oberschwingungen werden von nichtlinearen Lasten wie Wandlern, Gleichrichtern, Wechselrichtern und elektronischen Geräten erzeugt, die nichtsinusförmige Ströme von der Quelle beziehen. Oberschwingungen können die Wellenform von Spannung und Strom verzerren und so die Netzqualität und Effizienz des Systems verringern. Resonanz ist ein Zustand, bei dem die Impedanz des Systems bei einer bestimmten Frequenz sehr hoch oder sehr niedrig wird, was zu einer großen Spannung oder einem hohen Strom führt. Resonanz kann auftreten, wenn die induktive Reaktanz des Systems mit der kapazitiven Reaktanz des Systems oder der Last bei einer harmonischen Frequenz übereinstimmt. Resonanz kann die harmonische Verzerrung verstärken, Überspannungen oder Überströme erzeugen und das Gerät oder das Netzwerk beschädigen.

2 Was sind Filter und Kompensatoren?

Filter und Kompensatoren sind Geräte, die die Impedanz des Systems oder der Last ändern können, um die Oberschwingungsverzerrung zu reduzieren und den Leistungsfaktor zu verbessern. Filter sind passive Elemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten, die in Reihe oder parallel mit dem System oder der Last geschaltet werden, um bestimmte Oberschwingungsfrequenzen zu blockieren oder zu umgehen. Kompensatoren sind aktive Elemente, wie z. B. leistungselektronische Umrichter, die Blindleistung oder Oberschwingungsströme einspeisen oder absorbieren, um das nichtlineare Verhalten des Systems oder der Last zu kompensieren. Filter und Kompensatoren können je nach Konfiguration, Betrieb und Funktionalität in verschiedene Typen eingeteilt werden, z. B. seriell, parallel, Shunt, hybrid, passiv, aktiv oder adaptiv.

3 Wie setzt man Filter ein, um harmonische Resonanzen zu reduzieren?

Filter können verwendet werden, um harmonische Resonanzen zu reduzieren, indem ein niederohmiger Pfad für den Fluss der Oberschwingungsströme geschaffen wird, wodurch der Resonanzzustand vermieden wird. Ein Shunt-Filter ist beispielsweise eine Kondensatorbank, die parallel zum System oder zur Last geschaltet wird, um Blindleistung bereitzustellen und den Leistungsfaktor zu verbessern. Wenn die Kondensatorbank jedoch mit der Systeminduktivität bei einer Oberschwingungsfrequenz in Resonanz geht, kann dies zu Überspannungen und Instabilität führen. Um dies zu verhindern, kann der Kondensatorbank ein Reihenfilter, wie z. B. eine Induktivität oder ein Widerstand, hinzugefügt werden, um ein abgestimmtes oder verstimmtes Filter zu bilden, das die Resonanzfrequenz von der Oberschwingungsfrequenz weg verschiebt. Alternativ kann ein Parallelfilter, wie z. B. eine Induktivität oder ein Widerstand, in Reihe mit dem System oder der Last geschaltet werden, um einen Hochpass- oder Tiefpassfilter zu bilden, der die Oberschwingungsströme blockiert oder umgeht.

4 Wie verwendet man Kompensatoren, um den Leistungsfaktor zu verbessern?

Kompensatoren können verwendet werden, um den Leistungsfaktor zu verbessern, indem Blindleistung oder Oberschwingungsströme eingespeist oder absorbiert werden, um das System oder die Last auszugleichen. Ein Shunt-Kompensator ist beispielsweise ein leistungselektronischer Umrichter, der parallel zum System oder zur Last geschaltet wird, um Blindleistung zu erzeugen oder zu verbrauchen und den Leistungsfaktor zu verbessern. Der Shunt-Kompensator kann auch die Oberschwingungsströme aufheben, indem er entgegengesetzte Ströme erzeugt, die in Phase mit den Oberschwingungen sind. Ein Serienkompensator ist ein leistungselektronischer Wandler, der in Reihe mit dem System oder der Last geschaltet wird, um die Spannung zu regulieren und den Leistungsfaktor zu verbessern. Der Serienkompensator kann auch die harmonische Verzerrung abmildern, indem er entgegengesetzte Spannungen einspeist, die in Phase mit den Oberschwingungen liegen.

5 Was sind die Vorteile und Herausforderungen des Einsatzes von Filtern und Kompensatoren?

Die Verwendung von Filtern und Kompensatoren kann mehrere Vorteile für Ihr Stromverteilungssystem haben, z. B. die Reduzierung von harmonischen Verzerrungen, die Vermeidung von harmonischen Resonanzen und Instabilitäten, die Verbesserung des Leistungsfaktors, die Reduzierung der Größe und der Kosten von Komponenten sowie die Einhaltung von Normen und Vorschriften. Es kann jedoch einige Herausforderungen bei der Auswahl des richtigen Typs, der richtigen Größe, der richtigen Position und der Abstimmung von Filtern und Kompensatoren für Ihr System und Ihre Lasteigenschaften geben. Darüber hinaus kann es Wechselwirkungen oder Interferenzen zwischen verschiedenen Filtern und Kompensatoren im System geben, die berücksichtigt werden müssen. Schließlich müssen Sie die Leistung und Zuverlässigkeit der Filter und Kompensatoren unter Berücksichtigung von Umwelt- und Sicherheitsaspekten warten und überwachen.

6 Hier ist, was Sie sonst noch beachten sollten

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