In modernen elektrischen Systemen HarmonischOberschwingungen werden zu einem immer dringlicheren Problem. Sie könnten die versteckten Ursachen für Geräteüberhitzung, erhöhte Leistungsverluste oder sogar Systemausfälle sein. Doch was genau sind Oberschwingungen, woher kommen sie und wie können wir sie beheben? Schauen wir uns das genauer an.

Was sind Obertöne?

Im Idealfall wären die Spannungs- und Stromverläufe in einem elektrischen System perfekte Sinuswellen. In der Realität werden diese Verläufe jedoch häufig durch verschiedene elektrische Geräte verzerrt. Diese Verzerrung lässt sich in eine Reihe von Sinuswellen zerlegen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind. Diese höherfrequenten Komponenten werden als Oberwellen bezeichnet.

Quellen von Obertönen

Die Hauptquellen von Oberwellen sind nicht-Lineare BelastungS:
- Lineare Lasten (wie Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren) ziehen Strom in einer Weise, die der Spannungswelle entspricht – wodurch die Wellenformen sauber bleiben.
- Nichtlineare Lasten (wie z. B. Frequenzumrichter, Gleichrichter, Computer und Adapter) verzerren die Stromwellenform und führen zu Oberschwingungen im System.

Auswirkungen von Obertönen

Obertöne stören nicht nur Wellenformen, sie können auch echte, greifbare Probleme verursachen:
- Überhitzung der Geräte, wodurch deren Lebensdauer verkürzt wird.
- Fehlfunktion empfindlicher Elektronik.
- Fehlauslösung von Schutzvorrichtungen.
- Niedrigerer Leistungsfaktor und höhere Stromrechnungen.

Harmonische verwalten

Gängige Lösungsansätze sind beispielsweise:
- Auswahl von Geräten mit geringen Oberschwingungen.
- Installation von Oberwellenfiltern (aktiv oder passiv).
- Entwicklung von Systemen mit geeigneten Transformatoranschlüssen.
- Überwachung und regelmäßige Steuerung der Oberwellenpegel.

Abschätzung der erforderlichen Kapazität für aktive Leistungsfilter (APF)

In der Praxis ist die genaue Dimensionierung der Kapazität eines aktiven Leistungsfilters (APF) entscheidend für eine effektive Oberwellenunterdrückung. Gemäß den Best Practices der Branche für Netzqualität gibt es zwei gängige Ansätze zur Abschätzung der erforderlichen Kapazität für die Oberwellenfilterung:

(1) Zentralisiertes Vergütungsverfahren

Dieses Verfahren wird typischerweise für die zentrale Oberwellenbehandlung auf Basis der Transformatorleistung und der Branchenklassifizierung angewendet. Der Oberwellenstrom (Ih) kann mit folgender Formel berechnet werden:

Ih = (S × K) / (√3 × U) × √(1 + THDi2) × THDi

Wo:
- S: Nennleistung des Transformators
- U: Sekundärspannung des Transformators
- THDi: Gesamtklirrfaktor des Stroms
- K: Transformatorlastfaktor

Typische Klirrfaktorwerte nach Branche:

(2) Methode der verteilten Vergütung

Dieser Ansatz basiert auf lokalen Lasten und Gerätecharakteristika. Der Oberwellenstrom wird wie folgt berechnet:

Ih = K × IN × (THDi / √(1 + THDi2))

Wo:
- IN: Nennstrom des Geräts
- THDi: Gesamtklirrfaktor des Stroms
- K: Transformatorlastfaktor

Diese Formeln sind wertvoll für die Entwicklung effizienter Oberwellenunterdrückungsverfahren. APFs.