Aktive harmonische Filtermodule für Wand und Rack

Was sind Harmonische?

Oberschwingungen beziehen sich auf die zusätzlichen Frequenzen in einem elektrischen System, die ein Vielfaches der Grundfrequenz betragen. In einem idealen Stromnetz beträgt die Grundfrequenz je nach Region typischerweise 50 oder 60 Hz. Aufgrund nichtlinearer Lasten und anderer Störungen können jedoch Oberschwingungen in das System eingebracht werden.

Harmonische durch nichtlineare Lasten

On-lineare Lasten wie leistungselektronische Geräte (z. B. Gleichrichter, Wechselrichter, Frequenzumrichter) können zu Verzerrungen in der Stromwellenform führen, was zu Oberschwingungsströmen führt. Diese harmonischen Ströme enthalten Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind. Beispielsweise ist die 2. Harmonische das Doppelte der Grundfrequenz, die 3. Harmonische das Dreifache der Grundfrequenz und so weiter.

Welche Auswirkungen haben Harmonische?

Harmonische sind Frequenzkomponenten, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz in elektrischen Systemen sind. In Energiesystemen können Oberschwingungen durch nichtlineare Lasten wie leistungselektronische Geräte, Antriebe mit variabler Drehzahl und bestimmte Arten von Beleuchtung verursacht werden. Diese nichtlinearen Lasten ziehen nichtsinusförmige Stromwellenformen, was zu harmonischen Verzerrungen in den Spannungs- und Stromwellenformen des Stromnetzes führt.

Die häufigsten Geräte, die Oberwellen erzeugen, sind nachfolgend aufgeführt: Schaltnetzteile, Schweißgeräte, USV, alte Frequenzumrichter mit Thyristor-Stromrichtertechnik, Motorantriebe, Umrichter mit gesteuerten Gleichrichtern, Gleichstromsteller für Gleichstromantriebe, Induktionsöfen.

Die gebräuchlichsten Geräte zur Erzeugung von Oberwellen durch nichtlineare Lasten

Welche Auswirkungen haben Harmonische?

Die Auswirkungen von Harmonischen lassen sich in mehrere Bereiche einteilen:

● Geräteüberhitzung: Oberschwingungsströme, die durch Transformatoren, Kabel und andere Komponenten fließen, können aufgrund der mit Oberschwingungen verbundenen zusätzlichen Verluste zu einer erhöhten Erwärmung führen. Dies kann zu einer verkürzten Gerätelebensdauer, erhöhten Wartungskosten und sogar zu Geräteausfällen führen.

● Strom- und Spannungsverzerrung: Harmonische Ströme können Spannungsverzerrungen verursachen, was zu einer verzerrten Wellenform der Versorgungsspannung führt. Dies kann empfindliche elektronische Geräte beeinträchtigen und zu Fehlfunktionen und erhöhten Fehlerraten führen. Auch durch den Neutralleiter können Oberschwingungsströme fließen, die zu einer Verzerrung des Neutralstroms und zusätzlicher Erwärmung im Neutralleiter führen.

● Resonanz: Harmonische können mit der Systemimpedanz interagieren und Resonanzbedingungen erzeugen, bei denen die Reaktion des Systems auf bestimmte Frequenzen verstärkt wird. Resonanz kann zu erhöhter Spannungs- und Stromverzerrung, Geräteschäden und Systeminstabilität führen.

● Verschlechterung der Netzqualität: Oberschwingungen können zu einer schlechten Netzqualität führen, einschließlich eines verringerten Leistungsfaktors, einer erhöhten Gesamtharmonischen Verzerrung (THD) und einer verzerrten Wellenformsymmetrie. Diese Probleme können zu erhöhten Energieverlusten, verringerter Systemeffizienz und erhöhten Stromkosten führen.

● Interferenz: Oberwellen können elektromagnetische Interferenzen (EMI) in Kommunikationssystemen verursachen und den Betrieb empfindlicher Geräte wie Telekommunikationssysteme, Audio-/Videosysteme und Datennetzwerke beeinträchtigen.

Um die Auswirkungen von Oberschwingungen abzuschwächen, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, darunter der Einsatz von Oberschwingungsfiltern, der Entwurf und Betrieb von Stromversorgungssystemen mit geringer harmonischer Verzerrung sowie die Einhaltung relevanter Normen und Richtlinien zur Oberschwingungskontrolle.

Intone Power-AHF Active Harmonic Filter

Der aktive Oberwellenfilter Intone Power AHF ist eine perfekte und umfassende Lösung für die Probleme mit der Stromqualität im Stromnetz, wie z. B. Blindleistung durch Oberwellen und dreiphasige Lastunwucht. Der parallel zum Stromnetz geschaltete Intone Power AHF kann die Oberwellen im Stromnetz rechtzeitig erkennen, den Gegenphasen-Kompensationsstrom durch den Konverter erzeugen und die Oberwellen im Stromnetz dynamisch filtern.

Intone Power-AHF Aktive Oberwellenfilter sind statische Leistungselektronikprodukte, die digitale Logik und IGBT-Halbleiter verwenden, um eine Stromwellenform zu synthetisieren, die in das Stromnetz eingespeist wird, um durch nichtlineare Lasten verursachte Oberwellenströme zu kompensieren. AHF verwendet Stromtransformatoren, um den Laststrom zu messen und den Gehalt an vorhandenem Oberwellenstrom zu bestimmen. Der Betrieb von AHF wird durch vielfältige Lastformen und Stromnetzstrukturen nicht beeinträchtigt. Außerdem erzeugt es keine Oberwellenschwingungen im System, wodurch eine perfekte Oberwellenkontrolle unter unterschiedlichen Lasten realisiert wird.

Interne Topologiestruktur des aktiven harmonischen Filters

AHF verfügt außerdem über die Fähigkeit, einen schlechten Verschiebungsleistungsfaktor (DPF) zu korrigieren und den Netzstrom auszugleichen. Eine DPF-Korrektur kann entweder für voreilende (kapazitive) oder nacheilende (induktive) Lasten bereitgestellt werden, die einen schlechten DPF verursachen. Der Netzstromausgleich erfolgt durch Messung des vorhandenen Gegensystemstroms und Einspeisung des Gegensystems. Sequenzstrom, um den Strom für das vorgelagerte Netzwerk auszugleichen. Mittlerweile hat Intone Power-AHF die Funktion, die Unsymmetrie des dreiphasigen Laststroms zu steuern und so verschiedene Aspekte der Stromqualität im Stromnetz umfassend zu behandeln.

Die Hauptfunktionen

● Kombination aus FFT-Methode und Momentanleistungstheorie

● Multifunktional – Kombination aus Oberschwingungsminderung, Leistungsfaktorkorrektur (sowohl induktive als auch kapazitive Leistung) und Ungleichgewichtskompensation

● Großer harmonischer Filterbereich: von Harmonischen 2. bis 51. Ordnung

● Hervorragende Ungleichgewichtskorrektur: Sowohl Gegen- als auch Nullsysteme mildern den Neutralstrom

● Hoher harmonischer Filterwirkungsgrad von > 98,4 %

Hauptfunktionen des Active Harmonic Filter

● Schnelle Reaktionszeit: weniger als 5 ms

● Hohe Stabilität – Vermeidung von Resonanzen durch automatische Oberwellenbeseitigung

● Großer Eingangsspannungs- und Frequenzbereich zur Anpassung an raue elektrische Umgebungen.

● Überlastfrei durch automatischen Strombegrenzungsausgang

● 7-Zoll- oder 10-Zoll-Touchscreen-HMI zur Programmierung und Überwachung verschiedener elektrischer Parameter, PQ-Parameter, Alarme und Protokolle

● Parallelschaltbetrieb möglich: 12 Module können parallel geschaltet werden

● Flexibler Einsatz: Modularer Aufbau eingebettet in Standard- oder kundenspezifische Gehäuse

● Umgebungsanpassungsfähigkeit: Temperatur von 10 °C bis 50 °C (ohne Leistungsminderung)

● Einfache Installation und Wartung – Plugin-Installation von AHF-Modulen zum Austausch oder zur Erweiterung

● Hardware-Schutz: V-Bus-Überspannungsschutz; Überspannungsschutz

● Softwareschutz: AC-Sofort-Überstromschutz; AC-Real-Überstromschutz; V-Bus-Überspannungsschutz, AC-Überspannungsschutz, AC-Unterspannungsschutz, Übertemperaturschutz;

Rack- und wandmontierte Module

Intone Power Active Harmonic Filter-Rackmodule beziehen sich auf AHF-Einheiten, die für den Einbau in ein Rack oder einen Schrank konzipiert sind. Diese Module enthalten typischerweise die notwendigen Komponenten wie Leistungselektronik, Steuerschaltungen und Kühlsysteme, um die Funktion der Blindleistungskompensation zu erfüllen. Rackmontierte Module werden häufig in Industrieanwendungen, Rechenzentren und großen Elektroinstallationen verwendet, in denen mehrere AHF-Einheiten erforderlich sind.

Rackmodule mit aktivem Oberschwingungsfilter

Wandmontierte Active Harmonic Filter-Module sind für die direkte Installation an einer Wand oder Montagefläche konzipiert. Es handelt sich um kompakte Einheiten, die die erforderlichen Komponenten in einem einzigen Gehäuse integrieren und sich daher für kleinere Anwendungen oder Standorte mit begrenztem Platzangebot eignen. Wandmontierte AHF-Module werden häufig in Gewerbegebäuden, Büros und kleineren Elektroinstallationen eingesetzt.

wandmontierte Module mit aktivem Oberschwingungsfilter

Intone Power-AHF-Module unterstützen: 15A, 25A, 30A, 50A, 75A, 100A, 125A, 150A, von 220V bis 690V, sowohl für 50Hz- als auch 60Hz-Netzwerke.

Sowohl im Rack als auch an der Wand montierte AHF-Module dienen dem gleichen Zweck der Blindleistungskompensation und Spannungsstabilisierung. Die Wahl zwischen beiden hängt von den spezifischen Anforderungen der Installation, dem verfügbaren Platz und anderen Faktoren wie Skalierbarkeits- und Erweiterbarkeitsanforderungen ab.

Vorteile des aktiven harmonischen Filters

Verbesserte Stromqualität

Der offensichtlichste Vorteil aktiver Oberschwingungsfilter ist die Verbesserung der Netzqualität. Durch die aktive Unterdrückung von Oberschwingungen und die Korrektur von Leistungsfaktoren stellen diese Filter sicher, dass die Stromversorgung stabil und sauber ist. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Spannungsverzerrung, minimiert das Risiko von Gerätestörungen und verbessert die Gesamtleistung empfindlicher Geräte.

Energieeffizienz

Aktive Oberschwingungsfilter können auf verschiedene Weise zur Verbesserung der Energieeffizienz beitragen. Indem sie den Bedarf an Blindleistung vom Versorgungsunternehmen reduzieren, reduzieren sie Energieverluste. Darüber hinaus ermöglichen sie einen effizienteren Betrieb der Geräte, indem sie einen Leistungsfaktor nahe eins aufrechterhalten. Dies führt zu niedrigeren Energierechnungen und einem geringeren ökologischen Fußabdruck.

Vorteile eines aktiven harmonischen Filters

Vorteile eines aktiven harmonischen Filters

Das Vorhandensein von Oberschwingungen kann für elektrische Geräte schädlich sein. Dies kann zu Überhitzung, einer verkürzten Lebensdauer der Geräte und in einigen Fällen zu einem katastrophalen Ausfall führen. Aktive Oberwellenfilter spielen eine entscheidende Rolle beim Schutz der Ausrüstung vor diesen schädlichen Auswirkungen und stellen sicher, dass die Anlagen der Anlage in gutem Betriebszustand bleiben.

Einhaltung von Standards

In vielen Ländern und Regionen gelten strenge Vorschriften und Standards, um die Stromqualität sicherzustellen. Aktive harmonische Filter helfen Anlagen dabei, diese Anforderungen zu erfüllen, indem sie den Leistungsfaktor und die harmonische Verzerrung effektiv steuern. Durch die Einhaltung werden nicht nur potenzielle Strafen vermieden, sondern auch eine zuverlässige und stabile Stromversorgung gewährleistet.

Kosteneinsparungen

Während mit der Installation aktiver harmonischer Filter wie SVGs zunächst Kosten verbunden sind, können die langfristigen Kosteneinsparungen erheblich sein. Niedrigere Energierechnungen, geringere Wartungskosten und eine längere Lebensdauer der Geräte tragen alle zu einer überzeugenden Kapitalrendite bei.

Typische Anwendungen aktiver harmonischer Filter

Aktive Oberschwingungsfilter finden Anwendung in einer Vielzahl von Branchen und Einrichtungen, in denen Stromqualität und Effizienz von entscheidender Bedeutung sind. Einige typische Anwendungen sind:

Produktionsanlagen

Fertigungsumgebungen weisen häufig eine Vielzahl nichtlinearer Lasten auf, wie beispielsweise Frequenzumrichter, Schweißgeräte und CNC-Maschinen. Es ist bekannt, dass diese Lasten Oberschwingungen erzeugen, die zu Problemen mit der Stromqualität führen können. Aktive Oberschwingungsfilter werden eingesetzt, um eine stabile Stromqualität sicherzustellen, Ausfallzeiten von Geräten zu minimieren und den Energieverbrauch zu optimieren.

Aktiver Oberwellenfilter in Produktionsanlagen

Rechenzentren

Rechenzentren reagieren sehr empfindlich auf Störungen der Stromqualität. Jede Unterbrechung der Stromversorgung kann zu Datenverlust und Systemausfällen führen. Aktive Oberschwingungsfilter dienen zum Schutz vor Spannungsverzerrungen und zur Sicherstellung des kontinuierlichen Betriebs kritischer IT-Infrastruktur.

Aktiver Oberwellenfilter im Rechenzentrum

Gewerbliche Gebäude

In Gewerbegebäuden gibt es zahlreiche Lasten, darunter Beleuchtung, HVAC-Systeme und Aufzüge, die Probleme mit der Stromqualität verursachen können. Aktive Oberschwingungsfilter tragen dazu bei, die Stromqualität aufrechtzuerhalten, Energiekosten zu senken und Gebäudesysteme zu schützen.

Aktiver Oberschwingungsfilter im HVAC-System

Erneuerbare Energiesysteme

Da erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind immer häufiger eingesetzt werden, spielen aktive Oberwellenfilter eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Qualität des erzeugten und in das Netz eingespeisten Stroms. Sie tragen dazu bei, die Leistung dieser intermittierenden Energiequellen zu regulieren und sie so zuverlässiger und effizienter zu machen.

Aktiver Oberwellenfilter in der Ladestation für Elektrofahrzeuge

Große Industrieanlagen

Große Industrieanlagen mit einer breiten Palette an Maschinen und Prozessen stehen häufig vor Herausforderungen im Zusammenhang mit der Stromqualität. Aktive Oberschwingungsfilter werden verwendet, um Leistungsfaktoren zu verwalten und Oberschwingungen abzuschwächen, was zu einer verbesserten Effizienz und einem besseren Geräteschutz führt.

Aktiver Oberschwingungsfilter in Elektrolichtbogenöfen