Modular aufgebautes Filtersystem

Wertschöpfung bleibt beim Schaltanlagenbauer

In heutigen Energieversorgungsnetzen kann eine mangelnde Spannungsqualität schwerwiegende Auswirkungen haben, wie z.B. den Ausfall von Frequenzumrichtern, Fehlfunktion von elektronischen Steuerungen oder auch den Stillstand von gesamten Produktionsanlagen. Während die primären Kosten, wie die Beschädigung von Betriebsmitteln, noch überschaubar sind, können immense sekundäre Kosten durch Stillstandzeiten, Produktionsausfälle und Ausschusskosten entstehen.

Aufbau eines SΦfia-Mod-Filtermoduls (100A). Wichtigster Bestandteil und Gehirn des Filters ist die intelligente Steuereinheit. (Bild: Condensator Dominit GmbH)

Zudem entstehen enorme finanzielle Risiken, da die Hersteller der Frequenzumrichter und Produktionsanlagen von der Gewährleistungspflicht befreit sind, wenn die entsprechenden Normen zur Spannungsqualität nicht eingehalten werden. Folgende Phänomene können die Spannungsqualität beeinträchtigen: niederfrequente Oberschwingungen, höherfrequente Oberschwingungen aufgrund von Resonanzen, Taktfrequenzen und Kommutierungseinbrüchen, Probleme mit der Spannungshöhe und Blindleistung. Für jedes dieser Spannungsqualitätsprobleme bietet das Portfolio der Condensator Dominit eine Produktlösung. Schwerpunkt dieses Artikels ist die Vorstellung der GridClass-Mod Produktreihe, die als integrierbare Schaltschranklösung Oberschwingungsprobleme in allen Frequenzbereichen löst.

Zunehmender Einsatz von Leistungselektronik

Der derzeitige Wandel unseres Energieversorgungssystems ist geprägt durch den zunehmenden Einsatz von Leistungselektronik. Die Integration regenerativer Energien, der Einsatz von LEDs, Unterhaltungselektronik und die Ansteuerung von Motoren durch Frequenzumrichter führen dazu, dass der Anteil nicht-linearer Verbraucher in unseren Netzen zunimmt. Diese Verbraucher nehmen allesamt Oberschwingungsströme auf, die nicht proportional zur Spannung sind und somit nicht der Grundschwingung (50Hz) entsprechen. Die Oberschwingungsströme treten typischerweise in niederen Frequenzbereichen bis 2,5kHz auf und sind bestimmte ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz, z.B. entspricht die 5. Ordnung 250Hz. Ohne den Einsatz geeigneter Filtermaßnahmen trifft dieser Strom im Netz auf die Netzimpedanz. Gemäß dem ohmschen Gesetz verursacht der Oberschwingungsstrom über der Netzimpedanz einen Spannungsfall, der sich der Grundschwingung überlagert und die Netzspannung verzerrt. Neben den Oberschwingungsströmen kann auch eine Erhöhung der Netzimpedanz, aufgrund einer Resonanz, zu Spannungsqualitätsproblemen führen. Resonanzen entstehen durch Kapazitäten, die in EMV-Filtern, ausgedehnten Kabelnetzen oder unverdrosselten Kompensationsanlagen vorhanden sind. In Kombination mit der Induktivität des Transformators bildet sich ein schwingungsfähiges System aus. Dies führt zu einer Erhöhung der Netzimpedanz an der Resonanzstelle, sodass bereits ein kleiner Oberschwingungsstrom die Resonanz anregen und enorme Störpegel hervorrufen kann. Resonanzen lassen sich nur mit der Einbringung von verlustbehafteter Dämpfung ins Netz beheben.

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