Impedanzverlauf eines RεSI-Filters. Beispiel: Netz 50MVA, Transformator 630kVA, Kabel 100μF + RεSIMod-400/50-25kvar. (Bild: Condensator Dominit GmbH)
Einbringung von Dämpfung
In einem Netz mit vorhandenen oder drohenden Resonanzen kann, in Ergänzung zum SΦfia-Filter, ein RεSI-Filter (Resonanz-Eliminations-System) modular in einen Schaltschrank integriert werden, um passende Dämpfung in das Netz einzubringen. Neben der Resonanzbedämpfung kann das RεSI-Modul außerdem hochfrequente Störpegel, hervorgerufen durch Taktfrequenzen bzw. Kommutierungseinbrüchen, signifikant reduzieren. Die Kombination aus Kondensatoren und Induktivitäten in einem Netz bilden, gemäß der Thomsonschen Schwingungsgleichung f = 1 / (2 * * Wurzel (L*C)), ein schwingungsfähiges System bei einer bestimmten Frequenz aus. Klassische Filter, sowohl aktiv als auch passiv, können Spannungsverzerrungen aufgrund von Resonanzen nicht reduzieren. Die einzige Möglichkeit zur Reduktion von resonanzbedingten Spannungspegeln ist das Einbringen von Dämpfung. Dämpfung wird durch Energieentnahme realisiert. Im Energieversorgungsnetz wird Energie in Widerständen in Wärme umgewandelt und so dem System entzogen. Vor diesem Hintergrund wird deutlich, warum klassische Filter Resonanzpegel nicht bekämpfen können. Passive Filter bringen Kondensatoren und Drosseln in das Netz ein, aber keinen Dämpfungswiderstand. Somit verschiebt sich das Resonanzproblem – gemäß der Thomsonschen Formel – nur zu einer anderen Frequenz, wird aber nicht bedämpft. Auch Aktivfilter können Resonanzen nicht eliminieren da sie, aufgrund des stromgeführten Kompensationsprinzips, Oberschwingungsströme mit einer falschen Phasenlage einspeisen. Im schlimmsten Fall können Aktivfilter sogar Resonanzen anregen, weswegen sie eine Resonanzerkennung implementiert haben sollten. Wenn eine Resonanz erkannt wird, werden bei der entsprechenden Ordnung keine Ströme eingespeist. Abbildung 4 zeigt wie der Impedanzverlauf eines Netzes, durch die Einbringung eines RSI-Filters, positiv verändert wird. Der blaue Verlauf zeigt die Impedanzkurve eines typischen Energieversorgungsnetzes, die durch die induktive Charakteristik des Transformators geprägt ist. Durch das Einbringen einer Kapazität entsteht eine Resonanzstelle zwischen der 40. und 45. Ordnung (s. rote Linie). Es genügt ein geringer Anregestrom bei der Resonanzfrequenz, um die Resonanz anzuregen. Ist die Dämpfung im System nicht ausreichend, fängt das Netz an zu schwingen. Schlimmstenfalls kann es sich bis zur Zerstörung von Betriebsmitteln aufschaukeln. Die grüne Linie zeigt den Impedanzverlauf bei Einbringung eines RεSI-Filters und die daraus resultierende Dämpfung.
Resümee
Durch die stetige Zunahme von leistungselektronischen Verbrauchern mit nicht-linearen Kennlinien steigt die Belastung in unseren Stromnetzen. Niederfrequente Netzrückwirkungen durch Frequenzumrichter und höherfrequente Störungen führen dazu, dass die Grenzwerte der Normen zur Spannungsqualität überschritten werden. Eine Verletzung der Norm kann zu Betriebsausfällen, Prozessstörungen oder gar der Zerstörung von Betriebsmitteln führen. Der Einsatz von geeigneten Filtermaßnahmen, wie sie in der GridClass-Mod Produktreihe durch die Kombination eines intelligenten Passivfilters SΦfia-Mod mit einem Filter zur Resonanzdämpfung RεSI-Mod realisiert sind, bleibt somit oftmals unabdingbar. Das Konzept der GridClass-Reihe bietet eine Möglichkeit, die Vorteile von klassischen passiven und aktiven Filterkonzepten miteinander zu vereinen, ohne dabei deren Schwächen, wie z.B. eine erhöhte Verlustleistung oder komplizierte Auslegungen, in Kauf nehmen zu müssen. Die Kombination aus SΦfia-Mod und RεSI-Mod erzielt einen breitbandigen Filtereffekt. Durch die modulare Bauweise lassen sich Filtermaßnahmen einfach und flexibel per ‚Plug&Play‘ in Schaltschränke integrieren bzw. bestehende Anlagen können um die Filtermodule erweitert werden.
