Drehzahlgeregelte Antriebe leisten Beitrag zur effizienten Energienutzung Aktiv gegen Netzverzerrungen

Drehzahlgeregelte Antriebe leisten einen wesentlichen Beitrag zur effizienten Energienutzung. Allerdings können die dafür eingesetzten Frequenzumrichter zu Verzerrungen der Netzfrequenz und in der Folge zur Beeinträchtigung andere Verbraucher führen. Aktive Filter wirken dem effektiv entgegen.

Die von dem Energieversorger gelieferte Netzspannung für Haushalt, Gewerbe und Industrie sollte im Idealfall eine gleichmäßige Sinusspannung konstanter Amplitude und Frequenz sein. Dies ist in unseren Netzen heute kaum mehr anzutreffen. Die Ursache liegt in Verbrauchern, die einen nicht-sinusförmigen Laststrom aufnehmen. Denn neben dem steigenden Einsatz von Frequenzumrichtern nimmt der Anteil anderer elektronischer Verbraucher wie zum Beispiel Energiesparlampen oder Schaltnetzteilen in den Niederspannungsnetzen drastisch zu. Die Folge sind immer größere – in gewissen Grenzen auch zulässige – Abweichungen von der idealen Sinusform in den Versorgungsnetzen.

Diese Verzerrungen der Sinusform nennen Fachleute niederfrequente Netzrückwirkung oder auch Oberschwingungen. Sie resultieren in einer höheren Blindleistungsbelastung von Übertragungsmedien wie Kabel und Trafo. Für die Beurteilung der Netzqualität kommen typischerweise die Oberschwingungen bis 2,5 kHz, entsprechend der 50. harmonischen Oberschwingung in Betracht. Die stärksten Auswirkungen haben die 3., 5. und 7. Oberschwingung, also die Frequenzen von 150, 250 und 350 Hz, sofern auch die einphasigen Verbraucher mit in die Betrachtung einfließen.

Ein zu großer Oberschwingungsgehalt kann dazu führen, dass beispielsweise empfindliche elektronische Steuerungen, Computer und Regelgeräte nicht mehr einwandfrei funktionieren, oder sogar einzelne Verbraucher scheinbar ohne logische Erklärung vorzeitig ausfallen. Weitere mögliche Auswirkungen sind:

  • erhöhte Belastung bis hin zur Zerstörung von Blindleistungs-Kompensationsanlagen;
  • erforderliche Überdimensionierung von Netzkomponenten wie Trafo oder Leitungen;
  • eingeschränkte Funktionssicherheit und Lebensdauer von Netzkomponenten und angeschlossenen Verbrauchern.

Um Schädigungen einzelner Verbraucher aufgrund von unerwünschten Oberschwingungen zu vermeiden, gilt es demnach, Maßnahmen zur Verbesserung der Netzqualität zu treffen. Sinnvollerweise sind Netzrückwirkungen elektronischer Verbraucher bereits an der Entstehungsquelle im Gerät wirkungsvoll zu reduzieren. Bei Frequenzumrichtern kann dies – wie etwa bei den Geräten von Danfoss üblich – im einfachsten Fall durch die Verwendung serienmäßig integrierter Zwischenkreisdrosseln erfolgen. In Einzelfällen reicht diese Maßnahme jedoch nicht mehr aus; insbesondere, wenn die Netzqualität durch andere nichtkompensierte Verbraucher bereits zu stark belastet ist.