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Aktiv gegen Netzverzerrungen


Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Aktive Filter – keine Universal-Lösung!

 

Aktive Filter halten die offensichtlichen Stromoberschwingungen im Bereich bis 2 kHz problemlos ein. Allerdings produzieren sie dafür im höheren Frequenzbereich überproportional starke Oberschwingungen, die zu Störungen in anderen Elektronikschaltungen führen können. Sie verschieben daher die jetzt zu bekämpfenden Oberschwingungen nur in einen höheren Frequenzbereich. So besteht die Gefahr, dass aufgrund des heutigen Stands der Normung diese vermeintlich gute Lösung mittelfristig zu einem anderen schwerwiegenden Netzproblem führen kann.

Da unsere Normen und Gesetze diesen Bereich bislang nicht abdecken, erfassen Betreiber die Auswirkungen messtechnisch nicht. Trotzdem sind Auswirkungen auf alle an dieser Spannung arbeitenden Geräte festzustellen. Diese machen sich zum Beispiel in einer erhöhten Stromaufnahme in Netzteilen bemerkbar. Auch Resonanzen mit Eingangsschaltungen und Funkentstörmitteln sind möglich, die dann sogar zu einer Zerstörung von Geräten führen können. Messtechnisch ist mit den heutigen Netzanalysatoren dieser Frequenzbereich meist nicht zu erfassen. Dadurch entstehen Anlagenfehler, deren Ursache nur sehr schwierig zu ermitteln ist. Aus diesem Grund hat der ZVEI in diesem Jahr die Vorarbeit für einen Entwurf einer Normenempfehlung im Bereich 2 bis 9 kHz gestartet.

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Bild 4: Als Faustformel gilt, dass etwa 35 % des zu bedämpfenden Laststroms als Filterleistung bereitgestellt werden muss. Damit sind die Geräte äußerst kompakt und die Verlustleistung ist im Vergleich zu passiven Oberschwingungsfiltern bei ähnlich h

Ein weiteres Problem aktiver Filter: Sie sind leistungselektronische Geräte und können starke höherfrequente Emissionen erzeugen. Ursache dafür sind vor allem die steilen Schaltflanken mit großen Amplituden wie sie typischerweise durch die schnell schaltenden Halbleiterschaltelemente entstehen. Diese kurzen, steilen Spannungsimpulse erzeugen breitbandige Oberschwingungen bis in den MHz-Bereich hinein, die die Hersteller mit Hilfe von Filtern bedämpfen müssen. Die Taktung überlagert das Netz mit hochfrequentem Rauschen, welches ein passives Filter im Ausgang dämpft. Die Taktfrequenz selbst macht sich dann nicht mehr so deutlich auf der Spannung bemerkbar. Allerdings lässt sich trotz Ausgangsfilter immer noch ein Rest des Rauschens auf der Netzseite erkennen, was letztlich zu Oberschwingungen oberhalb der heutigen Normen führt.

Vorsicht ist auch geboten, wenn Betreiber unterschiedliche aktive Filter parallel schalten wollen. Hierbei könnte ein Parallelschwingkreis zwischen den Ausgangsfiltern der Aktivfilter entstehen. Anlagen, in denen unverdrosselte Kompensationsanlagen installiert sind, dürfen nicht zusammen mit aktiven Filtern betrieben werden, da es zu Resonanz-Erscheinungen kommen kann.

In Summe lässt sich festhalten: So wahrscheinlich es derzeit aussieht, dass aktive Filtersysteme zunehmend an Bedeutung gewinnen und sich als Standard-Filterkomponenten neben den bekannten passiven Systemen etablieren werden, so falsch wäre es, anzunehmen, dass letztere dadurch vollständig zu ersetzen seien. Vielmehr ist im Einzelfall die Ist-Situation zu ermitteln und die für die Installation beste Lösung anzustreben. Auf jeden Fall sollten Betreiber bei der Anschaffung von neuen Betriebsmitteln mit nichtlinearer Stromaufnahme auf eine dezentrale Reduzierung der Oberwellen in den verursachenden Komponenten achten, da dies auch eine eventuell später notwendig werdende Investition für aktive oder passive Filter deutlich reduziert. gh

Hartmut Dorner

ist Leiter Netzanalyse bei Danfoss in Offenbach.

Falko Wiehle

ist Projektmanager Kundenlösungen und Großantriebe bei Danfoss in Offenbach.


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