Aktive harmonische Filter, Kondensatorbänke, Drosseln in Netzwerken

Welche Beziehung besteht zwischen Active Harmonic Filter, Kondensatorbänken und Drosseln?

Aktive Harmonische Filter (AHFs), Kondensatorbänke und Reaktoren sind wesentliche Komponenten, die in elektrischen Netzwerken zur Verwaltung der Stromqualität, Blindleistungskompensation und Oberschwingungsminderung eingesetzt werden. Wenn diese Geräte effektiv in einem Netzwerk kombiniert werden, können sie dazu beitragen, die Systemleistung und Energieeffizienz zu verbessern und die Betriebskosten zu senken. So funktionieren sie einzeln und zusammen:

1. Aktiver Harmonischer Filter (AHF)

• Zweck: AHFs werden verwendet, um harmonische Verzerrungen zu beseitigen oder zu reduzieren, die durch nichtlineare Lasten (z. B. Frequenzumrichter, Industrieanlagen) verursacht werden. Oberschwingungen können zu Überhitzung, Geräteausfall und Energieverlusten führen.
• Funktion: AHFs überwachen den Strom in Echtzeit und injizieren Ausgleichsströme, die die harmonischen Komponenten auslöschen. Im Gegensatz zu passiven Filtern können sich AHFs an wechselnde Lastbedingungen anpassen und ein breites Spektrum harmonischer Ordnungen (sowohl ungerade als auch gerade) wirksam abschwächen.
• Auswirkung auf Netzwerke:AHFs verbessern die Stromqualität, indem sie die Gesamtharmonische Verzerrung (THD) in den Spannungs- und Stromwellenformen reduzieren, was zu einer verbesserten Energieeffizienz, einer geringeren Erwärmung der Geräte und einer längeren Lebensdauer führt.

2. Kondensatorbänke

• Zweck:Kondensatorbänke werden zur Blindleistungskompensation zur Verbesserung des Leistungsfaktors in elektrischen Systemen verwendet. Ein niedriger Leistungsfaktor bedeutet, dass mehr Strom erforderlich ist, um die gleiche Menge an Wirkleistung zu liefern, was zu Ineffizienzen und Energieverlusten führt.
• Funktion: Kondensatorbänke liefern voreilende Blindleistung (kapazitive Leistung), um der nacheilenden Blindleistung (induktive Leistung) von induktiven Lasten wie Motoren und Transformatoren entgegenzuwirken. Dies gleicht die Blindleistung im System aus und bringt den Leistungsfaktor näher an Eins.
• Auswirkungen auf Netzwerke: Durch die Verbesserung des Leistungsfaktors reduzieren Kondensatorbänke den im Netzwerk fließenden Gesamtstrom, wodurch Übertragungsverluste minimiert und Strafen von Versorgungsunternehmen für einen niedrigen Leistungsfaktor verhindert werden können. Sie tragen auch dazu bei, Kapazität im System freizugeben.

3. Reaktoren (Induktoren)

• Zweck: Drosseln werden in Verbindung mit Kondensatorbänken verwendet, um Resonanzproblemen vorzubeugen und Kurzschlussströme zu begrenzen. Sie können auch bei der harmonischen Filterung helfen, wenn sie als Teil passiver Filter konzipiert sind.
• Funktion: Drosseln sorgen für eine induktive Reaktanz, die der kapazitiven Reaktanz von Kondensatorbänken entgegenwirkt und dabei hilft, Spannungsschwankungen auszugleichen. Bei der harmonischen Filterung können Drosseln bestimmte harmonische Frequenzen blockieren.
• Auswirkungen auf Netzwerke: Drosseln reduzieren Oberschwingungsströme und Spannungsspitzen, verhindern Resonanzen und verbessern die allgemeine Stabilität und Zuverlässigkeit des elektrischen Netzwerks.

4. Interaktion in Netzwerken

• Kondensatorbänke + Reaktoren (abgestimmter Filter):
  • Wenn Kondensatorbänke zur Blindleistungskompensation verwendet werden, können sie manchmal Oberwellen verstärken, insbesondere wenn die Eigenfrequenz des Netzwerks mit harmonischen Frequenzen in Resonanz steht. Um dies zu mildern, werden Reaktoren oft in Reihe mit Kondensatorbänken geschaltet, um abgestimmte Filter zu schaffen, die bestimmte harmonische Frequenzen blockieren, wie zum Beispiel die 5. oder 7. Harmonische.
• Kondensatorbänke + AHF:
  • Kondensatorbänke verbessern den Leistungsfaktor durch Kompensation der Blindleistung. In Systemen mit hohen Harmonischen können sie jedoch die Harmonischen verstärken, wenn Resonanz auftritt. Hier kommen aktive harmonische Filter ins Spiel – sie können neben Kondensatorbänken arbeiten, indem sie Oberwellen dynamisch abschwächen, die die Kondensatorbänke unbeabsichtigt verstärken könnten.
  • AHF + Reaktoren: Der AHF sorgt für eine dynamische Oberschwingungskompensation, während Drosseln (mit oder ohne Kondensatorbänke verwendet) spezifische Oberschwingungsordnungen verarbeiten können und so einen ausgewogenen Ansatz zur Oberschwingungsminderung bieten.

5. Herausforderungen und Lösungen in kombinierten Systemen

• Resonanzprobleme: Kondensatorbänke allein können eine Resonanz mit der Induktivität des Systems erzeugen und bestimmte harmonische Frequenzen verstärken. Um dies zu vermeiden, werden Reaktoren eingesetzt, die das System auf eine sichere harmonische Ordnung verstimmen.
• Gleichzeitige harmonische Filterung und Leistungsfaktorkorrektur:AHFs sind wirksam bei der Abschwächung eines breiten Spektrums von Oberschwingungen, bieten jedoch keine nennenswerte Leistungsfaktorkorrektur. Kondensatorbänke hingegen sorgen für eine Leistungsfaktorkorrektur, können aber Oberschwingungen verstärken. Durch die gemeinsame Verwendung mit Drosseln zur Vermeidung von Resonanzen entsteht eine ausgewogene Lösung, die sowohl harmonische Verzerrungen als auch Blindleistungskompensation berücksichtigt.

6. Vorteile der Kombination von AHFs, Kondensatorbänken und Reaktoren

• Umfassendes Netzqualitätsmanagement: AHFs mildern Oberwellen, Kondensatorbänke korrigieren den Leistungsfaktor und Drosseln verhindern Resonanzen, was zu einer abgerundeten Netzqualitätslösung führt.
• Verbesserte Systemeffizienz: Reduzierte harmonische Verzerrungen und verbesserter Leistungsfaktor minimieren Energieverluste, reduzieren Überhitzung und verlängern die Lebensdauer der Geräte.
• Flexibilität: Die Kombination von AHFs mit herkömmlichen Lösungen wie Kondensatorbänken und Drosseln bietet Flexibilität für die dynamische Bewältigung komplexer Probleme der Stromqualität.

In elektrischen Netzen ist der kombinierte Einsatz von aktiven harmonischen Filtern, Kondensatorbänke und Reaktoren bieten einen umfassenden Ansatz zur Verbesserung der Stromqualität und Energieeffizienz. AHFs bekämpfen harmonische Verzerrungen, Kondensatorbänke sorgen für Blindleistungskompensation und Drosseln verhindern Resonanzen und filtern Oberwellen. Durch die gemeinsame Verwendung dieser Komponenten können Industrie- und Gewerbeanlagen stabile, effiziente und zuverlässige elektrische Systeme aufrechterhalten.