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Oberschwingungen können sich erheblich auf Stromversorgungssysteme auswirken und zu Transformatorausfällen, Motordurchbrennen, Fehlauslösungen von Leistungsschaltern und Überhitzung von Neutralleitern und anderen Komponenten in einem Stromverteilungsnetz führen. Diese Überhitzung kann so schwerwiegend sein, dass sie elektrische Brände verursacht.
Nichtlineare Lasten , die Strom in Impulsen ziehen, verursachen Oberschwingungen, indem sie die Wellenform verzerren. Diese Oberschwingungen sind eine Hauptursache für Probleme mit der Stromqualität, da sie zur Überhitzung von Schaltungskomponenten führen. Um Oberschwingungen in Stromverteilungssystemen zu mildern, werden häufig Oberschwingungsminderungstransformatoren eingesetzt.
Wenn Oberschwingungen vorhanden sind, verzerren sie die Spannungs- und Stromwellenformen auf den Leitungen. Die Analyse dieser verzerrten Wellenformen ist notwendig, um die Art und Menge der Oberschwingungen zu identifizieren. Oberschwingungen höherer Ordnung verbinden sich mit der Grundfrequenz und erzeugen eine resultierende Wellenform, die von einem Netzqualitätsanalysator gemessen werden kann. Zur Analyse dieser Wellenformen wird die Fourieranalyse, insbesondere die Fouriertransformation, verwendet.
Die Fourier-Transformation
Die Fourier-Transformation ist für die Analyse der resultierenden Wellenform zur Bestimmung der vorhandenen Harmonischen unerlässlich. Sie wandelt eine zeitbasierte Wellenform in frequenzbasierte Informationen um und zerlegt eine periodische Wellenform in eine Reihe von Sinuswellen, die addiert werden können, um die ursprüngliche Wellenform zu reproduzieren. Diese Methode hilft dabei, die Frequenz und Stärke der in den Leitungen vorhandenen Harmonischen zu ermitteln, wie vom Netzqualitätsanalysator angezeigt.
[Abbildung 1: Die Fourieranalyse zerlegt eine verzerrte Welle in ihre harmonischen Komponenten. Bild mit freundlicher Genehmigung von SALICRU]
Kombinieren von Wellenformen
Wellenformen von unterschiedlichen Lasten werden an Punkten kombiniert, an denen zwei oder mehr Drähte zusammentreffen, wie z. B. die Wicklungen eines Transformators oder eine gemeinsame Sammelschiene, die mehrere Transformatoren speist. Wenn Sinuswellenformen kombiniert werden, summieren sie sich und die resultierende Wellenform entspricht der Summe der Einzelwerte. Wenn eine Wellenform positiv und die andere negativ, aber gleich im Wert ist, heben sie sich gegenseitig auf. Wenn beispielsweise zwei Stromwellenformen genau phasenverschoben sind, eine mit +10 A und die andere mit -10 A, ist der resultierende Strom in diesem Moment 0.
Jean Baptiste Joseph Fourier entwickelte das Konzept hinter der Fourier-Analyse, bei dem zeitabhängige Signale mit Harmonischen in ihre Frequenzkomponenten umgewandelt werden.
Wenn zwei Stromwellenformen phasenverschoben sind, sich aber nicht genau aufheben, hat die resultierende Wellenform einen Wert ungleich Null. Ein Schaltnetzteil (SMPS) beispielsweise zieht Strom in Impulsen, die voneinander getrennt sind. Wenn eine Wellenform um 60° gegenüber der anderen verschoben ist und die beiden Wellenformen addiert werden, hat die resultierende Wellenform zwei Spitzen für jede Spitze der ursprünglichen Wellenform. Diese Art der Verschiebung und Rekombination tritt bei Transformatoren mit Standard-Dreieck-Stern- oder Stern-Zickzack-Wicklungen auf und führt zur Aufhebung von Dreifach-Harmonischen.
[Figure 2: Waveforms add together at a wiring junction, with a 60° phase shift canceling triplen harmonics.]
Combining the waveform created by a delta-wye or a wye-zigzag transformer with two other appropriately phase-shifted waveforms creates a new waveform that cancels the 5th, 7th, 17th, and 19th harmonics in addition to the triplen harmonics. This additional phase shift can be achieved with delta-zigzag transformers in parallel with wye-zigzag or delta-wye transformers, visible at the power busbar upstream of the transformer pair.
[Figure 3: Further waveform shifts cancel higher-order harmonics.]
However, if the load on a transformer changes, the waveforms become unbalanced and do not cancel. Although additional phase shifts can be designed to eliminate more harmonics, the benefits are minimal. The transformer bank would need modifications with every load change, which is impractical as loads can vary frequently, such as when computers are turned on or off, or the load on a variable-speed motor drive changes.
Practical Solutions for Harmonics
To practically manage harmonics in power systems, using active harmonic filters (AHF) can be an effective solution. Unlike passive filters, AHFs can adapt to changes in the system and provide real-time filtering of harmonic distortions. They work by injecting currents that cancel out the harmonic components, ensuring a clean power supply.
Furthermore, regular monitoring and maintenance of the power system are crucial. Using power quality analyzers helps in continuously assessing the harmonic levels and identifying potential issues before they cause significant damage. By combining advanced technologies like AHFs with proactive system management, harmonics can be effectively controlled, ensuring the reliability and efficiency of power distribution systems.
An Active Harmonic Filter (AHF) is an essential component in modern power systems, especially in industrial and commercial settings. YT Electric's Active Harmonic Filter is an advanced power quality solution designed to eliminate harmonics and reactive power in the power system, thereby improving power quality, reducing equipment wear, and lowering maintenance costs.
Harmonic Suppression: The Active Harmonic Filter can detect and suppress harmonic currents in real-time. Harmonics are produced by non-linear loads such as variable frequency drives, rectifiers, and computer equipment. These harmonics can cause overheating, reduced efficiency, and shortened lifespan of electrical equipment.
Blindleistungskompensation : Zusätzlich zur Oberwellenunterdrückung bietet der Active Harmonic Filter von YT Electric auch eine Blindleistungskompensation. Das bedeutet, dass er sich dynamisch an die Anforderungen des Stromsystems anpassen kann und je nach Bedarf Blindleistung bereitstellt oder absorbiert. Dies verbessert den Leistungsfaktor, reduziert Energieverluste und steigert die Gesamteffizienz des Stromsystems.
Verbesserte Stromqualität : Durch die Abschwächung von Oberschwingungen und die Kompensation von Blindleistung verbessert der AHF die allgemeine Stromqualität. Dies führt zu einem reibungsloseren Betrieb empfindlicher elektronischer Geräte, weniger Störungen und einer längeren Lebensdauer der Geräte. Verbesserte Stromqualität bedeutet auch die Einhaltung strenger internationaler Normen und Vorschriften, was den AHF von YT Electric zu einer zuverlässigen Wahl für globale Märkte macht.
Skalierbarkeit und Flexibilität : Das AHF von YT Electric ist skalierbar und flexibel und eignet sich für verschiedene Leistungsklassen und Konfigurationen. Ob für kleine Gewerbegebäude oder große Industrieanlagen, das AHF kann an die spezifischen Anforderungen angepasst werden und gewährleistet so optimale Leistung.
Einfache Integration und Wartung : Der AHF ist für eine einfache Integration in vorhandene Stromversorgungssysteme mit minimaler Unterbrechung ausgelegt. Seine benutzerfreundliche Schnittstelle und erweiterte Diagnose machen Überwachung und Wartung unkompliziert und reduzieren Ausfallzeiten und Betriebskosten.
IPv6-Netzwerk unterstützt
