Neutralleiterstrom und aktiver Oberwellenfilter

Aktiver Oberwellenfilter (AHF) und Neutralleiterstrom

Aktive Oberwellenfilter (AHF) werden zur Verbesserung der Stromqualität durch Oberwellenfilterung, Blindleistungskompensation und Dreiphasenausgleich in Stromsystemen eingesetzt. Oberwellen sind Spannungs- oder Stromwellenformen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz sind. Sie können verschiedene Probleme mit der Stromqualität verursachen, darunter einen erhöhten Neutralleiterstrom in Dreiphasensystemen. AHF können den Neutralleiterstrom erheblich beeinträchtigen, insbesondere in Systemen mit nichtlinearen Lasten oder einphasigen Lasten .

Neutralleiterstrom in Dreiphasensystemen

In einem ausgeglichenen Dreiphasensystem ohne Oberschwingungen (lineare Last) hebt sich die Summe der Ströme in den drei Phasen auf, sodass kein Neutralleiterstrom fließt . Allerdings können mehrere Faktoren einen Neutralleiterstrom verursachen, darunter:

• Unsymmetrische Lasten: Ungleiche Verteilung der Lasten auf die Phasen.
• Harmonische: Insbesondere Harmonische der dritten Ordnung (und Vielfache von Harmonischen dritter Ordnung) sind in allen drei Phasen in Phase und addieren sich im Neutralleiter.

Funktionsweise aktiver Oberschwingungsfilter

Aktive Oberwellenfilter funktionieren, indem sie die Stromwellenform kontinuierlich überwachen und Ausgleichsströme einspeisen, um die Oberwellen zu eliminieren. Der Prozess umfasst:

1. Erkennung: Aktive Filter messen den Oberschwingungsgehalt des Laststroms mithilfe von Stromsensoren.
2. Steuerung: Die Steuereinheit verarbeitet den gemessenen Strom und bestimmt die harmonische Ordnung, die kompensiert werden muss.
3. Injektion: Der AHF erzeugt und injiziert Ströme, die um 180 Grad phasenverschoben zu den erkannten Harmonischen sind und diese dadurch effektiv aufheben.

Einfluss von AHFs auf den Neutralstrom

Reduzierung der dritten Harmonischen:

• Dritte Harmonische (150 Hz in einem 50-Hz-System) tragen wesentlich zum Neutralleiterstrom in dreiphasigen Stromverteilungssystemen bei. Diese Harmonischen sind in allen drei Phasen in Phase und addieren sich daher direkt im Neutralleiter.
• AHFs können die dritte Harmonische durch Einspeisen von Kompensationsströmen wirksam reduzieren und so den Neutralleiterstrom deutlich verringern.

Lasten ausgleichen:

• Durch die Minderung von Oberschwingungen tragen AHFs zur Schaffung eines ausgeglicheneren Lastprofils bei, wodurch der durch Lastungleichgewichte verursachte Neutralleiterstrom verringert wird.

Vorteile der Verwendung von AHFs

Verbesserte Stromqualität:

• Durch die Reduzierung der Oberwellen entsteht eine sauberere Sinuswellenform, was wiederum die Gesamtqualität der Stromversorgung verbessert.

Reduzierter Neutralleiterstrom:

• Durch die Beseitigung oder Reduzierung der dritten Harmonischen und anderer Nullharmonischer verringern AHFs den durch den Neutralleiter fließenden Strom und verbessern so die Systemleistung und -sicherheit.

Verbesserte Systemzuverlässigkeit:

• Ein niedrigerer Neutralleiterstrom verringert die Gefahr einer Überhitzung und eines möglichen Ausfalls des Neutralleiters und verbessert so die Systemzuverlässigkeit.

Einhaltung von Standards:

• AHFs tragen zur Einhaltung von Stromqualitätsstandards und -vorschriften bei, indem sie die Oberschwingungspegel innerhalb akzeptabler Grenzen halten.

Beispielrechnung: Neutralleiterstrom mit AHFs

Ohne AHF:

• Nehmen wir ein System mit einer signifikanten Präsenz dritter Harmonischer an. Wenn die Phasenströme (einschließlich dritter Harmonischer)
• I _R =30 A,I _S =30 A,I _T =30 A:
• I _N ² =I _R ² +I _S ² +I _T ² −I _R *I _S −I _S *I _T −I _T *I _R
• ich _N. =0 EIN
• ich _{N. (3)} = 3×30A=90A

Mit AHF:

• Der AHF eliminiert die dritte Harmonische, indem er in jede Phase einen Strom der dritten Harmonischen von 30 A einspeist:
• IN(3)=0 A

Somit wird der gesamte Neutralleiterstrom bei Annahme einer perfekten Kompensation auf nahezu Null reduziert.

Abschluss

Aktive Oberwellenfilter (AHF) spielen eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des Neutralleiterstroms in Dreiphasensystemen durch Oberwellenkorrektur oder bei der deutlichen Reduzierung der gesamten harmonischen Verzerrung, insbesondere der dritten Harmonischen bei nichtlinearer Last.

Gleichzeitig ist der aktive Filter , genau wie der statische Var-Generator , das beste Produkt zur Leistungsfaktorkorrektur mit schneller Reaktion. Durch die Verbesserung der Stromqualität und die Gewährleistung ausgeglichener Lasten können AHFs die Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit elektrischer Systeme steigern.