{"id":28547,"date":"2018-09-08T15:03:00","date_gmt":"2018-09-08T13:03:00","guid":{"rendered":"https:\/\/webentwicklung-hess.com\/mbs2023\/?p=28547"},"modified":"2024-11-05T18:25:18","modified_gmt":"2024-11-05T17:25:18","slug":"xctb-fuer-power-quality-anwendungen-bis-20-khz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mbs-ag.com\/xctb-fuer-power-quality-anwendungen-bis-20-khz\/","title":{"rendered":"XCTB \u2013 f\u00fcr Power Quality Anwendungen bis 20 kHz"},"content":{"rendered":"

Auf der Light & Building, <\/strong> der Weltleitmesse f\u00fcr Licht und Geb\u00e4udetechnik in Frankfurt, welche vom 18. bis 23. M\u00e4rz 2018<\/strong> stattfindet, pr\u00e4sentieren wir Ihnen unsere neue Stromwandler-Reihe XCTB<\/strong>.<\/p>

Damit k\u00f6nnen Sie hochgenaue Oberschwingungsmessungen bis 20 kHz durchf\u00fchren.<\/p>

Neue Messanforderungen an induktive Stromwandler in der Niederspannung<\/h2>

\u00c4nderungen in der Erzeugungs- und Verbraucherstruktur<\/strong> In den letzten Jahren wurde der Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland massiv gesteigert. Mittlerweile sind Windkraftanlagen, Biomassekraftwerke, Photovoltaikanlagen und Wasserkraftwerke mit ca. 30 Prozent am Strommix in Deutschland beteiligt.<\/p>

Anders als in herk\u00f6mmlichen Kern- oder Kohlekraftwerken werden hier f\u00fcr die Bereitstellung der elektrischen Energie keine reinen Synchrongeneratoren sondern Frequenzumrichter bzw. Wechselrichter eingesetzt. Eine saubere Sinuskurve wird hierbei oftmals nicht erreicht.<\/p>

Die Verzerrungen sind auf die schaltenden Halbleiterbauelemente im Wechselrichter zur\u00fcckzuf\u00fchren. Bei den so generierten Oberschwingungen handelt es sich um ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung und k\u00f6nnen weit in den einstelligen Kiloherzbereich reichen. Der Total Harmonic Distortion (THD) Faktor[1]<\/a> gibt den unerw\u00fcnschten Verzerrungsgrad der 50 Hz Sinusschwingung an und erreicht nicht selten Werte zwischen 10 und 30 %.<\/p>

Neben den auf der Erzeugerseite generierten Oberschwingungen durch Wechselrichter fand in den letzten Jahren auf der Verbraucherseite ebenfalls ein Wandel statt. Nicht-lineare Verbraucher wie LED- oder Energiesparlampen verdr\u00e4ngen lineare Verbraucher, wie die herk\u00f6mmliche Gl\u00fchbirne, fast g\u00e4nzlich aus unserem Alltag.<\/p>

Auch Steckernetzteile von Handys und Laptops bestehen nicht mehr aus kleinen Transformatoren sondern aus Halbleiterschaltungen, so genannten Schaltnetzteilen. Anders w\u00e4ren die kleinen und leichten Netzteile nicht zu realisieren. Neben diesen Vorteilen gibt es aber einen entscheidenden Nachteil. Die Stromentnahme aus dem \u00f6ffentlichen Stromversorgungsnetz erfolgt nicht wie bei einem herk\u00f6mmlichen Transformator sinusf\u00f6rmig sondern impulsartig. Dies verdeutlicht die folgende Abbildung. [1]<\/a> Der THD setzt den Anteil der Oberschwingungen ins Verh\u00e4lt zur Grundschwingung<\/p>

\"Diagram<\/figure>

Abbildung 1: Br\u00fcckengleichrichter mit impulsartiger Stromentnahme<\/p>

Der im Schaltbild erkennbare Siebkondensator gl\u00e4ttet nicht nur die gew\u00fcnschte Ausgangsspannung sondern wird auch von den Gleichrichterdioden impulsartig nachgeladen. Diese steilen Stromspitzen erzeugen zum einen Blindleistung und zum anderen Oberschwingungen.<\/p>

Normen regeln Grenzwerte \u2013 nicht immer!<\/h3>

Es gibt bereits ein entsprechendes internationales Normger\u00fcst, welches die Oberschwingungsstr\u00f6me bei Endger\u00e4ten mit einer Leistungsaufnahme von > 75 W begrenzt. Ger\u00e4te unter 75 W werden normativ derzeit nicht erfasst. Aus Kostengr\u00fcnden verzichten die Hersteller meist auf Filterma\u00dfnahmen oder aufwendige Power Factor Correction. Auch bei Leuchtmitteln greift das Normenwerk EN 61000-3-2 erst ab 25 W. Bei Energiesparlampen sind beispielsweise THDI<\/sub> Werte von 30 bis 70 % und mehr w\u00e4hrend der Anlaufzeit und im Dauerbetrieb keine Seltenheit. Zus\u00e4tzlich muss beachtet werden, dass die Normen, wenn sie denn greifen, nur Grenzwerte bis 2 kHz festlegen. Dadurch haben Hersteller in der Vergangenheit bei der Entwicklung von elektronischen Produkten im Frequenzbereich > 2 kHz kaum f\u00fcr Entst\u00f6rung gesorgt.<\/p>

Dazu werden im Industriesektor immer mehr elektrische Motoren mit variabler Frequenz-Antriebstechnologie eingesetzt. Bereits heute liegt der Anteil bei den verkauften E-Motoren mit frequenzgesteuertem Antrieb bei ca. 40 %. Hier wird zum gr\u00f6\u00dften Teil die Pulsweitenmodulationstechnik eingesetzt, die THDI<\/sub>-Werte im Bereich von 100 bis 120 % generieren kann. Bei diesen Werten sind saubere Sinuskurven kaum noch zu erkennen.<\/p>

\"Diagram:<\/figure>

<\/a><\/p>

Abbildung 2: Stromverlauf bei einem Industriekunden im Niederspannungsnetz<\/p>

Es kann konstatiert werden, dass aufgrund der vielen Vorteile der Leistungselektronik eine R\u00fcckkehr zu linearen Verbrauchern wie beispielsweise der herk\u00f6mmlichen Gl\u00fchbirne ausgeschlossen ist. Vielmehr ist damit zu rechnen, dass die Oberschwingungsbelastungen in den europ\u00e4ischen Netzen aufgrund des Ausbaus der alternativen Energietr\u00e4ger und der Zunahme nicht-linearer Verbraucher weiter zunimmt. Auch sollte bedacht werden, dass viele Verbraucher, die normativ nicht reglementiert werden, in der Summe erhebliche St\u00f6rungen verursachen k\u00f6nnen.<\/p>

In B\u00fcrogeb\u00e4uden, in denen lediglich Rechner, Telefonanlagen und energieeffiziente Leuchtmittel betrieben werden, mussten bereits Filteranlagen installiert werden, um die Oberschwingungsprobleme unter Kontrolle zu bringen.<\/p>

Auswirkungen von Oberschwingungen<\/h3>

F\u00fcr den Netzbetreiber sind vor allem die wirtschaftlichen Auswirkungen von Oberschwingungen interessant. Bei Oberschwingungsstr\u00f6men<\/strong> sind in erster Linie folgende Ph\u00e4nomene zu nennen[1]<\/a>:<\/p>