Oberschwingungsfilter

Power Quality

Zur Vermeidung oder Reduktion der Oberschwingung gibt es verschiedene Optionen.

Eine Maßnahme zum Schutz von Kondensatoren und Kompensationsanlagen ist die die Verdrossellung, siehe das Bild auf der rechten Seite. Es wird dem Kondensator bzw. der Anlage eine Spule voran geschaltet, die so ausgelegt ist, dass der Zweig immer noch für die Grundschwingung kapazitiv also wie eine Kapazität wirkt, bei höheren Frequenzen jedoch induktiv. Die Impedanz des Zweiges erhöht sich dann mit der Frequenz und negiert das Oberschwingungsproblem der Kapazität. Jedoch werden zusätzliche Resonanzstellen erzeugt, da Kapazität und Induktivität einen Schwingkreis bilden.

Dieser Umstand wird sich jedoch bei Filteranlagen zu Nutze gemacht. Der sogenannte Saugkreis besteht aus so einer Reihenschaltung von Spule und Kondensator, deren Resonanzfrequenz auf eine zu filternde Oberschwingung gelegt wird. Es gibt noch weitere passive Filteranlagen, z.B. den Hochpass-Filter, die sich durch Einsatz passiver Bauelemente wie Spule, Kondensator und Widerstand auszeichnen (siehe unten). Daneben gibt es noch die Aktivfilter, die wie bereits zuvor erwähnt versuchen, über eine Inverse Phasenlage den Oberschwingungsstrom einer Anlage zu kompensieren.

Weitere Möglichkeiten zumindest teilweise Oberschwingungen zu Vermeiden sind die Sternpunktbehandlung und Schatgruppen von Transformator. Es gibt hier je nach Fall Möglichkeiten, die Ausprägung von Oberschwingungen zu verhindern.

Weitere Möglichkeiten zumindest teilweise Oberschwingungen zu vermeiden sind die Sternpunktbehandlung und Schaltgruppen von Transformator. Es gibt hier je nach Fall Möglichkeiten, die Ausprägung von Oberschwingungen zu verhindern. Letztendlich bleibt noch der klassische Netzausbau. Zum einen wird die Netzimpedanz verringert, zum anderen kann die Auslastung von Betriebsmittel und damit der Effekt der Oberschwingungen reduziert werden.

Diese Folie zeigt nun nochmal den Saugkreis im Detail. Im Bild ist die Störquelle und das Netz in Form einer Netzreaktanz abgebildet.Der Saugkreis ist auf genau eine Tuning Frequenz ausgelegt. Die Reihenschaltung aus Spule und Kondensator erzeugt einen Reihenschwingkreis für diese Frequenz.

Der Saugkreis wird in direkten Nähe zur emittierenden Störquelle verbaut, so dass möglichst der gesamte Oberschwingungsstrom vom Netz ferngehalten wird.

Die Tuning-Frequenz wird in der Regel so gewählt, dass man etwas unterhalb der eigentlichen Frequenz liegt, da es durch die Parallelschaltung des Saugkreises zur Netzreaktanz kurz vor der Tuning Frequenz zu einem Parallelschwingkreis kommt. Damit man diese nicht ausersehen trifft, legt man z.B. den Saugkreis für die 5te Oberschwingung nicht auf 250 Hz sondern auf 245 Hz aus.

Neben dem Saugkreis kommt auch der Hochpassfilter zum Einsatz. Dieser wird ebenfalls auf eine Tuning Frequenz ausgelegt, hat aber durch einen Parallelwiderstand zur Induktivität keine so große Saugwirkung bei dieser Frequenz. Dafür werden auch mehr Oberschwingungen höherer Ordnung vorbei gelassen.

Über einen sogenannten Qualitätsfaktor wird der Parallelwiderstand eingestellt. Je höher der Widerstand, desto ähnlicher ist das Verhalten zum Saugkreis, desto schlechter aber die Hochpass Wirkung. Die Abbildung unten rechts zeigt einen Vergleich der beiden Filterarten für eine zufällige Parametrierung mit gleicher Tuning Frequenz.

Während der Saugkreis vor allem die Oberschwingung an der Tuning Frequenz durchlässt, wirkt der Hochpassfilter über einen größeren Frequenzbereich filternd.

Weitere Filter sind die C-Type-Hochpassfilter und die Double-Tuned-Filter.