Was genau sind Oberschwingungsverzerrungen und warum spielen sie eine so wichtige Rolle?

Oberschwingungen sind nicht sichtbar, ihre Auswirkungen jedoch sehr. Oberschwingungsverzerrungen sind wiederholte und kontinuierliche Verformungen des reinen Spannungs- oder Stromverlaufs.

Mithilfe der Fourier-Analyse, einer von dem französischen Mathematiker entwickelten Technik, können wir die Größe der im System vorhandenen Oberschwingungen visualisieren.

Fourier zeigte, dass jede verzerrte Kurvenform lediglich eine Addition einzelner Sinuswellen mit unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden ist. Die verzerrte Kurvenform besteht aus einer sinusförmigen Grundkurve plus Oberschwingungen.

Es sind diese einzelnen Sinuswellen höherer Ordnung, die als Oberschwingungen bezeichnet werden. In der Regel sprechen wir von Leistungsverzerrungen im Frequenzbereich unter 2 kHz als „Oberschwingungsverzerrung“.

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Die Oberschwingungsverzerrung der Kurvenform entsteht durch nichtlineare Lasten, die an die Stromversorgung angeschlossen sind. Alle Lasten, die nicht sinusförmigen Strom aufnehmen, werden als nichtlineare Lasten bezeichnet. Den größten Beitrag zu Oberschwingungen leisten:

• Schaltnetzteile
• Leuchtstofflampen und LED-Beleuchtung
• Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV)
• Frequenzumrichter, auch bekannt als Umrichter, VSD oder VFD

Um Schäden an Geräten zu verringern, begrenzen Vorschriften die Oberschwingungen in Stromversorgungsnetzen auf niedrige Werte. Eine Oberschwingungsreduzierung ist nicht immer erforderlich, aber bei Bedarf können Geräte zur Oberschwingungsreduzierung Oberschwingungen reduzieren, um diese Vorschriften einzuhalten. Für eine erfolgreiche Oberschwingungsreduzierung stehen viele Methoden zur Auswahl, darunter der Einsatz von Oberschwingungsfiltern, Active Front-End (AFE)-Umrichtern und mehr.

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Oberschwingungsverzerrungen in elektrischen Systemen schädigen Geräte, indem sie Überhitzung, Spannungsbelastung und Energieverluste verursachen, die Komponenten belasten und ihre Lebensdauer verkürzen. Die Auswirkungen stärkerer Oberschwingungsverzerrungen sind weitreichend, da sie jedes elektrische Gerät betreffen, das an dasselbe System angeschlossen ist.

Übermäßige Oberschwingungsverzerrungen können zur Überhitzung von Kabeln und Motoren führen. Motoren, Schaltanlagen, Sicherungen, Kabel und empfindliche Messgeräte sind betroffen. Verzerrungen mit Oberschwingungsgehalt können sogar kritische Telemetrie- und Kommunikationsgeräte wie Wi-Fi-Systeme stören.

Dies kann zu vorzeitigem Geräteausfall, wie z. B. durchgebrannten Sicherungen, ausgelösten Hauptschaltern oder überhitzten Motoren führen, was sich möglicherweise auf die gesamte Industrieanlage auswirkt, wenn keine Korrekturmaßnahmen wie Oberschwingungsfilter oder Verbesserungen der Netzqualität implementiert werden.

Das Bild zeigt den Einfluss von Oberschwingungsverzerrungserzeugern bei der Überhitzung von Elektromotoren.

Oberschwingungsverzerrungen verursachen höhere Stromrechnungen, indem sie die Systemverluste erhöhen und den Gesamtwirkungsgrad des Systems reduzieren.

Diese verschwendete Energie stellt ein erhebliches Betriebskostenproblem für industrielle Nutzer dar.

Um die Gesamtrechnung zu senken und dennoch die gleiche Nutzleistung zu erhalten, müssen wir die Oberschwingungsverzerrungen reduzieren.

Stromrechnungen setzen sich aus Wirk- und Blindleistung zusammen. Nur die Wirkleistung ist nutzbar, aber wir zahlen für beide Komponenten. Die Mehrkosten können die Rentabilität beeinträchtigen.

Leistungsverzerrungen, einschließlich Oberschwingungen, sind mehr als nur ein Ärgernis. Sie können Ihre Prozesse stoppen, was zu Ausfallzeiten und Unterbrechungen Ihrer Produktionslinien führt. Sie beeinflussen auch die Investitionsausgaben beim Kauf von Ausrüstung und Brennstoffen für den Betrieb Ihrer Anlage, was sich erheblich auf die Betriebskostenziele auswirkt.

Oberschwingungsverzerrungen und Verzerrungen im Allgemeinen wirken sich auch auf die Ziele für Treibhausgasemissionen (THG) in allen Scopes aus (Scope-1-, Scope-2- und Scope-3-Emissionen). Eine Verzerrung der Stromversorgung hat die folgenden unerwünschten Konsequenzen:

• Geräte sind überdimensioniert, um Schäden standzuhalten
• Geräte arbeiten ineffizient
• Verzerrungen verhindern den Erfolg von Energieeffizienzinitiativen

Die gute Nachricht ist, dass Oberschwingungsverzerrungen, einschließlich hochfrequenter Oberschwingungen und Oberschwingungen niedrigerer Ordnung, reduziert werden können. Durch Maßnahmen zur Reduzierung der Spannungsverzerrung können Sie:

• Die Belastbarkeit von Transformatoren erhöhen, was bedeutet, dass Sie die Größe der benötigten Transformatoren und Generatoren reduzieren können
• Die Gerätelebensdauer verlängern
• Die Anlageneffizienz steigern und Verluste reduzieren
• Das Risiko von Stromausfällen und Produktionsunterbrechungen senken

Oberschwingungen beeinträchtigen die Zuverlässigkeit von Versorgungsnetzen, indem sie die elektrischen Kurvenformen verzerren, was sich negativ auf die Leistung empfindlicher Geräte und Systeme auswirken kann. Je mehr nichtlineare elektrische Geräte zu einem System hinzugefügt werden, desto anfälliger wird das System für diese Verzerrungen.



Daher ist es wichtig, Oberschwingungen und ihre Reduzierung zu berücksichtigen, um ein widerstandsfähiges System aufzubauen, das ohne Ausfälle arbeitet.