Die Werksnetze von Industriebetrieben haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten stark verändert. Früher ging es noch in erster Linie um die Blindleistungskompensation, damit die Spannung stabil bleibt und die Übertragungsverluste gesenkt werden. Doch seit den 2000er Jahren kommen bei Maschinen immer mehr frequenzgeregelte Antriebe zum Einsatz. Die sind zwar sehr energieeffizient, doch die Leistungselektronik hat negative Rückwirkungen aufs Netz. Und je mehr solcher Antriebe im Einsatz sind, desto mehr Oberschwingungen tauchen auf.
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Schluss mit den Oberschwingungen in der Industrie
Oberschwingungen können ganze Industriebetriebe lahmlegen. Mit dem Systembaukasten „Total Harmonic Solution“ bietet Reinhausen Power Quality eine nützliche Waffe gegen diese unerwünschten Netzstörungen.
Schluss mit den Oberschwingungen in der Industrie
Oberschwingungen können ganze Industriebetriebe lahmlegen. Mit dem Systembaukasten „Total Harmonic Solution“ bietet Reinhausen Power Quality eine nützliche Waffe gegen diese unerwünschten Netzstörungen.
Oberschwingungen, auch Harmonische genannt, sind Wellen, deren Frequenz um ein Vielfaches höher sind als die Grundfrequenz. Diese hat bei der elektrischen Spannung einen sinusförmigen Verlauf. Aber eben nur im Idealfall. Denn durch Störfaktoren, wie zum Beispiel den frequenzgeregelten Antrieben, wird diese ideale Sinuskurve durch andere sinusförmige Wellen überlagert und verzerrt: Oberschwingungen entstehen, die wiederum negative Rückwirkungen auf die elektrischen Anlagen haben – ein Teufelskreis. Holger Kretzschmar von Reinhausen Power Quality erklärt: „Anfangs war es vor allem die 5. Harmonische, die Probleme verursachte. Sie werden mit Passivfiltern beseitig. Doch mit der steigenden Anzahl frequenzgeregelter Antriebe tauchten weitere Oberschwingungen auf, die von der 7., über die 11. bis hinauf zur 51. Harmonischen reichten. Um diese in den Griff zu bekommen, sind Aktivfilter gefragt.“ Passivfilter wirken, vereinfacht ausgedrückt, wie ein Widerstand der die Oberschwingung ableitet, Aktivfilter hingegen eliminieren diese, in dem sie gegenläufige Welle aussenden.
Beispiel 1: Automobilindustrie
Beispiel 1: Automobilindustrie
Ohne Leistungselektronik wäre eine massenhafte, hochautomatisierte Automobilproduktion nicht möglich. Doch die mit Robotern betriebenen Fertigungsstraßen speisen Oberschwingungen verschiedener Frequenzen in die Elektroverteilung ein. Dies führt zur Erwärmung und damit zur vorzeitigen Alterung von elektrischen Betriebsmitteln, potenziell zum Ausfall elektronischer Steuerungen und damit der Produktion, sowie der Überlastung von Transformatoren und Kabeln. Und auch der Energieverbrauch steigt durch die Oberschwingungen. Aktivfilter helfen die Produktion zu sichern, verlängern die Lebensdauer von Maschinen und mindern den Energieverbrauch in der Produktion.
Supraharmonics sind die neue Gefahr
Eine relativ neue Störquelle sind sogenannte Supraharmonics mit Schwingungen in höheren Frequenzbereichen von zwei bis neun Kilohertz. Sogenannte Active Frontends (AFE), also Frequenzumrichter, sind die Quelle. Und die werden in Zukunft noch viel häufiger eingesetzt. Früher haben die Supraharmonics niemanden gestört, eine Stanzmaschine ist robust genug, sie auszuhalten, aber moderne Lasten wie zum Beispiel LED-Leuchten werden immer empfindlicher. Kleine Leistungselektronik geht bei höheren Schwingungen schnell kaputt. „Wir wollten also eine Filterlösung entwickeln, die ein für alle Mal Probleme mit Oberschwingungen und Supraharmonics beseitigt. In der Praxis sind solche Filteranlagen häufig komplex und überdimensioniert, das schreckt viele ab unsere Lösung sollte daher einfach und robust sein“, so Kretzschmar.
Beispiel 2: Wasserwirtschaft
Beispiel 2: Wasserwirtschaft
Die Wasserwirtschaft strebt eine hohe Energieeffizienz an. So werden in modernen Klärwerken zunehmend Energieerzeugungsanlagen mit Frequenzumrichter (zum Beispiel Solar) integriert, um elektrische Pumpen zu betreiben, die wiederum selbst zunehmend mit Frequenzumrichtern ausgerüstet werden. Störende Oberschwingungen sind somit vorprogrammiert.

„Wir wollten also eine Filterlösung, die ein für alle Mal alle störenden Oberschwingungen beseitigt.“
Holger Kretzschmar
Mit der Total Harmonic Solution haben die Experten von Powerquality eine modulare Systemlösung aus Passiv- und Aktivfiltern sowie SHU-Filtern für die Supraharmonics entwickelt. Die Anwender können entscheiden, welche Bausteine sie tatsächlich benötigen und können sich so eine standardisierte aber zugleich maßgeschneiderte Filterlösung zusammenstellen und jederzeit nachrüsten. Das Besondere an der Lösung ist die Gerätesoftware. Sie misst die Oberschwingungen und der Algorithmus bewertet fortlaufend die Störpegel und steuert automatisch dagegen, sodass die hinterlegten Grenzwerte nicht überschritten werden. Bei der Programmierung sind auch die Erfahrungen aus dem Feld miteingeflossen. Das System reguliert sich automatisch und filtert genau das, was benötigt wird. Wenn ein Betrieb seine Fertigungsstraße umstellt und sich das Netz dadurch ändert, ist das ebenfalls kein Problem — die neue Parametrierung läuft von alleine, ohne dass ein Servicetechniker extra hinfahren muss.
Eine Lösung für Alles
Die Systemlösung Total Harmonic Solution besteht aus drei frei kombinierbaren Komponenten:
- GRIDCON® CHF für die 5. Harmonische
- GRIDCON® ACF für die 3. bis 51. Harmonische
- SHU-Filtermodule für die sogenannten Supraharmonics im höheren Frequenzbereich bis 10 kHz
Die Software ist so programmiert, dass sich die Regelung selbstständig mit hoher Präzision an das jeweilige Netz und sein spezifisches Schwingungsverhalten anpasst. Die Installation ist denkbar einfach und funktioniert nach dem Plug-and-play-Prinzip — eine aufwendige Parametrierung entfällt.
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