Aktueller Pfad
Inhalt
Oberschwingungen verursachen Schäden in Milliardenhöhe – doch die Betroffenen wissen es oft nicht. Aktive harmonische Filter schaffen Abhilfe.
Elektrische Energie ist ein Produkt, bei dem es Qualitätsunterschiede gibt. Die Qualität von elektrischer Energie definiert sich durch die Spannung: Sie sollte im Niederspannungsnetz exakt sinusförmig sein, 230 Volt haben und eine konstante Frequenz von 50 Hertz aufweisen. Der Energieversorger kann zwar sein Produkt mit diesen Werten produzieren und ins Netz einspeisen – dennoch wird beim Verbraucher nie ein solcher Idealstrom ankommen.
Der Grund liegt bei den Kunden selbst, denn durch ihr Verhalten haben sie Einfluss auf die Netzqualität: Beispielsweise ergeben sich beim Einschalten von Geräten Spannungsabfälle, von denen die anderen Verbraucher betroffen sind. Diesem Phänomen können Energieversorger mit großzügig dimensionierten Netzen entgegenwirken. Problematischer sind die so genannten Oberschwingungen: Sie sind ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz von 50 Hertz. Oberschwingungen werden hauptsächlich von Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen und anderer Leistungselektronik verursacht. Da die Elektronik in nahezu alle Bereiche des Wirtschaftslebens Einzug gehalten hat, werden diese Geräte immer häufiger eingesetzt. Oberschwingungen verursachen zusätzliche Spannungen im Netz. So ist im vergangenen Jahrzehnt – von der Öffentlichkeit fast unbemerkt – die Netzqualität weltweit gesunken. Die Folgen sind unspezifisch und werden deshalb von den Betroffenen oft nicht auf mangelnde Spannungsqualität zurückgeführt. Zum Beispiel arbeiten elektronisch gesteuerte Maschinen unpräzise, Anlagen schalten sich ab, Datennetzwerke versagen ihren Dienst, das Licht flackert, Netzteile brennen durch, Rechner stürzen häufig ab, Leitungen überhitzen oder die Energiekosten steigen ohne plausiblen Grund. Genaue Erhebungen zum wirtschaftlichen Schaden durch schlechte Spannungsqualität gibt es noch nicht. Er dürfte aber allein in Deutschland jedes Jahr in die Milliarden gehen.
Zur Netzqualität verpflichtet
Diesem Umstand hat der Gesetzgeber mit der neuen Niederspannungsanschlussverordnung (NAV) zumindest teilweise Rechnung getragen. Sie ist zum 1. November 2006 in Kraft getreten und verpflichtet Anschlussnehmer, ihre Anlagen so zu betreiben, dass Störungen anderer Anschlussnehmer ausgeschlossen sind (§19 NAV). Werden trotzdem Mängel festgestellt, so ist der Netzbetreiber berechtigt, die Anschlussnutzung zu unterbrechen (§24 NAV). Die Verordnung besagt weiter, dass Erweiterungen und Änderungen von Anlagen sowie die Verwendung zusätzlicher Verbrauchsgeräte dem Netzbetreiber mitzuteilen sind. Nicht nur für produzierende Betriebe wird also die Kompensation von Oberschwingungen eine immer dringendere Aufgabe. Auch Bürokomplexe, Krankenhäuser und andere Unternehmen, die „Störquellen“ verwenden, müssen sich um die Spannungsqualität in ihrem Netz kümmern.
Gegenmaßnahmen
Ob und wie stark ein Netz mit Oberschwingungen belastet ist, können Experten mit einer Analyse der installierten Betriebsmittel feststellen. Wird ein zu hoher Oberschwingungsanteil festgestellt, kann dieser mit drei Methoden begrenzt werden: Passive Filter, Trenntransformatoren und aktive harmonische Filter (AHF). Der Nachteil passiver Filterkreise liegt hauptsächlich darin, dass sie lediglich für einzelne Frequenzen fest abgestimmt sind. Ändert sich das Spektrum oder die Stärke der Oberschwingungen, kann sich das passive Filter nicht automatisch an die veränderten Bedingungen anpassen. Darüber hinaus können passive Filterkreise Parallelresonanzen anregen und dadurch die Netzqualität noch weiter verschlechtern. Trenntransformatoren schützen zwar das einspeisende Netz vor Oberschwingungen. Im Unternehmen bleiben die Störungen aber erhalten.
Die sichere Lösung: Aktive harmonische Filter
Als beste Lösung erscheinen aktive harmonische Filter (AHF). Deren Funktion lässt sich am besten mit Wellen im Wasser veranschaulichen: Treffen zwei Wellen von gleicher Höhe und Intensität aufeinander, heben sie sich gegenseitig auf. Dieses Prinzip funktioniert auch bei allen anderen Wellen, also auch im Energienetz. Das AHF macht sich dieses Naturgesetz zunutze: Es analysiert den Oberschwingungsanteil im Netz und sendet einen exakt entgegen gesetzten Kompensationsstrom aus. Dadurch kann es sich selbständig an wechselnde Lastbedingungen anpassen. Was in der Theorie einleuchtend klingt, ist in der Praxis problematisch. Denn der Kompensationsstrom muss nahezu ohne Zeitverzögerung eingespeist werden. Das Filter muss das aufgenommene Signal also blitzschnell verarbeiten und einen passenden Kompensationsstrom berechnen. Dies lässt sich nur mit leistungsstarker Elektronik und einem ausgeklügelten Algorithmus erreichen. Mit BLUEWAVE ist jetzt ein zuverlässiges und volldigitales AHF auf den Markt gekommen, das sich bereits im Echtbetrieb bewährt hat. Da es nicht nur Oberschwingungen sondern auch Blindleistung (elektrische Energie, die zum Aufbau elektromagnetischer Felder verwendet und nicht in Wirkleistung umgewandelt wird) kompensiert, beseitigt es alle relevanten Störungsmuster. Es schützt Unternehmen zuverlässig vor Schäden durch schlechte Netzqualität, sodass sich die Investitionskosten innerhalb kurzer Zeit amortisieren.
