Welche Maßnahmen zur Oberwellenunterdrückung werden in einem Kompaktumspannwerk eingesetzt?

Die Unterdrückung von Oberwellen ist ein entscheidender Aspekt beim Betrieb einer Kompaktstation. Als Lieferant von Kompakt-Umspannwerken wissen wir, wie wichtig es ist, Oberschwingungen zu berücksichtigen, um den zuverlässigen und effizienten Betrieb elektrischer Systeme sicherzustellen. In diesem Blog werden wir die verschiedenen Oberwellenunterdrückungsmaßnahmen untersuchen, die in einer Kompaktstation implementiert werden können.

Oberschwingungen in kompakten Umspannwerken verstehen

Harmonische sind unerwünschte Frequenzen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz (normalerweise 50 oder 60 Hz) in einem elektrischen System betragen. Sie werden von nichtlinearen Lasten wie leistungselektronischen Geräten, Frequenzumrichtern und Gleichrichtern erzeugt. In einer Kompaktstation können diese nichtlinearen Lasten eine Reihe von Problemen verursachen, darunter Überhitzung der Geräte, erhöhte Leistungsverluste und Störungen von Kommunikationssystemen.

Das Vorhandensein von Oberschwingungen kann auch zu Spannungsverzerrungen führen, die die Leistung empfindlicher Geräte, die an die Umspannstation angeschlossen sind, beeinträchtigen können. Daher ist es wichtig, wirksame Maßnahmen zur Oberwellenunterdrückung zu implementieren, um die Auswirkungen von Oberwellen auf das elektrische System zu minimieren.

Maßnahmen zur Oberwellenunterdrückung

Passive Filter

Passive Filter sind eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Unterdrückung von Oberschwingungen in einer Kompaktstation. Diese Filter bestehen aus passiven Komponenten wie Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren, die Oberschwingungsströme absorbieren und aus dem elektrischen System ableiten sollen.

Es gibt verschiedene Arten von passiven Filtern, darunter einfach abgestimmte Filter, Hochpassfilter und Bandpassfilter. Einfach abgestimmte Filter zielen auf bestimmte harmonische Frequenzen ab, während Hochpassfilter zur Unterdrückung hochfrequenter Harmonischer verwendet werden. Bandpassfilter hingegen sind darauf ausgelegt, auf einen Bereich harmonischer Frequenzen abzuzielen.

Passive Filter sind relativ einfach und kostengünstig zu installieren. Allerdings unterliegen sie einigen Einschränkungen. Beispielsweise können sie nur auf bestimmte harmonische Frequenzen ausgelegt sein und sind möglicherweise nicht wirksam bei der Unterdrückung zeitlich variierender Harmonischer.

Aktive Filter

Aktive Filter sind eine weitere wirksame Methode zur Oberwellenunterdrückung in einer Kompaktstation. Im Gegensatz zu passiven Filtern verwenden aktive Filter Leistungselektronik, um aktiv Oberschwingungsströme in das elektrische System einzuspeisen, deren Größe den von nichtlinearen Lasten erzeugten Oberschwingungsströmen entspricht, deren Phase jedoch entgegengesetzt ist.

Aktive Filter können bei der Unterdrückung von Oberwellen wirksamer sein als passive Filter, insbesondere in Systemen, in denen die Oberwellenfrequenzen im Laufe der Zeit variieren. Sie können auch zusätzliche Vorteile wie Leistungsfaktorkorrektur und Spannungsregelung bieten.

Aktive Filter sind jedoch komplexer und teurer in der Installation als passive Filter. Sie erfordern außerdem mehr Wartung und Überwachung, um ihren ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen.

Leistungsfaktorkorrektur

Die Leistungsfaktorkorrektur ist ein weiterer wichtiger Aspekt der Oberwellenunterdrückung in einer Kompaktstation. Der Leistungsfaktor ist ein Maß dafür, wie effektiv elektrische Energie in einem System genutzt wird. Ein niedriger Leistungsfaktor kann zu erhöhten Leistungsverlusten und einer verringerten Effizienz führen.

Durch die Verbesserung des Leistungsfaktors des elektrischen Systems kann die Menge der durch nichtlineare Lasten erzeugten Oberschwingungsströme reduziert werden. Dies kann durch den Einsatz von Leistungsfaktorkorrekturkondensatoren erreicht werden, die die Blindleistung im System kompensieren sollen.

Kondensatoren zur Leistungsfaktorkorrektur können auf der Last- oder Umspannwerksebene installiert werden. Sie sind relativ einfach und kostengünstig zu installieren und können erhebliche Vorteile hinsichtlich der Reduzierung von Leistungsverlusten und der Verbesserung der Gesamteffizienz des elektrischen Systems bieten.

Transformatordesign

Auch die Gestaltung des Transformators in einer Compact Unit Substation kann bei der Oberwellenunterdrückung eine Rolle spielen. Transformatoren dienen der Übertragung elektrischer Energie von einem Stromkreis in einen anderen und können durch Oberschwingungen im elektrischen System beeinflusst werden.

Durch die Verwendung eines Transformators mit niedriger Impedanz und hohem k-Faktor kann der Einfluss von Oberschwingungen auf den Transformator reduziert werden. Der k-Faktor ist ein Maß für die Fähigkeit des Transformators, nichtlineare Lasten ohne Überhitzung zu bewältigen.

Darüber hinaus kann die Verwendung einer Dreieck-Stern-Transformatorkonfiguration dazu beitragen, den Fluss harmonischer Ströme im elektrischen System zu reduzieren. Die Dreieckswicklung des Transformators kann als Pfad für die Ströme der dritten Harmonischen fungieren, was dazu beitragen kann, die gesamte harmonische Verzerrung im System zu reduzieren.

Vorteile der Oberwellenunterdrückung in Kompaktumspannwerken

Die Implementierung wirksamer Oberwellenunterdrückungsmaßnahmen in einer Kompaktstation kann mehrere Vorteile bieten, darunter:

• Verbesserte Gerätezuverlässigkeit: Durch die Reduzierung der Auswirkungen von Oberschwingungen auf elektrische Geräte können die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Geräte verbessert werden. Dies kann dazu beitragen, Wartungskosten und Ausfallzeiten zu reduzieren.
• Erhöhte Energieeffizienz: Oberschwingungen können zu erhöhten Leistungsverlusten im elektrischen System führen. Durch die Unterdrückung von Oberwellen kann die Energieeffizienz des Systems verbessert werden, was zu geringeren Energiekosten führt.
• Reduzierte Interferenzen: Oberwellen können Störungen bei Kommunikationssystemen und anderen empfindlichen Geräten verursachen. Durch die Unterdrückung von Oberwellen können Störungen reduziert und so der ordnungsgemäße Betrieb dieser Systeme sichergestellt werden.
• Einhaltung von Standards: Viele elektrische Normen und Vorschriften fordern die Unterdrückung von Oberschwingungen in elektrischen Systemen. Durch die Implementierung wirksamer Oberwellenunterdrückungsmaßnahmen kann die Compact Unit Substation diese Standards und Vorschriften einhalten.

Abschluss

Die Unterdrückung von Oberwellen ist ein wichtiger Aspekt beim Betrieb einer Kompaktstation. Durch die Implementierung wirksamer Oberwellenunterdrückungsmaßnahmen wie passive Filter, aktive Filter, Leistungsfaktorkorrektur und Transformatordesign können die Auswirkungen von Oberwellen auf das elektrische System minimiert werden.

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Referenzen

• IEEE-Standard 519-2014, Empfohlene Praktiken und Anforderungen für die Oberschwingungskontrolle in elektrischen Energiesystemen.
• Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) 61000-3-2, Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 3-2: Grenzwerte – Grenzwerte für harmonische Stromemissionen (Geräteeingangsstrom ≤ 16 A pro Phase).
• Electric Power Research Institute (EPRI), Harmonics in Electric Power Systems: A Guide for Utilities and Industry.