Filter

Der Inhalt dieser Seite wurde teilweise von der Internetseite www.isea.rwth-aachen.de der RWTH Aachen (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen) übernommen. Der Autor heißt Dipl.-Ing. D. Detjen.

Oberschwingungsfilter

Durch die zunehmende Anzahl nichtlinearer Verbraucher in elektrischen Netzen werden Oberschwingungsströme erzeugt, die an den Netzinduktivitäten zu hohen harmonischen Spannungsabfällen und somit zu Störungen anderer Verbraucher führen können.
In größeren Bürogebäuden ergibt sich durch die von modernen Schaltnetzteilen in erheblichen Maße produzierte dritte Oberschwingung eine weitere Problemstellung. Da diese Oberschwingungen (Harmonischen) ein Nullsystem zur Folge haben, kann es in solchen Netzen schnell zu einer Überlastung des Nulleiters kommen.
Zur Reduzierung der Netzrückwirkungen einer Anlage werden in der Praxis passive und aktive Filter eingesetzt.

Anwendungsbereiche von Oberschwingungsfiltern

Zur passiven Oberschwingungsfilterung werden parallel zur Last speziell auf die einzelnen Harmonischen abgestimmte LC-Serienschwingkreise geschaltet. Entscheidend für die Filtercharakteristik passiver Filter (auch Saugkreise genannt) ist das Verhältnis der Netzimpedanz bezüglich der Oberschwingungen zur Impedanz des Filters. Der exakte Wert der Netzimpedanz ist im allgemeinen nicht bekannt und verändert sich je nach Netzkonfiguration. Durch Resonanzeffekte zwischen dem passiven Filter und der Netzinduktivität kann es sogar zu einer Verstärkung der Oberschwingungsströme kommen.

Passive Filter senken direkt den Oberschwingungsspannungspegel.

Aktive Filter besitzen demgegenüber die genannten Nachteile nicht.
In vielen Industrienetzen besteht die Gefahr, dass die von Verbrauchern erzeugten Oberschwingungsströme im Netz vorhandene Resonanzkreise anregen können. Um solche Resonanzüberhöhungen mit Hilfe eines aktiven Filters zu vermeiden, sind spezielle Regelungsverfahren notwendig.

Aktive Filter saugen den Oberschwingungsstrom ab und senken somit indirekt den Oberschwingungsspannungspegel.

Besonderheiten bei passiven Filtern

Wegen der zwischen zwei Reihenresonanzstellen auftretenden Parallelresonanz sollten in der aufsteigenden Reihenfolge keine kritischen Oberschwingungsfrequenzen ausgelassen werden. Dies ist auch bei Zu- und Abschaltungen der Filterkreise zu beachten (Zuschaltung in der Reihenfolge zunehmender Ordnungszahl, Abschaltung in umgekehrter Reihenfolge).

Anschluss eines aktiven Filters

Bei einem aktiven Filter sind keine besonderen Anschlusspunkte oder Fahrweisen zu beachten, da er das Netz nicht mit unbeabsichtigten Nebeneffekten beeinflusst.

aktiver Filter

Funktion eines aktiven Filters

Der Strom der Verbraucher wird gemessen und mit Hilfe eines sehr schnellen Rechenverfahrens aus dem gemessenen Laststrom der Oberschwingungsanteil ermittelt. Von einem dreiphasigen Umrichter wird ein entsprechender, zum Störstrom komplementärer Strom (Kompensationsstrom  um 180 versetzt) parallel zur Last in das Netz eingeprägt, so dass die Störungen fast völlig ausgelöscht werden. Auf der Netzseite fließt daher fast nur noch der reine Grundschwingungsanteil des Laststromes.

Die Installation eines hybriden Filters ist eine interessante Alternative zu rein aktiven Filtern. Bei hybriden Filtern handelt es sich um die Kombination eines aktiven Filters mit einem oder mehreren passiven LC-Filtern. Darauf aufbauend wurde eine Topologie entwickelt, mit der sich die zu installierende Scheinleistung für den aktiven Teil erheblich reduzieren lässt.
Der Aufwand des Leistungsteils für das aktive Filter lässt sich durch hybride Lösungen auch zur Kompensation nullsystembildender Oberschwingungen reduzieren. Durch Kombination eines einphasigen Umrichters mit einer sogenannten Zig-Zag-Drossel kann eine Überlastung des Nulleiters verhindert werden.


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