Analyse des Einflusses von Oberschwingungen in der elektrischen Leistung

Quellen von Obertönen

Es gibt viele Ursachen für die Entstehung von Oberschwingungen, daher existieren auch zahlreiche Quellen, und die beteiligten Gerätetypen weisen ebenfalls unterschiedliche Eigenschaften auf. Zu den Hauptquellen von Oberschwingungen zählen Transformatorengruppen im Stromnetz, industrielle Lichtbogenöfen, größere einphasige Leistungselektronikgeräte sowie eine breite Palette von Gleichrichter- und Wechselspannungsreglern.

Schädliche Analyse von Oberwellen

Das Vorhandensein von Oberschwingungen im Stromnetz stellt eine Verschmutzungsquelle dar, wobei die elektromagnetische Umgebung des Stromnetzes im Wesentlichen das Verschmutzungsobjekt ist. Als wichtige Komponente der Umgebung des Stromnetzes birgt die elektromagnetische Umgebung unter dem Einfluss unterschiedlicher Oberschwingungsgrade verschiedene Gefahren. Selbst geringfügige Schäden können die Betriebseffizienz elektrischer Geräte beeinträchtigen, und schwerwiegende Folgen können die Stabilität und Sicherheit des Stromnetzes gefährden und elektrische Geräte beschädigen. Die Schäden durch Oberschwingungserzeugung umfassen insbesondere folgende Aspekte:

(1) Die elektrischen Geräte erwärmen sich unter dem Einfluss von Oberschwingungen übermäßig, wodurch zusätzliche Verluste entstehen. Obwohl der Unterschied zwischen Oberschwingungsstrom und Grundstrom groß ist, verstärken Oberschwingungen den Skin-Effekt des Geräts, was zu einem Anstieg des effektiven Widerstands führt. Bei manchen Geräten, wie z. B. solchen mit Eisenkern, treten zudem hohe Wirbelstrom- und Hystereseverluste auf. Bei einer gewissen Wellenformverzerrung verstärkt eine hohe Amplitudenspitze die Intensität der Teilentladungen. Unter diesen Bedingungen hoher Leistungsaufnahme kann die Lebensdauer der elektrischen Geräte erheblich verkürzt werden.

(2) Der Motor kann mechanische Schwingungen verursachen. Unter dem Einfluss von Oberwellenströmen erzeugt das rotierende Magnetfeld des Motors ein pulsierendes Drehmoment, das zu Vibrationen führen kann. Unter dem Einfluss der Eigenfrequenz des Motors können diese Schwingungen leicht schädlichere mechanische Vibrationen hervorrufen und dadurch die Qualität elektrischer Geräte beeinträchtigen und sogar Menschenleben gefährden.

(3) Störungen von Computeranlagen und anderen automatischen Steuergeräten. Automatische Steuergeräte und zugehörige Steuerungssysteme sind im Normalfall auf Nennstrom und Nennspannung ausgelegt. Bei der Entstehung von Oberschwingungen berücksichtigt das Steuerungssystem diesen Einflussfaktor nicht, wodurch Störungen die Funktionsfähigkeit beeinträchtigen können. Bei hohem Oberschwingungsanteil können sich die Betriebsabläufe des Steuerungssystems ändern und Fehlsteuerungen verursachen. Solche Störungen können die Produktion und den Betrieb erheblich beeinträchtigen und sogar zu irreversiblen Sicherheitsvorfällen führen.