Auswahl der Verdrosselung einer Kompensationsanlage für ein stark oberschwingungsbelastetes Netz

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Allgemeine Planungsgrundlagen – Bestimmungen – Installierte Leistung
Anschluss an das Hochspannungs-Versorgungsnetz des Netzbetreibers
Anschluss an das NS-Verteilnetz des Netzbetreibers
Auswahlhilfe HS- und NS-Verteilnetzarchitektur
Verteilsysteme in NS-Verteilnetzen
Schutz gegen elektrischen Schlag
Schutz von Stromkreisen
Schaltgeräte
Schutz bei Überspannungen und Stoßüberspannungen
Energieeffizienz in elektrischen Verteilnetzen
Blindleistungskompensation und Filterung von Oberschwingungen
Oberschwingungserfassung und - filterung
Stromversorgungen und Verbraucher besonderer Art
Solaranlagen
Wohngebäude und ähnliche Einsatzbereiche sowie besondere Orte und Bereiche
EMV-Richtlinien
Messung

Um in stark oberschwingungsbelasteten Netzen Oberschwingungsprobleme zu vermeiden, müssen Resonanzen im Bereich kritischer Oberschwingungsfrequenzen vermieden werden.

Für verdrosselte Kompensationsanlagen (siehe Abb. L30) werden Kondensatoren mit Filterkreisdrosseln so kombiniert, dass die Reihenresonanzfrequenz (fr) von Kondensator und Filterkreisdrossel hinreichend unterhalb kritischer Oberschwingungsfrequenzen liegt. Die Reihenresonanzfrequenz fr ergibt sich aus Induktivität der Filterkreisdrossel und der Kapazität des Kondensators mit folgender Gleichung:

Abb. L30Schaltung und Impedanzdiagramm

 f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt {L\times c}}

Der Abstimmungsfaktor n kann ebenso wie die Reihenresonanzfrequenz fr zur Beschreibung einer Verdrosselung verwendet werden. Abstimmungsfaktor n in einem 50 Hz-Netz:

 n = \frac{f_r}{50 Hz}

Es ist ebenso wichtig, dass die Reihenresonanzfrequenz hinreichend unterhalb der Rundsteuerfrequenzen der Versorgungsnetzbetreiber liegt, um diese nicht zu beeinträchtigen. Die am häufigsten benutzten Abstimmungsfaktoren sind n = 3,8 (190 Hz) und 4,2 (210 Hz). Der Abstimmungsfaktor n = 2,7 (135 Hz) wird bei einer wesentlichen Oberschwingungsstrombelastung 3. Ordnung (150 Hz) verwendet.

In dieser Anordnung erhöht die Drosselspule die Ausgangsfrequenz der Spannung (50 oder 60Hz) über den Kondensator.

Verdrosselungsfaktor
(%)
Reihenresonanzfaktor Rundsteuerfrequenz
50Hz
Rundsteuerfrequenz
60Hz
5,7 4,2 210 250
7 3,8 190 230
14 2,7 135 160

Abb. L31 Zusammenhang zwischen Verdrosselungsfaktor, Reihenresonazfaktor und Rundsteuerfrequenz

Diese Wirkung wird durch die Verwendung von Kondensatoren, welche für eine höhere Nennspannung UN als die speisende Netzspannung US ausgelegt sind, kompensiert, siehe auch nachfolgende Abbildung L32.

Nennspannung Kondensator UN (V) Netzspannung US (V)
50 Hz 60 Hz
400 690 400 480 600
Verdrosselungsfaktor (%) 5,7 480 830 480 575 690
7 480 830 480 575 690
14 480 480

Abb. L32Gängige Kondensatorspannungen

Schlussfolgerung:

Praktische Hinweise, um eine geeignete Auswahl zu treffen, abhängig von den Systembedingungen, sind in der nachfolgenden Abbildung L33 gegeben:

  • SSC = 3-polige Kurzschlussleistung der Sammelschiene
  • Sn = Summe der Einspeiseleistung aller Transformatoren, welche direkt auf die Sammelschiene speisen
  • Gh = Summe der Leistung aller angeschlossenen, Oberschwingungen produzierender, Betriebsmittel (Netzteile, Frequenzumrichter, Wechselrichter usw.)
Allgemeine Regeln (für jede Transformatorgröße):
\definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}G_h \le \frac{S_{sc} }{120} \definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}\frac{S_{sc} }{120} \le G_h\le \frac{S_{sc} }{70} \definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}G_h>\frac{S_{sc} }{70} \le G_h\le \frac{S_{sc} }{30} \definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}G_h \le \frac{S_{sc} }{30}
Standardkondensator Hochleistungskondensatoren
oder
Kondensatoren mit einer um
10 % erhöhten Spannungsfestigkeit
Hochleistungskondensatoren
oder
Kondensatoren mit einer um
20 % erhöhten Spannungsfestigkeit
plus Drossel
Einsatz harmonischer Filter, siehe auch Kapitel M (Oberschwingungserfassung
und-filterung)
Vereinfachte Regeln (Transformatorgröße ≤ 2 MVA):
\definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}G_h\le 0,1\times S_n \definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}0,1 \times S_n < G_h\le 0,2\times S_n \definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}0,2 \times S_n<G_h\le 0,5\times S_n \definecolor{bgblue}{RGB}{65,193,232}\pagecolor{bgblue}G_h> 0,5\times S_n
Standardkondensator Hochleistungskondensatoren
oder
Kondensatoren mit einer um
10 % erhöhten Spannungsfestigkeit
Hochleistungskondensatoren
oder
Kondensatoren mit einer um
20 % erhöhten Spannungsfestigkeit
plus Drossel
Einsatz harmonischer Filter, siehe auch Kapitel M (Oberschwingungserfassung
und-filterung)

Abb. L33Vereinfachte Berechnungsmethoden