Höhere Verluste

Leiterverluste

Die zu einer Last übertragene Wirkleistung hängt von der Grundkomponente I₁ des Stromes ab.

Enthält der von der Last bezogene Strom Oberschwingungen, ist der Effektivwert des Stromes (I_rms) größer als der Grundstrom I₁.

Von der Definition der gesamten harmonischen Verzerrung (THD)

[math]\displaystyle{ THD= \sqrt{\left (\frac{I_{rms}}{I_1} \right)^2} -1\ , }[/math]

kann Folgendes abgeleitet werden: [math]\displaystyle{ {I_{rms}} = I_1 \sqrt{1 +THD ^2} }[/math]

Abbildung M8 zeigt in Abhängigkeit von der harmonischen Verzerrung:

• die Erhöhung des Effektivstromes I_rms für eine Last, die einen gegebenen Grundstrom bezieht,
• die Erhöhung der Energieverluste (Joule) ohne Berücksichtigung des Skin-Effektes. (Wenn keine Oberschwingungen vorhanden sind, ist der Bezugspunkt in der Grafik für den Effektivstrom I_rms und die Energieverluste gleich 1.)

Die Oberschwingungsströme bewirken eine Erhöhung der Energieverluste in allen Betriebsmitteln, durch die sie fließen, sowie weitere Temperaturerhöhungen in Transformatoren usw.

Abb. M8 – Erhöhung des Effektivstromes und der Energieverluste in Abhängigkeit von der gesamten harmonischen Verzerrung (THD)

Verluste bei Asynchronmaschinen

Die an Asynchronmaschinen gelieferten Oberschwingungsspannungen (Ordnung h) bewirken die Entstehung von Strömen im Rotor mit Frequenzen über 50 Hz, welche die Ursache für zusätzliche Verluste sind.

Beispiel

• Eine Versorgungsspannung in nahezu rechteckiger Form bewirkt eine 20 %-ige Erhöhung der Verluste.
• Eine Versorgungsspannung mit Oberschwingungsanteilen u5 = 8 % (von der Grundspannung U₁), u7 = 5 %, u11 = 3 %, u13 = 1 %, d.h. die gesamte harmonische Verzerrung THDu ist gleich 10 % und führt zu zusätzlichen Verlusten in Höhe von 6 %.

Transformatorverluste

Oberschwingungströme, die in Transformatoren fließen, führen aufgrund des Joule-Effektes zu einer Erhöhung der Verluste in den Wicklungen und durch Wirbelströme zu einer Erhöhung der Verluste im Kern. Die Oberschwingungsspannungen sind aufgrund der Hysterese für eine Erhöhung der Verluste im Kern verantwortlich.

Im Allgemeinen wird berücksichtigt, dass die Verluste in den Wicklungen mit dem Quadrat des THDi-Wertes und die Verluste im Kern linear mit dem THDu-Wert ansteigen.

Bei Verteiltransformatoren der Netzbetreiber, deren Verzerrungspegel begrenzt sind, steigen die Verluste um ca. 10 bis 15 %.

Kondensatorverluste

Die auf Kondensatoren wirkenden Oberschwingungsspannungen führen zur Entstehung von Strömen proportional zur Frequenz der Oberschwingungen. Diese Ströme verursachen zusätzliche Verluste.

Beispiel

• Eine Versorgungsspannung hat folgende Oberschwingung:

Grundspannung U1, Oberschwingungsspannungen u5 = 8 % (von U₁), u7 = 5 %, u11 = 3 %, u13 = 1 %, d.h. die gesamte harmonische Verzerrung THDu beträgt 10 %. Die Stärke des Stromes wird mit 1,19 multipliziert. Energieverluste werden mit 1,19², d.h. 1,4 multipliziert.