Auswahl der Verdrosselung einer Kompensationsanlage für ein stark oberschwingungsbelastetes Netz

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 (f_r) 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. L30 – Schaltung und Impedanzdiagramm

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[math]\displaystyle{ f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt {L\times c}} }[/math]

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

[math]\displaystyle{ n = \frac{f_r}{50 Hz} }[/math]

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.

Abb. L31 – Zusammenhang zwischen Verdrosselungsfaktor, Reihenresonazfaktor und Rundsteuerfrequenz

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

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.

Abb. L32 – Gängige Kondensatorspannungen

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

Schlussfolgerung:

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

• S_SC = 3-polige Kurzschlussleistung der Sammelschiene
• S_n = Summe der Einspeiseleistung aller Transformatoren, welche direkt auf die Sammelschiene speisen
• G_h = Summe der Leistung aller angeschlossenen, Oberschwingungen produzierender, Betriebsmittel (Netzteile, Frequenzumrichter, Wechselrichter usw.)

Abb. L33 – Vereinfachte Berechnungsmethoden

Allgemeine Regeln (für jede Transformatorgröße):
[math]\displaystyle{ G_h \le \frac{S_{sc} }{120} }[/math]	[math]\displaystyle{ \frac{S_{sc} }{120} \le G_h\le \frac{S_{sc} }{70} }[/math]	[math]\displaystyle{ G_h\gt \frac{S_{sc} }{70} \le G_h\le \frac{S_{sc} }{30} }[/math]	[math]\displaystyle{ G_h \le \frac{S_{sc} }{30} }[/math]
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):
[math]\displaystyle{ G_h\le 0,1\times S_n }[/math]	[math]\displaystyle{ 0,1 \times S_n \lt G_h\le 0,2\times S_n }[/math]	[math]\displaystyle{ 0,2 \times S_n\lt G_h\le 0,5\times S_n }[/math]	[math]\displaystyle{ G_h\gt 0,5\times S_n }[/math]
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)