Was sind Netzoberwellen?
Oberschwingungen von Stromversorgungssystemen sind Nebenprodukte elektronischer Geräte, die auftreten, wenn bestimmte Typen an Stromversorgungssysteme angeschlossen werden. Geräte wie unterbrechungsfreie Stromversorgungen, PCs und Frequenzumrichter erzeugen Oberschwingungen im Stromversorgungssystem, wenn sie Strom in kurzen Impulsen anstatt auf gleichmäßige Weise beziehen. Die Auswirkungen dieser Harmonischen führen zu verzerrten Spannungen und Problemen, die sich negativ auf die Leistung von Systemen auswirken.
Elektrische Versorgungsquellen zielen darauf ab, sinusförmige Spannungen konstant zu liefern. Wenn nichtlineare Lasten oder ein Gerät, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, über Halbleiterschaltnetzteile an eine Stromquelle angeschlossen wird, führt dies zu Netzoberwellen. Eine lineare Last hat eine kontinuierliche Strombeziehung, in der die Leistung proportional zur Spannung ist, wobei beide Wellen die gleiche Form haben. Glühlampen, Motoren und Heizungen sind einige Beispiele für lineare Lasten.
Die harmonischen, Strom erzeugenden Lasten sind nichtlinear, wobei sich die Strom- und Spannungsverläufe in ihrer Form unterscheiden. Wenn eine solche Last Strom zieht, werden harmonische Spannungen durch die Impedanz innerhalb des Systems erzeugt. Ferromagnetische Vorrichtungen, Entladungsbeleuchtungseinheiten und Lichtbogenvorrichtungen sind einige Beispiele für nichtlineare Lasten. Die Auswirkungen von Netzoberwellen können je nach Stärke der Spannungsverzerrung sehr schwerwiegend sein.
In vielerlei Hinsicht ist seine Wirkung vergleichbar mit der negativen Auswirkung von Stress auf den menschlichen Körper. Hohe harmonische Verzerrungen können zu sporadischem Betrieb der Geräte, Ineffizienzen des Stromversorgungssystems und sogar zum Herunterfahren führen. Das gesamte Versorgungsverteilungssystem und alle angeschlossenen Geräte können auf verschiedenen Ebenen auf verschiedene Weise beeinflusst werden. Zum Beispiel können Oberschwingungen des Stromversorgungssystems die Lebensdauer von Kondensatoren verkürzen oder dazu führen, dass diese ausfallen oder platzen. Ohne erkennbare Ursache können Komponenten auslösen, explodieren oder beschädigt werden.
Harmonische Spannungsverzerrungen führen dazu, dass Generatoren instabil arbeiten und Wicklungen in Transformatoren überhitzen. Geräte wie Telefone und Computer können zeitweise ausfallen oder Störungen aufweisen. Benutzer haben möglicherweise zu hohe Stromkosten, da die Stromverbrauchsmesser die Strommessungen falsch aufzeichnen.
Techniker verwenden viele Methoden zur Reduzierung der Netzoberwellen, von effizienteren Konstruktionen bis hin zur Verwendung von Isolations- und Delta-Delta-Transformatoren. Bei einer besseren Auslegung können die Harmonischen herabgesetzt werden, indem die nichtlinearen Lasten auf einen bestimmten Prozentsatz der Kapazität eines Transformators begrenzt werden. Delta-Delta-Transformatoren verschieben Phasenbeziehungen unter Verwendung verschiedener Techniken, die ebenfalls vorteilhaft sind. Trenntransformatoren versuchen, das Problem durch Erhöhen und Verringern der Systemspannung entsprechend zu lösen.