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Was sind dreifache Harmonische?

Ken Michaels 01. Juni 1999. Es tauchte in den frühen 1980er Jahren als Schlagwort auf und ließ viele Menschen die Effektivität des Verkabelungssystems ihres Gebäudes überdenken. Dennoch betrachten viele das Konzept immer noch als ein relativ neues Phänomen. Oberschwingungen gibt es jedoch schon lange vor den frühen 80er Jahren: Die damit verbundenen Probleme gab es in der elektrischen Welt schon vor langer Zeit, als in den 1930er Jahren erstmals Transistorröhren verwendet wurden.

Abgesehen von der Erdung halten viele Harmonische heute für eines der größten Probleme der Stromqualitätsindustrie. In dieser Ausgabe werden die Grundlagen der Harmonischen und die Probleme, die sie innerhalb des lokalen Verkabelungssystems verursachen können, erörtert. Wir definieren Harmonische als Spannungen oder Ströme bei Frequenzen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz sind. In den meisten Systemen beträgt die Grundfrequenz 60 Hz.

Daher beträgt die harmonische Ordnung 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz und so weiter. Wir spezifizieren diese Ordnungen normalerweise durch ihre harmonische Zahl oder ein Vielfaches der Grundfrequenz. In diesem Fall gibt es für jeden Zyklus der Grundwellenform drei vollständige Zyklen der harmonischen Wellenformen. Die geraden Vielfachen der Grundfrequenz sind als Harmonische gerader Ordnung bekannt, während die ungeraden Vielfachen als Harmonische ungerader Ordnung bekannt sind. Bis 1980 waren alle Lasten als linear bekannt.

Dies bedeutet, wenn die in ein Gerät eingegebene Spannung eine Sinuswelle ist, ist die resultierende Stromwellenform, die von der Last erzeugt wird, auch eine Sinuswelle, wie in Fig. 1 gezeigt.

1981 stellten Hersteller elektronischer Hardware auf ein effizientes internes Netzteil um, das als Schaltnetzteil SMPS bekannt ist. Das SMPS wandelt die angelegte Spannungssinuswelle in eine verzerrte Stromwellenform um, die Wechselstromimpulsen ähnelt, wie in Fig. 1 zu sehen ist. Offensichtlich weist die Last während der gesamten angelegten Wechselspannungswellenform keine konstante Impedanz auf. Die meisten Nutzungsgeräte erzeugen heute Oberschwingungen. Wenn ein Gerät im Rahmen seines stationären Betriebs Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt oder umgekehrt, wird es aller Wahrscheinlichkeit nach als Gerät zur Erzeugung von Oberschwingungsströmen betrachtet.

Dazu gehören unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Kopierer, PCs usw. Das größte Problem bei Oberschwingungen ist die Verzerrung der Spannungswellenform. Sie können eine Beziehung zwischen der fundamentalen und der verzerrten Wellenform berechnen, indem Sie die Quadratwurzel der Summe der Quadrate aller durch eine einzelne Last erzeugten Harmonischen ermitteln und diese Zahl dann durch den nominalen 60-Hz-Wellenformwert dividieren. FFT geht über den Rahmen dieses Artikels hinaus.

Diese Berechnungsmethode bestimmt die gesamte harmonische Verzerrung THD, die in einer nichtlinearen Strom- oder Spannungswellenform enthalten ist. Elektronische Geräte erzeugen mehr als eine harmonische Frequenz. Beispielsweise erzeugen Computer die 3., 9. und 15. Harmonische. Diese werden als dreifache Harmonische bezeichnet.

Sie sind für Ingenieure und Gebäudeplaner von größerer Bedeutung, da sie nicht nur Spannungswellenformen verzerren. Sie können die Gebäudeverkabelung überhitzen, störende Auslösungen verursachen, Transformatoreinheiten überhitzen und einen zufälligen Ausfall der Endbenutzergeräte verursachen. Oberschwingungen können zu einer Überlastung von Leitern und Transformatoren und zu einer Überhitzung von Betriebsmitteln wie Motoren führen.

Dreifache Oberschwingungen können insbesondere bei 3-Phasen-4-Draht-Systemen zu einer Überhitzung der Neutralleiter führen. Während sich die Grundfrequenz und die geraden Harmonischen im Neutralleiter aufheben, addieren sich die Harmonischen ungerader Ordnung. Selbst unter ausgeglichenen Lastbedingungen können neutrale Ströme Größen von bis zu 1 erreichen.

Diese zusätzliche Belastung erzeugt mehr Wärme, wodurch die Isolierung des Neutralleiters zerstört wird. In einigen Fällen kann die Isolation zwischen den Wicklungen eines Transformators zerstört werden.

In beiden Fällen besteht Brandgefahr. Sie können diesen potenziellen Schaden jedoch verringern, indem Sie Verfahren zur Schallverdrahtung anwenden. Wenn die meisten Elektrotechniker die Verkabelung des Gebäudes entwerfen, überlassen sie die Dimensionierung des Neutralleiters normalerweise den Vorgaben von NEC. In den meisten Fällen hat der installierte Neutralleiter die gleiche Größe wie die Phasenleiter. Dies korreliert damit, dass die Neutralleiter größer sind als bei herkömmlichen Verdrahtungsmitteln. Um auf der sicheren Seite zu sein, verdoppeln immer mehr Ingenieure die Größe des Neutralleiters für Zuleitungskreise zu Schalttafeln und zur Verkabelung von Abzweigschaltungsabteilungen, um die additiven Oberschwingungsströme zu verarbeiten.

Mit Ausnahme der Glühbirne erzeugt heute jede Last Oberschwingungen. Leider variieren diese Lasten in Bezug auf ihren Gehalt an Oberschwingungen und die Reaktion auf Probleme, die durch Oberschwingungen verursacht werden. Kommentare ausblenden. Weitere Informationen zu Textformaten. Textformat Kommentare Nur Text. Webseitenadressen und E-Mail-Adressen werden automatisch zu Links. Zeilen und Absätze werden automatisch unterbrochen. Lassen Sie dieses Feld leer. Die 10 beliebtesten Fotogalerien des Jahres 2016.

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