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12.2.3. Herkunft der Oberschwingungen
Jedes elektrische Betriebsmittel, das Sinusschwingungen verändert oder nur einen Teil
einer solchen Schwingung aufnimmt, verursacht Verzerrungen der Sinusschwingung und
somit Oberschwingungen (Harmonische).
Alle Signale sind in gewisser Weise ein Gemisch von Oberschwingungen. Der am
häufigsten auftretende Fall ist die Oberschwingungs-Verzerrung durch nicht lineare
Lasten, wie elektrische Haushaltsgeräte, Computer oder drehzahlveränderliche Antriebe
(Frequenz-Umrichter).
Harmonische Verzerrungen verursachen erhebliche Ströme, deren Frequenzen ungerade
Vielfache der Grundfrequenz sind. Harmonische Ströme beanspruchen den Neutralleiter in
elektrischen Netzen beträchtlich.
In den meisten Ländern ist das Versorgungsnetz 3-phasig 50 oder 60Hz mit einem primär
im Dreieck und sekundär im Stern verschalteten Transformator aufgebaut. Die Sekundär-
wicklung erzeugt allgemein 230V AC von Außen- zu Neutralleiter und 400V AC zwischen
den Außenleitern. Die symmetrische Belastung der Außenleiter bereitete bei der Aus-
legung elektrischer Netze schon immer Kopfzerbrechen.
Bis vor einigen Jahrzehnten war die vektorielle Summe aller Ströme in einem gut
symmetrierten Netz gleich Null oder ganz klein (bestimmt durch die Schwierigkeit, eine
perfekte Symmetrierung der Lasten zu erreichen). Die Lasten waren Glühlampen, kleine
Motoren und andere lineare Lasten. Das Ergebnis war ein nahezu sinusförmiger Strom in
jedem Außenleiter und ein niedriger Neutralleiterstrom bei einer Frequenz von 50 bzw.
60Hz.
„Moderne" Geräte, wie Fernseher, Leuchtstofflampen, Video-Geräte und Mikrowellenherde
verbrauchen normalerweise immer nur für einen Bruchteil einer Periode Strom und verur-
sachen so nicht lineare Lasten und folglich nicht lineare Ströme. All dies erzeugt ungerade
Harmonische der 50 / 60Hz Netz-Frequenz.
Aus diesem Grund enthalten die Ströme der Verteiltransformatoren nicht nur eine 50Hz
(bzw. 60Hz) Komponente, sondern auch eine 150Hz (bzw. 180Hz) Komponente, eine
250Hz (bzw. 300Hz) Komponente und andere erhebliche harmonische Komponenten
hoch bis zu 750Hz (bzw. 900Hz) und höher.
Die vektorielle Summe der Ströme in einem gut symmetrierten Netz, das nicht lineare
Lasten versorgt, mag ziemlich klein sein. Jedoch zeigt die Summe aller Ströme kein
völliges Verschwinden der Harmonischen.
Die ungeraden Vielfachen der dritten Harmonischen (bezeichnet als „TRIPLE N'S")
erscheinen als Summe im Neutralleiter und können ein Überhitzen des Neutralleiters
verursachen, gerade auch bei symmetrischer Last.
12.2.4. Konsequenzen aus dem Vorhandensein von Oberwellen:
Im Allgemeinen verursachen Harmonische geradzahliger Ordnung, also die zweite, vierte
etc. keine Probleme. „Tripel"-Harmonische, ungerade Vielfache von drei, addieren sich im
Neutralleiter (anstatt sich gegenseitig aufzuheben) und führen so zur Überhitzung des
Leiters, was eine extreme Gefahr bedeutet.
Planer sollten, um bei der Auslegung von Energie-Verteilanlagen die Oberschwingungs-
Ströme zu berücksichtigen, folgende drei Regeln beachten:
• Der Neutralleiter-Querschnitt muss hinreichend groß bemessen sein.
• Der Verteiltrafo muss über ein zusätzliches Kühlsystem verfügen, um mit seiner
Nennlast betrieben werden zu können, wenn er nicht für Oberschwingungs-
Belastungen ausgelegt ist. Dies ist notwendig, weil der Oberschwingungs-Strom im
Neutralleiter der Sekundärwicklung in der im Dreieck verschalteten Primärwicklung
einen Kreisstrom erzeugt. Dieser zirkulierende Oberschwingungs-Strom erwärmt den
Transformator zusätzlich.
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PQA820
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