Leistungsfaktor; Oberwellen - Sonel PQM-702 Bedienungsanleitung

5.3.7 Leistungsfaktor

Der echte Leistungsfaktor, also der, der auch die Anwesenheit höherer Oberwellen berück-
sichtigt heißt einfach nur Leistungsfaktor (eng. True Power Factor, TPF oder PF). Für sinusförmi-
ge Stromkreise gleicht er sich mit dem sog. Phasenverschiebungsfaktor, also dem allgemein be-
kannten cos (eng. Displacement Power Factor, DPF).
DPF ist somit das Maß der Phasenverschiebung zwischen den Grundkomponenten der
Spannung und des Stromes:
Im Falle einer reinen Widerstandsbelastung (in einem Einphasennetz) ist die Scheinleistung
dem Wert der Wirkleistung gleich, und die Blindleistung gleich Null, somit nutzt eine solche Belas-
tung das energetische Potential der Quelle bestmöglich aus und der Leistungsfaktor beträgt 1.
Das Erscheinen der Reaktanzkomponente führt zur Verringerung der Effektivität der Energieüber-
tragung – die Wirkleistung ist dann kleiner als die Scheinleistung und die Blindleistung wächst.
In Dreiphasennetzen hat auf die Verringerung des Leistungsfaktors auch die Unausgegli-
chenheit des Empfängers Einfluss (siehe die Diskussion über die Blindleistung). In solchen Sys-
temen wird der korrekte Wert des Leistungsfaktors durch Nutzung der effektiven Scheinleistung
S erhalten, also durch Verwendung der Größe, die u.a. im Standard IEEE 1459-2000 definiert
e
wurde.
5.4

Oberwellen

Die Aufteilung der periodischen Verläufe auf harmonische Komponenten ist ein sehr populä-
rer mathematischer Vorgang, der auf dem Fourier-Theorem beruht, das besagt, dass jeder perio-
dische Verlauf als Summe der sinusförmigen Komponenten vorgestellt werden kann mit einer
Frequenz, die die gesamte Multiplizität der Grundfrequenz eines solchen Verlaufs ist. Der Zeitver-
lauf kann der Schnellen Fourier-Transformation unterzogen werden (kurz FFT), die als Ergebnis
Amplituden und Phasen der Komponenten der Oberwellen im Frequenzbereich ausgibt.
Im Idealfall wird die Spannung im Generator erstellt, der an seinem Ausgang einen reinen si-
nusförmigen Verlauf 50/60 Hz (keine Oberwellen) generiert. Wenn ein Empfänger ein lineares
System ist, dann ist auch der Strom unter solchen perfekten Bedingungen ein rein sinusförmiger
Verlauf. In reellen Systemen sind sowohl die Spannungs-, als auch Stromverläufe verzerrt, somit
müssen sie außer der Grundkomponente auch höhere Oberwellen enthalten.
Warum ist die Anwesenheit von höheren Oberwellen im Netz unerwünscht?
Einer der Gründe dafür ist die Stromverdrängung, das auf der Abstoßung der Elektronen aus dem
Inneren des Leiters (der Leitung) nach Außen zusammen mit der gleichzeitigen Steigerung der
Frequenz des Stromes beruht. Als Ergebnis je höher die Frequenz, desto kleiner das effektive
Durchmesser des Leiters, das für die Elektronen verfügbar ist, was gleichbedeutend mit der Erhö-
hung seiner Resistenz ist. Als Folge dieses Phänomens, je höher der Oberwellenstrom, desto
größer ist der effektive Widerstand der Verkabelung für diese Oberwellen, und dies wiederum
führt unweigerlich zu höheren Leistungsverlusten und Erwärmung der Leitungen.
Ein klassisches Beispiel dieses Effekts finden wir auf den Nulleiter in einem Dreiphasen-
Netzwerk. In Netzen mit geringen Verzerrungen, geringer Unausgeglichenheit und symmetri-
schem Empfänger (oder mit geringer Unsymmetrie) hat der Strom im Nulleiter die Tendenz zur
Nullung (er ist viel geringer als die effektiven Werte der Phasenströme). Diese Beobachtung hat
viele Entwickler dazu verlockt durch die Montage in solchen Systemen eines Nulleiters mit gerin-
gerem Durchmesser als die Phasenleitungen zu sparen. Und alles funktionierte sehr gut, bis im
Netz Oberwellen ungerader Ordnung auftauchten, die eine Multiplizität von sind 3 (dritte, neunte,
usw.). Plötzlich begann der Nulleiter sich zu überhitzen und die aktuelle Strommessung hat auf
einen sehr hohen effektiven Wert hingewiesen. Die Erklärung dieses Phänomens ist jedoch ziem-
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Bedienungsanleitung PQM-702, PQM-703
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