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Oberschwingungen sind ein heimtückischer Feind, mit dem moderne elektrische Verteilungssysteme zunehmend konfrontiert werden. Sie werden durch nichtlineare Lasten wie Drehstromfrequenzumrichter (VFDs), Gleichrichter, LED-Beleuchtung und USV-Anlagen erzeugt; Oberschwingungsströme und -spannungen beeinträchtigen die sinusförmige Natur der Stromversorgung. Während die Auswirkungen hierauf mit einem Leistungsumfang von mehr als 50 W allgemein bekannt sind (übermäßige Erwärmung und Verluste), sind die Folgen für nachgeschaltete Mittelspannungs- (MV) und Niederspannungs-(LV) Schaltanlagen ebenso katastrophal. Die Oberschwingungsunterdrückung befasst sich nicht nur mit der Qualität der elektrischen Energie, sondern stellt zudem eine entscheidende Maßnahme zum Schutz der Kernkomponente Ihres elektrischen Systems dar: der Schaltanlage, die die Energie steuert und isoliert.
Die verborgene Belastung von Schaltanlagenkomponenten
Die Schaltanlage ist ebenfalls für den Betrieb bei einer bestimmten Frequenz und Spannung ausgelegt, üblicherweise 50 oder 60 Hz. Oberwellen erzeugen Hochfrequenzströme, die die mechanische und thermische Integrität der Komponenten der Schaltanlage stark beeinträchtigen. Oberwellenströme können das Auslösen der thermomagnetischen Schutzeinrichtungen in Leistungsschaltern beeinflussen. Wirbelströme verursachen zusätzliche Erwärmung leitfähiger Teile, Sammelschienen und Verbindungen, die bei Oberwellenfrequenzen induziert werden. Dadurch erhöht sich die Alterungsrate der Isolation sowie der Widerstand mechanischer Verbindungen. Der Skineffekt kann bei höheren Frequenzen zu einer Stromverteilung entlang der Leiteroberfläche führen, wodurch die zulässige Strombelastung (Ampakapazität) der Leiter effektiv verringert und Hotspots entstehen. Das Ryan-Transformatorsystemdesign berücksichtigt die gesamte Oberwellenverzerrung (THD), damit die Schaltanlage und mit einem Leistungsumfang von mehr als 50 W als Einheit betrieben werden kann und nicht unerwarteten Ausfällen unterliegt, die teure Ausfallzeiten verursachen.
Wie Transformatoren zur ersten Verteidigungslinie werden
Mit einem Leistungsumfang von mehr als 50 W wird immer einen gewissen Widerstand gegenüber Oberschwingungen bieten, und es sind spezielle Konstruktionen erforderlich, um diese wirksam zu reduzieren. In diesem Fall ergibt sich die Unterscheidung zwischen einem herkömmlichen Verteilungstransformator und einem oberschwingungsreduzierenden (bzw. K-gewerteten) Transformator. Normale Transformatoren berücksichtigen nicht die Wirbelstromverluste, die durch nichtlineare Lasten entstehen; sie überhitzen und erreichen vorzeitig das Ende ihrer Lebensdauer.
Wir können unsere Transformatoren und insbesondere die VPI-Linie (sowie sogar unsere trockenen Gießharzmodelle) bei Ryan Electric so anpassen, dass sie harmonische Unterdrückungseigenschaften aufweisen. Mit Hilfe elektromagnetischer Abschirmung und spezieller Kernkonstruktionen reduzieren wir die Übertragung von Nullsequenzharmonischen (einschließlich der 3. Harmonischen) zwischen der Niederspannungs- und der Mittelspannungsseite. Dadurch wird verhindert, dass harmonische Ströme in die übergeordnete Anlage fließen und die Mittelspannungsschaltanlage belasten. Darüber hinaus bieten unsere Transformatoren durch ihr Konstruktionsprinzip eine Pufferwirkung, wenn sie in einer Unterverteilstation eingesetzt werden; dies konzentriert die harmonische Verzerrung auf der Lastseite und entlastet die Primärschaltanlage von einer unnötigen elektrischen Belastung.
Phasenverschiebung: Der Schlüssel zur Kompensation bei Gleichrichteranwendungen
Bei großen Gleichrichtersystemen (z. B. Elektrolyseanlagen, Metallraffinerien oder großen Rechenzentren) lässt sich die effizienteste Form der Harmonischenunterdrückung erreichen, bevor die Harmonischen überhaupt die Schaltanlage erreichen. Dies erfolgt mittels Phasenschiebetransformatoren.
Ryan Electric spezialisiert sich auf Mehrimpuls-Gleichrichter (12-Puls-, 24-Puls- und 48-Puls-Gleichrichter) mit einem Leistungsumfang von mehr als 50 W Sie sind tatsächlich die Vorläufer der Gleichrichter, die eine Phasenverschiebung zwischen den Sekundärwicklungen bewirken, sodass sich die von den Gleichrichtern erzeugten Oberschwingungen (die 5. Ordnung, die 7. Ordnung usw.) im Transformator selbst kompensieren können. Die Stromstärke, die auf der Primärseite sowie durch die Mittelspannungs-Schaltanlage fließt, ist deutlich sauberer. Diese passive Oberschwingungsunterdrückung senkt den Effektivstrom (RMS-Strom), der durch Sammelschienen und Leistungsschalter der Schaltanlage fließt, verringert die Betriebstemperaturen und verlängert die Lebensdauer dieser wesentlichen Komponenten – und das ohne teure aktive Filter.
Systemintegration und Einhaltung globaler Standards
Die Unterdrückung von Oberschwingungen erfordert eine systemübergreifende Betrachtung der elektrischen Anlage. Ein Transformator existiert niemals isoliert; er muss mit Schaltanlagen sowie Mess- und Schutzrelais zu einem robusten Netzwerk verbunden werden. Die Lösungen von Ryan Electric berücksichtigen diese Integration. Unsere Mini-Umspannwerke und Blocktransformatoren stellen eine Zwischenstufe zwischen der Mittelspannungsversorgung und der Niederspannungsverteilung dar.
Wir stellen sicher, dass unsere Geräte hohen internationalen Standards entsprechen, darunter IEEE 519, das den zulässigen maximalen Grad an Oberschwingungsverzerrung am gemeinsamen Kopplungspunkt festlegt. Unsere Fertigung und Prüfung von Transformatoren sowie der zugehörigen Schaltanlagen ermöglicht es, das gesamte System – und nicht nur den Transformator – zu schützen. Um sicherzustellen, dass unsere Geräte bei der Installation vor Ort die Mittelspannungs- (MV) und Niederspannungs-(LV)-Schaltanlagen wirksam vor den verheerenden Auswirkungen von Oberschwingungsverzerrungen schützen, prüfen wir ihre Leistungsfähigkeit unter simulierten Oberschwingungsbelastungen in unseren von CNAS zugelassenen Prüflaboratorien und gewährleisten so für unsere Kunden – etwa Rechenzentren von Microsoft sowie nationale Versorgungsunternehmen – eine hohe Zuverlässigkeit.
Expertenlösungen für Transformatoren
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