SΦfia-Prinzip: Impedanzverlauf eines SΦfia-Filters für die 5. Oberschwingung mit vier Stufen. Durch die Schaltung von Kondensatorstufen verschiebt sich der Impedanzverlauf zu einer anderen Abstimmfrequenz. (Bild: Condensator Dominit GmbH)
Neues Wertschöpfungspotential
Zur Bewertung der Spannungsqualität in einem Industrienetz gibt die IEC61000-2-4 als Produktleitnorm im Frequenzbereich bis 2,5kHz fest definierte Grenzwerte für die maximal zulässige Spannungsverzerrung vor. Wenn diese Grenzwerte überschritten werden, dürfen Betriebsmittel und Prozesse gestört werden, ohne dass deren Hersteller in Haftung genommen werden kann. Letztlich ist der Betreiber der Industrieanlage für die Einhaltung der Spannungsqualitätskriterien verantwortlich und muss somit geeignete Filtermaßnahmen installieren. Hier bietet sich für Schaltanlagenbauer ein neues Wertschöpfungspotential, diese Filterlösungen in ihre Schaltschrankkonzepte zu integrieren. Zur Verbesserung der Netzqualität und Einhaltung der Grenzwerte existieren verschiedene Filtertechnologien, die sich grundsätzlich in aktive und passive Filter unterscheiden. Die Produktreihe GridClass-Mod, bestehend aus SΦFIA-Mod und RεSI-Mod, ist ein Filtersystem, das die Vorteile der unterschiedlichen Filter in einem modularen System kombiniert. Das kombinierte Filter bewirkt im gesamten Frequenzspektrum eine breitbandige Filterwirkung und dämpft Resonanzen. Aufgrund der modularen Bauweise ermöglicht GridClass-Mod eine hohe Anpassungsfähigkeit und Erweiterbarkeit entsprechend der jeweiligen Filteranforderungen. Schaltanlagenbauer können von dieser Flexibilität profitieren, da sich die Filtermodule einfach in Anlagen integrieren und auf die benötigte Leistung erweitern lassen. So können Schaltanlagenbauer ihrem Kunden ein ganzheitliches Produkt anbieten und die Sicherung der Spannungsqualität in ihre Wertschöpfungskette mit aufnehmen. Die erste Komponente in einem modularen Filtersystem ist das 100 A-Modul SΦfia-Mod, welches ein ‚Spannungsgeführtes Oberschwingungsfilter mit intelligenter Anpassung‘ ist. Das SΦfia-Filter ist seit 2016 durch ein europäisches Patent (European patent No. 3065247) geschützt und das derzeit am häufigsten installierte Filtersystem in der weltweiten Automobilfertigungsindustrie.
Aufbau eines RεSI-Mod-Filtermoduls (Bild: Condensator Dominit GmbH)
Permanente Nachregelung
Im Gegensatz zu klassischen passiven Filtern, die aus einer Kombination eines Kondensators und einer Induktivität eine bestimmte Saugwirkung bei definierten Frequenzen bewirken, stellt das SΦfia-Filter seine Stromaufnahme, in Abhängigkeit von der Belastung des Netzes und unter Berücksichtigung anderer Rahmenbedingungen, mit Hilfe einer intelligenten Steuereinheit selbstständig ein. So werden spätere Veränderungen in den Netzen und steigende oder sinkende Pegel nachgeregelt, sodass immer ein optimales Filterergebnis erzielt wird. Der wesentliche Nachteil von passiven klassischen Filtern, welche sich im Überlastfall abschalten, also gerade dann, wenn sie am meisten benötigt werden, kann mit SΦfia-Filtern überwunden werden. Neben Passivfiltern sind Aktivfilter zur Sicherstellung der Spannungsqualität weit verbreitet. Aktivfilter sind gesteuerte Gleichrichter, die den Oberschwingungsstrom im Netz messen und dann mittels Ansteuerung der Leistungshalbleiter einen entgegengesetzten Strom zur Kompensation einspeisen. Das Kompensationsprinzip von Aktivfiltern ist folglich stromgeführt und unterscheidet sich von der spannungsgeführten Arbeitsweise passiver Filter. Aufgrund des stromgeführten Filterprinzips können Aktivfilter nur diskrete Oberschwingungen, also Vielfache der Grundschwingung reduzieren und haben im Vergleich zu Passivfiltern keine breitbandige Filterwirkung. Darüber hinaus ist die größte filterbare Frequenz durch die Taktfrequenz des aktiven Gleichrichters begrenzt. Weitere wesentliche Vorteile von passiven Filtern gegenüber Aktivfiltern sind die geringere Verlustleistung und die geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten. SΦfia-Mod kombiniert die Vorteile der passiven Filter: Kostengünstige breitbandige Filterwirkung mit geringen Verlusten und die Flexibilität eines Aktivfilters. SΦfia-Mod bietet somit ein universell einsetzbares Filter, das sich selbstständig an die Netzsituation anpasst.
