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Harmonische Oberschwingungen

Harmonische Oberschwingungen (OS) beschreiben Wellen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind (bzgl. Strom/Spannung ist die Grundfrequenz im europäischen Verbundnetz f = 50 Hz).

Bildlich sind harmonische Oberschwingungen „Verzerrer“ der glatten Sinusform (ähnlich wie in der Akustik, z.B. eine schwingende Gitarrensaite aus Grundton und Obertönen besteht). Ursache für Harmonische Oberschwingungen sind Schaltvorgänge in sogenannten Nichtlinearen Verbrauchern, d.h. Lasten, die Leistungselektronik (Halbleiter) zur Regelung verwenden (wie Umrichter, Netzteile, etc.) und praktisch überall im Einsatz sind.

Auf Verbraucher haben Oberschwingungen schädlichen Einfluss:

  • Starke OS verkürzen durch Überhitzung die Lebenszeit von elektr. Geräten
  • Führen zu Funktionsstörungen oder Ausfällen.
  • Können in Elektromotoren zu Nullleiterströmen führen
  • Führen in Elektromotoren zu zusätzlichen Drehmomenten, die die Effizienz des betroffenen Motors reduziert.
  • Überlasten Kondensatoren
  • Können die Schwingungsfähigkeit eines Netzes steigern

Im Allgemeinen gelten Spannungen mit einem Anteil Harmonischer Oberwellen von <5% als unkritisch. Werte zwischen 5 – 8% bezeichnen den signifikanten Bereich und Störungen sind möglich. Jedoch erst Oberhalb von 8% des Spannungsniveaus werden kritische Werte erreicht, so dass Gerätestörungen sehr wahrscheinlich sind und nach IEC 61000-2-4 (VDE-0839-2-4) gilt dieser Wert als Grenzwert bzgl. Spannungsharmonischen. Hinzukommen Grenzwerte der einzelnen Oberschwingungspegel (Normgrenzwerte derzeit bis max. 2,5 kHz definiert).

Grenzwerte bzgl. Strom sind in den Normen nicht allgemein definiert, weil die Bezugsgrößen stets individuell zu betrachten sind und von der zugrundeliegenden Infrastruktur abhängen. Die Grenzwerte in den Normen dienen angeschlossenen Geräten als Merkmal zur Störfestigkeit, so dass Grenzwerteinhaltung ein reibungsloser Betrieb ermöglicht werden soll.
Zu beiden, Strom- sowie Spannungsharmonischen, ist eine genaue Analyse der Frequenzspektren jedoch essenziel, denn einzelne Oberschwingungen können bereits zu Störungen führen, obwohl die allgemeinen Grenzwerte eingehalten werden.

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