Danfoss AHF 005, AHF 010, FC 102, FC 103, FC 202 Design guide [de]

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ENGINEERING TOMORROW

Projektierungshandbuch

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

VLT® HVAC Drive FC 102 • VLT® Refrigeration Drive FC 103 VLT® AQUA Drive FC 202 • VLT® AutomationDrive FC 301/302

www.danfoss.de/vlt

Inhaltsverzeichnis Projektierungshandbuch

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

1.1 Zweck des Projektierungshandbuchs

1.2 Dokumentversion

1.3 Bestimmungsgemäße Verwendung

1.4 Abkürzungen, Symbole und Konventionen

1.4.1 Abkürzungen 4

1.4.2 Konventionen 5

1.5 Zulassungen und Zertifizierungen

1.5.1 CE-Konformität und CE-Kennzeichnung 5

1.5.2 CE-Zeichen 5

1.5.2.1 Niederspannungsrichtlinie 6

1.5.2.2 EMV-Richtlinie 6

1.5.2.3 Maschinenrichtlinie 6

1.5.2.4 EU-Ökodesignrichtlinie 6

1.5.3 UL-Konformität 6

1.6 Sicherheit

1.6.1 Allgemeine Leitlinien zur Sicherheit 7

1.6.2 Qualifiziertes Personal 7

2 Einführung zu Oberschwingungen und deren Reduzierung

2.1 Oberschwingungen und Reduzierung

2.1.1 Lineare Lasten 9

2.1.2 Nicht lineare Lasten 10

2.1.3 Einfluss von Oberschwingungen in einer Energieverteilungsanlage 11

2.2 Normen und Anforderungen zur Oberschwingungsreduzierung

2.2.1 Anwendungsspezifische Anforderungen 12

2.2.2 Normen zur Oberschwingungsreduzierung 12

2.3 Oberschwingungsdämpfung

3 Grundlegendes Funktionsprinzip des AHF

3.1 Funktionsprinzip

3.1.1 Leistungsfaktor 17

3.1.2 Kapazitive Ströme 18

3.2 Energieeffizienz

4 Anforderungen für korrekte Installation

4.1 Aufstellung

4.1.1 Sicherheitstechnische Anforderungen für die Aufstellung 19

4.1.2 Aufstellungsanforderungen 21

4.1.3 Empfehlungen für die Installation in Schaltschränken für die Industrie 21

Inhaltsverzeichnis

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

4.1.4 Lüftungs- und Kühlanforderungen 21

4.1.4.1 Anforderungen für IP20 und IP21/NEMA 1 22

4.2 Elektrische Installation

4.2.1 Klemmen – Kurze Übersicht 24

4.2.1.1 Klemmen für Kondensatorschalter 24

4.2.2 Verdrahtung 26

4.2.3 Übertemperaturschutz 26

4.2.3.1 Programmierung von Digitaleingängen für den Übertemperaturschutz 27

5 Auswahl eines Advanced Harmonic Filters

5.1 Auswahl des korrekten AHF

5.1.1 Berechnung der korrekten Filtergröße 28

5.1.2 Berechnungsbeispiel 28

5.1.3 Spannungsanstieg 28

5.2 Auswahltabellen

5.2.1 Schütze zur Kondensatorabschaltung 35

5.2.1.1 Schütze anderer Hersteller 35

5.3 Zubehör

5.3.1 IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz 36

5.3.1.1 IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz ohne integrierte Kondensatorabschaltung 37

5.3.1.2 IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz mit integrierter Kondensatorabschaltung 38

5.3.2 Rückwand für IP20 und IP21 40

6 Programmieren

6.1 Parameterbeschreibungen

7 Spezifikationen

7.1 Allgemeine technische Daten

7.2 Umgebungsdaten

7.3 Verlustleistung und Störgeräuschniveau

7.4 Mechanische Abmessungen

7.4.1 Klemmenspezifikationen 63

7.4.2 Gehäuse mit IP20 67

7.4.3 Gehäuse mit IP21 83

7.4.4 Abmessungen der Rückwand 91

7.5 Sicherungen

8 Ersatzteile

8.1 Auswahltabellen

8.1.1 Kondensatorsätze für die Versionen 01 und 02 96

8.1.2 Kondensatorsätze für Version 03 99

8.1.3 Klemmen 102

Inhaltsverzeichnis Projektierungshandbuch

8.1.4 Lüfter und Lüfterzubehör für die Versionen 01 und 02 105

8.1.5 Lüfter und Lüfterzubehör für Version 03 108

8.1.6 Sicherungen und Sicherungszubehör 116

9 Anhang

9.1 Energieeffizienz

Index

118

9.1.1 Einführung in die Energieeffizienz 118

9.1.2 IE- und IES-Klassen 119

9.1.3 Verlustleistungsdaten und Effizienzdaten 119

9.1.4 Verluste und Wirkungsgrad eines Motors 120

9.1.5 Verluste und Wirkungsgrad eines Antriebssystems 120

9.1.6 Verluste und Wirkungsgrad eines Antriebssystems mit installiertem Filter 120

9.1.6.1 Berechnungsbeispiel 121

123

Einführung

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

1 Einführung

1.1 Zweck des Projektierungshandbuchs

Dieses Projektierungshandbuch beschreibt wichtige Aspekte der VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF

Abkürzungen, Symbole und

1.4 Konventionen

1.4.1 Abkürzungen

010 (nachfolgend AHF) für Frequenzumrichter der VLT® FCSerie. Es beschreibt Oberschwingungen und deren Reduzierung und enthält Installationsanweisungen und Anleitungen zur Programmierung des Frequenzumrichters.

Technische Daten und Informationen zu den Anschlussbedingungen finden Sie auf dem Typenschild und in der Dokumentation. Beachten Sie stets alle Empfehlungen und Anweisungen in diesem Dokument.

Technische Literatur von Danfoss ist auch online verfügbar unter www.danfoss.com.

1.2 Dokumentversion

Dieses Handbuch wird regelmäßig geprüft und aktualisiert. Verbesserungsvorschläge sind jederzeit willkommen.

Tabelle 1.1 zeigt die Dokumentversion.

Ausgabe Anmerkungen

Start der AHF-Version 03:

Lüftersteuerung mit Lüfter mit variabler Drehzahl.

MG80C6xx

Tabelle 1.1 Dokumentversion

Bestimmungsgemäße Verwendung

1.3

Die Filter sind für die Installation in elektrischen Systemen oder Maschinen ausgelegte Komponenten. Bei einer Installation in Maschinen ist die Inbetriebnahme der Filter (d. h. der Beginn des Betriebs wie vorgeschrieben) verboten, bis nachgewiesen wurde, dass die Maschine die Anforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG erfüllt. Befolgen Sie EN 60204.

Der VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 ist vorgesehen für eine Verwendung mit:

•

Optimierung der mechanischen Konstruktion.

Hebeösen entlang der Mittellinien von X3-Schalt-

schränken.

VLT® HVAC Drive FC102

VLT® Refrigeration Drive FC103

VLT® AQUA Drive FC 202

VLT® AutomationDrive FC301/FC302

°C °F

A Ampere AC Wechselstrom AHF Advanced Harmonic Filter AWG American Wire Gauge = Amerika-

CDM Komplettes Antriebsmodul DC Gleichstrom DPF Verschiebungsleistungsfaktor EMV Electromagnetic Compatibility

M,N

FC Frequenzumrichter g Schwerkraft HCS Harmonic Calculation Software I

M,N

INV

Hz Hertz kHz Kilohertz kVAr Blindleistung in Kilovolt LCP Local Control Panel (LCP Bedien-

m Meter mA Milliampere MCT Motion Control Tool mH Millihenry (Induktivität) min Minute ms Millisekunden nF Nanofarad Nm Newtonmeter P Aktive Leistung PCC Verknüpfungspunkt PDS Antriebssystem PELV PELV (Schutzkleinspannung -

PF Leistungsfaktor P

M,N

PWHD Partiell gewichteter Oberschwin-

Q Blindleistung R

SCE

UPM Umdrehungen pro Minute S Scheinleistung

Grad Celsius Grad Fahrenheit

nisches Drahtmaß

(Elektromagnetische Verträglichkeit) Motornennfrequenz

Motornennstrom Wechselrichter-Nennausgangsstrom

einheit)

Protective Extra Low Voltage)

Motornennleistung

gungsgehalt

Kurzschlussverhältnis

Einführung Projektierungshandbuch

s Sekunde TDD Gesamt-Oberschwingungsanteil THD Gesamtoberschwingungsgehalt THDi Gesamtoberschwingungsstrom-

gehalt

THDv Gesamtoberschwingungsspan-

nungsgehalt TPF Wirkleistungsfaktor U

M,N

V Volt

Tabelle 1.2 Abkürzungen

Motornennspannung

1.4.2 Konventionen

Nummerierte Listen zeigen Vorgehensweisen.

Aufzählungslisten zeigen weitere Informationen und Beschreibungen der Abbildungen.

Kursivschrift bedeutet:

Querverweise

•

Links

•

Fußnoten

•

Parametername

•

Parametergruppenname

•

Parameteroption

•

Alle Abmessungen in Zeichnungen sind in mm angegeben.

* Kennzeichnet die Werkseinstellung eines Parameters.

1.4.3 Sicherheitssymbole

1.5 Zulassungen und Zertifizierungen

Die VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 werden in Übereinstimmung mit den in diesem Abschnitt beschriebenen Richtlinien konstruiert.

Weitere Zulassungen und Zertifizierungen sind verfügbar. Bitte wenden Sie sich an den örtlichen Danfoss-Händler.

1.5.1 CE-Konformität und CEKennzeichnung

Was ist unter CE-Konformität und dem CE-Zeichen zu verstehen?

Sinn und Zweck des CE-Kennzeichens ist ein Abbau technischer Handelsbarrieren innerhalb der EFTA und der EU. Die EU hat das CE-Kennzeichen als einfache Kennzeichnung für die Übereinstimmung eines Produkts mit den entsprechenden EU-Richtlinien und -Standards eingeführt. Über die technischen Daten oder die Qualität eines Produkts sagt das CE-Kennzeichen nichts aus.

1.5.2 CE-Zeichen

Abbildung 1.1 CE

Das CE-Zeichen (Communauté Européenne) zeigt an, dass der Hersteller des Produkts alle einschlägigen EURichtlinien einhält. Die geltenden EU-Richtlinien zu Ausführung und Konstruktion des Frequenzumrichters sind in Tabelle 1.3 aufgeführt.

1 1

Folgende Symbole kommen in diesem Handbuch zum Einsatz:

WARNUNG

Weist auf eine potenziell gefährliche Situation hin, die zum Tod oder zu schweren Verletzungen führen kann!

VORSICHT

Weist auf eine potenziell gefährliche Situation hin, die zu leichten oder mittelschweren Verletzungen führen kann. Die Kennzeichnung kann ebenfalls als Warnung vor unsicheren Verfahren dienen.

HINWEIS

Weist auf eine wichtige Information hin, z. B. eine Situation, die zu Geräte- oder sonstigen Sachschäden führen kann.

HINWEIS

Über die Qualität eines Produkts sagt die CEKennzeichnung nichts aus. Auch gibt sie keinen Aufschluss zu technischen Spezifikationen.

EU-Richtlinie Version

Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU EMV-Richtlinie 2014/30/EU

Maschinenrichtlinie EU-Ökodesignrichtlinie 2009/125/EC ATEX-Richtlinie 2014/34/EU RoHS-Richtlinie 2011/65/EU

Tabelle 1.3 Frequenzumrichter betreffende EU-Richtlinien

1) Konformität mit der Maschinenrichtlinie ist nur bei Frequenzum-

richtern mit integrierter Sicherheitsfunktion erforderlich.

Konformitätserklärungen sind auf Anfrage erhältlich.

2006/42/EC

Einführung

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

1.5.2.1 Niederspannungsrichtlinie

Frequenzumrichter müssen seit dem 20. April 2016 über das CE-Kennzeichen in Übereinstimmung mit der Niederspannungsrichtlinie verfügen. Die Niederspannungsrichtlinie gilt für alle elektrischen Geräte im Spannungsbereich von 50–1000 V AC und 75–1500 V DC.

Der Zweck der Richtlinie ist die Gewährleistung der Personensicherheit und die Vermeidung von Beschädigungen der Anlage und Geräte, wenn Anwender die elektrischen Betriebsmittel bei ordnungsgemäßer Installation, Wartung und bestimmungsgemäßer Verwendung bedienen.

1.5.2.2 EMV-Richtlinie

Der Zweck der EMV-Richtlinie (elektromagnetische Verträglichkeit) ist die Reduzierung elektromagnetischer Störungen und die Verbesserung der Störfestigkeit der elektrischen Geräte und Installationen. Die grundlegende Schutzanforderung der EMV-Richtlinie gibt vor, dass Betriebsmittel, die elektromagnetische Störungen (EMV) verursachen oder deren Betrieb durch diese Störungen beeinträchtigt werden kann, so ausgelegt sein müssen, dass ihre erreichten elektromagnetischen Störungen begrenzt sind. Die Geräte müssen bei ordnungsgemäßer Installation und Wartung sowie bestimmungsgemäßer Verwendung einen geeigneten Grad der Störfestigkeit gegenüber EMV aufweisen.

Elektrische Geräte, die alleine oder als Teil einer Anlage verwendet werden, müssen eine CE-Kennzeichnung tragen. Anlagen müssen nicht über eine CE-Kennzeichnung verfügen, jedoch den grundlegenden Schutzanforderungen der EMV-Richtlinie entsprechen.

Kommen Frequenzumrichter in Maschinen mit mindestens einem beweglichen Teil zum Einsatz, muss der Maschinenhersteller eine Erklärung zur Verfügung stellen, die die Übereinstimmung mit allen einschlägigen gesetzlichen Bestimmungen und Sicherheitsrichtlinien bestätigt.

1.5.2.4 EU-Ökodesignrichtlinie

Die Ökodesignrichtlinie ist die europäische Richtlinie zur umweltgerechten Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte. Die Richtlinie legt die Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte einschließlich Frequenzumrichtern fest Die Richtlinie hat eine verbesserte Energieeffizienz und allgemeine Umweltverträglichkeit von Elektrogeräten bei gleichzeitiger Erhöhung der Sicherheit der Energieversorgung zum Ziel. Die Einflüsse der energieverbrauchsrelevanten Produkte auf die Umwelt umfassen den Energieverbrauch über die gesamte Produktlebensdauer.

Die RCM-Kennzeichnung zeigt eine Übereinstimmung mit den einschlägigen technischen Standards zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) an. Eine RCM-Konformität ist für die Markteinführung elektrischer und elektronischer Geräte auf dem Markt in Australien und Neuseeland erforderlich. Die RCM-Richtlinien befassen sich mit leitungsgeführter und abgestrahlter Störaussendung. Wenden Sie für Frequenzumrichter die in EN/IEC 61800-3 angegebenen Störaussendungsbeschränkungen an. Eine Konformitätserklärung ist auf Anfrage erhältlich.

1.5.3 UL-Konformität

1.5.2.3 Maschinenrichtlinie

Der Zweck der Maschinenrichtlinie ist die Gewährleistung der Personensicherheit und die Vermeidung von Beschädigungen der Anlage und Geräte, wenn Nutzer die mechanischen Betriebsmittel bestimmungsgemäß verwenden. Die Maschinenrichtlinie bezieht sich auf Maschinen, die aus einem Aggregat mehrerer zusammenwirkender Komponenten oder Betriebsmittel bestehen, von denen mindestens eine(s) mechanisch beweglich ist.

Frequenzumrichter mit integrierter Sicherheitsfunktion müssen mit der Maschinenrichtlinie konform sein. Frequenzumrichter ohne Sicherheitsfunktion fallen nicht unter die Maschinenrichtlinie. Wird ein Frequenzumrichter jedoch in ein Maschinensystem integriert, so stellt Danfoss Informationen zu Sicherheitsaspekten des Frequenzumrichters zur Verfügung.

Abbildung 1.2 UL

HINWEIS

Der VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 der Typen 460 V/60 Hz und 600 V/60 Hz ist unter ULDateinummer E134261 (NMMS.E134261) UL-gelistet.

Einführung Projektierungshandbuch

1.6 Sicherheit

1.6.1 Allgemeine Leitlinien zur Sicherheit

Frequenzumrichter können bei unsachgemäßer Handhabung tödliche Verletzungen verursachen, da sie Hochspannungskomponenten enthalten. Nur qualifiziertes Fachpersonal darf das Gerät installieren oder bedienen. Reparaturarbeiten dürfen erst begonnen werden, wenn der Frequenzumrichter vom Netz getrennt und der festgelegte Zeitraum für die Entladung gespeicherter elektrischer Energie verstrichen ist.

Für einen sicheren Betrieb des Frequenzumrichters ist die strikte Befolgung von Sicherheitsmaßnahmen und hinweisen unbedingt erforderlich.

1.6.2 Qualifiziertes Personal

Der einwandfreie und sichere Betrieb des Filters setzt fachgerechten und zuverlässigen Transport voraus. Lagerung, Installation, Bedienung und Instandhaltung müssen diese Anforderungen ebenfalls erfüllen. Nur qualifiziertes Personal darf dieses Gerät installieren oder bedienen.

Qualifiziertes Fachpersonal sind per Definition geschulte Mitarbeiter, die gemäß den einschlägigen Gesetzen und Vorschriften zur Installation, Inbetriebnahme und Instandhaltung von Betriebsmitteln, Systemen und Schaltungen berechtigt sind. Außerdem muss das qualifizierte Personal mit allen Anweisungen und Sicherheitsmaßnahmen gemäß dieser Anleitung vertraut sein.

WARNUNG

UNSACHGEMÄSSE INSTALLATION

Unsachgemäße Installation des Filters oder des Frequenzumrichters kann zum Tod, zu schweren Personenschäden oder zu Ausfällen des Geräts führen!

Beachten Sie die Anweisungen in diesem

•

Projektierungshandbuch und alle nationalen und örtlichen Elektroinstallationsvorschriften zur einwandfreien Installation.

WARNUNG

HOCHSPANNUNG

Bei Anschluss an das Versorgungsnetz führen Filter Hochspannung. Erfolgen Installation, Inbetriebnahme und Wartung nicht durch qualifiziertes Personal, kann dies zum Tod oder zu schweren Verletzungen führen!

Installation, Inbetriebnahme und Wartung

•

dürfen ausschließlich von qualifiziertem Personal durchgeführt werden.

Führen Sie niemals im laufenden

•

Betrieb Arbeiten an einem Filter durch.

WARNUNG

ENTLADEZEIT

Die VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 enthalten Kondensatoren. Die Kondensatoren können auch bei abgeschaltetem Filter geladen sein. Das Nichteinhalten der angegebenen Wartezeit nach dem Trennen der Stromversorgung vor Wartungs- oder Reparaturarbeiten kann zum Tod oder zu schweren Verletzungen führen!

1. Stoppen Sie den Frequenzumrichter und den Motor.

2. Trennen Sie das Versorgungsnetz, Permanentmagnet-Motoren und externe Zwischenkreisversorgungen, einschließlich externer Batterie-, USV- und Zwischenkreisverbindungen zu anderen Frequenzumrichtern.

3. Warten Sie die auf dem Typenschild angegebene erforderliche Wartezeit ab, um die vollständige Entladung der Kondensatoren abzuwarten, bevor Sie Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Filter durchführen.

4. Stellen Sie vor der Durchführung von Wartungsoder Reparaturarbeiten am Filter sicher, dass die Spannung zwischen den Filterklemmen X3.1, X3.2 und X3.3 sowie zwischen X4.1, X4.2 und X4.3 0 beträgt.

1 1

Einführung

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

VORSICHT

ELEKTRISCHE GEFAHR

Befolgen Sie bei Messungen an spannungsführenden Filtern alle geltenden Vorschriften zur Unfallverhütung (z. B. VBG 4). Die elektrische Installation muss entsprechend den einschlägigen Vorschriften vorgenommen werden (z. B. Leitungsquerschnitte, Sicherungen und Schutzleiterverbindung). Ergreifen Sie für alle Steuerleitungen bei Verwendung der Filter in Verbindung mit Frequenzumrichtern ohne sichere Trennung von der Netzversorgung (gemäß VDE 0100) zusätzliche Schutzmaßnahmen (z. B. die Verwendung zweifach isolierter oder abgeschirmter, geerdeter und isolierter Leitungen).

VORSICHT

HEISSE OBERFLÄCHE

Im Betrieb wird die Oberfläche des Filters heiß.

Berühren Sie den Filter NICHT während des

•

Betriebs.

HINWEIS

Die in diesem Projektierungshandbuch beschriebenen Filter wurden speziell für einen Einsatz in Kombination mit Danfoss-Frequenzumrichtern entwickelt und getestet, siehe Kapitel 1.3.1 Bestimmungsgemäße Verwendung. Danfoss übernimmt keinerlei Haftung bei Verwendung der Filter in Kombination mit Frequenzumrichtern von Drittanbietern.

HINWEIS

REPARATUR DES FILTERS

Die Reparatur des VLT® Advanced Harmonic Filters AHF005/AHF010 darf ausschließlich von durch Danfoss autorisiertes, qualifiziertes Personal durchgeführt werden. Nähere Angaben finden Sie unter

Kapitel 8 Ersatzteile.

HINWEIS

Die Inbetriebnahme ist nur in Übereinstimmung mit der EMV-Richtlinie 2014/30/EU erlaubt. Die Filter erfüllen die Anforderungen der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU.

VORSICHT

ÜBERTEMPERATUR

Übertemperatur beschädigt die Filterdrosseln. Zur Vermeidung von Übertemperatur:

Verwenden Sie Temperaturschalter, siehe

•

Kapitel 4.2.3 Übertemperaturschutz.

Führen Sie einen sofortigen Stopp oder eine

•

geregelte Rampe ab innerhalb von 30 s durch.

VORSICHT

SCHUTZVORRICHTUNGEN

Sie müssen Anlagen, in denen Filter installiert sind, gemäß den gültigen Sicherheitsvorschriften (z. B. Bestimmungen für technische Anlagen, Unfallverhütungsvorschriften usw.) mit zusätzlichen Überwachungs- und Schutzeinrichtungen versehen.

VORSICHT

Ein unbefugtes Abnehmen der erforderlichen Abdeckung, unsachgemäße Verwendung, falsche Installation oder falscher Betrieb verursachen ein Risiko schwerer Verletzungen oder Sachschäden.

Lassen Sie zur Vermeidung dieses Risikos

•

ausschließlich autorisiertes und qualifiziertes Personal mit dem VLT® Advanced Harmonic

Filter AHF 005/AHF 010 arbeiten.

HINWEIS

Schützen Sie den Filter vor übermäßiger Belastung, insbesondere während Transport und Handhabung. Vermeiden Sie ein Verbiegen der Komponenten. Verändern Sie keinesfalls die Abstände der Isolierungen. Vermeiden Sie Berührungen der elektronischen Komponenten und Kontakte.

130BB538.10

Einführung zu Oberschwingun... Projektierungshandbuch

2 Einführung zu Oberschwingungen und deren Reduzierung

2.1 Oberschwingungen und Reduzierung

2.1.1 Lineare Lasten

An einer sinusförmigen Wechselstromversorgung wird eine rein ohmsche Last (etwa eine weißglühende Glühbirne) einen sinusförmigen Strom in Phase mit der Versorgungsspannung aufnehmen.

Die von der Last abgeführte Leistung ist:

P = U × I

Bei Blindlasten (wie beim Asynchronmotor) wird der Strom nicht mehr in Phase mit der Spannung sein, sondern eilt der Spannung nach und erzeugt dadurch einen induktiven Wirkleistungsfaktor mit einem Wert von unter 1. Bei kapazitiven Lasten ist der Strom vor der Spannung und erzeugt einen kapazitiven Wirkleistungsfaktor mit einem Wert von unter 1.

In diesem Fall besteht der Wechselstrom aus 3 Komponenten:

Wirkleistung, (P).

•

Blindleistung, (Q).

•

Scheinleistung, (S).

•

Die Scheinleistung ist:

S = U × I

(wobei S=[kVA], P=[kW] und Q=[kVAR]).

Bei einer optimal sinusförmigen Signalkurve können P, Q und S als Vektoren ausgedrückt werden, die ein Dreieck bilden:

S2= P2+ Q

Abbildung 2.2 Sinusförmige Signalkurve

Der Verschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung ist φ. Der Grundschwingungs-Verschiebungsfaktor (DPF – Displacement Power Factor) ist das Verhältnis zwischen der Wirkleistung (P) und der Scheinleistung (S):

DPF =

= cos(ϕ)

2 2

Abbildung 2.1 Strom erzeugt einen Wirkleistungsfaktor

1 2 3 4 5 6 7

130BB539.10

Einführung zu Oberschwingun...

2.1.2 Nicht lineare Lasten

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

von einem 6-Puls-Gleichrichter an einer dreiphasigen Versorgung aufgenommenen Strom.

Eine nicht sinusförmige Signalkurve lässt sich in eine Summe sinusförmiger Signalkurven zerlegen, mit Perioden, die ein ganzzahliges Vielfaches h der Grundsignalkurve ω1 sind.

f (t) =∑ah× sin hω1t

Siehe Abbildung 2.3.

Nicht-lineare Lasten (wie etwa Diodengleichrichter) nehmen einen nicht sinusförmigen Strom auf. Abbildung 2.3 zeigt den

Abbildung 2.3 Sinusförmige Signalkurven

Einführung zu Oberschwingun... Projektierungshandbuch

Die ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz ω1 bezeichnet man als Oberschwingungen. Der Effektivwert einer nicht sinusförmigen Signalkurve (Strom oder Spannung) berechnet sich zu:

max

EFF

∑

h = 1

(h)

Die Anzahl der Oberschwingungen in einer Signalkurve bestimmt den Verzerrungsfaktor oder Gesamtoberschwingungsgehalt (THD). Der Gesamtoberschwingungsgehalt (THD – Total Harmonic Distortion) wird bestimmt durch das Verhältnis des Effektivwerts des Oberschwingungsanteils zum Effektivwert der Grundmenge, ausgedrückt als Prozentsatz des Grundwerts:

max

THD =

∑

h = 2

× 100 %

Mithilfe des THD ergibt sich das Verhältnis zwischen dem Effektivstrom I

= I1×

EFF

und dem Grundstrom I1 zu:

eff

1 + THD

Dasselbe gilt für die Spannung.

Ein weiterer Begriff, der sich häufig findet, ist der partiell gewichtete Verzerrungsfaktor (PWHD – Partial Weighted Harmonic Distortion). Der PWHD stellt eine gewichtete Oberschwingungsverzerrung dar, die nur die Oberschwingungen zwischen der 14. und der 40. Oberschwingung umfasst, wie aus der nachstehenden Definition hervorgeht.

PWHD =

∑

h = 14

× 100 %

2.1.3 Einfluss von Oberschwingungen in einer Energieverteilungsanlage

In Abbildung 2.4 ist ein Transformator auf der Primärseite mit einem Verknüpfungspunkt PCC1 an der Mittelspannungsversorgung verbunden. Der Transformator hat eine Impedanz Z Verknüpfungspunkt, an dem alle Verbraucher angeschlossen sind, ist PCC2. Jeder Verbraucher wird durch Kabel mit einer Impedanz Z1, Z2, Z3 angeschlossen.

und speist eine Reihe von Verbrauchern. Der

xfr

2 2

Der Wirkleistungsfaktor PF (λ) ist:

PF =

In einem linearen System entspricht der Wirkleistungsfaktor dem Grundschwingungs-Verschiebungsfaktor:

PF = DPF = cos ϕ

In nicht-linearen Systemen ist das Verhältnis zwischen Leistungsfaktor und Grundschwingungs-Verschiebungsfaktor folgendermaßen:

PF =

DPF

1 + THD

Blindleistung und Oberschwingungsbelastungen verringern den Leistungsfaktor. Ein niedriger Leistungsfaktor führt zu einem hohen Effektivstrom, der höhere Verluste in den Versorgungskabeln und Transformatoren verursacht.

Im Zusammenhang mit der Netzqualität trifft man häufig auf den Begriff Gesamtoberschwingungsanteil (TDD – Total Demand Distortion). Der TDD charakterisiert nicht die Last, sondern stellt einen Systemparameter dar. Der TDD drückt die Oberschwingungsverzerrung als Prozentsatz des maximalen Strombedarfs IL aus.

max

TDD =

∑

h = 2

× 100 %

Abbildung 2.4 Kleine Verteilanlage

Von nichtlinearen Verbrauchern aufgenommene Oberschwingungsströme führen durch den Spannungsabfall an den Impedanzen des Stromverteilungssystems zu einer Spannungsverzerrung. Höhere Impedanzen ergeben höhere Grade an Spannungsverzerrung.

Non-linear

Current Voltage

System

Impedance

Disturbance to

other users

Contribution to

system losses

130BB541.10

Einführung zu Oberschwingun...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

Die Stromverzerrung steht mit der Geräteleistung und der individuellen Last in Verbindung. Spannungsverzerrung steht mit der Systemleistung in Verbindung. Die

Spannungsverzerrung im PCC lässt sich nicht ermitteln, wenn nur die Oberschwingungsleistung der Last bekannt ist. Um die Verzerrung im PCC vorhersagen zu können, müssen die Konfiguration des Verteilungssystems und die entsprechenden Impedanzen bekannt sein.

Ein häufig verwendeter Begriff, um die Impedanz eines Stromnetzes zu beschreiben, ist das Kurzschlussverhältnis R

. Dieses Verhältnis ist definiert als das Verhältnis

sce

zwischen Kurzschluss-Scheinleistung der Versorgung am PCC (Ssc) und der Nennscheinleistung der Last (S

wenn S

sce

equ

Die störende Wirkung von Oberschwingungen hat zwei Faktoren

•

und S

Versorgung

Oberschwingungsströme tragen zu Systemverlusten bei (in Verdrahtung und Transformator).

Spannungsverzerrung durch Oberschwingungen führt zu Störungen anderer Lasten und erhöht Verluste in anderen Lasten.

equ

= U × I

equ

2.2 Normen und Anforderungen zur

Oberschwingungsreduzierung

Die Anforderungen an die Oberschwingungsbegrenzungen können folgende sein:

Anwendungsspezifische Anforderungen

•

Anforderungen aus einzuhaltenden Normen.

•

2.2.1 Anwendungsspezifische Anforderungen

Die anwendungsspezifischen Anforderungen beziehen sich auf eine konkrete Anlage, in der technische Gründe für die Begrenzung der Oberschwingungen vorliegen.

Beispiel

Zwei 110-kW-Motoren sind an einen 250-kVA-Transformator angeschlossen. Ein Motor ist direkt an die Netzversorgung angeschlossen, beim anderen erfolgt die Versorgung über einen Frequenzumrichter. Falls der direkt an die Netzversorgung angeschlossene Motor auch über einen Frequenzumrichter versorgt werden soll, ist der Transformator in diesem Fall unterdimensioniert. Um eine Nachrüstung ohne einen größeren Transformator zu ermöglichen, müssen Sie die Oberschwingungsverzerrung

der zwei Frequenzumrichter mit den VLT® Advanced Harmonic Filtern AHF 005/AHF 010 reduzieren.

Abbildung 2.5 Die störende Wirkung von Oberschwingungen

2.2.2 Normen zur Oberschwingungsreduzierung

Es gibt verschiedene Normen, Vorschriften und Empfehlungen zur Oberschwingungsreduzierung. Normen unterscheiden sich je nach Land und Industrie. Die folgenden zu berücksichtigenden Normen werden vorgestellt:

IEC/EN 61000-3-2

•

IEC/EN 61000-3-12

•

IEC/EN 61000-3-4

•

IEC 61000-2-2

•

IEC 61000-2-4

•

IEEE 519

•

G5/4

•

Einführung zu Oberschwingun... Projektierungshandbuch

Normnummer Bezeichnung Scope Bemerkung

IEC 61000-3-2 Grenzwerte für Oberschwingungs-

ströme (Geräte-Eingangsstrom ≤16 A je Leiter).

IEC 61000-3-12 Grenzwerte für Oberschwingungs-

ströme von Geräten für das öffentliche NiederspannungsStromversorgungsnetz mit einem Eingangsstrom >16 A und ≤75 A.

IEC 61000-3-4 Grenzwerte für Oberschwingungs-

ströme von Geräten für das öffentliche NiederspannungsStromversorgungsnetz mit einem Nennstrom >16 A.

IEC 61000-2-2/ IEC 61000-2-4

Verträglichkeitspegel für niederfrequente, leitungsgeführte Störgrößen.

Geräte für das öffentliche Niederspannungs-Stromversorgungsnetz mit einem Eingangsstrom ≤ 16 A je Leiter.

Geräte für das öffentliche Niederspannungs-Stromversorgungsnetz mit einem Eingangsstrom > 16 A und ≤75 A.

Geräte für das öffentliche Niederspannungs-Stromversorgungsnetz mit einem Nennstrom >75 A.

Festsetzung der Verträglichkeitswerte für niederfrequente, leitungsgeführte Störungen in öffentlichen Niederspannungs-Versorgungsnetzen (IEC 61000-2-2) und Industrieanlagen (IEC 61000-2-4).

Danfoss-Frequenzumrichter gehören zur Klasse A. Bei Profigeräten mit bis zu 1 kW GesamtNennleistung bestehen keine Beschränkungen. Die Emissionsgrenzen gelten aktuell nur für 230/400 V 50 Hz-Systeme. Es sind Anforderungen für einzelne Oberschwingungen (5., 7., 11. und 13.) sowie für THD1) und PWHD2) vorhanden. Alle in Kapitel 1.3 Bestimmungsgemäße Verwendung aufgelisteten Frequenzumrichter erfüllen diese Grenzen ohne zusätzliche Filterung. Ein 3-stufiges Bewertungsverfahren für den Anschluss von Geräten an das öffentliche Stromversorgungsnetz wird beschrieben. Für Geräte mit einem Nennstrom >75 A besteht die Beschränkung der Stufe 3 Anschluss

anhand der für den Verbraucher vereinbarten Last.

Der Versorgungsnetzbetreiber muss dem Anschluss der Geräte anhand der für die Verbraucherinstallation vereinbarten Wirkleistung ggf. zustimmen, und die örtlichen Vorschriften des Versorgungsnetzbetreibers finden Anwendung. Der Hersteller ist verpflichtet, Informationen zu einzelnen Oberschwingungen sowie zu den Werten für THD und PWHD bereitzustellen. Zu niederfrequenten Störungen zählen unter anderem Oberschwingungen. Berücksichtigen Sie die in den Standards vorgeschriebenen Werte bei der Installationsplanung.

2 2

Einführung zu Oberschwingun...

Normnummer Bezeichnung Scope Bemerkung

IEEE 519 IEEE empfohlene Verfahren und

Anforderungen zur Oberschwin-

G5/4 Technische Empfehlung, Planungs-

gungssteuerung in elektrischen Anlagen.

stufen für Oberschwingungsspannungsverzerrungen und den Anschluss von nicht linearen Geräten an Übertragungssysteme und Verteilernetze in Großbritannien.

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

Regelung der Spannungsverzerrung am Verknüpfungspunkt auf einen Gesamtoberschwingungsanteil von 5 % und eine Begrenzung der maximalen einzelnen Frequenzspannungsoberschwingung auf 3 %.

Festlegen von Planungsstufen für Oberschwingungsspannungsverzerrungen, die beim Anschluss von nicht linearen Geräten anzuwenden sind. Der Text beschreibt einen Prozess zur Festlegung von Emissionsgrenzen für einzelne Verbraucher anhand dieser Planungsstufen.

Festlegung von Zielen für die Auslagen von elektrischen Anlagen, in denen lineare sowie nicht lineare Lasten vorhanden sind. Ziele für Signalkurvenverzerrungen werden festgelegt, und die Schnittstelle zwischen Quellen und Lasten wird als Verknüpfungspunkt (Point of Common Coupling, PCC) bezeichnet. Die Stromverzerrungsgrenzen hängen von dem Verhältnis ISC/IL ab, wobei ISC der Kurzschlussstrom am Verknüpfungspunkt der Anlage und IL der maximal erforderliche Laststrom ist. Die Grenzen werden für einzelne Oberschwingungen bis zur 35. und den Gesamtoberschwingungsanteil (TDD) festgelegt. Die effektivste Methode zur Erfüllung der Oberschwingungsanforderungen ist die Reduzierung bei einzelnen Lasten und das Messen am Verknüpfungspunkt. G5/4 ist ein Standard auf Systemebene. Für 400 V beträgt die Planungsstufe der THDSpannung am Verknüpfungspunkt 5 %. Grenzen für ungerade und gerade Oberschwingungen in 400-V-Anlagen sind in Tabelle 2 im Standard aufgeführt. Der Standard beschreibt ein 3-stufiges Bewertungsverfahren für den Anschluss von nicht linearen Verbrauchern. Das Verfahren verfolgt den Zweck, die für das Bewertungsverfahren erforderlichen Detailgrade mit dem Risikograd in Einklang zu bringen, dass der Anschluss eines bestimmten Geräts zu unzulässiger Spannungsverzerrung durch Oberschwingungen führt. Die Konformität eines Systems mit VLT Frequenzumrichtern hängt von der speziellen Topologie und der Anzahl der nicht linearen Verbraucher ab. Setzen Sie zur Erfüllung der Anforderungen von G5/4 die VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 ein.

Tabelle 2.1 Normen zur Oberschwingungsreduzierung

1) Mit der Norm IEC/EN 61000-3-12:2011 werden neue Definitionen eingeführt, was bedeutet, dass THD durch THC/I

2) Mit der Norm IEC/EN 61000-3-12:2011 werden neue Definitionen eingeführt, was bedeutet, dass PWHD durch PWHC/I

ersetzt wird.

ref

ersetzt wird.

ref

Einführung zu Oberschwingun... Projektierungshandbuch

2.3 Oberschwingungsdämpfung

Es gibt mehrere Methoden zur Reduzierung der Oberschwingungen, die durch den 6-Puls-Gleichrichter des Frequenzumrichters verursacht werden, und alle haben ihre Vor- und Nachteile.

Die Wahl der richtigen Lösung hängt von verschiedenen Faktoren ab:

Das Stromnetz (Hintergrundverzerrung, Netzasym-

•

metrie, Resonanz und Art der Versorgung – Transformator/Generator).

Anwendung (Lastprofil, Anzahl Lasten und

•

Lastgröße).

Örtliche/nationale Anforderungen/Vorschriften (z.

•

B. IEEE519, IEC und ER G5/4)

Gesamtbetriebskosten (z. B. Anschaffungskosten,

•

Wirkungsgrad und Wartung)

IEC-Normen sind von zahlreichen Ländern oder übernationalen Organisationen vereinheitlicht worden. Alle oben genannten IEC-Normen sind in der Europäischen Union mit dem Präfix „EN“ vereinheitlicht. Beispielsweise sind die europäische Norm EN 61000-3-2 und IEC 61000-3-2 deckungsgleich. Gleiches gilt für Australien und Neuseeland mit den Präfixen AS/NZS.

2 2

Kategorien der Lösungen zur Oberschwingungsreduzierung:

Passiv

•

Aktiv

•

Zu passiven Lösungen zählen Kondensatoren, Drosseln oder eine Kombination aus diesen beiden Lösungen in verschiedenen Anordnungen. Die einfachste Lösung besteht darin, Drosseln/Spulen (in der Regel 3–5 %) vor den Frequenzumrichter zu schalten. Durch diesen zusätzlichen Widerstand wird die Menge des vom Frequenzumrichter erzeugten Oberschwingungsstroms reduziert. Bei komplexeren passiven Lösungen werden Kondensatoren und Drosseln in einer Sperranordnung kombiniert, die speziell darauf ausgelegt ist, zum Beispiel Oberschwingungen ab der 5. Oberschwingung zu beseitigen.

Die aktiven Lösungen ermitteln den exakten Strom, der die vorhandenen Oberschwingungen in der Schaltung auslöscht. Sie erzeugen diesen Strom und speisen ihn in das System ein. Auf diese Weise reduziert die aktive Lösung in Echtzeit Oberschwingungsstörungen, wodurch sie bei jedem Verbraucherprofil effektiv wirkt. Weitere Informationen zu den aktiven Lösungen von Danfoss

finden Sie im Produkthandbuch für den VLT® Low Harmonic

Drive sowie im Produkthandbuch für den VLT® Advanced Active Filter AAF 006.

AHF

Supply Motor

130BB578.11

Frequency converter

AHF-DA-34-400-50-20-A

10 15 20 25 30 35

line

[A]

THDi [%]

0.5

1.5

2.5

3.5

Harmonic current I

[A]

THDi [%]

Harmonic current I

[A]

130BB579.11

Grundlegendes Funktionsprin...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

3 Grundlegendes Funktionsprinzip des AHF

3.1 Funktionsprinzip

Der VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 besteht aus einer Hauptdrossel L0 und einem 2-stufigen Absorptionskreis mit den Drosseln L1 und L2 sowie den Kondensatoren C1 und C2. Der Absorptionskreis ist speziell darauf ausgelegt, alle Oberschwingungen ab der 5. Oberschwingung zu beseitigen, und ist spezifisch für die vorhandene Netzfrequenz. Aus diesem Grund hat ein Kreis für eine Netzfrequenz von 50 Hz andere Parameter als ein Kreis für eine Netzfrequenz von 60 Hz.

Abbildung 3.1 Funktionsprinzip

Die AHF sind in 2 Varianten für 2 Leistungsniveaus erhältlich:

AHF 005 mit 5 % THDi.

•

AHF 010 mit 10 % THDi.

•

Jede der beiden Varianten ist mit den folgenden Spannungen erhältlich:

380–415 V, 50 Hz.

•

380–415 V, 60 Hz.

•

440–480 V, 60 Hz.

•

600 V, 60 Hz.

•

500–690 V, 50 Hz.

•

Der AHF 010 liefert eine Leistung, die mit der von 12-PulsGleichrichtern vergleichbar ist, und der AHF 005 liefert eine Leistung, die mit der von 18-Puls-Gleichrichtern vergleichbar ist.

Die Filterleistung hinsichtlich des THDi variiert als Funktion der Last. Bei Nennlast ist die Filterleistung besser als 10 % THDi für AHF 010 und 5 % THDi für AHF 005.

Bei Teillast hat der THDi höhere Werte. Jedoch ist der Absolutwert des Oberschwingungsstroms niedriger als Teillasten, selbst wenn der THDi einen höheren Wert hat. Daher ist der negative Effekt der Oberschwingungen bei Teillasten geringer als bei Volllast.

Beispiel für eine Teillast

Ein 18,5-kW-Frequenzumrichter (25 HP) wird mit einem 34A-AHF 010 (Typencode AHF-DA-34-400-50-20-A) in einem 400 V/50 Hz-Netz installiert. Die Werte in Tabelle 3.1 werden für verschiedene Lastströme mittels eines Oberschwingungsmessgeräts gemessen:

EFF Grundstrom

line

bei 50 Hz I

[A] [A] [%]

9,6 9,59 5,45 0,52 15,24 15,09 13,78 2,07 20,24 20,08 12,46 2,5 25,17 25 11,56 2,89 30,27 30,1 10,5 3,15 34,2 34,03 9,95 3,39

Tabelle 3.1 Beispiel für Lastströme

1) Der Gesamtoberschwingungsstrom wurde berechnet. Das

Verhältnis von THDi zu Last ist in Abbildung 3.2 abgebildet.

Abbildung 3.2 Verhältnis von THDi zu Last

eff

THDi Gesamtober-

schwingungsst

rom Ih eff

[A]

Bei einer Teillast von 15 A beträgt der THDi ungefähr 14 % im Vergleich zu 10 % bei einer Nennlast von 34 A. Zugleich beträgt der Gesamtoberschwingungsstrom nur 2,07 A bei einem Netzstrom von 15 A gegenüber einem Oberschwingungsstrom von 3,39 A bei einem Netzstrom von 34 A. Folglich ist THDi nur ein relativer Indikator für die Oberschwingungsleistung. Die Oberschwingungsverzerrung der Spannung ist bei Teillast geringer als bei Nennlast.

Hintergrundverzerrung

Faktoren wie Hintergrundverzerrung und Netzasymmetrie können die Leistung von AHF-Filtern beeinträchtigen. Die spezifischen Werte sind von Filter zu Filter verschieden, und Abbildung 3.3 bis Abbildung 3.6 zeigen typische Leistungseigenschaften. Verwenden Sie für spezifische Informationen ein Harmonic Design-Tool wie MCT 31 oder Harmonic Calculation Software (HCS).

0 20 40 60 80 100

THvD 0% THvD 2% THvD 5%

Load [%]

THiD average [%]

130BB580.10

0 20 40 60 80 100

Load [%]

THvD 0% THvD 2% THvD 5%

THiD [%]

130BB581.10

0% unbalance 1% unbalance 2% unbalance 3% unbalance

0 20 40 60 80 100

Load [%]

THiD [%]

130BB582.10

130BB583.10

0 20 40 60 80 100

Load [%]

0% unbalance 1% unbalance 2% unbalance 3% unbalance

THiD average [%]

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 20 40 60 80 100

Load [%]

True Power Factor

130BB584.10

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 20 40 60 80 100

Load [%]

True Power Factor

130BB585.10

Grundlegendes Funktionsprin... Projektierungshandbuch

Die Auslegung der Filter zielt auf das Erreichen von THDiNiveaus von 10 % bzw. 5 % mit einer Hintergrundverzerrung von THDv = 2 % ab. Praktische Messungen bei typischen Netzbedingungen in Frequenzumrichterinstallationen zeigen häufig, dass die Leistung des Filters bei einer Hintergrundverzerrung von 2 % geringfügig höher ist. Jedoch ermöglichen die Komplexität der Netzbedingungen und die Kombination aus verschiedenen Oberschwingungen keine Ableitung einer allgemeinen Regel zur Leistung in einem verzerrten Netz.

Abbildung 3.6 AHF 010

Abbildung 3.3 und Abbildung 3.4 zeigen Worst CaseLeistungsreduzierungseigenschaften mit Hintergrundverzerrung.

3.1.1 Leistungsfaktor

Bei lastfreien Bedingungen (der Frequenzumrichter befindet sich im Standby) ist der Frequenzumrichterstrom unerheblich, und der aus dem Netz aufgenommene Hauptstrom ist der Strom, der durch die Kondensatoren im Oberschwingungsfilter eingespeist wird. Daher liegt der Leistungsfaktor nahe 0, kapazitiv. Der kapazitive Strom entspricht ca. 25 % des Filternennstroms (je nach Filtergröße, typische Werte von 20–25 %). Der Leistungs-

Abbildung 3.3 AHF 005

faktor erhöht sich mit der Last. Aufgrund des höheren Werts der Hauptdrossel L0 im VLT® Advanced Harmonic

Filter AHF 005 ist der Leistungsfaktor geringfügig höher als im VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 010.

3 3

Abbildung 3.4 AHF 010

Die Leistung bei einem THDv von 10 % wurde nicht ermittelt. Die Filter wurden jedoch getestet und können bei einem THDv von 10 % betrieben werden, die Filterleistung kann jedoch nicht länger gewährleistet werden.

Auch bei einer Asymmetrie der Netzversorgung reduziert sich die Filterleistung. Eine typische Leistung wird in

Abbildung 3.5 und Abbildung 3.6 gezeigt.

Abbildung 3.7 und Abbildung 3.8 zeigen typische Werte für

den Wirkleistungsfaktor im AHF 010 und AHF 005.

Abbildung 3.7 AHF 005

Abbildung 3.5 AHF 005

Abbildung 3.8 AHF 010

Grundlegendes Funktionsprin...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

3.1.2 Kapazitive Ströme

Wenn die spezifische Anwendung im lastfreien Zustand einen höheren Leistungsfaktor und eine Reduzierung des kapazitiven Stroms im Standby erfordert, verwenden Sie

einen Kondensatorschalter. Ein Schütz trennt den Kondensator bei Lasten unter 20 %.

HINWEIS

Wichtiger Hinweis: Sie dürfen die Kondensatoren nicht bei Volllast anschließen oder im lastfreien Zustand trennen.

Sie müssen den kapazitiven Strom bei der Auslegung von Anwendungen, in denen der Oberschwingungsfilter durch einen Generator versorgt wird, unbedingt berücksichtigen. Der kapazitive Strom kann Überspannungen des Generators bei Leerlauf bzw. bei Betrieb mit geringer Last verursachen. Die Überspannung verursacht einen Spannungsanstieg, der zu einer Überschreitung der für Filter und Frequenzumrichter zulässigen Spannung führt. Verwenden Sie daher stets einen Kondensatorschalter in Anwendungen mit Generatorspeisung und planen Sie die Auslegung sorgfältig. Weitere Informationen zu kapazitiven Strömen finden Sie unter Kapitel 4.2.1.1 Klemmen für Kondensatorschalter.

Im Vergleich mit Mehrpuls-Gleichrichtern sind passive Oberschwingungsfilter (zum Beispiel VLT® Advanced

Harmonic Filter AHF 005/AHF 010) widerstandsfähiger gegenüber Hintergrundverzerrung und Netzversorgungsasymmetrie. Die Leistung von passiven Filtern ist im Hinblick auf Teillastleistung und Leistungsfaktor jedoch geringer als die Leistung von aktiven Filtern. Detaillierte Informationen zu den Leistungen der verschiedenen Lösungen zur Oberschwingungsreduzierung von Danfoss finden Sie in den Handbüchern der jeweiligen Lösungen.

Energieeffizienz

3.2

Informationen zur Berechnung der Energieeffizienz finden Sie unter Kapitel 9.1 Energieeffizienz.

Anforderungen für korrekte ... Projektierungshandbuch

4 Anforderungen für korrekte Installation

4.1 Aufstellung

4.1.1 Sicherheitstechnische Anforderungen für die Aufstellung

WARNUNG

SCHWERE LAST!

Asymmetrische Lasten können herunterfallen und Lasten können umkippen. Eine Nichtbeachtung geeigneter Vorsichtsmaßnahmen zum Heben des Geräts erhöht die Gefahr von Tod, schweren Verletzungen und Sachschäden!

Gehen Sie niemals unter hängenden Lasten hindurch.

•

Tragen Sie persönliche Schutzausrüstung.

•

Beachten Sie das Gewicht der Einheit und stellen Sie sicher, dass geeignete Hubvorrichtungen verwendet

•

werden.

Der Schwerpunkt liegt ggf. in einem unerwarteten Bereich. Wird dies nicht beachtet, kann das Gerät beim

•

Anheben und Transport herunterfallen oder umkippen. Überprüfen Sie den Schwerpunkt vor dem Anheben der Last.

Verwenden Sie bei der Installation des Filters die Hebeösen an beiden Seiten, um den Filter anzuheben.

•

Heben Sie die Filter an den dafür vorgesehenen Hebeösen an. Bei den Baugrößen X3-V3 bis X8-V3 befinden sich zusätzliche Hebeösen auf der Mittellinie.

VORSICHT

Platzieren Sie für Filter mit externem Lüfter zum Anheben der Einheit Haken in den Hebeösen. Versuchen Sie nicht, Tragbalken zu verwenden oder andere Verfahren anzuwenden, bei denen Betriebsmittel durch die Hebeösen gesteckt werden, da dies den Lüfter beschädigen kann.

4 4

VORSICHT

Heben Sie die Einheit nicht bei angebrachter oberer Abdeckung des IP 21/NEMA 1-Bausatzes an. Die obere Abdeckung kann hierdurch beschädigt werden, oder es kann zu Sicherheitsrisiken beim Anheben kommen.

Abbildung 4.1 und Abbildung 4.2 zeigen die empfohlenen Hebeverfahren für die verschiedenen AHF-Typen.

e30bh438.10

e30bh439.10

Anforderungen für korrekte ...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

Abbildung 4.1 Hebeverfahren, Interne Lüfterfilter

Abbildung 4.2 Empfohlenes Hebeverfahren, Externe Lüfterfilter

Anforderungen für korrekte ... Projektierungshandbuch

4.1.2 Aufstellungsanforderungen

Die Filter sind in der Schutzart IP20 mit optionalem IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz erhältlich. Befolgen Sie bei der Installation die beschriebenen Empfehlungen für die Schutzart.

Stellen Sie alle Filter senkrecht auf, wobei sich die Klemmen an der Unterseite befinden.

•

Achten Sie auf die angegebenen Befestigungsbohrungen und weitere relevante Informationen zu den

•

mechanischen Zeichnungen in Kapitel 7.4.2 Gehäuse mit IP20.

Stellen Sie den Filter nicht in unmittelbarer Nähe zu Heizelementen oder wärmeempfindlichen Materialen (z. B.

•

Holz) auf.

Über und unter dem Filter müssen Sie einen Mindestabstand von 150 mm (5,91 in) einhalten.

•

Die Oberflächentemperatur der IP20-Filter überschreitet nicht 70 °C (158 °F).

•

Sie können den Filter Seite an Seite zum Frequenzumrichter aufstellen. Zwischen den Komponenten ist kein

•

Abstand erforderlich.

Diese Anforderungen gelten auch für die IP20-Einheiten, wenn diese mit dem optionalen IP21/NEMA 1-Aufrüs-

•

tungssatz aufgerüstet wurden.

4.1.3 Empfehlungen für die Installation in Schaltschränken für die Industrie

4 4

Halten Sie zur Vermeidung eines Einkoppelns von Hochfrequenzstörungen einen Mindestabstand von 150 mm (5,91 in) ein zu:

Netzversorgungsleitungen

•

Motorkabeln von Frequenzumrichtern

•

Steuerkabel und Signalleitungen (Spannungsbereich <48 V).

•

Zum Erreichen eines geringen Widerstands müssen HF-Anschlüsse, Erd-, Abschirmungs- und anderen metallische Anschlüsse (zum Beispiel Montageplatten und montierte Einheiten) eine möglichst große Oberfläche zur metallischen Erde aufweisen. Verwenden Sie Erdungs- und Potenzialausgleichsleitungen mit einem möglichst großen Querschnitt (mindestens 10 mm2 (8 AWG)) oder dickes Erdungsband. Verwenden Sie ausschließlich Kabel aus Kupfer oder verzinntem Kupfer, da sich mit Stahl geschirmte Kabel nicht für Hochfrequenzanwendungen eignen. Schließen Sie die Abschirmung mit Metallschellen oder Metallverschraubungen an den Ausgleichsschienen oder Schutzleiteranschlüssen an.

Statten Sie induktive Schalteinheiten wie z. B Relais und Magnetschütz mit Varistoren, RC-Kreisen oder Löschdioden aus.

4.1.4 Lüftungs- und Kühlanforderungen

Die kompakte Konstruktion der Filter basiert auf erzwungener Kühlung, und die Filter werden durch zirkulierende Luft gekühlt. Stellen Sie daher sicher, dass die Luft über und unter dem Filter frei zirkulieren kann, indem Sie die Mindestabstandsanforderungen berücksichtigen. Die Filter werden durch die integrierten Lüfter mit variabler Drehzahl gekühlt, und sie verfügen über Lüftungskanäle im Gehäuse. Die Lüfter und Lüftungskanäle liefern die erforderliche Luftzirkulation, um ein Überhitzen der Filter zu vermeiden.

Stellen Sie bei der Montage der Filter in (Industrie-) Schaltschränken sicher, dass ausreichend Luft durch den Schaltschrank zirkuliert, um die Gefahr eines Überhitzens des Filters und der umliegenden Komponenten zu vermeiden.

Werden weitere Wärmequellen (wie z. B. Frequenzumrichter) im selben Schaltschrank installiert, müssen Sie bei der Auslegung der Schaltschrankkühlung auch die von diesen Komponenten erzeugte Wärme berücksichtigen.

130BB636.12

130BE655.10

130BE656.10

Anforderungen für korrekte ...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

4.1.4.1 Anforderungen für IP20 und IP21/NEMA 1

Montieren Sie die Filter an einer Wand, um eine Luftzirkulation durch die Lücke zwischen Wand und Filter zu erhalten. In Installationen wie beispielsweise Schaltschränken, in denen der Filter an Schienen montiert ist, wird der Filter aufgrund einer ineffizienten Luftzirkulation nicht ausreichend gekühlt. Bestellen Sie zur Behebung dieses Problems eine Rückwand (Stärke: 2 mm (0,08 in)), abgebildet in Abbildung 4.4. Siehe Tabelle 5.12 für die Bestellnummer.

Informationen zu den Abmessungen der Rückwand entnehmen Sie Kapitel 7.4.4 Abmessungen der Rückwand.

Abbildung 4.3 Einwandfreie Luftzirkulation ohne Rückwand

1 Rückwand – Stärke 2 mm (0,08 in)

Abbildung 4.4 Einwandfreie Luftzirkulation mit Rückwand

1 Mangelhafte Luftzirkulation

Abbildung 4.5 Ineffiziente Luftzirkulation

e30be606.10

e30be608.10

Anforderungen für korrekte ... Projektierungshandbuch

Lüfterkonzept

Die VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 nutzen Lüfter zur Kühlung. Die Lüfter werden über die Netzversorgung versorgt und sind als interne oder externe integrierte Lüfter montiert. Die externen Lüfter haben größere Abmessungen. Siehe Kapitel 7.4 Mechanische Abmessungen.

Es gibt 2 verschiedene Lüftertypen, siehe Abbildung 4.6 und Abbildung 4.7:

Interner Lüfter: Standardlüfter, montiert im Filtergehäuse.

•

Externer Lüfter: Standardlüfter, montiert außerhalb des Filtergehäuses.

•

4 4

Abbildung 4.6 Lüfterkonzept, Interner Lüfter

Abbildung 4.7 Lüfterkonzept, Externer Lüfter

HINWEIS

IP21/NEMA 1-AUFRÜSTUNGSSATZ

Ein IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz ist für die VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 erhältlich. Siehe Kapitel 5.3.1 IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz für detaillierte Informationen.

X3.1 X3.2 X3.3 X4.1 X4.2 X4.3

X1.1

X1.2

X1.3

X2.1

X2.2

X2.3

A B

91 (L1 96 (U)

97 (V)

98 (W)

92 (L2)

93 (L3)

95 (PE)

01 02

Relay

24V DC

24 - 240V AC

depending on

contactor type

Capacitor

disconnect

(optional)

(24 V)

(coast inverse)

99 (PE)

AHF

VLT

Frequency

converter

Mains

supply

Motor

130BB904.10

Anforderungen für korrekte ...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

4.2 Elektrische Installation

4.2.1 Klemmen – Kurze Übersicht

Der VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 verfügt über die folgenden Klemmen:

X1.1–X1.3 sind die Netzklemmen.

•

X2.1–X2.3 sind die Ausgangsklemmen zum Frequenzumrichter.

•

X3.1–X4.3 sind optionale Anschlussklemmen für den Kondensatorschalter.

•

A und B sind die am Frequenzumrichter angeschlossenen Temperaturschalter.

•

Schutzleiter.

•

Abbildung 4.8 Schaltbild

4.2.1.1 Klemmen für Kondensatorschalter

Werkseitig werden die Klemmen für den Kondensatorschalter überbrückt oder mit Jumpern in Schleife geschaltet. Entfernen Sie den Jumper bei Verwendung eines externen Schützes und verwenden Sie ein Relais. Siehe Kapitel 5.2.1 Schütze zur Kondensatorabschaltung, Kapitel 5.3.1.2 IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz mit integrierter Kondensatorabschaltung und Abbildung 5.2 für weitere Details.

HINWEIS

Sie können einen Danfoss-Frequenzumrichter zur Regelung des Relais eines externen Schützes verwenden. Nähere Informationen finden Sie unter Kapitel 6 Programmieren.

HINWEIS

Die Kondensatorschalterfunktion ist beim VLT® AutomationDrive FC301 nicht vorhanden.

Der Leistungsfaktor des VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 reduziert sich mit sinkender Last. Im lastfreien Zustand beträgt der Leistungsfaktor 0, und die Kondensatoren erzeugen einen voreilenden Strom von ca. 25 % des Filternennstroms. Trennen Sie die Kondensatorbatterie in Anwendungen, in denen dieser Blindstrom nicht akzeptabel ist, über die Klemmen X3.1, X3.2, X3.3 und X4.1, X4, X4.3.

Werkseitig verbindet die Verkabelung Klemme X3.1 mit X4.1, X3.2 mit X4.2 und X3.3 mit X.4.3. Wenn kein Kondensatorschalter erforderlich ist, ändern Sie diese Klemmenverdrahtung nicht.

24 V DC

24 – 240 V AC

X 1.1 X1.2 X1.3 X2.1 X2.2 X2.3

X3.1 X 3.2 X 3.3 X4.1 X4.2 X4.3

AHF 1

X1.1 X1.2 X1.3 X2.1 X2.2 X2.3

X3.1 X3.2 X3.3 X4.1 X4.2 X4.3

AHF 2

To frequency converter

relay output

depending on contactor type

To frequency converter digital input

130BB638.11

Anforderungen für korrekte ... Projektierungshandbuch

Ist eine Trennung der Kondensatoren erforderlich, schalten Sie einen 3-Phasen-Schütz zwischen die Klemmen X3 und X4. Die Verwendung von AC3-Schützen wird empfohlen, siehe Kapitel 5.2.1 Schütze zur Kondensatorabschaltung. Optional ist ein IP21/ NEMA 1-Aufrüstungssatz mit integriertem Kondensatorschalterkreis erhältlich, siehe Kapitel 5.3.1 IP21/NEMA 1-Aufrüstungssatz.

Parallelschaltung von AHF

Es ist möglich, 2 Filter parallel zu schalten und weiterhin sowohl Kondensatorschalter als auWerkseitig verbindet die Verkabelung Klemme X3.1 mit X4.1, X3.2 mit X4.2 und X3.3 mit X.4.3. Wenn kein Kondensatorschalter erforderlich ist, ändern Sie diese Klemmenverdrahtung nicht.ch Temperaturschalter zu verwenden. Verdrahten Sie gemäß Abbildung 4.9.

4 4

Abbildung 4.9 Parallele Verwendung von AHF mit Kondensatorschalter

HINWEIS

Die Verwendung eines gemeinsamen 3-poligen Schützes mit parallel geschalteten Filtern ist nicht zulässig.

HINWEIS

Halten Sie die Kabellänge zwischen Filter und Kondensatorschalterschütz so kurz wie möglich, um die Impedanzwirkung auf das Kabel zu reduzieren. Eine maximale Kabellänge von 2 m (6,6 ft) zwischen Filter und Schütz ist zulässig.

Spannungsanstieg

Der AHF ist zum Erreichen einer möglichst niedrigen Einfügungsdämpfung konstruiert, damit die volle Zwischenkreisspannung im FrDer AHF ist zum Erreichen einer möglichst niedrigen Einfügungsdämpfung konstruiert, damit die volle Zwischenkreisspannung im Frequenzumrichter zur Verfügung steht. Das Ziel dieser Konstruktion ist es, eine volle Zwischenkreisspannung bei Nennlast zu gewährleisten, siehe B in Abbildung 4.10. Die Bereitstellung der vollen Zwischenkreisspannung bei Nennlast führt zu einem geringfügigen Spannungsanstieg bei Bedingungen mit niedriger Last und zu einem geringfügigen Spannungsabfall bei Überlastbedingungen. Der Spannungsanstieg bei geringer Last (A in Abbildung 4.10) beträgt ca. 5 %, während der Spannungsabfall bei Überlast (C in Abbildung 4.10) nur wenige Prozentpunkte beträgt. Abbildung 4.10 zeigt die Einfügungsdämpfung im Frequenzumrichter als Lastfunktion.equenzumrichter zur Verfügung steht. Das Ziel dieser Konstruktion ist es, eine volle Zwischenkreisspannung bei Nennlast zu gewährleisten, siehe B in Abbildung 4.10. Die Bereitstellung der vollen Zwischenkreisspannung bei Nennlast führt zu einem geringfügigen Spannungsanstieg bei Bedingungen mit niedriger Last und zu einem geringfügigen Spannungsabfall bei Überlastbedingungen. Der Spannungsanstieg bei geringer Last (A in Abbildung 4.10) beträgt ca. 5 %, während der Spannungsabfall bei Überlast (C in Abbildung 4.10) nur wenige Prozentpunkte beträgt. Abbildung 4.10 zeigt die Einfügungsdämpfung im Frequenzumrichter als Lastfunktion.

DC-link voltage [%]

100

Load [%]

130BE888.10

150/160

Anforderungen für korrekte ...

VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010

HINWEIS

Der Spannungsanstieg führt dazu, dass die Spannung an den Frequenzumrichterklemmen 5 % höher als die Spannung am Eingang des Filters ist, wenn die Kondensatoren nicht getrennt werden. Berücksichtigen Sie bei der Auslegung der Installation diese Situation. Gehen Sie bei 690-V-Anwendungen, bei denen die Spannungstoleranz des Frequenzumrichters +5 % reduziert ist, mit besonderer Sorgfalt vor – es sei denn, ein Kondensatorschalter wird verwendet.

A Niederlastbedingung oder Standby. Ein Spannungs-

anstieg von ca. 5 % tritt auf, ohne dass die Kondensatoren getrennt werden. Wenn die Kondensatoren getrennt werden, kann der Spannungsanstieg reduziert werden.

B Nennlastbedingung. Der AHF ist für eine volle

Zwischenkreisspannung im Frequenzumrichter bei Nennlastbedingungen optimiert.

C Überlastbedingung. Ein Spannungsabfall von wenigen

Prozentpunkten tritt bei Bedingungen mit hoher Überlast auf.

Abbildung 4.10 Einfügungsdämpfung im Frequenzumrichter als Funktion der Last

HINWEIS

Schalten Sie den Schütz ausschließlich bei einer Ausgangsleistung von weniger als 20 %. Warten Sie vor dem erneuten Anschließen 25 s, damit sich die Kondensatoren entladen. Weitere Details finden Sie in

Kapitel 6 Programmieren.

HINWEIS

Verwenden Sie keinen Kondensatorschalter, wenn mehrere Frequenzumrichter an denselben Filter angeschlossen sind.

4.2.2 Verdrahtung

Informationen zur Verdrahtung finden Sie auch unter Abbildung 4.8.

1. Schließen Sie eine Versorgungsspannung an die Klemmen X1.1, X1.2 und X1.Frequenzumrichter mit den Spannungsklassen T4 und T5, Betrieb bei 440–480 V, 60 Hz 1) Die Nennleistungswerte in der Auswahltabelle geben die tatsächliche Betriebsleistung und nicht unbedingt die

2. Verbinden Sie Klemmen L1, L2 und L3 des Frequenzumrichters mit den Klemmen X2.1, X2.2 und X2.3 des Filters.

Verdrahtungsempfehlungen für die Parallelschaltung von Frequenzumrichtern

Beim Anschluss mehrerer Frequenzumrichter an einen Oberschwingungsfilter ist das Anschlussverfahren identisch zum oben beschriebenen Anschluss. Schließen Sie die Versorgungsklemmen L1, L2 und L3 der Frequenzumrichter an die Filterklemmen X2.1, X2.2 und X2.3 an.

HINWEIS

Verwenden Sie Kabel, welche die örtlichen Vorschriften erfüllen.

Verdrahtungsempfehlungen für die Parallelschaltung von Filtern

Wenn der Netzeingangsstrom des Frequenzumrichters den Nennstrom des größten Oberschwingungsfilters überschreitet, können mehrere Oberschwingungsfilter parallel geschaltet werden, um den erforderlichen Nennstrom zu erreichen, siehe Kapitel 7.1 Allgemeine technische Daten.

1. Schließen Sie die Versorgungsspannung an die Klemmen X1.1, X1.2 und X1.3 der Filter an.

2. Schließen Sie die Frequenzumrichter-Versorgungsklemmen L1, L2 und L3 an die Filterklemmen X2.1, X2.2 und X2.3 an.

4.2.3 Übertemperaturschutz

Die VLT® Advanced Harmonic Filter AHF 005/AHF 010 sind alle mit einem galvanisch getrennten Schalter (PELV) ausgestattet. Der Schalter ist unter normalen Betriebsbedingungen geschlossen. Wenn der Filter überhitzt, öffnet sich der Schalter.

Jeder Filter enthält 3 in Reihe geschaltete Thermoschalter pro Drosselgruppe. Bei Temperaturen über 140 °C (284 °F) öffnen sich die Schalter.

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