THD oder TDD: Oberschwingungswerte unter wechselnder Last richtig interpretieren

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Ein Frequenzumrichter läuft mit geringer Last. Der Netzanalysator zeigt plötzlich:

THD-I = 42 %

Unter Volllast waren es dagegen nur:

THD-I = 18 %

Auf den ersten Blick scheint sich die Netzrückwirkung bei Teillast damit deutlich verschlechtert zu haben. Das muss jedoch nicht stimmen.

Der Grund liegt in der Bezugsgröße. Die Strom-THD bezieht die vorhandenen Oberschwingungsströme auf den aktuell gemessenen Grundschwingungsstrom. Sinkt dieser bei geringer Last stark ab, kann die THD-I deutlich steigen, obwohl die tatsächlich fließenden Oberschwingungsströme in Ampere kleiner geworden sind.

Genau hier setzt die Total Demand Distortion (TDD) an. Sie bezieht die Oberschwingungsströme nicht auf den momentan fließenden Grundschwingungsstrom, sondern auf einen definierten maximalen Last- beziehungsweise Demandstrom.

THD und TDD beschreiben deshalb nicht dasselbe. Besonders bei Frequenzumrichtern, USV-Anlagen, Schaltnetzteilen und anderen nichtlinearen Verbrauchern kann eine hohe THD-I bei geringer Last zu einer falschen Bewertung führen, wenn der Lastzustand und die Bezugsgröße nicht berücksichtigt werden.

Für entsprechende Messungen bietet ICS Schneider unter anderem den CA 8345 Leistungsanalysator von Chauvin Arnoux an. Das Class-A-Gerät erfasst Netzqualitätsparameter, Oberschwingungen und Zwischenharmonische und eignet sich für längerfristige Aufzeichnungen in industriellen und gewerblichen Anlagen. Weitere Geräte finden Sie unter Elektrische Mess- und Prüfgeräte bei ICS Schneider.

Was sind Oberschwingungen?

Ein ideales Wechselspannungsnetz besitzt eine sinusförmige Spannung und einen sinusförmigen Strom mit der Netzgrundfrequenz.

In Europa beträgt diese typischerweise:

f1 = 50 Hz

Nichtlineare Verbraucher ziehen jedoch keinen sinusförmigen Strom.

Typische Quellen sind

• Frequenzumrichter,
• Schaltnetzteile,
• USV-Anlagen,
• LED-Beleuchtung,
• Gleichrichter,
• Ladegeräte,
• Leistungselektronik.

Die verzerrte Stromform lässt sich mathematisch in eine Grundschwingung und zusätzliche Frequenzanteile zerlegen.

Bei einem 50-Hz-Netz entsprechen beispielsweise

3. Harmonische = 150 Hz

5. Harmonische = 250 Hz

7. Harmonische = 350 Hz

11. Harmonische = 550 Hz

Diese Anteile überlagern die Grundschwingung und verändern dadurch die Kurvenform.

Was bedeutet THD?

THD steht für:

Total Harmonic Distortion

also den gesamten Oberschwingungsgehalt relativ zu einer Bezugsgröße.

Für eine auf die Grundschwingung bezogene THD gilt grundsätzlich:

THD = √(X2² + X3² + X4² + ... + Xn²) / X1 × 100 %

Dabei ist:

• X1 = Effektivwert der Grundschwingung,
• X2 … Xn = Effektivwerte der einzelnen Oberschwingungen.

Je nachdem, ob Spannung oder Strom betrachtet werden, spricht man beispielsweise von:

THD-U

oder:

THD-I

THD-U bei der Spannung

Für die Spannung gilt:

THD-U = √(U2² + U3² + ... + Un²) / U1 × 100 %

THD-U beschreibt die Verzerrung der Netzspannung

Eine erhöhte Spannungsverzerrung kann unter anderem Auswirkungen haben auf:

• Motoren,
• Transformatoren,
• Kondensatoren,
• elektronische Netzteile,
• Schutz- und Steuergeräte.

Die Spannungs-THD wird wesentlich durch das Zusammenspiel aus:

Oberschwingungsstrom × Netzimpedanz

bestimmt.

Ein Verbraucher kann deshalb einen stark verzerrten Strom aufnehmen, ohne dass am selben Punkt zwangsläufig eine ebenso hohe Spannungsverzerrung entsteht.

THD-I beim Strom

Für den Strom gilt:

THD-I = √(I2² + I3² + ... + In²) / I1 × 100 %

Entscheidend ist der Nenner:

I1 = momentan vorhandener Grundschwingungsstrom

Dadurch ist THD-I stark lastabhängig

Sinkt bei Teillast der Grundschwingungsstrom deutlich, während die Oberschwingungsströme nicht im gleichen Verhältnis sinken, steigt die THD-I.

Das bedeutet nicht automatisch, dass die Anlage nun höhere absolute Oberschwingungsströme in das Netz einspeist.

Was bedeutet TDD?

TDD steht für:

Total Demand Distortion

Auch hier werden die Effektivwerte der Oberschwingungsströme quadratisch zusammengefasst.

Der Unterschied liegt in der Bezugsgröße:

TDD = √(I2² + I3² + ... + In²) / IL × 100 %

Dabei ist:

IL = definierter maximaler Last- beziehungsweise Demandstrom am betrachteten Anschlusspunkt

Damit bleibt die Bezugsgröße weitgehend unabhängig vom momentanen Lastzustand

Genau deshalb eignet sich TDD besser zur Bewertung wechselnder Lastzustände.

Ein Verbraucher wird bei geringer Last nicht allein deshalb mit einem extrem hohen Verzerrungswert bewertet, weil sein momentaner Grundschwingungsstrom klein ist.

THD-I und TDD im direkten Vergleich

Merkmal	THD-I	TDD
Zähler	Gesamte Oberschwingungsströme	Gesamte Oberschwingungsströme
Nenner	aktueller Grundschwingungsstrom I1	definierter maximaler Demandstrom IL
Abhängigkeit von momentaner Last	hoch	deutlich geringer
Geeignet zur Beurteilung der aktuellen Stromkurvenform	ja	nur eingeschränkt
Geeignet zur Netzbewertung nach IEEE 519	nicht die primäre Bezugsgröße	ja, am definierten PCC
Typischer Effekt bei Teillast	kann stark ansteigen	bleibt auf festen Demandstrom bezogen

THD-I beantwortet im Wesentlichen die Frage: Wie stark ist der aktuell fließende Strom relativ zu seiner Grundschwingung verzerrt? TDD beantwortet dagegen: Wie groß ist der Oberschwingungsstrom im Verhältnis zur relevanten maximalen Anlagenlast?

Warum THD-I bei Teillast stark steigen kann

Dieser Effekt tritt besonders häufig bei Frequenzumrichtern auf.

Angenommen, bei hoher Last fließt:

I1 = 100 A

und der gesamte Effektivwert der Oberschwingungsströme beträgt:

IH = 20 A

Dann beträgt:

THD-I = 20 / 100 × 100 % = 20 %

Bei geringer Last

reduziert sich der Grundschwingungsstrom beispielsweise auf:

I1 = 20 A

Die Oberschwingungsströme sinken ebenfalls, jedoch nur auf:

IH = 8 A

Dann ergibt sich:

THD-I = 8 / 20 × 100 % = 40 %

Die THD-I hat sich also verdoppelt.

Der absolute Oberschwingungsstrom ist gleichzeitig von:

20 A

auf:

8 A

gesunken.

Eine höhere THD-I kann bei Teillast deshalb gleichzeitig mit einer geringeren tatsächlichen Oberschwingungsbelastung des Netzes auftreten.

Praxisbeispiel mit wechselnder Last

Für eine Anlage sei der definierte maximale Demandstrom:

IL = 100 A

Betriebszustand	I1	Oberschwingungsstrom IH	THD-I	TDD
Volllast	100 A	20 A	20 %	20 %
50 % Last	50 A	12 A	24 %	12 %
20 % Last	20 A	8 A	40 %	8 %

Die Tabelle zeigt sehr deutlich

Bei sinkender Last steigt die THD-I:

20 % → 24 % → 40 %

Die TDD sinkt dagegen:

20 % → 12 % → 8 %

weil sich der tatsächliche Oberschwingungsstrom verringert.

Beide Werte sind mathematisch korrekt.

Sie beantworten lediglich unterschiedliche Fragen.

Warum Oberschwingungsströme in Ampere wichtig bleiben

Eine reine Prozentangabe kann leicht fehlinterpretiert werden.

Vergleichen wir zwei Anlagen

Anlage A:

I1 = 10 A

IH = 5 A

THD-I = 50 %

Anlage B:

I1 = 500 A

IH = 100 A

THD-I = 20 %

Obwohl Anlage A die wesentlich höhere THD-I besitzt

fließen dort nur:

5 A Oberschwingungsstrom

gegenüber:

100 A

bei Anlage B.

Für:

• Transformatorbelastung,
• Neutralleiterbelastung,
• Spannungsverzerrung,
• Verluste,
• Filterauslegung

sind deshalb auch die absoluten Ströme der einzelnen Harmonischen relevant.

Messpunkt PCC richtig verstehen

Bei einer Bewertung nach IEEE 519 spielt der:

Point of Common Coupling (PCC)

eine zentrale Rolle.

Gemeint ist der elektrische Kopplungspunkt zwischen Netz und angeschlossener Anlage beziehungsweise der für die normative Bewertung festgelegte gemeinsame Anschlusspunkt.

Das ist wichtig

weil ein Messwert direkt am Eingang eines einzelnen Frequenzumrichters nicht automatisch mit einem Grenzwert für den PCC verglichen werden darf.

Innerhalb einer Anlage können einzelne Verbraucher deutlich höhere Stromoberschwingungen besitzen als die gesamte Anlage am Netzanschlusspunkt.

Ursachen sind beispielsweise

• unterschiedliche Lastzustände,
• Phasenverschiebungen einzelner Oberschwingungen,
• teilweise gegenseitige Kompensation,
• weitere lineare Verbraucher.

Vor einer Grenzwertbewertung muss deshalb immer zuerst geklärt werden, an welchem Punkt gemessen wurde und auf welchen Punkt sich die verwendete Norm bezieht.

TDD und IEEE 519 richtig einordnen

IEEE 519 verwendet für die Bewertung der Stromoberschwingungen am PCC die Total Demand Distortion und nicht einfach die momentan gemessene THD-I.

Der Strombezugswert:

IL

ist dabei der maximale Demand-Laststrom am PCC unter normalen Betriebsbedingungen.

Die zulässige Stromverzerrung hängt außerdem vom Verhältnis ab:

ISC / IL

Dabei ist:

• ISC = verfügbarer Kurzschlussstrom am PCC,
• IL = maximaler Demand-Laststrom.

Warum?

Ein Netz mit hoher Kurzschlussleistung besitzt eine kleinere Netzimpedanz und reagiert auf eingespeiste Oberschwingungsströme weniger empfindlich mit einer Spannungsverzerrung.

Ein schwaches Netz mit geringer Kurzschlussleistung kann dagegen durch dieselben Oberschwingungsströme stärker beeinflusst werden.

Für eine formale Bewertung dürfen daher nicht einfach allgemeine Aussagen wie:

THD-I muss unter 5 % liegen

verwendet werden.

Die konkrete Bewertung hängt von Messpunkt, Netzspannung, Kurzschlussverhältnis, Demandstrom und anzuwendender Norm ab.

Netzimpedanz und Kurzschlussleistung berücksichtigen

Oberschwingungsströme verursachen an der Netzimpedanz Oberschwingungsspannungen.

Vereinfacht:

Uh = Ih × Zh

Dabei ist:

• Ih = Strom der jeweiligen Harmonischen,
• Zh = Netzimpedanz bei dieser Frequenz,
• Uh = dadurch erzeugter Spannungsanteil.

Ein starkes Netz

besitzt eine vergleichsweise kleine Impedanz.

Ein bestimmter Oberschwingungsstrom erzeugt dort nur eine relativ kleine Spannungsverzerrung.

Ein schwaches Netz

besitzt eine höhere Impedanz.

Der gleiche Oberschwingungsstrom kann dort eine deutlich größere Spannungsverzerrung verursachen.

Deshalb sollten bei kritischen Anlagen:

THD-U + TDD + Oberschwingungsströme + Netzimpedanz

gemeinsam betrachtet werden.

Frequenzumrichter richtig bewerten

Frequenzumrichter gehören zu den häufigsten Quellen von Stromoberschwingungen in Industrieanlagen.

Bei einem klassischen Umrichter mit netzseitigem Gleichrichter ist die Stromaufnahme nicht sinusförmig.

Für die Netzqualitätsbewertung wird auf der Netzseite gemessen

also vor dem Frequenzumrichter.

Eine Messung am:

PWM-Motorausgang

beantwortet eine andere Fragestellung.

Dort liegen gepulste Ausgangsspannungen mit hohen Schaltfrequenzanteilen vor, die nicht mit der klassischen Oberschwingungsbewertung des Versorgungsnetzes verwechselt werden dürfen.

Für eine THD-/TDD-Untersuchung des Netzes

sollten daher die:

• Spannungen L1/L2/L3,
• Netzeingangsströme des Umrichters,
• Grundschwingungsströme,
• einzelnen Harmonischen,
• THD-I,
• THD-U,
• TDD beziehungsweise entsprechender Bezugswert

auf der Versorgungsseite erfasst werden.

Typische Oberschwingungsordnungen

Welche Harmonischen auftreten, hängt stark von der jeweiligen Last ab.

Bei klassischen dreiphasigen Gleichrichterschaltungen

sind häufig ausgeprägte:

• 5. Harmonische,
• 7. Harmonische,
• 11. Harmonische,
• 13. Harmonische

zu beobachten.

Die reine THD-Zahl zeigt jedoch nicht, welche einzelnen Frequenzanteile dominieren.

Deshalb sollte zusätzlich das Spektrum betrachtet werden

Beispielsweise können zwei Messpunkte jeweils:

THD-I = 25 %

besitzen, aber völlig unterschiedliche Oberschwingungsspektren aufweisen.

Für Ursachenanalyse und Filterauslegung ist die Einzelharmonischenanalyse daher wesentlich aussagekräftiger.

THD-R nicht mit TDD verwechseln

Bei verschiedenen Netzanalysatoren findet man neben einer auf die Grundschwingung bezogenen THD auch Darstellungen wie:

THD-F

oder:

THD-R

beziehungsweise herstellerspezifische Bezeichnungen.

Diese Kürzel dürfen nicht automatisch mit TDD gleichgesetzt werden

Bei THD-F ist die Bezugsgröße typischerweise die Grundschwingung.

Bei THD-R kann die Bezugsgröße abhängig von Gerät und Definition beispielsweise der gesamte Effektivwert des Signals sein.

TDD besitzt dagegen grundsätzlich eine Demand-Bezugsgröße.

Deshalb gilt bei jedem Messgerät

Vor der normativen Bewertung muss geprüft werden, welche mathematische Bezugsgröße hinter dem angezeigten Parameter steht.

Chauvin Arnoux weist für die Qualistar-Geräte CA 8336 und CA 8345 ausdrücklich eine TDD-Funktionalität für IEEE-519-Anwendungen aus. Die Anzeige beziehungsweise Gerätebezeichnung sollte dennoch anhand der aktuellen Bedienungsanleitung und der gewählten Gerätekonfiguration dokumentiert werden.

Warum eine Momentaufnahme oft nicht reicht

Ein einzelner Messwert kann bei wechselnden Lasten irreführend sein.

Besonders in Anlagen mit:

• Frequenzumrichtern,
• Kompressoren,
• Pumpen,
• Schweißanlagen,
• Ladestationen,
• Produktionsmaschinen

ändert sich der Lastzustand teilweise innerhalb weniger Sekunden oder Minuten.

Eine längerfristige Aufzeichnung zeigt

• wann hohe Oberschwingungen auftreten,
• welcher Lastzustand gleichzeitig vorliegt,
• ob THD-I nur bei Teillast ansteigt,
• ob auch THD-U steigt,
• welche Harmonischen dominieren,
• ob ein Problem dauerhaft oder nur sporadisch auftritt.

Trendaufzeichnungen sind deshalb für eine belastbare Bewertung häufig wichtiger als ein einzelner Bildschirmwert.

Messaufbau richtig planen

1. Messziel definieren

Zunächst muss geklärt werden, ob bewertet werden soll:

• ein einzelner Verbraucher,
• ein Maschinenabgang,
• eine Unterverteilung,
• die gesamte Anlage am PCC.

2. Spannungen korrekt anschließen

Bei einem dreiphasigen Netz werden die Spannungsmessleitungen entsprechend der Netzform an:

L1 / L2 / L3 / gegebenenfalls N

angeschlossen.

3. Stromsensoren richtig orientieren

Die Stromsensoren müssen:

• zum erwarteten Strombereich passen,
• dem richtigen Außenleiter zugeordnet sein,
• mit korrekter Stromrichtung montiert werden.

4. Lastzustand mit erfassen

Eine THD-I ohne den gleichzeitig fließenden Strom ist nur eingeschränkt aussagekräftig.

Mindestens sollten parallel aufgezeichnet werden:

• TRMS-Strom,
• Grundschwingungsstrom,
• THD-I,
• einzelne Harmonische.

5. Ausreichend lange aufzeichnen

Bei wechselndem Anlagenbetrieb sollte die Messung mehrere repräsentative Lastzustände erfassen.

Welche Werte gemeinsam ausgewertet werden sollten

Für eine sinnvolle Oberschwingungsanalyse reicht ein einzelner THD-Wert meist nicht aus.

Messgröße	Warum sie wichtig ist
THD-U	zeigt die Verzerrung der Netzspannung
THD-I	zeigt die Verzerrung des aktuellen Stroms relativ zur Grundschwingung
TDD	bezieht Stromoberschwingungen auf den definierten Demandstrom
I1	zeigt den aktuellen Grundschwingungsstrom
Ih in A	zeigt die tatsächliche Höhe einzelner Oberschwingungsströme
Einzelharmonische	helfen bei Ursachenanalyse und Filterauslegung
Wirkleistung	liefert Zusammenhang zum Lastzustand
PF / Leistungsfaktor	zeigt zusätzliche Auswirkungen verzerrter Stromformen
Trend über Zeit	macht Lastabhängigkeit und sporadische Ereignisse sichtbar

Typische Fehlinterpretationen

Beobachtung	Häufige Fehlinterpretation	Richtige Prüfung
THD-I steigt bei Teillast stark	Umrichter erzeugt jetzt mehr Oberschwingungen	I1 und absolute Harmonischenströme vergleichen
THD-I = 40 %	Anlage verletzt automatisch einen 5-%-Grenzwert	Norm, Messpunkt und TDD-Bezug prüfen
Umrichter besitzt hohe THD-I	IEEE-519-Grenzwert am Umrichter überschritten	Bewertung am festgelegten PCC durchführen
THD-U niedrig, THD-I hoch	Messung muss falsch sein	Netzimpedanz und Kurzschlussleistung berücksichtigen
THD-I sinkt bei Volllast	Oberschwingungsströme sind automatisch kleiner	Harmonischenströme in Ampere prüfen
THD-Wert eines Geräts unterscheidet sich von einem anderen	eines der Geräte misst falsch	Bezugsdefinition, Ordnungsbereich und Aggregation vergleichen
Messung direkt am Motorausgang eines VFD	Bewertung der Netzoberschwingungen	für Netzrückwirkungen auf der Eingangsseite messen
TDD wird aus aktuellem Strom gebildet	korrekte Demand-Bewertung	IL als definierte Bezugsgröße prüfen
Nur Gesamt-THD wird gespeichert	Ursache ist eindeutig erkennbar	Einzelharmonische und Lastzustand zusätzlich aufzeichnen
Hohe THD bei sehr kleinem Strom	akut hohe Netzbelastung	absolute Oberschwingungsströme und TDD bewerten

Oberschwingungsmessung systematisch durchführen

1. Fragestellung definieren: Einzelgerät, Verteilung oder PCC untersuchen.
2. Netzform bestimmen: Einphasig, dreiphasig ohne Neutralleiter oder dreiphasig mit Neutralleiter korrekt einstellen.
3. Messpunkt auswählen: Für eine normative Bewertung den tatsächlich relevanten Anschlusspunkt verwenden.
4. Spannungsleitungen anschließen: Phasenfolge und Neutralleiterzuordnung kontrollieren.
5. Stromsensoren auswählen: Messbereich passend zum Laststrom festlegen.
6. Stromsensoren ausrichten: Richtige Phase und Stromrichtung beachten.
7. Messgerät konfigurieren: Netzfrequenz, Stromsensor und Messmodus prüfen.
8. THD-U erfassen: Spannungsverzerrung aller Phasen vergleichen.
9. THD-I erfassen: Stromverzerrung gemeinsam mit dem aktuellen Grundschwingungsstrom betrachten.
10. Einzelharmonische erfassen: Besonders dominante Ordnungen identifizieren.
11. Absolute Ströme speichern: Harmonische nicht ausschließlich in Prozent bewerten.
12. Demand-Bezugsstrom bestimmen: Für TDD den korrekten I_L festlegen.
13. Lastzustand dokumentieren: Leistung, Maschinenzustand oder Umrichterlast parallel erfassen.
14. Trendaufzeichnung durchführen: Repräsentative Betriebszyklen vollständig erfassen.
15. Messwerte nach Lastzustand vergleichen: Voll-, Teil- und Minimallast getrennt bewerten.
16. Bei IEEE-519-Bewertung PCC bestimmen: Einzelverbraucher nicht mit PCC-Grenzwerten verwechseln.
17. Kurzschlussverhältnis berücksichtigen: I_SC/I_L für die zulässige TDD heranziehen.
18. THD-U parallel prüfen: Tatsächliche Auswirkungen auf die Netzspannung bewerten.
19. Bei Auffälligkeiten Spektrum analysieren: Ursache anhand der einzelnen Oberschwingungen eingrenzen.
20. Messaufbau dokumentieren: Messpunkt, Sensoren, Geräteeinstellungen und Bezugsgrößen festhalten.

CA 8345 für Netzqualitäts- und Oberschwingungsanalysen

CA 8345 Leistungsanalysator

Der CA 8345 von Chauvin Arnoux ist ein Class-A-Leistungs- und Spannungsqualitätsanalysator für industrielle und gewerbliche Anlagen.

ICS beziehungsweise Chauvin Arnoux nennen unter anderem:

• vollständige Konformität zu IEC 61000-4-30 Klasse A Edition 3,
• Analyse von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen nach IEC 61000-4-7,
• Trendaufzeichnung einer großen Anzahl von Netzparametern,
• Leistungs- und Energiemessung,
• Alarmfunktionen,
• Transientenerfassung,
• TrueInrush-Erfassung,
• USB-, Ethernet- und WLAN-Kommunikation,
• Auswertung mit der Power Analyzer Transfer Software.

TDD mit dem CA 8345

Chauvin Arnoux bestätigt für den CA 8345 die Möglichkeit zur Ermittlung eines TDD-Parameters für Anwendungen im Zusammenhang mit IEEE 519.

Bei der Auswertung ist jedoch wichtig, die im Gerät verwendete Anzeige- und Bezugsdefinition zu kennen.

Gerätebezeichnungen wie:

THD-%f

oder:

THD-%r

sollten deshalb nicht allein anhand des Kürzels interpretiert werden.

Für eine dokumentierte normative Bewertung müssen:

• Messpunkt,
• Bezugsstrom,
• Geräteeinstellung,
• Messdauer,
• angewandte Norm

eindeutig festgehalten werden.

Warum der CA 8345 für diese Aufgabe interessant ist

Gerade bei wechselnden Lasten ist die langfristige Aufzeichnung entscheidend.

Damit können beispielsweise gleichzeitig:

Strom + Leistung + THD + Harmonische + Netzspannung

über den kompletten Produktionszyklus verfolgt werden.

So lässt sich erkennen, ob ein hoher THD-I-Wert tatsächlich auf größere Oberschwingungsströme zurückzuführen ist oder lediglich durch einen stark abgesunkenen Grundschwingungsstrom bei Teillast entsteht.

Weitere Geräte finden Sie unter Leistungs- und Energieanalysatoren bei ICS Schneider sowie unter Elektrische Mess- und Prüfgeräte.

Fazit

THD und TDD sind zwei unterschiedliche Kennwerte für die Bewertung von Oberschwingungen.

THD-I bezieht sich auf die aktuelle Grundschwingung

Es gilt:

THD-I = IH / I1

Sinkt der Grundschwingungsstrom bei Teillast, kann THD-I stark steigen.

TDD verwendet einen festen Demand-Bezugsstrom

Es gilt:

TDD = IH / IL

Damit ist der Wert wesentlich besser für Vergleiche zwischen unterschiedlichen Lastzuständen geeignet.

Eine hohe THD-I bedeutet nicht automatisch hohe absolute Oberschwingungsströme

Besonders bei schwacher Last kann ein kleiner Oberschwingungsstrom einen hohen Prozentwert erzeugen.

Absolute Ströme bleiben deshalb wichtig

THD, TDD und die einzelnen Oberschwingungsströme in Ampere sollten gemeinsam betrachtet werden.

IEEE 519 bewertet Stromverzerrungen am PCC über TDD

Eine THD-I direkt an einem einzelnen Frequenzumrichter darf deshalb nicht einfach mit einem TDD-Grenzwert am Netzanschlusspunkt verglichen werden.

THD-U zeigt die tatsächliche Spannungsverzerrung

Ob ein Oberschwingungsstrom problematisch für das Netz wird, hängt wesentlich von der Netzimpedanz beziehungsweise Kurzschlussleistung ab.

Momentaufnahmen reichen bei wechselnder Last häufig nicht

Eine Trendaufzeichnung über mehrere typische Betriebszustände liefert wesentlich belastbarere Ergebnisse.

Für die Praxis gilt

Messpunkt festlegen → Netzseite korrekt anschließen → Grundschwingungsstrom erfassen → THD-I messen → absolute Oberschwingungsströme auswerten → THD-U parallel prüfen → Demandstrom I_L bestimmen → TDD berechnen beziehungsweise korrekt im Messgerät konfigurieren → bei IEEE-519-Bewertung PCC und I_SC/I_L berücksichtigen → mehrere Lastzustände aufzeichnen → Einzelharmonische analysieren → Messwerte erst danach mit den passenden Grenzwerten vergleichen.

FAQ: THD und TDD richtig unterscheiden

Was bedeutet THD?

THD steht für Total Harmonic Distortion und beschreibt den gesamten Oberschwingungsanteil relativ zu einer definierten Bezugsgröße.

Was bedeutet THD-I?

THD-I beschreibt den gesamten Oberschwingungsstrom relativ zum aktuell vorhandenen Grundschwingungsstrom.

Was bedeutet THD-U?

THD-U beschreibt die gesamte harmonische Spannungsverzerrung relativ zur Grundschwingung der Spannung.

Was bedeutet TDD?

TDD steht für Total Demand Distortion und beschreibt die Oberschwingungsströme relativ zu einem definierten maximalen Demand-Laststrom.

Was ist der wichtigste Unterschied zwischen THD-I und TDD?

Der Nenner. THD-I verwendet den aktuell gemessenen Grundschwingungsstrom, TDD den definierten maximalen Demandstrom I_L.

Warum steigt THD-I bei geringer Last?

Weil der Grundschwingungsstrom im Nenner sinkt. Die Oberschwingungsströme sinken häufig nicht im gleichen Verhältnis.

Bedeutet eine höhere THD-I automatisch mehr Oberschwingungsstrom?

Nein. Der absolute Oberschwingungsstrom kann gleichzeitig kleiner werden.

Kann THD-I bei Teillast 50 % betragen, obwohl die Netzbelastung gering ist?

Ja. Bei einem sehr kleinen Grundschwingungsstrom kann bereits ein relativ kleiner harmonischer Strom zu einer hohen prozentualen THD-I führen.

Warum ist TDD bei wechselnder Last besser vergleichbar?

Weil der Nenner nicht ständig mit dem aktuellen Laststrom verändert wird, sondern auf einem definierten Demandstrom basiert.

Ist TDD immer kleiner als THD-I?

Nicht zwingend in jedem denkbaren Betriebszustand. Bei typischer Teillast ist TDD jedoch häufig deutlich kleiner, weil I_L größer als der momentan fließende Grundschwingungsstrom ist.

Was ist I_L bei TDD?

I_L ist der für die Bewertung definierte maximale Demand-Laststrom am relevanten Anschlusspunkt unter normalen Betriebsbedingungen.

Was ist der PCC?

PCC steht für Point of Common Coupling und bezeichnet den für die Netzbewertung relevanten gemeinsamen Anschlusspunkt zwischen Anlage und Versorgungsnetz beziehungsweise anderen Verbrauchern.

Gilt IEEE 519 direkt am Frequenzumrichter?

Die Grenzwerte der IEEE 519 beziehen sich grundsätzlich auf den festgelegten PCC und nicht einfach auf den Eingang eines einzelnen nichtlinearen Verbrauchers.

Kann ein Frequenzumrichter 40 % THD-I besitzen und die Anlage trotzdem die Anforderungen am PCC erfüllen?

Ja. Entscheidend sind unter anderem die Gesamtanlage, der Demandstrom, der PCC, das Kurzschlussverhältnis und die dort tatsächlich vorhandenen Oberschwingungsströme.

Warum wird zusätzlich THD-U gemessen?

THD-U zeigt, wie stark die Netzspannung selbst durch harmonische Anteile verzerrt ist.

Warum kann THD-I hoch sein, während THD-U niedrig bleibt?

In einem starken Netz mit niedriger Impedanz erzeugen selbst größere Oberschwingungsströme möglicherweise nur eine geringe Spannungsverzerrung.

Was bedeutet I_SC/I_L?

Das Verhältnis beschreibt den verfügbaren Kurzschlussstrom am PCC relativ zum maximalen Demand-Laststrom und ist für die Bewertung zulässiger Stromoberschwingungen relevant.

Sind einzelne Oberschwingungen wichtiger als die Gesamt-THD?

Für Fehleranalyse und Filterauslegung häufig ja. Die THD fasst alle Harmonischen zu einem Wert zusammen und zeigt nicht, welche Ordnung dominant ist.

Welche Oberschwingungen sind bei Frequenzumrichtern häufig?

Bei klassischen dreiphasigen Gleichrichterschaltungen treten häufig ausgeprägte 5., 7., 11. und 13. Harmonische auf. Die konkrete Verteilung hängt jedoch vom Umrichter und der Netzimpedanz ab.

Wo wird bei einem Frequenzumrichter für Netzoberschwingungen gemessen?

Auf der Netz- beziehungsweise Eingangsseite des Frequenzumrichters.

Warum sollte nicht am PWM-Motorausgang gemessen werden?

Der Motorausgang enthält gepulste Schaltspannungen und beantwortet eine andere Messaufgabe als die klassische Netzoberschwingungsanalyse.

Was ist THD-R?

THD-R bezeichnet abhängig von Gerätehersteller und Definition eine THD mit einer anderen Bezugsgröße, beispielsweise dem gesamten Effektivwert. Die genaue Definition muss der Gerätedokumentation entnommen werden.

Ist THD-R dasselbe wie TDD?

Nein, nicht grundsätzlich. TDD verwendet einen Demandstrom als Bezugsgröße. Gerätebezeichnungen müssen daher anhand der Dokumentation geprüft werden.

Kann der CA 8345 TDD erfassen?

Chauvin Arnoux bestätigt für den CA 8345 eine entsprechende TDD-Funktion für Anwendungen im Zusammenhang mit IEEE 519.

Kann der CA 8345 Oberschwingungen messen?

Ja. Der CA 8345 ist für die Analyse von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen ausgelegt.

Warum ist eine Langzeitmessung sinnvoll?

Weil THD-I, Leistung und harmonische Ströme stark vom Betriebszustand abhängig sein können. Eine Trendaufzeichnung zeigt diese Zusammenhänge deutlich besser als eine einzelne Momentaufnahme.

Welche Werte sollte ich bei einer Oberschwingungsanalyse speichern?

Mindestens Spannung, Strom, Grundschwingungsstrom, THD-U, THD-I, einzelne Harmonische, Leistung und – falls erforderlich – TDD beziehungsweise die zugehörige Demand-Bezugsgröße.

Wo finde ich den CA 8345 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter CA 8345 Leistungsanalysator bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Leistungs- und Netzanalysatoren?

Eine Übersicht finden Sie unter Leistungs- und Energieanalysatoren bei ICS Schneider.