Die Stromversorgung kann verschiedene Störungen mit sich bringen, darunter eine der auffälligsten, nämlich Oberschwingungen. Im Gegensatz zu anderen Störungen, die durch die Stromerzeugung verursacht werden, liegt die Ursache für Oberschwingungen in den Lasten selbst, oder besser gesagt, in einigen von ihnen.
Oberschwingungen entstehen insbesondere bei nichtlinearen Lasten, bei denen kein proportionales Verhältnis zwischen Strom und Spannung besteht, was zu harmonischen Verzerrungen in Form von Sinuswellen führt, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches des Grundsignals ist. Die Kombination dieser Oberschwingungen mit dem Grundsignal verzerrt die resultierende Welle und beeinträchtigt die Funktion der installierten Geräte.
Oberschwingungen entstehen hauptsächlich in weit verbreiteten Geräten wie Frequenzumrichtern (VFD), Induktionsmotoren, Schaltnetzteilen und verschiedenen Arten von elektronischen Geräten, um nur die gängigsten zu nennen. Die allgemeine Einführung der Elektronik in allen Arten von Anlagen war einer der Hauptfaktoren, die zu Oberschwingungen geführt haben, da es sich um Geräte handelt, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, oft mit hoher Frequenz schalten und deren Impedanz nicht konstant ist.
Im Allgemeinen verringern Oberschwingungen die Effizienz, indem sie die Scheinleistung erhöhen, nicht jedoch die tatsächliche Leistung, was zu einer Überdimensionierung der elektrischen Anlage und damit zu zusätzlichen Kosten führt. Sie können auch Geräte wie Motoren, Kabel, Kondensatoren oder Transformatoren überhitzen, deren Lebensdauer verkürzen und die Kosten und Ausfallzeiten erhöhen.
Die Verringerung des Leistungsfaktors ist ein weiterer nachteilhafter Effekt von Oberschwingungen, der darin besteht, dass im Verhältnis zur Leistung ein unverhältnismäßig hoher Strom verbraucht wird, was eine finanzielle Strafe seitens des Stromversorgers mit sich bringt. Andererseits können empfindlichere Geräte Signale falsch interpretieren und elektromagnetische Störungen erfahren. Infolgedessen sind die erzielten Ergebnisse fehlerhaft und weniger zuverlässig.
Ein buchstäblich sichtbarer Effekt von Oberschwingungen ist das Flackern oder „Flickering”, d. h. Schwankungen in der Beleuchtungsstärke, die für Menschen wahrnehmbar und störend sind.
Die lange Liste der durch Oberschwingungen verursachten Nachteile umfasst auch die unzulässige Auslösung von Schutzvorrichtungen wie Leistungsschaltern, Fehlerstromschutzschaltern oder Relais, was zu unerwünschten Ausfällen und Verstärkungs- oder Resonanzphänomenen aufgrund der Übereinstimmung der Oberschwingungsfrequenzen mit den Betriebsfrequenzen der Lasten führt, was die Folgen in Form von Überhitzung und besonders schwerwiegenden Ausfällen vervielfachen kann.
Die beste Lösung besteht natürlich darin, ihre Entstehung zu verhindern. Zu diesem Zweck ist es ratsam, Wechselrichter und Gleichrichter zu verwenden, deren Konfiguration die Erzeugung von Oberschwingungen verhindert oder minimiert. Es empfiehlt sich auch, alte unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen (USV) zu modernisieren und durch Modelle mit geringer Verzerrung zu ersetzen, die mit einer fortschrittlichen digitalen Steuerung ausgestattet sind und sich durch Topologien auszeichnen, die Oberschwingungen unterdrücken und gleichzeitig eine hervorragende Leistung bieten.
Wenn Oberschwingungen in den Anlagen auftreten, ist es auch ratsam, Oberschwingungsfilter hinzuzufügen, die den reaktiven Leistungsfaktor induktiver Lasten ausgleichen und Resonanzen verhindern können.
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