Et aktivt filter måler de harmoniske strømme og sender en modsat strøm ud, der ophæver dem. Et passivt filter består af drosler og kondensatorer, der er afstemt til at lede bestemte harmoniske væk fra nettet. Vælg et aktivt filter til skiftende belastninger og mange forskellige harmoniske. Vælg et passivt filter til faste belastninger, fx en stor frekvensomformer. Et hybridfilter kombinerer de to.
Når en måling har vist, at du har for mange harmoniske strømme, er næste spørgsmål: hvilket filter skal du vælge? Det er ikke et spørgsmål om, hvilken teknologi der er bedst. Det handler om, hvilken der passer til netop dit anlæg.
Et forkert valgt filter kan i værste fald gøre problemerne større. Et passivt filter på en belastning, der svinger meget, kan give overkompensering og resonans. Et aktivt filter, der er for lille, filtrerer kun en del af de harmoniske.
I denne artikel får du forklaret, hvordan aktive, passive og hybride filtre virker, hvad de er gode og mindre gode til, og hvordan du vælger det rigtige filter.
Hvad er forskellen på et aktivt og et passivt filter?
Den største forskel er, at et aktivt filter tilpasser sig belastningen automatisk, mens et passivt filter er afstemt til bestemte harmoniske og en bestemt belastning. Aktive filtre er mere fleksible. Passive filtre er enklere og robuste, men de kræver, at du kender belastningen godt.
| Aktivt filter | Passivt filter | Hybridfilter | |
|---|---|---|---|
| Sådan virker det | Måler de harmoniske og sender en modsat strøm ud | Afstemte drosler og kondensatorer leder bestemte harmoniske væk | Passivt filter kombineret med en aktiv del |
| Hvilke harmoniske | Mange ordener på én gang | De ordener, filteret er afstemt til | Bredt, med passiv hovedfiltrering |
| Skiftende belastning | Tilpasser sig automatisk | Virker bedst ved fast belastning | Tilpasser sig delvist |
| Fasekompensering | Kan også kompensere reaktiv effekt og ubalance | Leverer altid reaktiv effekt ved 50 Hz | Afhænger af opbygning |
| Risiko for overbelastning | Nej, begrænser sig selv til sin mærkestrøm | Ja, kan optage harmoniske fra resten af nettet | Lavere end rent passivt |
| Typisk placering | Centralt i tavlen eller ved en gruppe belastninger | Ved den enkelte store belastning | Centralt ved store anlæg |
Hvordan virker et passivt filter?
Et passivt filter er en kombination af drosler og kondensatorer, der er afstemt til en bestemt frekvens. Ved den frekvens har filteret meget lav impedans, så de harmoniske strømme løber ind i filteret i stedet for ud i nettet. Et filter til 5. harmoniske afstemmes typisk lidt under 250 Hz.
Passive filtre er gode til faste belastninger, hvor du kender de harmoniske på forhånd. Et typisk eksempel er en stor frekvensomformer på en pumpe eller en ventilator, der kører stabilt det meste af tiden.
Fordele ved passive filtre:
- Enkel og robust opbygning uden aktiv elektronik
- Høj virkningsgrad
- Lav pris, når filteret passer til en kendt belastning
Ulemper ved passive filtre:
- Virker kun på de ordener, filteret er afstemt til.
- Leverer reaktiv effekt ved 50 Hz. Ved lav belastning kan det give overkompensering og for høj spænding.
- Kan optage harmoniske fra andre belastninger og resten af nettet og dermed blive overbelastet.
- Kan danne resonans med nettet eller med eksisterende kondensatorbatterier, hvis det ikke dimensioneres omhyggeligt.
Derfor skal et passivt filter altid dimensioneres ud fra en måling og en beregning af nettet. Har du allerede et kondensatorbatteri til fasekompensering, skal det indgå i beregningen. Læs mere om resonans i kondensatorbatterier.
Hvordan virker et aktivt filter?
Et aktivt filter måler løbende strømmen til belastningen og beregner de harmoniske. Herefter sender det en strøm ud, der er det præcise modsatte af de harmoniske, så de ophæver hinanden. Resultatet er, at nettet kun ser en næsten ren 50 Hz-strøm.
Aktive filtre bygger på effektelektronik, der svarer til en frekvensomformer. De reagerer hurtigt og følger belastningen, når den ændrer sig. Derfor er de velegnede til anlæg med mange forskellige kilder til harmoniske, og hvor belastningen svinger over døgnet.
Fordele ved aktive filtre:
- Filtrerer mange harmoniske ordener på én gang
- Tilpasser sig automatisk, når belastningen ændrer sig
- Kan også kompensere reaktiv effekt og ubalance mellem faserne
- Kan ikke overbelastes. Er de harmoniske større end filterets mærkestrøm, filtrerer det op til sin grænse.
- Modulær opbygning, så du kan udvide, når anlægget vokser
Ulemper ved aktive filtre:
- Højere pris pr. ampere end et passivt filter
- Lidt højere tab end et passivt filter
- Kræver korrekt placering af strømtransformere for at måle rigtigt
Et aktivt filter er ofte det sikre valg, når du er i tvivl, eller når anlægget ændrer sig over tid. Det skal dog stadig dimensioneres efter en måling, så det er stort nok til at klare de harmoniske, når belastningen er højest.
Hvad er et hybridfilter?
Et hybridfilter kombinerer et passivt filter med en aktiv del. Det passive filter tager hovedparten af de harmoniske, typisk de laveste ordener som 5. og 7. Den aktive del tager resten og tilpasser sig, når belastningen ændrer sig.
Hybridfiltre bruges især ved store anlæg, hvor et fuldt aktivt filter bliver dyrt. Du får en stor del af det aktive filters fleksibilitet til en lavere pris. Til gengæld er hybridfiltre mere komplekse at dimensionere, fordi begge dele skal spille sammen med nettet.
Hvornår skal du vælge aktivt, passivt eller hybrid?
Valget afhænger især af tre ting: hvor meget belastningen svinger, hvor mange forskellige kilder til harmoniske der er, og hvor stor den samlede belastning er. Brug tabellen som et første pejlemærke, og lad en måling afgøre det endelige valg.
| Situation | Anbefaling | Hvorfor |
|---|---|---|
| Én stor frekvensomformer med stabil drift | Passivt filter | Kendte harmoniske og fast belastning |
| Mange frekvensomformere, der starter og stopper | Aktivt filter | Belastningen svinger, og mange ordener skal filtreres |
| Kontorbygning med meget IT og LED | Aktivt filter | Mange enfasede kilder, 3. harmoniske og ubalance |
| Datacenter eller UPS-anlæg | Aktivt filter | Varierende belastning og krav til høj elkvalitet |
| Stor industri med høj samlet effekt | Hybridfilter | Passiv grundfiltrering og aktiv finjustering |
| Eksisterende kondensatorbatteri med resonansproblemer | Aktivt filter eller ny fasekompensering | Undgå at tilføje flere kondensatorer, der kan forværre resonansen |
| Anlæg, der skal udvides de kommende år | Aktivt filter | Modulært og kan udbygges |
Har du mange enfasede belastninger, så læs også om 3. harmoniske og nullederen.
Hvad koster et harmonisk filter?
Prisen afhænger af filterets størrelse i ampere, typen og hvor mange anlæg det skal dække. Pr. ampere er et passivt filter som regel billigst, og et aktivt filter dyrest. Men den rigtige sammenligning er prisen for at løse problemet, ikke prisen pr. filter.
Et aktivt filter kan ofte dække flere belastninger fra én central placering. Et passivt filter sidder typisk ved den enkelte belastning. Har du mange mindre kilder til harmoniske, kan ét aktivt filter derfor være billigere end flere passive.
Husk også at regne med:
- Måling og dimensionering før køb
- Installation og eventuel udvidelse af tavlen
- Driftsomkostninger og tab
- Behov for fasekompensering, som et aktivt filter kan løse samtidig
- Fremtidige udvidelser af anlægget
Sådan dimensionerer du et harmonisk filter
Et filter dimensioneres ud fra en måling af de harmoniske over en hel driftsperiode. Uden data risikerer du et filter, der er for lille, for stort eller af den forkerte type. En god dimensionering bygger på:
- THDi og de enkelte harmoniske ordener ved den højeste belastning.
- Belastningsprofilen over døgnet og ugen, så du ved, hvor meget belastningen svinger.
- Nettets data, fx transformerens størrelse og kortslutningseffekten.
- Eksisterende kondensatorbatterier, som kan give resonans sammen med et nyt filter.
- Kravene, du skal opfylde, fx fra netselskabet eller en projektspecifikation.
- Fremtidige udvidelser, så filteret ikke bliver for lille om få år.
En elkvalitetsanalyse giver dig de data, filteret skal dimensioneres ud fra. Har du allerede en elkvalitetsmåler installeret, kan dataene ofte bruges direkte. Læs mere om måling af harmoniske.
Alternativer til et harmonisk filter
Et filter er ikke altid den eneste løsning. Ved nyanlæg kan du ofte begrænse de harmoniske ved kilden:
- Netdrossel eller DC-drossel i frekvensomformeren dæmper de harmoniske. Det er billigt, men reducerer mindre end et filter.
- Frekvensomformere med 12-puls eller aktiv indgang giver langt færre harmoniske end en almindelig 6-puls omformer. De er dyrere i indkøb.
- Fordeling af belastninger på flere transformere kan sænke THDu på den enkelte forsyning.
I eksisterende anlæg er et harmonisk filter som regel den mest effektive løsning, fordi det kan eftermonteres uden at udskifte udstyret. Læs mere om harmoniske fra frekvensomformere.
Få hjælp til at vælge det rigtige filter
Valget mellem aktivt, passivt og hybridfilter afgøres bedst af en måling. Hos Eluminate måler vi de harmoniske i din installation, beregner nettet og dimensionerer det filter, der passer til dit anlæg. Vi leverer aktive, passive og hybride filtre og følger op med en ny måling, så du kan se effekten.
Se vores harmoniske filtre eller book en elkvalitetsanalyse.
Ofte stillede spørgsmål om aktive og passive filtre
Skrevet af
Anders Dahl Johnsen
Partner, CCO & Lead Consultant
Anders har mange års erfaring med elkvalitet, harmoniske filtre og måling i industri og energi, og hjælper virksomheder med at finde og løse problemer i elnettet.
anddj@eluminate.dk