Equalizer

In elektrischen Stromversorgungssystemen ist ein Ausgleicher ein Gerät oder eine Schaltung, die Strom oder Spannung auf parallele Pfade verteilt, um zu verhindern, dass ein Pfad übermäßig belastet wird. Während die Definition in der Audiotechnik eine Frequenzanpassung im Schall beschreibt, löst der Ausgleicher in Stromversorgungssystemen ein anderes Problem: Er stellt sicher, dass mehrere parallel geschaltete Leiter, Transformatorwicklungen oder Sammelschienenbereiche die elektrische Last fair verteilen. Ohne Ausgleich führen Fertigungstoleranzen, Temperaturunterschiede oder Alterung dazu, dass einige Pfade zu viel Strom führen, während andere ungenutzt bleiben, was zu Überheizung und vorzeitigem Ausfall des überbelasteten Pfades führt.

Die häufigste Anwendung ist in parallel geführten Leiterbündeln in Hochspannungs-Fernleitungen und Verteilnetzen. Wenn zwei oder drei Leiter nebeneinander laufen, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen, müssen sie die Last gleichmäßig verteilen. Eine Ausgleichsdrossel (eine kleine Induktivität) kann in der Mitte der Leiter oder in Abständen eingefügt werden. Diese Drossel zwingt den Strom zur Umverteilung, wenn ein Leiter mehr als seinen Anteil trägt, und erhält eine annähernd gleichmäßige Stromverteilung im Bündel. Der Ausgleichseffekt verbessert sich mit der Leiterlänge; längere parallele Strecken profitieren stärker von Mittelspannungs-Ausgleichers.

Ein weiterer kritischer Einsatz liegt in Transformatorengruppen. Wenn zwei oder mehr Transformatoreinheiten parallel geschaltet werden, um eine Last zu versorgen, können Ausgleichsdrosseln oder Widerstände in Serie mit jeder Primärwicklung hinzugefügt werden. Diese Geräte gleichen die Impedanzen der Transformatoren an und verhindern, dass eine Einheit den Großteil der Leistung liefert, während die andere untätig ist. Ohne Ausgleich beansprucht der Transformator mit der niedrigsten Impedanz den Löwenanteil des Stroms und kann überhitzen, während sein parallel geschalteter Partner kühl bleibt und unterausgelastet ist. Die Wahl zwischen Seriedrosseln und Widerständen hängt davon ab, ob die Transformatorimpedanzen mit der Last fest oder veränderlich sind.

Ausgleicher in Batterie- und Generatorsystemen

Batteriebänke und parallel geschaltete Dieselgeneratoren verlassen sich auf Ausgleicher, um unausgewogene Entladung oder unfaire Lastverteilung zu verhindern. In Batteriesystemen sind Ausgleicher Widerstands- oder Reaktivnetzwerke, die einen gleichmäßigen Spannungsabfall über Zellen oder Module in Serie fördern. Bei Generatorparallelschaltung stellt ein Ausgleichernetzwerk am Sammelschienensystem sicher, dass jeder Generator proportionalen Strom liefert, besonders kritisch während der Synchronisierung und bei Lasttransienten. Ohne ordnungsgemäße Ausgleichung kann ein Generator plötzlich überbelastet werden, wodurch er die Synchronität verliert und abschaltet.

Der Begriff Ausgleicher spiegelt seine Funktion wider: Spannungsabfall, Stromverteilung oder Impedanz über parallele Elemente zu egalisieren. Er findet sich in ganzen Umspannwerken, großen industriellen Stromverteilungsanlagen und Backup-Stromversorgungssystemen. Ingenieure dimensionieren Ausgleicher auf Basis der Impedanzabweichung zwischen parallelen Pfaden und der zulässigen Stromabweichung, mit dem Ziel von typischerweise nicht mehr als 5 bis 10 Prozent Abweichung im stationären Zustand.