A villamos energiatermelők (erőművek) és elosztók (áramszolgáltatók) jelentős mértékben ki vannak szolgáltatva a fogyasztás véletlenszerű változásainak.

Ezek a fogyasztásváltozások (ingadozások) a termelés és fogyasztás folyamatos utánszabályozását igénylik mind az erőművek, mind a szolgáltatók részéről az energetikai egyensúly fenntartása, illetve az energiavásárlások és energiaexportok optimalizálása érdekében.

A fogyasztás oldali (terhelés oldali) szabályozás egyik általánosan elterjedt módszere, hogy bizonyos villamos energia fogyasztókat valamilyen előzetesen meghatározott menetrend szerint központilag távirányítással ki-, illetve bekapcsolnak. Ezt a módszert a köznyelv „éjszakai áram”-ként emlegeti, de ennél a felhasználási módnál sokkal több lehetőséget is nyújt.

A kapcsolásokat a szolgáltatók központilag, túlnyomó részt a villamos hálózatra adott, az 50Hz-es hálózati alapfrekvenciánál nagyobb, egyébként pedig a hangfrekvenciás tartományba eső frekvenciájú kapcsoló jellel végzik, amelyet az egyes fogyasztási helyeken felszerelt vevőegységek érzékelnek, és ennek megfelelően beavatkozásokat hajtanak végre.

A szolgáltatók az ún. „vezérelt” energiafogyasztás igénybevételét díjkedvezménnyel ösztönzik.

A hangfrekvenciás központi vezérlés (HFKV) rendszer lényege tehát az, hogy a különböző helyeken és céllal felszerelt vevőkészülékekkel egy központi helyről (automatikusan vagy kézi beavatkozással) vezérlési műveleteket (ki-be kapcsolásokat) lehessen végrehajtani. A HFKV adó és a fogyasztóknál elhelyezett HFKV vevők közötti kommunikáció az adott hangfrekvencián előállított, speciális jelsorozatok (ún. „táviratok”) kiküldésével történik, a táviratok címzettjei pedig végrehajtják a megfelelő kapcsolásokat.

A vezérelt fogyasztók sokfélék lehetnek: jellemzően hőtárolós kályhák, bojlerek, illetve a közvilágítási rendszerek tartoznak ide, de példásul ily módon vezérelhetők a fogyasztásmérők tarifaváltásai is.

A központilag vezérelt ki- és bekapcsolás eredményeként mérsékelhetők a fogyasztási csúcsidőszakok ill. jobban kihasználhatóvá válnak a völgyidőszakok (terhelési görbe kiegyenlítése).

Az elektromos elosztó hálózaton minden áramszolgáltató törvényileg szabályozott kötelessége, hogy biztosítsa hálózatán a hengfrekvenciás kapcsoló jel megfelelő jelszintjét, hiszen ennek hiányában ún. kapcsolási hazárdok léphetnek fel.

A HFKV jelszint nagyságát minden szolgáltató rendszeresen ellenőrzi, a jelszint nagysága jellemzően a névleges hálózati feszültség 1..4 %-a.

A Hangfrekvenciás Központi Vezérlés (HFKV) megfelelő jelszintjét biztosító hálózati elemek a következők:

• Hangfrekvenciás adó
• Csatoló egység
• Hangfrekvenciás vevőkészülékek
• Hangfrekvenciás szűrők a jelterjedés megakadályozására
• Vezérlő számítógépek

Összefoglalónk további részében – az általános ismeretanyagot jelentősen leszűkítve – csupán a hangfrekvenciás szűrők, illetve konkrét esetben az ún. hangfrekvenciás zárókörök szerepére és működésére összpontosítunk.

Hangfrekvenciás záróköröket a villamos elosztó hálózaton terjedő HFKV jelszint nagyságának megóvása, illetve a hálózatra kapcsolt kiserőművek hálózati visszahatásaként jelentkező, zavaró, közbenső harmonikusok által okozott kapcsolási hazárdok megakadályozása céljából alkalmazunk. Előbbi jellemzően a forgógépes kiserőművek, utóbbi pedig jelllemzően az inverteres áramátalakítóval felszerelt kiserőművek hálózatra kapcsolódása esetén fordul elő.

A HFKV zárókörök megvalósíthatók közép- illetve kisfeszültségű oldalon is.

Általános tapasztalat tehát, hogy a hálózatra kapcsolt kiserőművek forgógépei a hagfrekvenciás jelszint jelentős csökkenését okozzák. A jelenség főként a forgógépek tekercselésének – névleges teljesítménytől függő nagyságú, azonban mindenképpen kis érékű – impedanciájával magyarázható, amely a hálózaton terjedő hangfrekvenciás jel szempontjából söntként viselkedik.

A jelenség kiküszöbölésére az a megoldás terjedt el, hogy generátor áramkörébe egy olyan hálózati elemet építenek be, amely az adott HFKV frekvencián – szűrőként funkcionálva – kvázi megnöveli a kiserőmű villamos forgógépének impedanciáját, és ezáltal megakadályozza a HFKV jelszint káros mértékű csökkenését.

A jelszint csökkenésének várható mértéke az alkalmazott generátor impedancia értékeinek és a hálózati jellemzők ismeretében előzetesen számítható, illetve a jelszint nagysága utólag méréssel ellenőrizhető.

HFKV zárókör beépítésének szükségessége két kritérium alapján döntendő el:

• Mindenkor biztosítani kell a hálózaton a HFKV jelszint minimális értékét, illetve
• HFKV jelszint csökkenése – a generátor hálózatra kapcsolódását követően – nem haladhat meg egy előírt nagyságot

Bármely kritérium nem teljesülése egy HFKV aktív vagy passzív zárókör beépítését teszi szükségessé.

Általános tapasztalat, hogy az áramszolgáltatók a kiserőművek csatlakozási terveinek elfogadása során – gyakorlatilag minden esetben – eleve előírják a HFKV zárókörök utólagos beépíthetőségének lehetőségét.

Ennek az az oka, hogy egyrészt nagyon gyakran az előzetes mérések és számítások alapján még nem dönthető el egyértelműen a HFKV zárókör szükségessége, csak a létesítési fázist követő mérések során derül ki a tényszerű HFKV jelszint, illetve másrészt számolni kell azzal, hogy az adott ellátási körzetben esetleg újabb forgógépes kiserőművek lépnek később üzembe, amelyek a már üzemelővel együtt, összességében a HFKV jelszint meg nem engedhető mértékű csökkenését okozzák.

A vizsgálatok alapján a hálózati engedélyes törvény szerint a már régebben csatlakoztatott termelő egységek csatlakozási feltételeinek szigorítását is előírhatja, ennek teljesítését a kiserőmű üzemeltetője pedig – ugyancsak a törvényben foglaltak szerint – nem tagadhatja meg.

A HFKV zárókörök összefoglaló fő alapadatai (vázlatosan, a teljesség és a pontos meghatározás minden igénye nélkül):

• zárókör névleges feszültsége (szigetelési szintje)
• a zárókör által a primer körön „elviselhető” névleges átmenő áram és teljesítmény
• zárókör rezonancia frekvenciája
• zárókör rezonancia frekvencián mért impedanciája
• a hálózaton mért HFKV jelszint jellemző maximális értéke és kitöltési tényezője
• zárókör speciális arányszámokkal jellemzett „jósági foka”
• névleges feszültségesés a zárókörön
• zárókör maximális disszipációja névleges átmenő terhelés, és a következő pontban korlátozott hálózati viszonyok mellett
• a zárókört üzemszerűen terhelő, de károsodást még nem okozó felharmonikus áramok feltételezett (maximális) értéke

Például a kazincbarcikai szennyvíztelepi kiserőmű esetében – a területileg illetékes áramszolgáltató állásfoglalása alapján – már eleve szükséges volt egy HFKV zárókör beépítése. A kivitelezés során – gazdaságossági okokból – egy nagyon jó ár/érték arányú, 0,4 kV-on csatlakozó, transzformátoros csatolású, passzív HFKV zárókör beépítése történt meg.

Hangfrekvenciás zárókör alapvetően egy hangolt L-C rezgőkör, amely a HFKV jel frekvenciáján rendelkezik a legnagyobb impedanciával.

Működése során tehát az adott vezérlőfrekvencián kvázi megnöveli a generátor impedanciáját, ezzel csökkentve a HFKV jelszint gyengülésének mértékét.

A rezonancia frekvencián mérhető impedancia előírt legkisebb értékét a területileg illetékes áramszolgáltató mérések és a kapcsolódó hálózatszámítások alapján határozza meg.