Grundlagen zu Blindleistung und Kompensation

Was ist Blindleistung?

Ein Teil des Stroms aus dem Netz wird in Arbeit umgesetzt (Wärme, Licht, Bewegung), ein anderer Teil dient dem Aufbau des Magnetfelds von Verbrauchern wie Motoren, Transformatoren und Vorschaltgeräten. Der in Arbeit umgesetzte Anteil heißt Wirkleistung (kW), der für das Magnetfeld hin- und herpendelnde Anteil Blindleistung (kVAr).

Blindleistung verrichtet keine Arbeit, belastet aber weiterhin Kabel und Transformatoren mit Strom. Beide wirken gemeinsam auf den Gesamtstrom; diese Summe heißt Scheinleistung (kVA).

• P Wirkleistung (kW)
• Q Blindleistung (kVAr)
• S Scheinleistung (kVA)

Was ist der Leistungsfaktor (cos φ)?

Der Leistungsfaktor gibt an, welcher Anteil der bezogenen Scheinleistung tatsächlich in Wirkleistung umgesetzt wird. Je näher er an 1 liegt, desto effizienter nutzt die Anlage das Netz.

Bei niedrigem Leistungsfaktor ist für dieselbe Wirkleistung ein höherer Strom nötig. Das hat folgende Folgen:

• Kabel und Transformatoren werden unnötig stark belastet.
• Leitungsverluste und Spannungsfall nehmen zu.
• Die Anlage verschwendet einen Teil ihrer Kapazität für Blindstrom.
• Werden die vom Netzbetreiber festgelegten Grenzen überschritten, erscheint ein Blindenergieentgelt auf der Rechnung.

Induktive und kapazitive Lasten

Verbraucher belasten das Netz auf zwei verschiedene Arten mit Blindleistung:

• Induktive Lasten: Asynchronmotoren, Transformatoren, Schweißgeräte, Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte. Sie beziehen induktive Blindleistung aus dem Netz. In der Industrie ist dies der häufigste Fall.
• Kapazitive Lasten: Kondensatoren und einige elektronische Geräte. Sie speisen kapazitive Blindleistung ins Netz.

Ziel der Kompensation ist es, die induktive Blindleistung vor Ort mit Kondensatoren zu decken. Bleiben die Kondensatoren bei sinkender Last jedoch zugeschaltet, kann die Anlage in den kapazitiven Bereich geraten. Auch der kapazitive Bereich unterliegt Grenzwerten, daher muss die zugeschaltete Kondensatorleistung an die Last angepasst werden.

Grenzwerte für Blindleistungsentgelte

Nach den Vorschriften der türkischen Energiemarktaufsicht (EPDK) ist im Verhältnis zur bezogenen Wirkenergie eine bestimmte Menge Blindenergie frei. Werden diese Verhältnisse überschritten, wird der überschreitende Anteil berechnet. Induktiv und kapazitiv werden getrennt erfasst.

Diese Verhältnisse entsprechen ungefähr folgenden Leistungsfaktorwerten:

Woraus besteht eine Kompensationsanlage?

Eine automatische Kompensationsanlage vereint im Wesentlichen folgende Bauteile:

• Stromwandler: Überträgt den von der Anlage bezogenen Strom an den Regler.
• Blindleistungsregler: Berechnet aus Strom und Spannung den Leistungsfaktor und entscheidet, welche Stufen zu- oder abgeschaltet werden, um den Sollwert zu erreichen.
• Schaltelemente: Schütze oder Thyristormodule schalten die Stufen zu und ab.
• Kondensatoren: Decken die Blindleistung.
• Shunt-Drosseln: Dienen bei Bedarf zum Ausgleich eines kapazitiven Überschusses.
• Schutzorgane: Sicherungen, Schalter und Meldetechnik.

Der Regler überwacht laufend die Laständerungen und schaltet Stufen zu oder ab. So wird der Leistungsfaktor um den Sollwert gehalten.

Schütz- und Thyristorschaltung

Zum Zuschalten der Kondensatorstufen werden zwei Verfahren eingesetzt:

Ändert sich die Last sehr schnell, kann eine Schützanlage nicht folgen. Dann wird die Blindleistung unter Umständen nicht rechtzeitig bereitgestellt. Für solche Lasten wird die Thyristorschaltung bevorzugt.

Oberschwingungen

Nichtlineare Lasten wie Antriebe, Gleichrichter, USV-Anlagen und LED-Beleuchtung verzerren die Stromkurve. Die Anteile bei Vielfachen der Grundfrequenz (50 Hz) heißen Oberschwingungen.

In einem Netz mit Oberschwingungen können Kondensatoren in Resonanz geraten, zu hohen Strom ziehen, sich erhitzen und früher ausfallen. Daher gilt in Anlagen mit hohen Oberschwingungen:

• Zuerst sollte der Oberschwingungspegel gemessen werden,
• Bei Bedarf sollte eine in Reihe geschaltete Verstimmungsdrossel (verdrosselte Kompensation) mit den Kondensatoren eingesetzt werden,
• Die Nennspannung der Kondensatoren muss zur Netzspannung und zum Oberschwingungspegel passen.

Was misst ein Energieanalysator?

Ein Energieanalysator erlaubt es, den elektrischen Zustand einer Anlage in einem einzigen Gerät zu überwachen. Üblicherweise werden folgende Größen gemessen:

• Phasenspannungen und -ströme
• Wirk-, Blind- und Scheinleistung
• Leistungsfaktor (cos φ) und Frequenz
• Wirk- und Blindenergieverbrauch
• Oberschwingungskomponenten

Diese Werte zeigen, ob die Kompensationsanlage korrekt arbeitet, ob die Grenzwerte überschritten werden und wie sich die Last im Tagesverlauf verändert.

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