Kompensation von elektrischen Anlagen

Allgemeine Grundlagen

Viele elektrische Verbraucher entnehmen dem Netz neben der nutzbaren Wirkleistung auch Blindleistung , die z.B. bei Motoren und Transformatoren als Magnetisierung und bei Stromrichtern als Steuer- und Kommutierungsblindleistung auftritt. Ihr Transport ist unwirtschaftlich, da sie in keine andere nutzbare Energieformen umgesetzt wird.

Für die Erzeugung und den Transport der elektrischen Energie werden Betriebs- mittel wie Generatoren, Freileitungen, Kabel, Transformatoren und Schalt- anlagen benötigt. Diese Betriebsmittel müssen also zusätzlich zur nutzbaren Wirkleistung auch Blindleistung bereitstellen und transportieren. Das ist unwirtschaftlich. Die Energiekosten werden um so günstiger, je weniger Blind- arbeit eine Anlage verbraucht, d.h., je größer ihr Leistungsfaktor cosj ist.

Es gibt 3 wesentliche Möglichkeiten den Leistungsfaktor zu verbessern :

1. Verbesserung mit Hilfe von Kondensatoren
2. Verbesserung durch umlaufende Phasenschieber
3. Verbesserung durch Zuschalten von Wirkleistung

Da die 2. und 3. Möglichkeit der Kompensation nicht sehr häufig gebraucht werden, beschränke ich mich, nach einer kurzen Erläuterung der Funktionsweise dieser Möglichkeiten, auf die Kompensation mit Kondensatoren.

Kompensation durch umlaufende Phasenschieber

Umlaufende Phasenschieber, z.B. Synchronmaschinen, geben bei Übererregung kapazitive Blindleistung an das Netz ab, und gleichen somit die induktive Blindleistung aus. Sie werden aber hauptsächlich in großen Ringnetzen auf der Hochspannungsseite eingesetzt. In Energieversorgungsanlagen auf der Niederspannungsseite und bei örtlichen Energieversorgungsunternehmen spielt diese Art der Kompensation aber keine Rolle mehr.

Kompensation durch Zuschalten von Wirkleistung

Unter besonderen Tarifbedingungen kann es wirtschaftlich sein, durch Zuschalten von Heizwiderständen (cosᵠ = 1) für die Warmwasserbereitung oder Wärmeöfen den Leistungsfaktor durch diese Wirkleistung ΔP zu verbessern. Die nötige induktive Blindleistung QL bleibt dabei konstant.

Kompensation mit Hilfe von Kondensatoren

Durch eine verbrauchernahe Blindstromkompensation mit Leistungs- kondensatoren direkt am Niederspannungsnetz können die Übertragungs- einrichtungen entlastet werden, da die Blindleistung nicht mehr vom Netz geliefert, sondern von den Kondensatoren bereitgestellt wird (siehe Grafik 4). Die Übertragungsverluste werden verringert, die Energieverbrauchskosten gesenkt und kostspielige Erweiterungen unnötig, denn mit den gleichen Betriebs- mitteln kann man durch Blindstromkompensation mehr Wirkleistung übertragen. Kondensatoren können zur Einzel-, Gruppen- oder zur Zentralkompensation eingesetzt werden. In der Praxis wird von vielen Elektrizitätsversorgungs- unternehmen ein Leistungsfaktor cos ? [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 0,9 vorgeschrieben.

Bestimmung der Kondensatorleistung :

Eine Anlage mit der installierten Wirkleistung P soll vom Leistungsfaktor cos ᵠ1 auf einen Leistungsfaktor cos ᵠ2 kompensiert werden. Die hierfür notwendige Kondensatorleistung errechnet sich zu :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durch die Kompensation verringert sich die übertragene Scheinleistung S. Die ohmschen Übertragungsverluste nehmen mit dem Quadrat der Ströme ab.

Ermittlung der Blindleistung in Betriebsnetzen

Bei Anlagen, die sich noch im Projektierungsstadium befinden, kann man näherungsweise davon ausgehen, daß die Blindleistungsverbraucher in erster Linie Asynchronmotoren sind, die mit einem mittleren Leistungfaktor cosᵠ = 0,7 arbeiten. Zur Kompensation auf cosᵠ = 0,9 wird eine Kondensatorleistung von etwa 50 % der Wirkleistung benötigt :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei Anlagen, die bereits in Betrieb sind, kann die erforderliche Kondensator- leistung durch Messungen festgestellt werden. Wenn Wirk- und Blindarbeits- zähler vorhanden sind, kann der Bedarf an Kondensatorleistung aus den monatlichen Stromrechnungen entnommen werden. Er berechnet sich aus :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

tanᵠ2 ist abhängig vom cosj2 nach folgender Tabelle

Umrechnung von cosᵠ in 1/cosᵠ und tanᵠ :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Sind keine Blindarbeitszähler vorhanden, kann die Kondensatorleistung durch den Einsatz von Blind- und Wirkleistungsschreibern ermittelt werden.

Beispiel :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Bei einer Unkompensierten Anlage errechnen sich folgende Werte :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2. Bei einer Kompensierten Anlage errechnen sich folgende Werte :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durch die Kompensation von cosᵠ1 = 0,6 auf cosᵠ2 = 0,9 kann 34% mehr Wirkleistung übertragen werden. Die Übertragungsverluste verringern sich um 56% .