Theoretische Grundsätze

Zur Verbesserung des Leistungsfaktors einer Anlage benötigt man eine Kompensationsanlage, die als Blindleistungsquelle fungiert.

Diese Anordnung dient zur Blindleistungskompensation.

Eine induktive Last mit niedrigem Leistungsfaktor bedingt den Durchfluss von (der Systemspannung um 90° nacheilendem) Blindstrom durch die Verteiltransformatoren, Generatoren und Übertragungs-/Verteilungssysteme, was zu Leistungsverlusten und erhöhten Spannungsfällen (siehe Abschnitt Der Leistungsfaktor) führt. Wird der Last ein Parallelkondensator hinzugeschaltet, fließt dessen (kapazitiver) Blindstrom auf dem gleichen Weg durch das Netz wie der Blindstrom der Last. Da, wie in Abschnitt Der Leistungsfaktor aufgezeigt wurde, dieser (der Systemspannung um 90° voreilende) kapazitive Strom I_c genau gegenphasig zum Blindstrom der Last (I_L) ist, heben sich die beiden den gleichen Weg fließenden Komponenten gegenseitig auf, so dass, wenn die Kompensationsanlage groß genug ist und I_c = I_L, kein Blindstrom in das dem Kondensator vorgeschaltete System fließt.

Dies wird in Abb. L8 (a) und (b) veranschaulicht, in der nur der Durchfluss der Blindkomponenten des Stroms dargestellt wird.

Abb. L8 – Hauptmerkmale der Blindleistungskompensation

• 

  [a] Ausschließlich Blindstromkomponenten

• 

  [b] Wenn IC = IL, wird die gesamte Blindleistung von der Kompensationsanlage geliefert.

• 

  [c]  (b) mit zusätzlichem Laststrom

In dieser Abbildung:

• stellt R die Wirkleistungselemente der Last dar,
• stellt L die (induktiven) Blindleistungselemente der Last dar,
• stellt C die (kapazitiven) Blindleistungselemente der Geräte zur Blindleistungskompensation (d.h. der Kondensatoren) dar.

In Bild (b) der Abb. L8 ist zu sehen, dass die Kompensationsanlage C den gesamten Blindstrom der Last liefert.

In Bild (c) der Abb. L8 wurde die Wirkstromkomponente hinzugefügt. Die (vollständig kompensierte) Last hat für das Netz einen Leistungsfaktor von 1.

Im Allgemeinen ist eine vollständige Kompensation einer Anlage nicht wirtschaftlich.

Abb. L9 verwendet das in Abschnitt Definition der Leistung über das Leistungsdiagramm (siehe Abb. L2) beschriebene Leistungsdiagramm, um zu verdeutlichen, dass bei der Kompensation mit Hilfe einer Kompensationsanlage mit einer Blindleistung Q_c eine große Blindleistung Q auf einen kleineren Wert Q’ reduziert wird.

Abb. L9 – Diagramm zur Verdeutlichung des Kompensationsprinzips: Qc = P (tan ϕ - tan ϕ’)

Dabei reduziert sich die Scheinleistung S auf S’.

Beispiel:

Ein Motor verbraucht 100 kW bei einem Leistungsfaktor von 0,75 (d.h. tan  φ = 0,88). Zur Verbesserung des Leistungsfaktors auf 0,93 (d.h. tan φ = 0,4) muss die Blindleistung der Kompensationsanlage Q_c = 100 (0,88 - 0,4) = 48 kvar betragen.

Der gewählte Kompensationsgrad und die Bemessung der Kompensationsanlage hängen von der jeweiligen Anlage ab. Eine allgemeine Beschreibung der zu berücksichtigenden Faktoren finden Sie im Abs. Ermitteln_des_kapazitiven_Blindleistungsbedarfs, eine Beschreibung bezüglich Transformatoren im Abs. Kompensation_an_Transformatoren und Motoren im Abs. Blindleistungskompensation_von_Asynchronmotoren.

Hinweis:Vor dem Einschalten oder Berechnen einer Kompensation sind einige Vorsichtsmaßnahmen zu beachten. Insbesondere sollte eine Überdimensionierung ebenso vermieden werden wie der Leerlauf von Motoren. Im Leerlauf führt die von einem Motor verbrauchte Blindleistung zu einem sehr niedrigen Leistungsfaktor (≈ 0,17), da die vom Motor aufgenommene Wirkleistung (ohne Last) sehr klein ist.