Hochleistungskondensatoren Höhere Energieeffizienz und Energiekosteneinsparung durch optimale Blindleistungskompensation

Durch das Kompensieren von Blindleistung kann der Stromverbrauch induktiver Lasten deutlich gesenkt werden. In der EU 25 (seit 2007 hat die EU 27 Mitgliedsstaaten) könnten nach Berechnung des ZVEI jährlich 48 TWh durch vollständige Blindleistungskompensation eingespart. Das entspricht der Jahresleistung von vier Großkraftwerken.

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Die Energieeinsparung von 48 TWh durch Blindleistungskompensation entspricht dem Verbrauch von rund 13.000 Haushalten oder dem Ausstoß von etwa 19 Mio. t CO2. Wie kommt es zu Blindleistung? Sie entsteht immer dann, wenn eine Last keine rein ohmsche Charakteristik hat. Dazu zählen vor allem Lasten, die das Netz induktiv beaufschlagen. Typische Vertreter sind Motoren, Transformatoren, USV-Anlagen oder Schweißgeräte.

Diese Lasten verursachen eine Verschiebung zwischen der Sinuswelle der Spannung und der des Stroms. Nutzbar, zum Beispiel bei einem Motor, der ein Drehmoment aufbringen muss, ist aber nur der Anteil von Strom und Spannung, der in Phase liegt. Daraus entsteht die so genannte Wirkleistung. Der Anteil des Stroms, der nicht mit der Spannung in Phase liegt, erzeugt dagegen die so genannte Blindleistung.

Blindleistung hat keinen nutzbaren Wert

Der Wert dieser Phasenverschiebung wird als cos φ definiert. Im optimalen Fall, also wenn keine Verschiebung zwischen Spannung und Strom vorliegt beträgt er 1. Bei Motoren sind cos-φ-Werte von rund 0,7 üblich. Dabei wird dem Netz genauso viel Blindleistung wie Wirkleistung entnommen.

Auch wenn die Blindleistung keinerlei nutzbaren Wert hat, muss sie dennoch bereitgestellt werden. Dies ist natürlich für den Energieverbraucher wie auch den Energieerzeuger wenig sinnvoll, da dadurch hohe Kosten entstehen. Um die Effizienz zu steigern, ist Blindleistungskompensation erforderlich.

Wichtigstes Bauelement zur Blindleistungskompensation ist der Kondensator. Weil es unterschiedliche Anforderungen gibt, hat der Weltmarktführer EPCOS jeweils spezielle Typen entwickelt: PhaseCap (erhöhte Anforderungen im Hinblick auf Schaltspiele und Lebensdauer, für Netze bis 800 V), PhaseCap Compact (basierend auf der PhaseCap-Reihe mit noch höherer Lebensdauer und optimierten Eigenschaften), PhiCap (allgemeine Kompensationsanlagen ohne besondere Anforderungen), MKV-Kondensatoren (für Anwendungen mit hohen Umgebungstemperaturen bis 70 °C), PoleCap (zur Anwendung im Außenbereich, etwa zur Montage auf Masten, oder im Innenbereich für Anwendungen mit hohem Feuchtigkeits- oder Staubaufkommen). Daneben bietet EPCOS alle erforderlichen Komponenten für die Kompensation wie Regler, Schütze, Drosseln, Entladewiderstände, Thyristormodule und Messgeräte.

Thyristoren schalten die Kondensatoren

Die so genannte dynamische Blindleistungskompensation hat in den letzten Jahren eine immense Bedeutung erhalten. Sie eignet sich besonders für sehr häufige und schnelle Lastwechsel. Hierbei schaltet ein dynamischer Blindleistungsregler die Kondensatoren über Thyristormodule. Sie arbeiten im Vergleich zu Schützen verschleißfrei. Außerdem schalten sie im Nulldurchgang, wodurch keine Entladungspausen für die Kondensatoren erforderlich sind. Typische Anwendungen sind hierbei Schweißanlagen, Industriepressen, Windkraftanlagen, Aufzüge und Kräne.

Ein sehr gelungenes Beispiel für die dynamische Blindleistungskompensation ist ein Projekt von EPCOS in der Changxing Shipbuilding Base vor Shanghai, eine der größten Werften weltweit. Hier werden seit 3 Jahren mit 44 Kompensationsanlagen insgesamt 7000 kvar (Kilovolt Ampere Reaktiv) Blindleistung von Schweißgeräten und Kränen kompensiert. Als Wirkleistung entspräche das der Leistung, die ein Zug vom Typ ICE 3 aufnimmt.

*Petra Jungwirth arbeitet im Product Marketing PFC bei EPCOS, München.

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