Blinde Leistungskompensation mit Kondensatorbänken – Aufbau, Dimensionierung und Betrieb.
Q_C = P × (tan φ₁ - tan φ₂)Benötigte Blindleistung zur Kompensation
Kompensationsanlagen bestehen aus Kondensatorbänken, die induktive Blindleistung ausgleichen. Sie verbessern den Leistungsfaktor (cos φ), reduzieren Strombelastung und vermeiden Blindstromzuschläge des Energieversorgers.
Dieser Ratgeber erklärt den Aufbau, die Dimensionierung und den sicheren Betrieb von Kompensationsanlagen.
| Art | Ort | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|
| Einzel | Am Verbraucher | Entlastet ganze Anlage | Viele Kondensatoren |
| Gruppe | Unterverteilung | Flexibel, gut geteilt | Mittlerer Aufwand |
| Zentral | Hauptverteilung | Einfach, automatisch | Keine Leitungsentlastung |
| Bauteil | Funktion |
|---|---|
| Blindleistungsregler | Misst cos φ, schaltet Stufen |
| Kondensatorstufen | Liefern kapazitive Blindleistung |
| Schütze | Schalten Stufen ein/aus |
| Vordrosseln | Verhindern Resonanz, filtern Oberschwingungen |
| Sicherungen | Schutz der Stufen |
| Entladewiderstand | Entlädt Kondensatoren nach Abschaltung |
Q_C = P × (tan φ₁ - tan φ₂)
| cos φ | tan φ |
|---|---|
| 0,7 | 1,02 |
| 0,8 | 0,75 |
| 0,85 | 0,62 |
| 0,9 | 0,48 |
| 0,92 | 0,43 |
| 0,95 | 0,33 |
| 1,0 | 0 |
| Anlagengröße | Stufenanzahl | Stufung |
|---|---|---|
| < 50 kvar | 4-6 | 1:1:1:1 |
| 50-200 kvar | 6-8 | 1:2:2:2:2 |
| > 200 kvar | 8-12 | 1:2:4:4:4 |
| Verdrosselungsgrad | Anwendung |
|---|---|
| 7% (f_R = 189 Hz) | Starke Oberschwingungen |
| 14% (f_R = 134 Hz) | Standard bei FU-Last |
| Unverdrosselt | Nur lineare Lasten |
| Problem ohne Drossel | Lösung |
|---|---|
| Resonanz mit Netz-L | Drossel verstimmt Resonanz |
| Oberschwingungsverstärkung | Drossel filtert OSW |
| Kondensator-Überlastung | Drossel begrenzt Strom |
⚠ Kondensatoren nach Abschaltung:
| Schutz | Funktion |
|---|---|
| Sicherungen (HH) | Kurzschlussschutz |
| Schmelzsicherung pro Stufe | Individuelle Absicherung |
| Übertemperaturschutz | Thermorelais |
| Überspannungsableiter | Schutz gegen Transienten |
Aufgabe
Ein Betrieb hat P = 200 kW bei cos φ = 0,75. Ziel ist cos φ = 0,95.
Lösung
Verdrosselte Anlage 120 kvar (7%) mit 6 Stufen.
DIN VDE 0560: Kondensatoren
DIN EN 61921: Leistungskondensatoren
IEEE 18: Shunt Power Capacitors
Wichtige Festlegungen:
Kompensationsanlagen – Zusammenfassung:
Dimensionierung: Q_C = P × (tan φ₁ - tan φ₂)
Verdrosselung:
| Grad | f_R | Anwendung |
|---|---|---|
| 7% | 189 Hz | Starke OSW |
| 14% | 134 Hz | Standard |
Sicherheit: ⚠ Entladezeit abwarten (5 min)
Bei einem niedrigen cos φ (z.B. 0,75) fließt viel Blindstrom, der die Leitungen und Transformatoren belastet, ohne Nutzarbeit zu verrichten. Der Energieversorger berechnet ab einem cos φ unter 0,9 einen Blindstromzuschlag. Außerdem reduziert eine Kompensation die Verluste in der Anlage.
Wenn in der Anlage nichtlineare Lasten vorhanden sind (Frequenzumrichter, Schaltetzteile, Gleichrichter), entstehen Oberschwingungen. Diese können mit unverdrosselten Kondensatoren in Resonanz geraten. Eine 7% oder 14% Verdrosselung verhindert dies und filtert teilweise die Oberschwingungen.
Mindestens jährlich sollten geprüft werden: Sichtkontrolle auf Schäden, Messung des cos φ, Prüfung der Stufenschaltung, Kontrolle der Temperaturen. Kondensatoren haben eine Lebensdauer von ca. 10-15 Jahren und sollten dann ersetzt werden.