Bei der Blindleistungskompensation (oder auch Blindstromkompensation genannt) wird in Wechselspannungsnetzen der Blindstrom und die damit verbundene Blindleistung von elektrischen Verbrauchern reduziert.

Blindleistung wird zur Erzeugung elektromagnetischer Felder benötigt. Da sich diese Felder aber kontinuierlich auf- und wieder abbauen, pendelt die Blindleistung nur zwischen Erzeuger und Verbraucher. Sie kann im Gegensatz zur Wirkleistung nicht genutzt, d.h. in eine andere Energieform umgewandelt werden und belastet somit das Stromversorgungs- Leitungsnetz und die Erzeugeranlagen (Generatoren und Transformatoren). Andersherum betrachtet, müssten alle Anlagen für die Bereitstellung des Blindstromes größer ausgelegt werden.

Daher wird am Verbraucher die entstehende induktive Blindleistung durch eine entgegenwirkende kapazitive Blindleistung von möglichst gleicher Größe reduziert. Diesen Vorgang nennt man kompensieren. Bei Kompensation verringert sich der Anteil der Blindleistung im Netz um die Blindleistung des Kompensationskondensators oder der Kompensationsanlage. Die Erzeugeranlagen und Energieübertragungseinrichtungen werden damit entlastet.

Theoretische Betrachtung

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Blindleistungskompensation.png

Im technischen Bereich sind elektrische Verbraucher meist ohmsch-induktiv, d.h. in den Verbrauchern überwiegt die Wirkung eines magnetischen Feldes und es wird induktive Blindleistung verbraucht, daher erfolgt eine Blindleistungskompensation durch Parallelschalten von Kapazitäten, die ihrerseits kapazitive Blindleistung benötigen. Eine Reihenschaltung mit dem Verbraucher ist nicht ratsam, da so ein Reihenschwingkreis entstehen würde, der nahe seiner Resonanzfrequenz betrieben wird. Die folgende Betrachtung bezieht sich ferner auf Verbraucher mit rein sinusförmiger und daher oberschwingungsfreier Stromaufnahme:

Durch die Kompensationsanlage pendelt die Blindleistung zum großen Teil zwischen Verbraucher und Kompensationsanlage. Das Versorgungsnetz wird weniger belastet.

Die für die Belastung des Versorgungsnetzes maßgebliche Größe der Scheinleistung S ist die geometrische Summe aus Wirk (P) - und Blindleistung (Q).

$\backslash underline\; S\; =\; P\_\{gesamt\}\; +\; j(Q\_\{gesamt\})$

$S\; =\; \backslash sqrt\; \{P^2\; +\; Q^2\}$

Die Gesamtblindleistung setzt sich aus induktiven und kapazitiven Blindleistungen des Verbrauchers zusammen, da die kapazitive Blindleistung jedoch per Definition negativ ist, kann die Gesamtblindleistung geringer sein, als die Beträge der einzelnen Blindleistungen.

$Q\_\{gesamt\}\; =\; \backslash \; Q\_L\; \backslash \; +\; Q\_C$

Der Blindleistungsanteil wird in der Regel auf einen Leistungsfaktor $\backslash lambda$, der in diesem Fall gleich $\backslash cos\; \backslash varphi$ ist, von etwa

$\backslash cos\; \backslash varphi\; =\; 0,85\; -\; 0,95$ (induktiv)

kompensiert. Bei Motorenanlagen mit Asynchronmaschinen besteht ansonsten die Gefahr der Selbsterregung, wenn die Blindleistung vollständig kompensiert wird. Bei Selbsterregung wird der Motor mit dem Abklemmen der Stromversorgung zum Generator, und es können gefährliche Überspannungen entstehen. Dieser Fall wird auch als Resonanzfall bezeichnet.

Eine vollständige Kompensation ist ferner aufgrund der schwankenden Belastung eines elektrischen Verbrauchers häufig nicht mit einfachen Kondensatoren oder Spulen durchführbar. Für diesen Zweck werden aktive Leistungsfaktorkorrekturglieder oder sog. "Netzmanagementsysteme" verwendet, die jederzeit die benötigte Menge Blindleistung zur Verfügung stellen.

Bei besonders großen Mengen Blindleistung in Energieversorgungssystemen werden vereinzelt Blindleistungsgeneratoren verwendet. Dies sind Synchrongeneratoren welche je nach Erregerzustand induktive oder kapazitive Blindleistung abgeben können. Solche Blindleistungsgeneratoren bezeichnet man auch als rotierende Phasenschieber oder als Synchronphasenschieber.

Blindleistung bei Oberwellen

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Obige Beziehungen gelten nur bei sinusförmigen Verlauf der Spannung und Ströme, was im allgemeinen nur bei linearen Netzwerken der Fall ist. Sind in einer Schaltung nichtlineare Bauteile, wie beispielsweise Induktivitäten welche magnetisch sättigen oder beispielsweise Netzteile mit Gleichrichtern, ist der Leistungsfaktor nicht gleich dem $\backslash cos(\backslash varphi)$ und es tritt zusätzliche zur Blindleistung Q der Grundwelle eine so genannte Verzerrungsblindleistung D auf, welche die Blindleistungsanteile der Oberwellen beschreibt. Die Scheinleistung S wird daher im allgemeinen Fall festgelegt als:

$S\; =\; \backslash sqrt\; \{P^2\; +\; Q^2\; +\; D^2\}$

während die Scheinleistung der Grundwelle als $S\_1\; =\; \backslash sqrt\; \{P^2\; +\; Q^2\}$ ausgedrückt wird. Der Leistungsfaktor $\backslash lambda$ definiert sich allgemein als Verhältnis zwischen Wirkleistung und Scheinleistung und bezieht daher die Oberwellen mit ein:

$\backslash lambda\; =\; \backslash frac\{P\}\{S\}$

während der $cos(\backslash varphi)$ weiterhin nur auf die Grundwelle bezogen wird:

$cos(\backslash varphi)\; =\; \backslash frac\{P\}\{S\_1\}$

Nur im Fall sinusförmiger Wechselspannung und Wechselströme ist der Leistungsfaktor $\backslash lambda$ gleich dem $cos(\backslash varphi)$.

siehe auch

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• Blindleistung, Scheinleistung, Wirkleistung, Blindwiderstand, Phasenverschiebung, komplexe Wechselstromrechnung, Elektrotechnik/Liste elektrotechnischer Themen

Elektrische Leistung

Power factor correction