Kompensation

Zunächst losgelöst von Drehstrommotoren wollen wir Kompensation von ohmsch-induktiven Lasten im Wechselstromnetz betrachten.

Der Sinn von Kompensation ist es, die vom Netz aufgenommene induktive Blindleistung, die nötig ist, um z. B. ein Magnetfeld eines Motors aufzubauen oder bei einem Transformator, darüber zu begrenzen, dass die Energie nach Abbau des Feldes in einem Kondensator zwischengespeichert wird.

Die Blindströme belasten dann nicht mehr das vorhergehende Netz mit seinen Leitungen, Schaltgeräten und Transformatoren.

Das bringt eine ganze Reihe an Vorteilen mit sich:

• Verringerung der Verlustleistung. Je höher die Strombelastbarkeit einer Leitung, umso mehr Verlustleistung geht ab. Da Verlustleistung sich proportional zum Quadrat des Stroms verhält, spart man nicht nur Energie ein, sondern kann vielleicht auch von weiteren Einsparungen profitieren. 10 % weniger Strom bedeutet 19 % weniger Leistung.
  
• Verringerung des Querschnitts oder alternativ bei vorhandenem Leitungsnetz höhere Lasten anschließbar.
• Transformatoren liefern eine Scheinleistung. Wenn weniger Blindleistung transformiert wird, sind höhere Wirkleistungen anschließbar. Wenn diese Ressourcen nicht benötigt werden, laufen die Einsparungen über die Wahl eines kleineren Trafos.
• Wenn die Verlustleistung hinter dem eigenen Zähler verringert wird, sinken die Kosten für Wirkarbeit.
• Blindleistung muss ab einer gewissen Menge auch bezahlt werden. Durch Kompensation lassen sich vielleicht sogar die kompletten Kosten für Blindleistung einsparen.

Wir betrachten hierzu ein Schaltbild und die zughörigen Zeigerdiagramme:

Anhand eines Beispiels wollen wir die Kapazität C des Kompensationskondensators berechnen. Unsere ohmsch-induktive Last R und L (z. B. ein Motor) hat die folgenden Daten:

U = 230 V

f = 50 Hz

I = 3 A (unkompensiert)

cos ϕ = 0,9

Wir rechnen zunächst die Scheinleistung unseres kleinen Wechselstrommotors aus:

Daraus berechnen wir die Blindleistung

Aus den Formeln für Blindleistung des Kondensators sowie Blindwiderstand bilden wir eine neue Formel, um die Kapazität zu berechnen:

Die zwei Formeln fügen wir zusammen zu:

An dieser Stelle wollen wir die Blindleistung komplett kompensieren. In der Praxis behält man einen induktiven Rest, um Überkompensation zu vermeiden. Wir setzen daher für die Kompensationsblindleistung die Blindleistung des Motors ein und erhalten folgende Kapazität für den Kondensator:

Zeigerbild nach der Kompensation:

Wir wollen jetzt noch kurz sehen, welche Entlastung in Bezug auf Strom uns diese Aktion gebracht hat. Wenn man aus dem Netz auf unsere Parallelschaltung guckt, so hat diese jetzt keine Blindleistung mehr, somit ist cos ϕ = 1, die Wirkleistung des Motors ist die Scheinleistung der gesamten Schaltung und wir erhalten:

Wir haben kompensiert 10 % weniger Strombelastung der Leitung.