Allgemeine Erklärungen
Allgemeine Erklärungen
Blindstromkompensation
Hier werden die wichtigsten Begriffe Rund um den Bereich der Blindstromkompensation erklärt.
Gern dürfen Sie auch Ihre Fragen an uns richten
Lineare Verbraucher
Lineare Verbraucher entnehmen dem Netz beim Anlegen sinusförmiger Netzspannung einen sinusförmigen Strom, der gegenüber der Spannung in der Phasenlage verschoben sein kann.
Lineare Verbraucher sind z.B. Drehstrommotoren, Kondensatoren, Glühlampen, Widerstandsheizungen
Nichtlineare Verbraucher
Nichtlineare Verbraucher entnehmen dem Netz beim Anlegen sinusförmiger Netzspannung einen nicht sinusförmigen Strom.
Nichtlineare Verbraucher sind z.B. Stromrichtergesteuerte Antriebe, Frequenzumformer, USV-Anlagen, Entladungslampen, Lichtbogenöfen, Schweißgeräte.
Phasenschieberkondensatoren
Phasenschieberkondensatoren sind Ein- oder Dreiphasenkondensatoren größerer Leistung und werden zur Phasenverschiebung eingesetzt.
Diese Kondensatoren zeichnen sich durch hohe Kapazitätskonstanz, lange Lebensdauer sowie einer hohen Impulsbelastbarkeit aus. Diese Eigenschaften sind für den wirtschaftlichen Betrieb von Kompensationsanlagen von hoher Bedeutung.
Kapazitätskonstanz
Die Kapazitätskonstanz bedeutet die Einhaltung der elektrischen Parameter über die gesamte Lebensdauer. Diese ist im Besonderen bei Einsatz von Kondensatoren in passiven Filterkreisen von hoher Bedeutung. Eine dauerhafte Einhaltung der Abstimmfrequenz wird nur durch eine hohe Konstanz der Kapazität sichergestellt.
Impulsbelastbarkeit
Eine hohe Impulsbelastbarkeit bei Kondensatoren in Regelanlagen ist wichtig, da dort die Kondensatorstufen häufig zu- bzw. abgeschaltet werden. Bei diesen Schaltvorgängen werden die Kondensatoren mit hohen Einschaltströmen belastet.
Selbstheilung, Abreißsicherung
Phasenschieberkondensatoren benötigen keine vorgeschalteten Sicherungen gegen Überlast oder Kurzschluss. Durchschläge im Kondensator, infolge von Spannungsspitzen werden durch den „Selbstheilungsprozess“ isoliert. Der Kondensator ist während des Selbstheilungsprozesses weiterhin in Funktion. Kommt es zu einer besonderen Häufung von Durchschlägen, wird durch den entstehenden Überdruck eine mechanische Abreißsicherung innerhalb des Kondensators aktiviert. Das Auslösen dieser Sicherung führt dazu, dass der Kondensator vom Netz getrennt wird.
Entladeeinrichtung, Entladezeit
Entladeeinrichtungen werden zum Entladen der Kondensatoren genutzt, wenn diese vom Netz getrennt sind. Die VDE 0560 Teil 41 besagt, das die Kondensatoren innerhalb von 3 Minuten auf unter 75 V entladen sein müssen. Grundsätzlich gilt jedoch, dass die Restspannung bei Wiedereinschalten 10% der Nennspannung nicht übersteigen darf. Bei geregelten Anlagen erfolgt das Entladen schneller, da die Möglichkeit besteht, dass die Kondensatoren schneller wieder zugeschaltet werden müssen. Bei Regelanlagen muss in jeden Fall sichergestellt sein, dass die Entladezeit immer unter der Ansprechzeit des Reglers liegt.
Ansprechzeit
Die Ansprechzeit des Reglers ist die Zeit, die ein Signal(Blindleistungsbedarf) anstehen muss, um im Regler eine Schalthandlung herbeizuführen.
Abzweig
Abzweig ist die von einem Reglerausgang geschaltete Kondensatorleistung.
Regelreihe
Regelreihe nennt man das Verhältnis der einzelnen Abzweigleistungen. Fünf gleiche Abzweige ergeben die Regelreihe 1:1:1:1:1.
Ein Abzweig darf maximal doppelt so groß sein wie der vorhergehende Abzweig.
Stufenzahl
Die Zahl der Stufen wird durch die Regelreihe bestimmt. Man errechnet die Stufenzahl, in dem man die die Zahlen der Regelreihe addiert. Z.B. Regelreihe 1:1:2:2:3, Stufenzahl 9.
Um eine hinreichend genaue Regelung zu erreichen und gleichzeitig ein zu häufiges Schalten zu vermeiden, ist es sinnvoll eine Stufenzahl zwischen 5 und 10 zu wählen. Viele Stufen bringen keine Verbesserung des cos/phi.
C/k Wert
Der C/k Wert ist der Ansprechwert eines Blindleistungsreglers. Er errechnet sich aus der Kondensatorleistung C des ersten Abzweigs und des Wandlerverhältnisses k. Moderne Regler ermitteln diesen Wert automatisch. Bei älteren Modellen muss der Wert manuell eingegeben werden.
Einschaltstromspitzen, Vorentladewiderstände
Das Einschalten eines einzelnen Kondensators bereitet in der Regel keine Probleme, da der Strom durch die Induktivität des vorgeschalteten Transformators und der Leitungen begrenzt wird. Wesentlich kritischer ist das Schalten von Kondensatorbatterien (paralleles Zuschalten eines Kondensators zu bereits vorhandenen Kondensatoren), da nun der Strom nur noch durch die Anschlussleitungen und der Kondensatoren begrenzt wird. Dieses Problem wird bei Kondensatorschützen mit Vorwiderständen gelöst. Bei Kondensatorschützen sind die Widerstände integriert und werden über voreilende Hilfskontakte eingeschaltet, bevor die Hauptkontakte schließen. So wird eine Dämpfung auf ca. 10 % des ungedämpften Spitzenstroms erreicht.
Tonfrequenz-Rundsteuer-Anlagen
Tonfrequenz-Rundsteuer-Anlagen (TRA) speisen Tonfrequenz-Impulse (TF-Impulse) in das öffentliche Stromnetz. Diese Impulse breiten sich im ganzen Netz aus und veranlassen die im Netz verteilten TF-Empfänger zu den gewünschten Schaltungen.
Einsatzgebiete der TRA sind Tarifumschaltungen, Schaltungen von Alarmsignalen, Schaltungen von Beleuchtungsanlagen.
Durch den frequenzunabhängigen Widerstand der Kondensatoren können die die TF-Signale gestört werden. Um die TRA nicht zu überlasten, müssen in diesen Fällen die Kondensatoren mit einer Sperreinrichtung verstehen werden. In der Regel wird den Kondensatoren eine TF-Sperre vorgeschaltet. Zur TF-Sperrung in Netzen mit Oberschwingungen gibt es speziell verdrosselte Kondensatoren oder auf verdrosselte Kondensatoren abgestimmte TF-Sperrkreise.
Sperrfaktor
Der Sperrfaktor ist das Verhältnis der TF-Impedanz ZfT eines Systems (z.B. Kondensator mit TF-Sperre oder verdrosselter Kondensator) zur Reaktanz Xc des Kondensators bei Grundfrequenz f1 (z.B. 50 Hz).
Oberschwingungen
Nichtlineare Verbraucher entnehmen dem Netz einen nichtlinearen Strom. Dieser nicht mehr sinusförmige Strom lässt sich nach Fourier in eine Grundschwingung mit der Frequenz f1 und in überlagerte Oberschwingungen mit den Frequenzen fv = v * f1.
Ordnungszahl v
Die Ordnungszahl v ist eine Kenngröße der Oberschwingungen. Sie stellt das Verhältnis von Oberschwingungsfrequenz zur Netzfrequenz dar. v = 5 bedeutet 5. Oberschwingung mit der Frequenz fv = v * f1.
Bei f1 = 50 Hz beträgt f5 = 250 Hz, Bei f1 = 60 Hz beträgt f5 = 300 Hz. Die Amplitude der Oberschwingungsströme nimmt mit der steigenden Ordnungszahl, bezogen auf die Grundschwingung ab.
Resonanzfrequenz
Bei der Resonanzfrequenz fR heben sich die Reaktanzen (Blindwiderstände) XL und XC eines Schwingkreises auf(XL‘ = XC). Dadurch ist im Resonazpunkt der Widerstand des Schwingkreises annähernd Null. Nur noch ein kleiner ohmscher Anteil ist wirksam.
Resonanzerscheinungen
In kompensierten Wechselstromnetzen kann der Sonderfall eintreten, dass sich induktive und kapazitive Blindwiderstände in ihren Wirkungen aufheben. Da bei angelegter Spannung nur noch der relativ kleine ohmsche Widerstand strombegrenzt wirkt, treten hohe Stromspitzen auf, die sogar Schutzeinrichtungen zur Auslösung bringen können.
Absaugen von Oberschwingungen
Oberschwingungströme können in Betriebsnetzen empfindliche Netzrückwirkungen verursachen. Durch den Einsatz von verdrosselten Kondensatoren werden die dadurch entstehenden Störungen vermieden. Je nach Auslegung und Zuordnung von Filterkreisdrosseln und Kondensatoren wird eine mehr oder weniger hohe der Oberschwingungsströme erreicht. Eine Maßzahl für die Absaugung ist der Verdrosselungsfaktor p. Je kleiner der Faktor p, desto größer ist die Absaugung.
Verdrosselungsfaktor
Der Verdrosselungsfaktor p [%] gibt das Verhältnis von Drossel zu Kondensatorreaktanz bei der betreffenden Abstimmfrequenz (Resonanzfrequenz) an. p zeigt indirekt die Resonanzfrequenz fR des Reihenschwingkreises an.
z.B. p = 7% = 189 Hz; p = 14% = 134 Hz
Der Zusammenhang zwischen p und fR ergibt sich aus
FR = f1 * (1/√p)
z.B. p=7% , Netzfrequenz f1 50 Hz; fR = 50 *(1/√0,07) = 189 Hz
Verdrosselte Kondensator (verstimmter Filterkreis)
Ein verdrosselter Kondensator ist eine Reihenschaltung aus Kondensator und Drosselspule. Damit entsteht ein Reihenschwingkreis, dessen Resonazfrequenz fR durch Auslegung der Drossel so gelegt wird, das sie unterhalb der 5. Oberschwingungsfrequenz (250 Hz) liegt. Damit ist das System aus Kondensator und Drossel für alle Oberschwingungsfrequenzen ≥ 250 Hz induktiv, Resonanzen zwischen Kondensator und Netzinduktivität (z.B. Trafo) werden vermieden.
Abgestimmte Filterkreise
Ein abgestimmter Filterkreis ist eine Reihenschaltung aus Kondensator und Drosselspule (Filterkreisdrossel), die so aufeinander abgestimmt sind, daß die Resonanzfrequenz fR des gebildeten Reihenschwingkreises genau mit einer Oberschwingungsfrequenz übereinstimmt. Da die Impedanz von Reihenschwingkreisen bei Resonanzfrequenz sehr klein (nahe 0) ist, wird so die jeweilige Oberschwingung vom Filterkreis abgesaugt. Abgestimmte Filterkreise sind für die Grundschwingung kapazitiv.