Sparhilfe oder Schlangenöl?
Leistungsfaktorkorrektur – Eine Einführung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Leistungsfaktorkorrektur – Eine Einführung
Im Banne der Motoren
Als Beispiel mögen zwei Motoren mit den folgenden Eigenschaften dienen: Motor 1: 2 kW, 230 V, l = 0,7; Motor 2: 2 kW, 230 V, l = 1. Die durch die jeweiligen Motoren fließenden Ströme betragen IMotor1 = 12,4 A, IMotor2 = 8,69 A. Aus diesen Werten wird schnell klar, dass Motor 1 mit schlechterem Leistungsfaktor die Leistung nicht optimal umsetzt.
In Tabelle 1 sind einige Leistungsfaktoren für unterschiedliche Arten von elektrischen Geräten angegeben. Alle elektrischen Geräte mit nicht rein resistiver Last weisen einen Leistungsfaktor kleiner 1 auf. Beispielsweise besitzen Kompaktleuchtstoffröhren je nach Hersteller und Wattzahl einen Leistungsfaktor zwischen 0,5 und 0,7, während der von Glühlampen 1 beträgt.
| Gerät | Leistungsfaktor | nacheilend, vorauseilend |
|---|---|---|
| Glühbirnen |
1 |
in Phase |
| Heizkörper (alle Typen) | 1 | in Phase |
| Induktionsmotoren (unter Last) | 0,8 | nacheilend |
| Induktionsmotoren (wenig Last) | 0,2 | nacheilend |
| Neonröhren |
0,3 bis 0,7 |
nacheilend |
| Synchronmotoren (untererregt) |
unterschiedlich |
nacheilend |
| Synchronmotoren (übererregt) |
unterschiedlich |
vorauseilend |
| Statische Kapazitäten |
0 |
vorauseilend |
Tabelle 1: Leistungsfaktoren diverser Elektrogeräte (Quelle: Integrated Publishing; www.tbub.com)
Einem Privathaushalt wird in der Regel die Wirkleistung und nicht die Blindleistung in Rechnung gestellt. Vom Standpunkt des Stromverbrauchs ist daher der Einsatz einer Kompaktleuchtstoffröhre positiv für den Kunden, aber schlecht für den Energieversorger. Privathaushalte unternehmen gewaltige Anstrengungen, um die für die Beleuchtung benötigte Energie immer weiter zu senken.
Das Energieversorgungsunternehmen muss den Strom zum Haushalt transportieren, und wenn die Blindleistung steigt, dann resultiert dies in höheren Verlusten in den Leitungen, Transformatoren und anderen Komponenten auf der Strecke zum Verbraucher. Elektromotoren, Neonröhren, Kühlschränke, Klimaanlagen und Konsumelektronikgeräte (beispielsweise Fernsehgeräte und Computer) stehen beispielhaft für Geräte, die einen Leistungsfaktor kleiner eins aufweisen.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass diese Verbraucher energiespeichernde Komponenten wie Kondensatoren oder Spulen beinhalten.
Leistungsfaktorkorrektur
Ein schlechter Leistungsfaktor lässt sich korrigieren, indem man eine weitere Last an die Schaltung anschließt, die eine gleich hohe, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen behaftete Menge an Blindleistung zieht und so die Effekte einer beispielsweise induktiven Last ausgleicht.
Eine induktive Reaktanz lässt sich nur durch eine kapazitive Reaktanz neutralisieren. Ein Gerät zur Leistungsfaktorkorrektur enthält also nichts anderes als einen Kondensator, der als zusätzliche Last einfach parallelgeschaltet ist. Der Effekt dieser beiden parallelgeschalteten, gegensätzlichen Reaktanzen besteht darin, dass die Gesamtimpedanz der Schaltung den Wert ihres Gesamtwiderstandes annimmt (der Phasenwinkel der Impedanz ist dann zumindest nahe Null).
Ein Wattmeter misst die Wirkleistung, während das Produkt aus Ablesewert eines Amperemeters und der Spannung die Scheinleistung wiedergibt. Misst das Wattmeter an einer Last 1,5 kW und das Amperemeter 10 A (Versorgungsspannung 230 V bei 50 Hz), so beträgt der Leistungsfaktor l = 0,65, die Blindleistung liegt bei 1,743 kVAr. Ist diese Last induktiv (beispielsweise ein Elektromotor), so würde der Leistungsfaktor nacheilen, das heißt, man muss einen Kondensator mit entsprechendem Wert parallelschalten, um die Blindleistung zu neutralisieren.
- Leistungsfaktorkorrektur – Eine Einführung
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