Blindleistungskompensation – drei Schritte zu finanziellen Einsparungen

Nichtlineare Empfänger wie unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), Computernetzteile, LED-Beleuchtung, Wechselrichter, Klimaanlagen usw. beziehen Strom aus dem Netz, der gegenüber der Spannung verzerrt und phasenverschoben ist. Eine der negativen Auswirkungen solcher Arbeiten ist die Erzeugung von kapazitiver Blindleistung für das Netz.

Für solche Maßnahmen erheben die Verteilnetzbetreiber zusätzliche Gebühren (Vertragsstrafen), oft in erheblicher Höhe. Dieses Problem kann auf verschiedene Arten gelöst werden, aber eine der einfachsten und effektivsten ist die Verwendung eines dynamischen Kompensators. Dieses Gerät dient zur Überwachung des Netzwerks und zur kontinuierlichen Korrektur der Parameter, damit die erforderlichen Werte des cos(φ)-Koeffizienten eingehalten werden.

Wie wählt man in drei Schritten einen Kompensator mit den richtigen Parametern aus? Der Artikel zeigt dies anhand eines realen Falles, der sich in einem Unternehmen der Elektronikindustrie ereignete.

Schritt 1: Analyse der Kostenwirksamkeit der Blindleistungskompensation

Wenn zusätzliche Gebühren für den Verbrauch oder die Erzeugung von Blindleistung auf der Rechnung erscheinen, sollte eine Analyse der Kostenwirksamkeit der Blindleistungskompensation durchgeführt werden. Im beschriebenen Fall beliefen sich die jährlichen Mehrkosten auf ca. 6.000 PLN netto (1.400 EUR). Daher wurde die Entscheidung getroffen, einen Kompensator zu installieren.

Schritt 2: Durchführung von Messungen und Berechnungen anhand von Rechnungen

Im zweiten Schritt sollten Messungen und Berechnungen anhand von Rechnungen durchgeführt werden, die die richtige Auswahl des Kompensators ermöglichen. Hierzu wurde eine wöchentliche Messung durchgeführt und ein Lastprofil der Anlage erstellt. Hierfür wurde ein Sonel PQM-711Netzqualitätsanalysator der Klasse A mit einem Satz flexibler F-3A-Klemmen verwendet. Zur Analyse der Daten wurde die Software Sonel Analysis verwendet. Die Messungen wurden mit einer 10-Sekunden-Mittelungszeit durchgeführt, um das Lastprofil genau zu erfassen.

Abb. 1. Sonel PQM-711 Analysator bei der Messung

Da die Blindleistungswerte in den einzelnen Phasen unterschiedlich waren, sollte die Kompensatorleistung auf die höchste Leistung aller drei Phasen gewählt werden. Die höchste Leistung Q = 3,5 kvar trat in der L1-Phase auf (Abb. 2). Auf dieser Grundlage konnte ein Kompensator mit einer Leistung von 10 kvar (3,33 kvar pro Phase) ausgewählt werden. Da in der Anlage weitere Investitionen geplant sind, wurde beschlossen, einen Kompensator mit einer Leistung von 15 kvar (5 kvar pro Phase) zu wählen, um eine Leistungsreserve für die Zukunft zu haben.

Abb. 2. Wöchentliche Blindleistungswellenformen pro Phase vor der Kompensation

Abb. 3. Wöchentliche Grafik der dreiphasigen Blindleistung vor Kompensation
(grün - induktiv, rot - kapazitiv)

Abb. 4. Wöchentliche Stromwellenformen pro Phase vor der Kompensation

Schritt 3: Kauf und Einbau eines Kompensators

In diesem Schritt geht es um den Kauf und den Einbau des Kompensators und die anschließende Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion des Geräts. In dem untersuchten Objekt wurde der dynamische Kompensator Lopi LKD 15 verwendet, der sehr gute Parameter aufweist und eine hohe Kompensationsleistung bietet. LKD-Kompensatoren sind die einzigen auf dem Markt, die auf Siliziumkarbid-Transistoren (SiC) basieren und Verluste von 12,5 W/A gewährleisten. Basierend auf Strommessungen in der getesteten Anlage (Abb. 4) wurden 60/5 A-Stromwandler der Klasse 0,5 ausgewählt, um höchste Qualität der Blindleistungskompensation zu gewährleisten. Die Transformatoren wurden für die Durchschnittswerte der während der 10-s-Mittelungsperiode gemessenen Ströme unter Berücksichtigung der Kabelgröße ausgewählt.

Abb. 5. Frontplatte des LKD15-Kompensators

Der Kompensator wird in der Hauptschaltanlage des Gebäudes parallel geschaltet. Um den Kompensator gemäß den Anweisungen korrekt zu konfigurieren, ist es notwendig, sich mit seinem Wi-Fi-Netzwerk zu verbinden, sich in das Konto des Installateurs einzuloggen und die Stromwandlerparameter (Primärstrom und Stromwandlerklasse) einzustellen. Die übrigen Standard-Herstellereinstellungen garantieren eine wirksame Kompensation.

Abb. 6. Diagramm zum Anschluss des Kompensators an das Netzwerk

Um zu überprüfen, ob die Stromwandler korrekt angeschlossen sind, überprüfen Sie die Tabelle Stromwandler auf der Registerkarte Statusanzeige (Abbildung 7). Diese Tabelle zeigt die Phasen des Stromwandleranschlusses und deren Vorhandensein. Im Falle eines versehentlichen Austauschs von Stromwandlern wird dies in der Tabelle angezeigt, was den korrekten Anschluss des Kompensators erheblich erleichtert.

Stromwandler
	L1	L2	L3
Angeschlossener Stromwandler		1	1
Stromwandlerphase	1	2	3

Abb. 7. Tabelle zum korrekten Anschluss von Stromwandlern

Abb. 8. Installierter LKD15-Kompensator in der getesteten Anlage

Nach der Grundkonfiguration und der Überprüfung der Verbindung wurde das Gerät eingeschaltet und der Kompensator begann, seine Aufgabe effektiv zu erfüllen.

Zu Vergleichszwecken wurden erneut Messungen über einen Zeitraum von einer Woche durchgeführt. In Abb. 9 ist der Kurvenverlauf der kapazitiven Blindenergie zu sehen, die über das gesamte Intervall gleich Null ist. Dies beweist die Wirksamkeit der Entschädigung und die endgültige Bestätigung sind die Rechnungen des Energieversorgers – die Gebühren sind auf Null gesunken.

Abb. 9. Wöchentliche Grafik der dreiphasigen Blindleistung nach Kompensation (grün - induktiv, rot - kapazitiv)

Kompensator + Netzqualitätsanalysator = echte Einsparungen

In dem beschriebenen Fall wird sich die Investition in die Diagnose des Problems mit dem Sonel PQM-711-Analysator und die Installation des Lopi LKD15-Kompensators nach etwa 18 Monaten amortisieren und anschließend finanzielle Einsparungen von mehreren Tausend PLN pro Jahr bringen. Im Zeitalter der allgegenwärtigen Leistungselektronik sind dynamische Kompensatoren ein sehr effektives Mittel zur Blindleistungskompensation, das einfach auszuwählen und zu installieren ist. Dynamische LKD-Kompensatoren ermöglichen die unabhängige Kompensation der induktiven und kapazitiven Blindleistung in jeder Phase. Neben der Blindleistungskompensation bieten sie auch eine Filterung höherer Harmonischer und eine Wirkleistungssymmetrierung. Die Netzqualitätsanalysatoren der PQM-Serie von Sonel liefern zuverlässige Messungen und Informationen bei der Auswahl von Kompensatoren.

Autoren:

Mag. Ing. Marcin Szkudniewski, Sonel S.A.
Mag. Ing. Piotr Matera, Lopi Sp. z o.o.