Im Konzept "Modul - Systemtechnik" werden automatisch geregelte Kompensationsanlagen in Schrankausführung mit einem Verdrosselungsgrad von 7% und 14% eingesetzt. Die einzelnen Stufen sind modular aufgebaut und finden in einem geerdeten Schrank für Einzelaufstellung mit dem Schutzgrad von mindestens IP 3x Platz. Diese Anlagen sind entsprechend den geltenden Normen EN 60439-1, IEC 439-1 und EN 60831-1 zu fertigen. Gesteuert werden die einzelnen Stufen über einen Blindleistungsregler, der die vorhandene induktive Blindleistung erfaßt und den gemessenen cos phi vergleicht mit dem eingestellten Ziel cos phi. Entsprechend werden die einzelnen Stufen zu- und abgeschaltet. Der Blindleistungsregler wird über Wandler (.../5A) und D02 mit den elektrischen Meßgrößen versorgt. Der Leistungsanschluß der Kompensation erfolgt im unteren Teil des Schrankes und wird von einem NH-Trenner in der überwachten Verteilung über ein Kabel angeschlossen. Die einzelnen Kompensationsmodule sind in Stufen unterteilt, wobei man nur Schränke mit vorgegebener Gesamtleistung und Stufung wählt. Die Leistung beginnt bei 20kvar/Feld und beträgt maximal 400kvar/Feld. Jedes Feld ist temperaturüberwacht und mit einem Lüfter ausgestattet.
Technische Erläuterungen zu Kompensationsanlagen
Zunächst einige Grundlagen der Blindstromkompensation.
Was ist Blindstrom?
Induktive Verbraucher (Motoren, Transformatoren, Vorschaltgeräte, Stromversorgungen, Spulen jeder Ausführung) benötigen zur Erzeugung eines Magnetfeldes Blindstrom.
Warum wird kompensiert?
- Blindstromkosten werden von den meisten Energieversorgungsunternehmen (EVU) berechnet, deshalb sollten sie so gering wie möglich gehalten werden.
- Blindstrom belastet elektrische Einrichtungen wie Leitungen, Schaltorgane, Transformatoren, Generatoren etc. Eine Blindstromkompensation entlastet Zuleitungen und Transformatoren so das man bei einer Erweiterung der Anlage auf Neuinvestitionen verzichten kann.
- Um eigene Stromerzeuger wirtschaftlicher auszunutzen, d.h. möglichst weniger Fremdenergie zu beziehen.
Wo wird kompensiert?
- Direkt am Verbraucher, bei langer Einschaltzeit
- Direkt am Transformator bei hochspannungsseitiger Messung
- An der Hauptverteilung (autom. geregelte Komp.), wenn viele Verbraucher mit unterschiedlichen Laufzeiten kompensiert werden sollen
Womit wird kompensiert?
- Festkondensatoren
- Gruppenkompensation
- Automatisch geregelte Kompensationsanlage
Wie wird eine Kompensationsanlage ausgelegt?
- Berechnung mithilfe einer monatlichen EVU-Stromrechnung
- Zählerabstoppung, Blindleistungsmessinstrument
- Berechnung auf Grund vorliegender Daten (z.B. Typenschild) von Verbrauchern wie Motoren, Trafos etc. (Berechnung Einzelkompensation)
Unverdrosselte oder verdrosselte Kompensationsanlage?
In modernen Energieversorgungsnetzen werden zunehmend Oberschwingungserzeuger wie z.B. Stromrichter, Beleuchtungen mit EVG und Kleinverbraucher mit Schaltnetzteilen eingesetzt. Setzen Sie in diesen Netzen gleichzeitig Kompensationsanlagen zur Reduzierung der Blindleistung ein, so ist sorgfältig zu prüfen, ob man verdrosselte Kondensatoren verwenden muss. Verdrosselte Kompensationsanlagen verhindern Resonanzen und saugen gleichzeitig Oberschwingungsströme ab.
Für eine erste Beurteilung eignet sich folgende Abschätzung:
Vos = Leistung aller Oberschwingungserzeuger / Trafoleistung Vos Art der Verdrosselung 0.. 0,1 Bis zu 35 % der Trafoleistung kann als Kompensationsleistung installiert werden. 0,1 .. 0,5 Filterkreise erforderlich oder Einsatz von Aktivfiltern prüfen! 0,4 .. 1 Genaue Berechnung ist erforderlich. In diesem Fall ist die Durchführung einer Oberschwingungsmessung empfehlenswert. EVU nutzen Rundsteuersignale zur Signalisierung und zum Schalten. Die Art der Verdrosselung, bei Kompensationen, ist in Netzen mit Rundsteuer-Betrieb anzupassen. Die verwendete Tonfrequenz kann beim zuständigen EVU erfragt werden. Die meisten Frequenzen finden Sie auch in der Liste unter www.rundsteuerung.de.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen eine Hilfestellung bei der Wahl der richtigen Verdrosselung:
Kompensation Tonfrequenz max. Kompensations-Leistung Q Maßnahme Unverdrosselt kleiner 250 Hz Q kleiner 35 % der Trafoleistung keine Maßnahmen Q größer 35 % der Trafoleistung Maßnahmen mit EVU klären, Netzuntersuchung größer 250 Hz Q kleiner 10 kVar keine Maßnahmen Q größer 10 kVar Maßnahmen mit EVU klären, Sonderanlage auswählen Verdrosselt kleiner 190 Hz keine Beschränkung Maßnahmen mit EVU klären, Kombifilter-Anlage 190 .. 250 Hz keine Beschränkung Maßnahmen mit EVU klären, Verdrosselung 12,5% 250 .. 350 Hz keine Beschränkung Verdrosselung 7 % größer 350 Hz keine Beschränkung Verdrosselung 5 % Wurde kein oder nur ein geringer Oberwellenanteil ermittelt, so besteht die Möglichkeit, eine unverdrosselte Kompensationsanlage einzusetzen. Bei unverdrosselten Anlagen kann aber, auch bei geringem Oberschwingungsanteil, ein Resonanzfall auftreten. Durch Schwingkreisbildung zwischen Kondensatoren und Transformatoren oder Netzinduktivitäten können die Oberschwingungsströme, die in der Nähe der Resonanzfrequenz liegen, stark erhöht werden und zu einer Zerstörung von elektrischen Verbrauchern führen. Bei unverdrosselten Anlagen sollte man sich für den Einsatz von Kondensatoren mit erhöhter Netzspannung (440 oder 525 V) entscheiden. Diese bieten zwar keinen Schutz gegen Resonanzen, sind aber für geringe Oberschwingungsströme ausgelegt. Weiterhin sind diese Kondensatoren für erhöhte Netzspannungen zu empfehlen.
Für die richtige Auswahl ist es sehr wichtig, die genauen Netzverhältnisse (Oberwellenanteil, Rundsteuerfrequenz ...) zu kennen, erst dann kann die optimale Lösung gefunden werden.Was sind Oberschwingungen?
Oberschwingungen sind Vielfache der normalen Netzfrequenz.
Welche Verbraucher erzeugen Oberschwingungen?
Lichtregelung (Helligkeitssteuerung), getaktete Netzteile (Fernsehgeräte, Computer), Drehzahlregelung an Motoren, gesättigte Eisenkerne mit Induktivitäten, USV - Anlagen (unterbrechungsfreie Stromversorgung), Gleichrichter (Post), Schweißgeräte, Lichtbogenöfen, Werkzeugmaschinen (CNC-gesteuert), Vorschaltgeräte, Funkenerosionsmaschinen.
Wie entstehen Oberschwingungen?
Bei linearen Netzen fließt im stationären Zustand durch das Netz ein rein sinusförmiger Strom, sodass der Spannungsabfall an den Impedanzen auch eine Sinusform aufweist. Die Netzklemmspannung wird nur in Amplitude und Phase, nicht aber in der Form beeinflusst. Der Sinusverlauf wird daher nicht verzerrt.
Bei nichtlinearen Lasten, wie Eisendrosselspulen, Lichtbögen oder Leuchtstofflampen, fließt im Netz ein nicht sinusförmiger Strom, der an den Impedanzen einen nicht sinusförmigen Spannungsabfall verursacht und somit schließlich zur Verzerrung der Netzklemmspannung führt.Warum sind Oberschwingungen für Kondensatoren gefährlich?
Kapazitäten (Kondensatoren) in Netzen mit Stromrichtern verursachen Schwingungen, die zusätzlich die Netzspannung verzerren. Die Frequenz dieser Schwingungen hängt von den Netzparametern ab. Netzkondensatoren haben also zur Folge, dass sie unter Umständen die Qualität der Spannungsform verschlechtern, gleichzeitig werden sie aber auch durch die von ihnen selbst hervorgerufenen Oberschwingungen zusätzlich belastet. Das betrifft insbesondere Kondensatoren zur Blindstromkompensation. Es kommt dabei zu einer erhöhten Stromaufnahme der Kondensatoren, damit verringert sich die Lebensdauer erheblich. Ein weiterer, viel wichtigerer Aspekt sind die möglichen Resonanzfälle die auftreten können, wenn der Kondensator mit vorhandenen Netzinduktivitäten einen Reihen- oder auch Parallelschwingkreis bildet. Wird ein solcher Schwingkreis durch Oberschwingungen angeregt, so können erhebliche Schäden in der gesamten Anlage entstehen. Um den angesprochenen Problemen aus dem Weg zu gehen, ist es unumgänglich, eine Kompensationsanlage in verdrosselter Ausführung einzusetzen.
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