Strom effizient nutzen und Stromkosten sparen Blindleistungskompensation

Das kann sich in barer Münze auszahlen: Betreibt der Verbraucher eine funktionierende Blindleistungskompensations-Anlage, so können im Idealfall sämtliche Mehrkosten aufgrund von Blindleistung entfallen. Und: eine konventionelle Kompensationsanlage hat sich nach zwei bis drei Jahren bereits amortisiert.

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PFLITSCH GmbH & Co. KG

SMC Deutschland GmbH

ELMEKO GmbH + Co. KG

Maschinenfabrik Reinhausen GmbH

Die Kompensation von Blindleistung trägt zur Senkung der Übertragungsverluste in allen elektrischen Energieversorgungs-Netzen bei. Weniger Verluste bei der Übertragung machen sich direkt auf der Stromrechnung bemerkbar. Die Kompensation spart also unmittelbar Kosten und leistet gleichzeitig einen Beitrag zur Verringerung der CO2-Emissionen, ergo zum Klimaschutz. Der Geschäftsbereich Power-Quality-Management (PQM) der Maschinenfabrik Reinhausen hat mit der neuen PQM 500 eine geregelte Blindleistungskompensations-Anlage im Programm, die mit hochwertigen Komponenten im Hinblick auf Zukunftsfähigkeit entwickelt wurde. Sie bietet ausgereifte Technik für konventionelle Anwendungen und setzt mit einer maximalen Leistung von 500 kVAr je Schrankeinheit einen neuen Maßstab für Niederspannungs-Anlagen.

Win-Win für Anwender und Umwelt

Die für den Aufbau magnetischer Felder in Elektrogeräten nötige Blindleistung das Produkt von Spannung und phasenverschobenem Wechselstrom (gemessen in VAr) muss von Stromversorgern und Netzbetreibern zusätzlich zur Wirkleistung, die in mechanische Energie umgesetzt wird, bereitgestellt werden. Das bedeutet, dass die Energienetze größer ausgelegt sein müssen, als es der reine Bezug von Wirkleistung erforderte, um die Summe aus Wirk- und Blindleistung, die Scheinleistung, zu übertragen. Das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung wird mit dem Leistungsfaktor beschrieben, der zwischen 0 und 1 liegt. Je höher er ist, desto geringer sind die Übertragungsverluste in den Netzen. Heute wird häufig ein Faktor von 0,9 für neue Versorgungsverträge oder neue Installationen vorgegeben.

Eine Schätzung des ZVEI nimmt an, dass durch Blindleistungskompensation bei Vorgabe eines forcierten Leistungsfaktors von 0,95 für die Verbraucher Industrie und Service ein grundsätzliches Potenzial für eine Energieeinsparung von 48 TWh (1Terawattstunde sind 1 Milliarde Kilowattstunden) pro Jahr besteht. Dieses Potenzial entspricht dem Energieverbrauch von 13,6 Mio. Haushalten oder einer Reduktion der CO2-Emissionen um 19 Mio. Tonnen. Der Beitrag von Blindleistungskompensations-Anlagen zur Steigerung der Energieeffizienz ist eindeutig. Die Forderung geht nach einem europaweit einheitlich vorgegebenen Leistungsfaktor von 0,9 oder darüber.

Der Anwender spart durch Blindleistungskompensation Geld. Bei richtiger Dimensionierung entfallen die Zahlungen an sein Energieversorgungs-Unternehmen für Blindleistungsbezug komplett. Da für den Energieversorger die Blindleistung, die er ggf. bereitstellen muss, eine zusätzliche Belastung bedeutet, stellt er diese ab dem vertraglich vereinbarten Wert in Rechnung. So entsteht ein wirtschaftlicher Anreiz zur Blindleistungskompensation. Die dennoch benötigte Blindleistung stellt die Kompensationsanlage vor Ort zur Verfügung. Ein eindeutig materieller Vorteil, der sich in barer Münze rechnet. Eine konventionelle Kompensationsanlage hat sich nach zwei bis drei Jahren bereits amortisiert.

PQM 500 randvoll mit Technik

Ein entscheidendes Mehr-als-das-Nötigste zeichnet die neue PQM 500 gegenüber anderen Blindleistungskompensations-Anlagen aus. Ein konsequent hoher technischer Standard in allen Details garantiert die Betriebssicherheit ebenso wie eine lange Lebensdauer dieser Anlage. Hochwertige Kondensatoren, Drosseln für erhöhte Oberschwingungsbelastung, vollwertige Kondensatorschütze, schnelle und verlustarme Entladung über Entladedrosseln gehören ohne Wenn und Aber genauso zur Grundausstattung wie 690 V-Sicherungen zur sicheren Beherrschung der kapazitiven Kurzschlussströme im Fehlerfall. In den nur 2 m hohen Schaltschrank passen fünf Doppelmodule in Einschubtechnik, woraus sich die maximale Leistung von 500 Kvar ergibt. Auf kleiner Stellfläche stellt die PQM 500 ein enormes Leistungsvermögen zur Verfügung. Die Leistungsfähigkeit auf kleinem Raum wird durch eine clevere Anordnung der einzelnen Komponenten möglich. Drossel und Kondensator befinden sich auf entgegen gesetzten Seiten eines tragenden Zwischenbleches in der Mitte der Baugruppe. Dieses Zwischenblech verhindert durch die Trennung ein zusätzliches Aufheizen der temperaturempfindlichen Kondensatoren durch die Wärmestrahlung der ansonsten oftmals unmittelbar daneben befindlichen Drossel. Darüber hinaus entstehen so zwei getrennte Strömungskanäle. So lässt sich in kleineren Schaltschränken auf engstem Raum mehr Leistung unterbringen, und der Transport in Aufstellräume mit Standard-Türmaßen wird möglich. Auf der Vorderseite der Baugruppe sind die Kondensatoren, Schütze und Sicherungen montiert. Die potenziellen Verschleißteile sind damit gut zugänglich und die wartungsfreien Filterkreisdrosseln hängen auf der Rückseite frei im Luftstrom.

Die Summe der Teile

Entgegen dem Trend zum Abspecken gerade der Anlagen in der konventionellen Blindleistungskompensation, mit denen die Mehrzahl der Anwendungen abgedeckt wird, besteht die PQM 500 aus lauter hochwertigen Einzelkomponenten. Die gesamte Konstruktion ist auf Betriebssicherheit und Langlebigkeit der Komponenten hin ausgerichtet. Diese Prämissen werden bei der Detailbetrachtung der einzelnen Elemente immer wieder erkennbar. Das Ergebnis ist eine hochwertige konventionelle Anlage im oberen Leistungsbereich.

Der bewährte MKK-Kondensator wird während der Fertigung in einem aufwändigen Verfahren unter Vakuum temperaturbehandelt und anschließend zum Schutz gegen Oxidation umweltverträglich mit reinem Stickstoff gefüllt. Dies garantiert eine besonders gleichmäßige Feldverteilung, geringe Eigenerwärmung und eine hohe Alterungsbeständigkeit der Kondensatorfolie. Als Ergebnis bietet der Kondensator eine stabile Kapazität über eine lange Lebensdauer bei gleichzeitig geringer Verlustleistung. Moderne Leistungskondensatoren werden so konzipiert, dass sie in weiten Grenzen und für eine gewisse Zeit einer elektrischen Überlastung im Betrieb Stand halten können. Im Fehlerfall und bei deutlicher Überlastung trennt sich der MKK-Kondensator dank des hermetisch verschlossenen Metallgehäuses und der internen Überdruck-Abreißsicherung selbständig sicher vom Netz.

Leistungskondensatoren müssen mit dauernd angeschlossenen Entladeeinrichtungen ausgestattet sein. Dies ist notwendig, um den Personenschutz zu gewährleisten und um beim Wiedereinschalten zerstörerische Einschaltstromstöße durch verdoppelte Spannung auszuschließen. Dies kann im einfachsten Fall mittels Widerständen erfolgen. Diese benötigen zum Entladen jedoch bis zu drei Minuten und erzeugen permanent für den Kondensator schädliche und den Anwender teure Verlustwärme. Eleganter, schneller, verlustärmer und damit schonender ist die Entladung über Entladedrosseln. Diese erledigen die Entladung innerhalb von acht Sekunden und erzeugen im Dauerbetrieb keine nennenswerten Verluste.

Um die Kondensatoren zusätzlich vor Wärme zu schützen, sind sie in der PQM 500 räumlich möglichst weit von den Filterkreisdrosseln getrennt. Diese Drosseln verhindern eine Verstärkung bzw. sorgen sogar für eine Verringerung der gefährlichen Oberschwingungen im Netz. Die Schutzwirkung für die Kompensationsanlage steigt dabei mit dem sogenannten Verdrosselungsgrad von bis zu 14 Prozent. Dabei werden bei der MR generell alle Drosseln mindestens für die erhöhten Oberschwingungs-Grenzwerte ausgelegt, wie sie in industriellen und öffentlichen Netzen üblicherweise auftreten dürfen (Netzklasse 2, gemäß EN 61000-2-4 bzw. EN 50160). Da die Drosseln im Betrieb, insbesondere unter der spezifizierten hohen Oberschwingungsbelastung, die größte Wärmequelle im Schrank darstellen und auch hohe Temperaturen sicher beherrschen, wurde die Luftströmung im Schrank so optimiert, dass ein Kamineffekt die Luft zunächst an den Kondensatoren vorbei und dann in verschiedenen Höhen des Schrankes in den separaten Drosselraum nach hinten zieht. Diese Strömung stellt auch sicher, dass die verschiedenen Baugruppen gleichmäßig gekühlt werden.

Die Filterkreis-Drossel besteht aus mehreren verspannten Eisenpaketen, die zwar temperatur-unempfindlich sind, aber keinen mechanischen Belastungen zum Beispiel beim Transport- ausgesetzt werden dürfen. Die Konstruktion der PQM 500 mit der Montage der Drosseln an der Wand erlaubt das Stapeln und sogar den Liegendtransport der losen Baugruppen. Gerade auf langen Transportwegen der etwa 100 kg schweren einzelnen Baugruppen bewährt sich im Vergleich zu herkömmlichen Modellen die etwas aufwändigere Konstruktion. Die einzelnen Baugruppen stehen als einbaufertige Lösung oder komplett im Schaltschrank montiert zur Verfügung. Im Rahmen einer Typprüfung wird als Nachweis der generellen Funktionsfähigkeit nach Abschluss der Entwicklungsphase eine thermische Prüfung durchgeführt. Einzelne Baugruppen durchlaufen eine Stückprüfung, um ihre Funktionalität sicherzustellen. Die PQM 500 als gesamte Anlage bestand im unabhängigen Berliner Prüflabor IPH eine thermische Typprüfung.

In Sonderfällen störlichtbogensicher

Branchen mit sicherheitsrelevanten Umgebungen, beispielsweise die chemische oder die Automobilindustrie, verlangen von Anlagen oft kategorisch eine Störlichtbogensicherheit. Im Falle einer internen Explosion des Störlichtbogens, muss die Anlage den sich aufbauenden Druck über automatisch öffnende Klappen ableiten, so dass der Personenschutz gewährleistet ist. Bei Mittelspannungs-Schaltanlagen wird dieses Merkmal ohnehin meist gefordert, in der Niederspannung und in der Kompensation ist das Thema noch relativ neu und wird von PQM als Sonderausstattung der neuen PQM 500 realisiert.

Das Unternehmen und sein Angebot

Die Maschinenfabrik Reinhausen mit Sitz in Regensburg ist im Bereich Stufenschalter und Spannungsregler führend im Weltmarkt. Seit zehn Jahren gehört der Bereich Power-Quality-Management (PQM) zur Unternehmensgruppe. PQM beschäftigt sich mit der Stromqualität durch Reduzierung von Oberschwingungen und der Blindleistungskompensation. An den Standorten Erfurt und Berlin kümmern sich Spezialisten gezielt um die charakteristischen Belange von Mittel- und Niederspannungsnetzen. Damit ist PQM einer der wenigen Anbieter, die beide Bereiche abdecken. Wird dann kundenseitig eine Verbesserung der Spannungsqualität oder des Leistungsfaktors angefragt, kann die optimale Lösung durchaus in einer Kombination aus Nieder- und Mittelspannung liegen, die ein reiner Spezialanbieter möglicherweise so nicht unbedingt findet.

In einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist eine konventionelle Blindleistungskompensations-Anlage die ideale Lösung. Abhängig von Schaltrückwirkung oder schnellen Schaltintervallen kann eine komplexere Technik bis hin zur aktiven Filterkreisanlage ratsam sein. Letztere gehören über die reine Blindleistungskompensation hinaus bereits in den Bereich der Netzspannungsqualität, den zweiten Themenschwerpunkt bei PQM.

Fazit

Die PQM 500 ist eine Blindleistungskompensations-Anlage für den Niederspannungsbereich. Mit einer uneingeschränkt zur Verfügung stehenden Leistung von 500 kVAr bei einem Verdrosselungsgrad von bis zu 14 Prozent bietet die Anlage ein hohes Leistungsniveau. Anspruchsvolle Technik für konventionelle Kompensations-Anforderungen im Niederspannungsbereich zeichnet die Anlage aus. Dies wurde durch den Einsatz hochwertiger Komponenten und einer geschickten Konstruktion realisiert. Die Anordnung innerhalb der Baugruppen erhöht die Lebensdauer der Kondensatoren. Ohne besondere klimatische Rahmenbedingungen schaffen zu müssen und ohne den Verzicht auf Einschaltdauer stellt die PQM 500 ihre Leistung uneingeschränkt zur Verfügung. Für die Realisierung hoher Leistungsfaktoren ist PQM damit bestens gerüstet.

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