Druckluft-Fachbuch › Kapitel 6: Kompressorraum & Installation › Blindstromkompensation
Kapitel 6 · Thema 6.14
Blindstromkompensation und Netzrückwirkungen: Wenn alte Kompensation auf neue Frequenzumrichter trifft
Elektromotoren brauchen neben der Wirkleistung auch Blindleistung, um ihr Magnetfeld aufzubauen. Sie belastet Kabel und Transformatoren, und viele Netzbetreiber berechnen sie ab einer bestimmten Menge. Darum gibt es Kompensationsanlagen mit Kondensatoren. Frequenzumrichter verhalten sich aber völlig anders als Motoren direkt am Netz. Eines der häufigsten Bilder in älteren Kompressorstationen: eine alte, unverdrosselte Kompensationsanlage und daneben neue drehzahlgeregelte Kompressoren. Zwei technisch sinnvolle Einzelmaßnahmen erzeugen dann zusammen erhebliche Netzrückwirkungen.
Das Wichtigste auf einen Blick
| Punkt | Was gilt | Warum? |
|---|---|---|
| Leistungsfaktor cos φ | Motoren direkt am Netz meist 0,7 bis 0,9 | Je kleiner der Wert, desto mehr Blindstrom fließt zusätzlich. |
| Abrechnung | oft ab Blindarbeit über 50 % der Wirkarbeit | Das entspricht etwa cos φ 0,9. Die genaue Regel steht im Vertrag bzw. Preisblatt des Netzbetreibers. |
| Frequenzumrichter | Verschiebungsfaktor meist 0,95 bis 0,99 | Klassische Blindleistung fällt kaum noch an, dafür entstehen Oberschwingungen. |
| Kompensation bei Oberschwingungen | verdrosselte Kompensationsanlage | Unverdrosselte Kondensatoren können mit Netz und Transformator in Resonanz geraten. Verdrosselung ist heute Stand der Technik. |
| Wann prüfen? | wenn die Leistung der Frequenzumrichter mehr als etwa 20 bis 30 % der Anschlussleistung erreicht | Dann passt die alte Auslegung der Kompensation oft nicht mehr. |
| Erst messen, dann rechnen | Netzqualitätsmessung | Ein schlechter gemessener Leistungsfaktor kommt bei Frequenzumrichtern oft von Oberschwingungen, nicht von Blindleistung. |
| Fehlerstromschutz | bei Frequenzumrichtern allstromsensitiv (Typ B) | Umrichter können Gleichfehlerströme erzeugen, die normale Fehlerstromschutzschalter nicht erkennen. |
Was mit einer alten Kompensation passiert
Die alte Kompensationsanlage wurde für Motoren direkt am Netz ausgelegt, also für eine nahezu gleichmäßige, induktive Last. Ein Frequenzumrichter verhält sich anders. Typische Folgen:
| Problem | Was passiert | Folgen |
|---|---|---|
| Resonanz | Die Kondensatoren bilden mit Netz und Transformator einen Schwingkreis. Die Oberschwingungsströme der Frequenzumrichter können genau diese Resonanzfrequenz treffen. | Überlastete Kondensatoren, heiße Drosseln, auslösende Sicherungen, zerstörte Kompensationsstufen, unerklärliche Störungen. |
| Überkompensation | Die Blindlast der Kompressoren verschwindet weitgehend, die alte Anlage schaltet trotzdem Kondensatoren zu. | Kapazitive Netzverhältnisse, Spannungserhöhung, Netzrückwirkungen. Auch kapazitive Blindarbeit kann berechnet werden. |
| Oberschwingungen | Vor allem ältere Frequenzumrichter und viele kleine Antriebe erzeugen die 5., 7., 11. und 13. Oberschwingung. Eine unverdrosselte Anlage zieht sie regelrecht an. | Aufgeblähte Kondensatoren, auslaufendes Dielektrikum, verfärbte Schütze, hohe Temperaturen im Kompensationsschrank. |
Der Betreiber tauscht dann alle paar Jahre Kondensatoren und wundert sich. Der typische Satz lautet: „Die Kompressoranlage läuft eigentlich gut, aber seit der Modernisierung gehen ständig Kondensatoren, Sicherungen oder Elektronikteile kaputt.“
Wann man hellhörig werden sollte
- Kompensationsanlage aus der Zeit vor etwa 2005
- neue drehzahlgeregelte Kompressoren nachgerüstet
- keine Netzanalyse durchgeführt
- keine Verdrosselung vorhanden
- wiederkehrende Kondensatorschäden
- Erwärmung an der Einspeisung
- unerklärliche Ausfälle von Elektronik in Frequenzumrichtern
Treffen mehrere Punkte zu, ist eine Netzqualitätsmessung praktisch Pflicht.
Was passiert, wenn es falsch gemacht wird?
| Typischer Fehler | Folge |
|---|---|
| Kompressoren auf Frequenzumrichter umgestellt, Kompensation nicht geprüft | Resonanz, Überkompensation, Kondensatorschäden. |
| Gemessenen cos φ einfach kompensiert | Gemessen 0,85, gerechnet 26 kvar, eingebaut 30 kvar: Die Kondensatoren werden durch Oberschwingungen überlastet, die Störungen beginnen. |
| Unverdrosselte Kompensation erweitert | Die Resonanzgefahr steigt weiter. |
| Normaler Fehlerstromschutzschalter vor dem Frequenzumrichter | Gleichfehlerströme werden nicht erkannt, der Schutz ist unwirksam. |
So rechnest du: Wie viel Kondensatorleistung braucht es?
Worauf du außerdem achten solltest
Praxistipp
Erreicht die Leistung der Frequenzumrichter in einer Station mehr als etwa 20 bis 30 % der gesamten Anschlussleistung, sollte die Blindleistungskompensation mindestens überprüft werden. Ist dazu noch eine alte, unverdrosselte Anlage vorhanden, findet man genau hier erstaunlich oft die Ursache für Kondensatorschäden, auslösende Sicherungen und Elektronikausfälle.
Häufige Fragen
Ab wann muss man Blindarbeit bezahlen?
Bei vielen Netzbetreibern, wenn die Blindarbeit mehr als die Hälfte der Wirkarbeit beträgt, das entspricht etwa cos φ 0,9. Die genaue Regel steht im Vertrag oder Preisblatt des Netzbetreibers.
Braucht ein drehzahlgeregelter Kompressor eine Blindstromkompensation?
Meist kaum, sein Verschiebungsfaktor liegt oft bei 0,95 bis 0,99. Er erzeugt aber Oberschwingungen. Eine vorhandene Kompensation muss dafür geeignet, also verdrosselt sein.
Warum gehen in der Kompensationsanlage ständig Kondensatoren kaputt?
Häufig durch Resonanz mit den Oberschwingungen von Frequenzumrichtern, vor allem bei alten, unverdrosselten Anlagen. Eine Netzqualitätsmessung bringt Klarheit.
Welchen Fehlerstromschutzschalter braucht ein Frequenzumrichter?
Wo ein Fehlerstromschutz vorgesehen ist, einen allstromsensitiven Typ B, weil Frequenzumrichter Gleichfehlerströme erzeugen können.
Roland Rau, Sachverständiger für Druckluft-Gesamtanlagen inkl. Peripherie (zertifiziert nach DIN EN ISO/IEC 17024), Geschäftsführer der Roland Rau Air-Expert GmbH. Mehr zum Autor
