Blindleistungskompensation oder ESO? Der Vergleich
Eine klassische Kompensationsanlage korrigiert den Leistungsfaktor. Oberschwingungen und Schieflast gleicht sie nicht aus. Der Vergleich zeigt, was die ESO-Anlage darüber hinaus leistet - mit Zahlen aus unserem Whitepaper.
Wer nach Blindleistungskompensation sucht, will meist eines: Stromkosten senken. Der Leistungsfaktor ist dabei allerdings nur einer von drei Störfaktoren im Betriebsnetz. Daneben verzerren Frequenzumrichter, Netzteile und LED-Beleuchtung die Kurvenform des Stroms, und ungleich belastete Phasen kosten Wirkungsgrad in den Motoren. Dieser Beitrag zeigt, was eine klassische Kompensationsanlage leistet, wo sie an Grenzen stößt und was die Elektronische Strom- und Netzoptimierungsanlage ESO darüber hinaus erreicht.
Kurz gesagt
- Eine klassische Blindleistungskompensation mit Kondensatorstufen korrigiert den Leistungsfaktor und senkt die Verluste vor ihrer Einbaustelle. Das ist ein echter Nutzen.
- Oberschwingungen und Schieflast gleicht sie nicht aus. Ihre Kondensatoren bilden mit dem Netz Schwingkreise, und zwischen den Stufen liegt sie über oder unter dem Bedarf.
- Die ESO-Anlage gleicht alle drei Störfaktoren zugleich aus - stufenlos, induktiv wie kapazitiv und innerhalb von höchstens 5 Millisekunden.
- Daraus folgt die Wirkungskette: weniger Stromverbrauch, bessere Netzqualität, geschonte Elektromotoren und weniger CO2. Der Stromverbrauch sinkt um bis zu 15 Prozent; in unseren Referenzbetrieben lag die Einsparung im Mittel bei 12,4 Prozent.
Was eine klassische Blindleistungskompensation leistet
Induktive Verbraucher - Motoren, Transformatoren, Drosseln - benötigen einen Stromanteil zum Aufbau ihrer Magnetfelder. Er pendelt zwischen Netz und Verbraucher, verrichtet keine Arbeit und belastet trotzdem jede Leitung auf dem Weg. Eine Kompensationsanlage stellt diesen nicht wirksamen Stromanteil mit Kondensatoren vor Ort bereit; das vorgelagerte Netz muss ihn nicht mehr liefern. Weil der Bedarf schwankt, ist sie in Stufen aufgeteilt, die ein Regler über Schütze oder Thyristoren zu- und abschaltet.
Der Nutzen ist real: Steigt der Leistungsfaktor, sinkt bei gleicher Wirkleistung der Strom, und die Stromwärmeverluste sinken mit dem Quadrat. Eine Anhebung von 0,7 auf 0,95 senkt die Verluste vor der Einbaustelle um 45,7 Prozent (ABB 2008). Gemeint sind Prozent der Verluste, nicht des Verbrauchs. Klassische Kompensationsanlagen sind deshalb kein Fehlkauf.
Wo die klassische Kompensation an Grenzen stößt
Oberschwingungen bleiben im Netz
Oberschwingungsströme erhöhen den Effektivstrom und damit die Verluste genauso wie der nicht wirksame Anteil der Grundschwingung. Eine Kondensatoranlage ist dafür nicht gebaut: Ihre Bemessungsleistung bezieht sich ausschließlich auf die Verschiebung der Grundschwingung (Brückl und Haslbeck 2013). Nach der Kompensation steigt der Verzerrungsgrad sogar, weil die Grundschwingung kleiner wird und die Oberschwingungen bleiben.
Kondensatoren bilden Schwingkreise
Mit dem Transformator bildet jede Kondensatoranlage einen Schwingkreis. Typisch liegt die Resonanz zwischen 250 und 500 Hertz - also bei der 5. und 7. Oberschwingung, genau dort, wo Umrichter ihre größten Anteile erzeugen. Unverdrosselt kann die Anlage diese Oberschwingungen verstärken. Verdrosselt ist sie sicher, aber kein Filter: Ein Teil des Oberschwingungsstroms fließt weiter ins Netz.
Schieflast bleibt bestehen
Ungleich belastete Außenleiter kosten Wirkungsgrad: Bei 2,5 Prozent Spannungsunsymmetrie fällt der Wirkungsgrad eines voll belasteten 75-kW-Motors von 94,4 auf 93,0 Prozent (U.S. DOE 2012). Eine gewöhnliche Kompensationsanlage gleicht das nicht aus.
Stufen, Schaltpausen und nur eine Richtung
Zwischen zwei Stufen liegt die Anlage zwangsläufig über oder unter dem Bedarf. Vor jedem erneuten Zuschalten muss ein Kondensator entladen sein; übliche Entladewiderstände brauchen dafür bis zu 60 Sekunden (TDK Electronics 2015). Und Kondensatoren gleichen nur induktives Verhalten aus - verhält sich ein Netzabschnitt kapazitiv, haben sie nichts beizutragen.
Was die ESO-Anlage anders macht
ESO ist eine aktive, dynamische, halbleitergesteuerte, stufenlose elektronische Strom- und Netzoptimierungsanlage für induktive und kapazitive Lasten. Sie arbeitet nicht mit geschalteten Kondensatoren, sondern als geregelte Stromquelle: Ein Rogowski-Spulensatz misst den Laststrom, eine Recheneinheit zerlegt ihn, und die Leistungsstufe erzeugt die unerwünschten Anteile gegenphasig vor Ort. Aus dem Netz fließt nur noch, was Arbeit verrichtet.
- Verzerrte Kurvenformen: Ausgleich der Oberschwingungen der Ordnungen 2 bis 13, Stromverzerrung am Messpunkt höchstens 5 Prozent
- Ungleich belastete Phasen: Unsymmetrie höchstens 5 Prozent, der Neutralleiter wird entlastet
- Schwacher Leistungsfaktor: stufenlos auf mindestens 0,99, induktiv wie kapazitiv
- Geschwindigkeit: ausgeregelt innerhalb von höchstens 5 Millisekunden, ohne Schaltpause
- Keine Resonanz: Die Anlage bildet keinen Schwingkreis mit dem Netz, eine Verdrosselung entfällt
Die Kennwerte gelten ab einer Auslastung von 50 Prozent des Kompensationsstroms und bis zur Bemessungsleistung.
Der Vergleich in Zahlen
Unser Whitepaper rechnet beide Techniken für dasselbe Störprofil durch und unterscheidet nur nach dem Zustand der Installation. Ergebnis in Prozentpunkten des Jahresverbrauchs:
- Klassische Kompensationsanlage: rund 2 bis 6 Prozentpunkte
- ESO-Anlage: rund 4 bis 12 Prozentpunkte
Der untere Wert gilt jeweils für eine moderne, kurze Installation, der obere für eine alte, weitläufige. Über die Größenordnung entscheidet damit der Zustand der Installation, nicht die Technik allein. Gemessen wurde in ESO-Referenzbetrieben im Mittel eine Einsparung von 12,4 Prozent.
→ Whitepaper - Klassische Kompensation versus aktive Netzoptimierung
Was das für Betriebe mit vorhandener Kompensationsanlage bedeutet
Wer bereits eine Kompensationsanlage betreibt, fragt nicht „entweder - oder“, sondern was danach noch zu holen ist. Im Beispiel einer alten Installation sind das rund 4 bis 7 Prozentpunkte des Jahresverbrauchs, vor allem aus Oberschwingungen und Schieflast. Wenig bleibt nur dort, wo der Leistungsfaktor bereits gut ist, die Last gleichmäßig verteilt ist und kaum Leistungselektronik arbeitet.
Eine ältere Kompensationsanlage wird erfahrungsgemäß bei der Installation abgeklemmt, dann gilt die volle Einsparung. Neben einer jungen vorhandenen Anlage holt ESO zusätzlich bis zu 7 Prozent, dort ohne Mindesteinsparung.
Was die ESO-Anlage nicht leistet
- Sie gleicht Ströme aus, keine Spannungen. Eine aus dem vorgelagerten Netz eingespeiste Spannungsverzerrung beseitigt sie nicht.
- Sie ist kein Überspannungsschutz und keine unterbrechungsfreie Stromversorgung.
- Bei überwiegend ohmscher, symmetrischer und linearer Last gibt es keinen Ansatzpunkt.
Wirtschaftlichkeit und Förderung
Im Schnitt amortisiert sich die ESO-Anlage mit Förderung in unter drei Jahren. Über die BEG EM gibt es 15 Prozent BAFA-Zuschuss; je nach Unternehmen kommt EEW Modul 3 in Frage. Die Mindesteinsparung ist garantiert - sonst Kaufpreis zurück.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Blindleistungskompensation und ESO?
Eine klassische Blindleistungskompensation korrigiert mit geschalteten Kondensatorstufen den Leistungsfaktor. Die ESO-Anlage gleicht zusätzlich Oberschwingungen und Schieflast aus, stufenlos und in beide Richtungen.
Spart eine Kompensationsanlage Strom?
Ja, sie senkt die Stromwärmeverluste vor ihrer Einbaustelle, und der Zähler rechnet diese Verluste als Wirkarbeit ab. Die Wirkung endet dort, wo Oberschwingungen und Schieflast beginnen.
Brauche ich neben ESO noch eine Kompensationsanlage?
Nein. Die ESO-Anlage korrigiert den Leistungsfaktor selbst. Eine ältere Bestandsanlage wird erfahrungsgemäß bei der Installation abgeklemmt.
Ist eine aktive Anlage auch eine Blindstromkompensation?
Sie korrigiert auch den Leistungsfaktor, geht aber darüber hinaus: Sie arbeitet als geregelte Stromquelle und gleicht alle drei Störfaktoren aus. Deshalb sprechen wir von Strom- und Netzoptimierung.
Wie wird die Einsparung nachgewiesen?
Den belastbaren Nachweis liefert das Display der Anlage, getrennt für Netz- und Lastseite; Rechnungs- und Lastgangvergleich sind die Maßnahmen, mit denen sich das Ergebnis über die Zeit dokumentieren lässt.
Fazit
Klassische Blindleistungskompensation ist ein guter erster Schritt, aber sie sieht nur einen der drei Störfaktoren. Die ESO-Anlage gleicht verzerrte Kurvenformen, ungleich belastete Phasen und einen schwachen Leistungsfaktor zugleich aus - und senkt damit den Stromverbrauch, verbessert die Netzqualität, schont die Elektromotoren und spart CO2. Mit Ihrem Jahresverbrauch und einer Stromrechnung rechnen wir Ihnen aus, was das in Ihrem Betrieb bedeutet.
