Energietechnik - eskap.de · Grundlagen Blindleistungskompensation Energietechnik Mit Kompensation...

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  • ESKAP GmbH · Strawinskystraße 49 · D-90455 NürnbergTelefon 09122 / 9303-0 · Telefax 9303-33 · Internet www.eskap.de

    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 1-01/2015

    Blindleistungskompensation,Warum?

    Energietechnik

    Grundlagen

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 2-01/2015

    diese Leistung als Scheinleistung. DerUmsetzung in Arbeit dient nur die Wirkleistung.Die Blindleistung belastet nur das Netz.

    Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

    WirkleistungWirkleistung ist der in nichtelektrische Formumgewandelte und vom Zähler registrierte Teilder Leistung (z.B. Wärme, Licht, mechanischeLeistung).Beispiel:Strom und Spannung sind in Phase. DieWirkleistung hat die doppelte Netzfrequenz undverläuft voll im positiven Bereich, da auch dasProdukt zweier negativer Zahlen positiv ist.

    P = U * I

    (-U) * (-I) = (+P)

    P = U * I I U

    Berechnung der WirkleistungBei rein ohmscher Belastung wird sie aus demProdukt der Effektivwerte von Strom undSpannung errechnet.

    Die vom Energieversorgungsunternehmengelieferte Leistung wird nicht vollständing inArbeit umgesetzt. Deshalb bezeichnet man

    ScheinleistungDie Scheinleistung ist entscheidend für dieBelastung der elektrischen Leitungsnetze.Transformatoren, Generatoren, Schaltanlagen,Sicherungen und Leitungsquerschnitte müssenfür die auftretende Scheinleistung dimensioniertsein.

    Scheinleistung

    Blind-leistung

    Wirkleistung

    SQ

    P

    Die Scheinleistung ist das ohne Berücksichtigungder Phasenverschiebung gewonnene Produktaus Spannung und Strom.

    S = U * I

    Die Scheinleistung ergibt sich aus dergeometrischen Addition von Wirkleistung undBlindleistung

    S = P2 + Q2

    Für Wirkleistung steht

    P = S2 - Q2

    Für Blindleistung steht

    Q = S2 - P2

    [VA] [V] [A]

    [VA] [W] [var]

    [W] [VA] [var]

    [var] [VA] [W]

    [W] [V] [A]

  • BlindleistungReine induktive Blindleistung tritt bei Motoren undTransformatoren im Leerlaufbetrieb auf, wenn manvon Verlusten absieht.Von beinahe rein kapazitiver Blindleistung kann manbei Leistungs-Kondensatoren sprechen, da dieseextra niedrige Verluste aufweisen.Wenn Spannungs- und Stromkurve um 90°gegeneinander verschoben sind, verläuft dieLeistungskurve zu einer Hälfte im positiven, zuranderen im negativen Bereich. Die Wirkleistung ist 0,da positive und negative Flächen sich gegenseitigaufheben.

    P = U * I * sin (phi) I U

    Berechnung der BlindleistungDie Blindleistung, die zum Auf- und Abbau desmagnetischen Feldes zwischen Erzeuger undVerbraucher pendelt, errechnet sich:

    Q = U * I * sin phi

    Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 3-01/2015

    Wirk- und BlindleistungFür alle Verbraucher, die zur Funktion einmagnetisches Feld benötigen, gilt:Der zum Aufbau und Umpolen desmagnetischen Feldes benutzte Strom wirdnicht verbraucht, sondern pendelt alsBlindstrom zwischen Erzeuger undVerbraucher hin und her. Es tritt einePhasenverschiebung zwischen Strom undSpannung auf.Bei induktiver Last eilt der Strom derSpannung nach, bei kapazitiver Last eiltder Strom der Spannung voraus.Berechnet man jetzt nach U * I = P dieAugenblickswerte der Leistung, so erhältman immer dann negative Werte, wennU und I unterschiedliche Vorzeichenaufweisen.

    Die Wirkleistung errechnet sich indiesem Fall aus:

    P = U * I * cos (phi) I U

    P = U * I * cos phi[var] [V] [A]

    [W] [V] [A]

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 4-01/2015

    Was ist Blindstrom?Blindstrom ist der Strom, der bei induktivenVerbrauchern (z.B. Elektromotoren,Transformatoren, Vorschaltgeräten), also Spulenjeder Ausführung, zur Erzeugung einesMagnetfeldes benötigt wird.In Wechsel- oder Drehstromnetzen wird diesesMagnetfeld mit der Netzfrequenz auf- undabgebaut.Dieser Energieanteil wird nicht in Wirkleistungumgesetzt, sondern pendelt als Blindleistungzwischen Verbraucher und Erzeuger.

    Warum wird kompensiert?• Um die Blindstromkosten einzusparen, die von

    den meisten Energieversorgungsunternehmen(EVU) berechnet werden.

    • Geringere Investitions- und Wartungskosten für das Versorgungsnetz.

    • Um elektrische Betriebsmittel vom Blindstromzu entlasten (z.B. Leitungen, Schaltorgane, Transformatoren, Generatoren). Geringere Verluste, geringerer Spannungsfall, geringereEnergiekosten.

    • Um bei Betriebsvergrößerung die Kosten für eine neue Zuleitung oder für die Anschaffungeines neuen Transformators einzusparen.

    • Um den eigenen Trafo wirtschaftlicher auszunutzen, d.h. möglichst wenig Fremdenergie zu beziehen.

    Aufgaben einer Blindstromkompen-sationsanlage• Verringerung der Strombezugskosten• Verbesserung des Leistungsfaktors• Verringerung der Leistungsverluste• Schaffung von Leistungsreserven• Umweltschonender Energieeinsatz

    Zusätzliche Aufgaben einerverdrosselten Anlage• Verhinderung von Resonanzerscheinungen

    zwischen Leistungskondensatoren und Netzinduktivitäten.

    • Reduzierung von Oberschwingungen und Verbesserung der Netzqualität.

    • Erhöhung der Betriebssicherheit der Strom-versorgung.

    NetzstrukturWenn nun die induktive Blindleistung z.B. durcheinen Kondensator vor Ort kompensiert wird,entfällt der Bezug von Blindleistung vomEnergieversorgungsunternehmen ganz oderteilweise.Am wirksamsten ist die Blindleistungs-kompensation, wenn sie verbrauchernah undzeitnah eingesetzt wird.

    Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

    EVUTrafo

    Generator

    Scheinleistung500 kVA

    Keine Reserve

    Wirkleistung P = 400 kW

    Blindleistung Q = 300 kvar

    cos phi 0,8

    Kunden-anlage

    Blindstromkosten fallen an

    Ohne Kompensation

    Schaubilder mit Kompensation umseitig

  • Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

    Mit Kompensation

    EVUTrafo

    Generator

    Scheinleistung500 kVA

    Reserve 100 kVA

    Wirkleistung P = 400 kW

    Blindleistung 300 kvar

    cos phi 1

    Kunden-anlage

    Keine Blindstromkosten

    ESKAP Kompensation

    Volle Ausnutzung

    EVUTrafo

    Generator

    Scheinleistung500 kVA

    Keine Reserven

    Wirkleistung P = 500 kW

    Blindleistung 375 kvar

    cos phi 1

    Kunden-anlage

    Keine Blindstromkosten

    ESKAP Kompensation

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 5-01/2015

  • Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 6-01/2015

    Das elektrische Netz muss für die Scheinleistungausgelegt werden. Somit ist man bestrebt, dieseso niedrig wie möglich zu halten. WerdenLeistungskondensatoren parallel geschaltet,pendelt der Blindstrom zwischen Kondensatorenund Verbrauchern. Erreicht man bei Kompen-sation einen Leistungsfaktor von 1, wird im Netznur noch Wirkstrom übertragen.

    Scheinleistung

    Blind-leistung

    Wirkleistung

    S

    Qc

    P

    Q2Q1

    1 2

    Die vom Kondensator aufgenommeneBlindleistung QC ergibt sich aus der Differenzder induktiven Blindleistung Q1 vor derKompensation und Q2 nach der Kompensation.Somit ist Qc = Q1 – Q2

    QC = P * (tan 1 - tan 2)

    Leistungsfaktor (cos phi)Bei Sinusströmen stimmt der Leistungsfaktormit dem Phasenwinkel cos phi überein. DerLeistungsfaktor ist ein Maß dafür, welcher Teilder Scheinleistung in Wirkleistung umgesetztwird.Bei gleichbleibender Wirkleistung ist dieScheinleistung um so größer, je kleiner dercos phi ist.Soll beispielsweise Wirkleistung bei einemLeistungsfaktor von cos phi = 0,5 zu einemVerbraucher transportiert werden, so müssenTransformatoren und Leitungsnetze bei gleicherWirkleistung für den doppelten Strom ausgelegtsein.

    Das Verhältnis von Wirkleistung zurScheinleistung nennt man Leistungsfaktor oderWirkfaktor.

    cos phi = P [W]S [VA]

    Das Verhältnis von Blindleistung zurScheinleistung nennt man Blindfaktor.

    sin phi = Q [var]S [VA]

    cos phi = WirkfaktorP = WirkleistungS = Scheinleistung

    sin phi = BlindfaktorQc = induktive Blindleistung

    [kvar] [kW]

  • gefordert cos 2

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    Energietechnik

    Berechnung der Kompensationsleistung

    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 7-01/2015

    vorhandentan 1

    3,182,962,772,592,432,292,162,041,931,831,731,641,561,481,401,331,301,271,231,201,111,081,051,020,990,960,940,910,880,860,830,800,780,750,720,700,670,650,620,590,570,540,510,480,460,430,400,360,330,29

    cos 10,300,320,340,360,380,400,420,440,460,480,500,520,540,560,580,600,610,620,630,640,670,680,690,700,710,720,730,740,750,760,770,780,790,800,810,820,830,840,850,860,870,880,980,900,910,920,930,940,950,96

    0,802,432,212,021,841,681,541,411,291,181,080,980,890,810,730,650,580,550,520,480,450,360,330,300,270,240,210,190,160,130,110,080,050,03

    -----------------

    0,852,562,342,151,971,811,671,541,421,311,211,111,020,940,860,780,710,680,650,610,580,490,460,430,400,370,340,320,290,260,240,210,180,160,130,100,080,050,03

    ------------

    0,902,702,482,282,101,951,811,681,561,451,341,251,161,071,000,920,850,810,780,750,720,630,590,560,540,510,480,450,420,400,370,340,320,290,270,240,210,190,160,140,110,080,060,03

    -------

    0,922,752,532,342,172,011,871,731,611,501,401,311,221,131,050,980,910,870,840,810,770,680,650,620,590,570,540,510,480,460,430,400,380,350,320,300,270,250,220,190,170,140,110,090,060,03

    -----

    0,952,852,632,442,262,111,961,831,711,601,501,401,311,231,151,081,000,970,940,900,870,780,750,720,690,660,640,610,580,550,530,500,470,450,420,400,370,340,320,290,260,240,210,180,160,130,100,070,03

    --

    0,982,982,762,562,392,232,091,961,841,731,621,531,441,361,281,201,131,101,061,031,000,900,880,850,820,790,760,730,710,680,650,630,600,570,550,520,490,470,440,420,390,360,340,310,280,250,220,190,160,130,09

    1,003,182,962,772,592,432,292,162,041,931,831,731,641,561,481,401,331,301,271,231,201,111,081,051,020,990,960,940,910,880,860,830,800,780,750,720,700,670,650,620,590,570,540,510,480,460,430,400,360,330,29

    1. Berechnung des tan 1 = Blindverbrauch / Wirkverbrauch (aus Stromrechnung)2. Aus der Tabelle in der Spalte erforderlicher cos 2 den Faktor auswählen3. Erforderliche Kompensationsleistung = Faktor x Spitzenleistung (aus Stromrechnung)

    Grundlagen

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 8-01/2015

    Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

    Kompensationsarten

    EinzelkompensationFür Transformatoren oder größere Verbrauchermit langer Einschaltzeit.

    GruppenkompensationMehreren Verbrauchern wird eine Kompensation zugeordnet.

    ZentralkompensationAn einem Punkt werden die Netzverhältnisse durch einen Blindleistungsregler erfaßt und der gewünschte cos-phi automatischeingeregelt.

    EinzelkompensationIn diesem Fall wird jedem Verbraucher einKondensator von geeigneter Größe parallelgeschaltet. Man erreicht damit eine volleEntlastung der Leitungen, einschließlich derZuleitung zu den kompensierten Verbrauchern.

    MS

    Transformator

    Verbraucher 1 Verbraucher 2 Verbraucher 3

    7,5 kW 3 kvar 11 kW 5 kvar 25 kW 10 kvar

    M M M

    Anwendung• Zur Kompensation der Leerlauf-Blindleistung

    von Transformatoren.• Für Verbraucher mit extrem hoher Leistung

    (z.B. Kompressoren).• Für Antriebe in Dauerbetrieb.• Bei Antrieben mit zu geringem

    Leitungsquerschnitt oder langer Zuleitung.

    Vorteile• Entlastung des gesamten innerbetrieblichen

    Netzes vom Blindstrom.• Verringerung der Verluste im Spannungsfall.

    Nachteile• Die Kompensation ist über den ganzen Betrieb

    verstreut.• Geeigneter Platzbedarf muss vorhanden sein.• Hoher Installationsaufwand und höhere Kosten

    je kvar.• Größere Kompensationsleistung ist nötig, da

    der Gleichzeitigkeitsfaktor nicht berücksichtigtwerden kann.

    BlindstromverbraucherVerbraucher, die Blindleistung benötigen:• Asynchronmotoren• Stromrichter zur Kommutierung• Transformatoren• Schweißgeräte• Leuchtstofflampen• Anlagen mit sonstigen Entladungsein-

    richtungen• Stromversorgungsleitungen• Drosselspulen

  • Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 9-01/2015

    MS

    Transformator

    M M M M M

    Verbrauchergruppe 1 Verbrauchergruppe 2

    MS

    Transformator

    M M M

    Verbrauchergruppe 1

    Blindleistungsregler

    X

    Verbraucher Regelanlage

    ZentralkompensationDie gesamte Kompensation wird an zentralerStelle angeordnet, z. B. in der Nähe desNiederspannungs-Hauptverteilers. Diese Lösungwird heute in den meisten Fällen realisiert. DieKompensationsleistung ist auf mehrere Stufenaufgeteilt und wird durch einen automatischenBlindleistungsregler über Schaltschütze oderelektronische Schalter den Lastverhältnissenangepasst.

    GruppenkompensationStets gemeinsam eingeschaltete Maschinenkönnen zu einer Gruppe zusammengefasstwerden. Für die Gruppe wird ein Kondensatorin geeigneter Größe installiert.

    Anwendung• Für mehrere Verbraucher, wenn diese stets

    gemeinsam betrieben werden.

    Vorteile• Kostengünstiger als Einzelkompensation.• Entlastung der Zuleitung zur Gruppe.

    Nachteile• Nur für Gruppen von Verbrauchern

    verwendbar, die stets gemeinsam betriebenwerden.

    Anwendung• Kann immer eingesetzt werden, soweit das

    innerbetriebliche Leitungsnetz nicht unterdimensioniert ist.

    Vorteile• Gute Nutzung der installierten

    Kondensatorleistung, einfache und kostengünstige Installation.

    • Weniger Kondensatorleistung, da der Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt werdenkann.

    • Bei oberschwingungshaltigen Netzen kostengünstiger, da bei Regelanlagen die Mehrkosten für die Verdrosselung geringer ausfallen.

    Nachteile• Das innerbetriebliche Netz wird nicht entlastet

    zusätzliche Kosten für Regler und Stromwandler.

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 10-01/2015

    Ausführungen• Unverdrosselt nur für Netze mit überwiegend

    linearen Verbrauchern geeignet.• 7 % verdrosselt für Netze mit

    Oberschwingungsbelastung und Rundsteuer-frequenzen über 250 Hz.

    • 12,5 %, 14 % verdrosselt für Netze mit Ober- schwingungsbelastung und Rundsteuer-frequenzen zwischen 168 Hz und 220 Hz.

    • Kombiniert verdrosselt für Netze mit hoher Oberschwingungsbelastung und Rundfrequenzzwischen 186 Hz und 190 Hz.

    • Saugkreisanlagen speziell ausgelegt zur Netzreinigung bei sehr hoher Ober- schwingungsbelastung.

    • Thyristoranlagen für Produktionsbetriebe mit sehr schnellen Laständerungen.

    Verdrosselte KompensationEinsatz von Kondensatoren in Netzen mitOberchwingungenOberschwingungen entstehen beim Betrieb vonelektrischen Verbrauchern mit nichtlinearerSpannungs-Strom Charakteristik. Dazu zählenunter anderem Gleich- und Wechselrichter fürAntriebe, Schweißmaschinen und unter-brechungsfreie Stromversorgungen.Oberschwingungen sind sinusförmigeSpannungen und Ströme mit Frequenzen,welche ein ganzzahliges Vielfaches derNetzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz betragen.In Niederspannungs-Drehstromnetzen sindbesonders die 5. und 7. Oberschwingung zubeachten. Bei Einsatz von Leistungskonden-satoren für die Blindleistungskompensation inNetzen mit Oberschwingungen sind verdrosselteKondensatoren zu verwenden, um Resonanzenmit Oberschwingungen zu vermeiden.Verdrosselte Kondensatoren stellen einenReihenschwingkreis von Leistungskondensatorund Drossel dar, welcher im Resonanzpunkt denkleinsten Widerstand aufweist. (annähernd Nullunter Vernachlässigung des Wirkwiderstands).Der Reihenschwingkreis wird so abgestimmt,dass die Reihenresonanzfrequenz unterhalb derim Netz vorkommenden Oberschwingungen liegt.Für alle Frequenzen über der Reihenresonanz-frequenz hat die Anordnung ein induktivesVerhalten. Dadurch kann es zu keiner Resonanzmit den Netzinduktivitäten kommen.

    Abhängig von der gewählten Reihenresonanz-frequenz wird ein Teil der Oberschwingungs-ströme von den verdrosselten Leistungs-kondensatoren aufgenommen. Der Rest derOberschwingungsströme fließt in dasübergeordnete Netz. Der Einsatz verdrosselterLeisungskondensatoren trägt damit zurReduzierung der Netzrückwirkungen durchOberschwingungen bei und vermindert denstörenden Einfluß auf den ordnungsgemäßenBetrieb anderer elektrischer Verbraucher.

    Vorteile einer verdrosseltenKompensationsanlage• Einsparung der Blindleistungskosten und

    gleichzeitig eigene Netzverluste minimieren, die Netzbelastung optimieren und die Netzspannung stabilisieren.

    • Absenkung des Scheinstromes und damit dieErhöhung der Übertragungskapazität.

    • Verminderung von Resonanzen zwischen Kondensatorenanlage und Netzinduktivität.

    • Absaugung von Oberschwingungen dadurcheine erhöhte Betriebssicherheit der angeschlossenen elektrischen Betriebsmittel.

    Folgende Verdrosselungsfaktorenkommen bei Kompensationsanlagen zumEinsatz

    Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

    Verdrosselte und unverdrosselte Anlagensollten nie am gleichen Netz oder der gleichenSammelschiene betrieben werden, da eshierbei zu gefährlichen Parallelresonanzenkommen kann.

    Verdrosselungsfaktorp in %

    5,05,55,677,08,09,0

    12,513,514,015,016,0

    Serienresonanzfrequenzdes Schwingkreises in Hz

    224213210189177167141136134129125

  • Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 11-01/2015

    M M

    EVU-Netz

    MS

    Trafo

    PrinzipschaubildKombi-Verdrosselung

    NS

    Kombinierte Verdrosselung5,5% 12,5%

    Verbraucher Verbraucher Oberschwingungs-erzeuger

    Kombinierte Verdrosselung*Durch diese Verdrosselungsart wird inoberschwingungsbehafteten Netzen eine hoheReduzierung der Netzrückwirkungen erreicht.Oberschwingungspegel, die im übergeordnetenBereich bzw. durch nichtlineare Verbraucherbetriebsintern erzeugt werden, können auf zulässigeWerte reduziert werden. Die Betriebssicherheit derangeschlossenen Betriebsmittel wird dadurchwesentlich verbessert.Bedingt durch die hohe Linearität der eingesetztenDrosseln und Kondensatoren in MKK-Technik, kanneine Überbelastung der Kombi-Verdrosselungausgeschlossen werden. Verdrosselung in Kombifiltertechnik

    mit 5,5 % und 12,5 %

    OWS aus MittelspannungVon OWS-Erzeuger zum Verbraucher und EVU

    Von Verbraucher zur Kompensation

    Gleichzeitig erzielt man eine ausreichendeSperrwirkung gegenüber Rundsteuerfrequenzenim Bereich von 166 Hz - 190 Hz.

    *) Bei diesen Anlagen werden 12,5 % und 5,5 % verdrosselte Kompensationsstufen so zusammen-

    geschaltet, dass Leistungsgleichgewicht zwischenbeiden Verdrosselungsarten besteht.

    L1 L2 L3

    12,5 % 5,5 %

    k1 k2

    1,0

    0,4

    0,1

    0,01

    150 166 250 350Hz

    1,0

    0,4

    0,1

    0,01

    150 217 250 350Hz

    Gut erkennbar sind eine hohe Impedanzim Bereich der zu sperrenden Tonfrequenzund eine niedrige Impedanz für 5. und 7.Oberschwingung.

    Verdrosselung in Kombifiltertechnikmit 5,5 % und 12,5 % und zusätzlicherTonfrequenzsperre für 217 Hz

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 12-01/2015

    Abgestimmte SaugkreisanlagenDiese Variante stellt eine Sonderlösung für starkoberwellenhaltige Netze dar. Bei ständigauftretenden Störungen kann die Ursache einzu hoher Oberschwingungsanteil im Netz sein.Ist dies der Fall, so kann mittels einerabgestimmten Saugkreisanlage direkt vor Ortbeim Oberschwingungserzeuger eine hoheNetzreinigung durchgeführt werden. Dabeiwerden für die auftretenden Oberschwingungeneinzelne Serienschwingkreise aufgebaut. DieSaugkreise werden speziell für die 5., 7., 11.und 13. Oberschwingung ausgelegt. Die Serien-schwingkreise werden so abgestimmt, dass siefür die Oberschwingungströme relativ kleineImpedanzen im Verhältnis zur Netzimpendanzdarstellen. Die Oberschwingungsströme werdensomit weitgehend von den Saugkreisenaufgenommen. Nur noch ein kleiner Teil fließt indas Netz.

    Da die Saugkreise bei der Grundschwingung(50 Hz) stets eine kapazitive Reaktanz darstellen,nehmen die neben den Oberschwingungs-strömen auch einen kapazitiven Grund-schwingungsstrom auf und tragen damit zurBlindstromkompensation bei.

    Beim Zu- und Abschalten von Filterkreisen mußeine bestimmte Schaltfolge eingehalten werden.Die Zuschaltung beginnt mit dem Filterkreisniedrigster Frequenz. Beim Abschalten geht manumgekehrt vor. Diese festgelegte Zu- bzw.Abschaltung ist nötig, weil jeder Filterkreis fürFrequenzen unterhalb seiner Resonanzfrequenzkapazitiv wirkt. Bei Missachtung der Schaltfolgesind Parallelresonanzen zwischen kapazitivenFilterkreisen und Netzinduktivitäten mit denbekannten Auswirkungen möglich. Außerdemkönnen durch Bauteiltoleranzen Filterkreise dergleichen Frequenz einmal kapazitiv und einmalinduktiv sein. Auch hier wäre eine Parallel-resonanz möglich.

    Für die Auslegung solcher Anlagen müssen alleNetzparameter bekannt sein, deshalb sindumfangreiche Netzanalysen notwendig.

    Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

    MS

    n=5 n=7 n=11 n=13

    NS

    Stromrichter

    M

    Saugkreise

  • Grundlagen Blindleistungskompensation

    Energietechnik

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.P-Grundlagen 13-01/2015

    ThyristoranlagenDer Thyristor ist die anschlussfertige Lösung fürschnellschaltende Blindleistungskompensations-anlagen.Aufgrund seiner Eigenschaften ergeben sichdurch den Einsatz des Thyristor-Schnellschaltersanstelle klassischer Stellglieder, wieKondensator-Luftschütze, folgende Vorteile:• schnelles Schalten der Kompensationsstufe

    im ms - Bereich• definiertes Schaltverhalten durch das Voll-

    schwingungstaktprinzip und damit netzrück-wirkungsarm

    • hohe Lebensdauer durch praktisch unbegrenzte Schalthäufigkeit

    • keine Wartung aufgrund der Verschleißfreiheit• keine Geräuschbildung• einfache Montage durch kombinierte

    Hutschienen- oder Schraubbefestigungs-technik

    EinsatzgebieteDer Thyristor-Leistungssteller kann in Verbindungmit:• speicherprogrammierbaren Steuerungen• Blindleistungsreglern oder Verfahrensreglern• Computersystemen oder Prozess-Leittechnikenüberall dort eingesetzt werden, wo kapazitive Leistungen• schnell und verschleißfrei geschaltet werden

    müssen

    AnwendungenBlindleistungskompensation induktiver Lasten,die während des Betriebes häufig und vor allemschnell zu- bzw. abgeschaltet werden. TypischeAnwendungsfälle sind:• Krananlagen• Aufzugsanlagen• Punktschweißmaschinen• Windkraftanlagen

    L1

    L2

    L3

    NPE

    +

    C1 L1 L3 C3

    Steuereingang

    Anschluß des ModulsDas Thyristorschaltmodul dient dem Aufbaudynamischer Kompensationsanlagen mit Stufen-leistungen bis zu 50 kvar an 400 V. Der mechanischeAufbau erfolgt direkt auf einer Grundplatte. DieHauptstrombahnen sind mit Stromschienenausgeführt und können über Leitungen mitKabelschuh (25 mm2) direkt an Hauptsicherungbzw. Kondensator angeschlossen werden.Der Anschluß erfolgt entsprechend demAnschlußbild. Als Hauptsicherung vor demSchaltmodul werden superflinke Sicherungen zumSchutz von Halbleiter Bauelementenvorgeschrieben! Die Bemessungsgrundsätze sindzu beachten!Die Ansteuerung des Moduls erfolgt verzögerungs-frei durch ein 10 - 20 VDC Signal (vom Blind-leistungsregler oder einer entsprechendenSteuerung), welches am Anschluß X1 (Signal)eingespeist wird. Für eine eventuelle Kaskadierungmehrere Module zur Erhöhung der Schaltleistungist Parallelbetrieb möglich.

    Anschlußbild

  • ESKAP GmbH · Strawinskystraße 49 · D-90455 NürnbergTelefon 09122 / 9303-0 · Telefax 9303-33 · Internet www.eskap.de

    Vorbereitung der Inbetriebnahme• Alle Schrauben und Verbindungen nachziehen (Gewährleistungsansprüche können sonst entfallen).

    • Installation und Betrieb der Anlage müssen unter Beachtung der geltenden VDE- und EVU-Vorschriftenerfolgen.

    • Auswahl der Anschlussquerschnitte und Absicherungnach der Tabelle auf der Rückseite.

    Anschluss und WandlereinbauFür den Anschluss der Anlage wird ein 4-adriges PVC-Drehstromkabel mit Kupferleiter empfohlen (NYY).

    Die Auswahl sollte entsprechend derKompensationsleistung nach der Tabelle auf derRückseite erfolgen.

    Die Anlagen sind werkseitig für PEN-Anschlussausgelegt. Bei 5-Leiternetz ist wie folgt umzustellen:

    • Die Brücke an der PEN-Schiene zwischen PE und N,sowie den PEN-Aufkleber entfernen.

    Wandlereinbau möglichst in der Phase L1 nach demEVU-Messwandlersatz. Durch Spannungsmessunggegebenenfalls überprüfen, ob die Kompensationsanlagephasenrichtig angeschlossen ist. Befindet sich derWandler in einer anderen Phase, ist die Anschlussleitungzu der Steuersicherung entsprechend umzuklemmen,da die Messspannung an die Phase angeschlossensein muss, in der sich der Wandler befindet(Standard L1).Der korrekte Anschluss ist den beiliegenden Anleitungenund Plänen zu entnehmen.

    • P1 (K) zur EVU-Einspeisung(am Wandler gekennzeichnet).

    • S1 (k) mit Reglerklemme k und

    • S2 (l ) mit Reglerklemme l in der Kompensationsanlageverbinden (Klemmenblock X2 in der Anlage).

    Leitungsquerschnitt: bis 3 m =1,5 mm2, bis 6 m =2,5mm2. Bei größeren Entfernungen Einsatz eines 1 AWandlers (Umstellung des Wandlereinganges auf 1 Aentsprechend des Reglerhandbuches).

    Bei Verwendung vorhandener Wandler die Strompfadeimmer in Reihe schalten.

    Inbetriebnahme der AnlageDer Regler ist als Bestandteil der Kompensationsanlagevoreingestellt. Nach Einschalten der Anlage müssennach der Initialisierungsphase die Kondensatorstufenzuschalten. Keine Zuschaltung erfolgt bei fehlendemWandlerstrom (mindestens 50 mA bei 5 A und 10 mAbei 1 A) und bei Wandlerfalschanschluss. Im Displaywird ohne Stufenzuschaltung ein kapazitiver cos phiangezeigt.

    Weitere Fehleranzeigen sind im Handbuch des Reglerserläutert.

    Wartung der KompensationsanlagenFür einwandfreie Funktion und lange Lebensdauer derAnlage sind nach der Inbetriebnahme und einmal jährlichfolgende Kontrollen durchzuführen:

    • Überprüfung und Nachziehen aller Anschlüsse (Schraubverbindungen können sich in der Anfangszeit lockern).

    • Überprüfung von Sicherungen, Schutzeinrichtungen und Schaltgeräten. Schütze sind Verschleißteile (Schalten ohne wesentliche Funkenbildung).

    • Sichtkontrolle der Kondensatoren (durch die Abreißsicherung ausgefallene Kondensatoren wölben sich auf) und der Entladewiderstände.

    • Überprüfung der Stromaufnahme der Anlage und der Kondensatorklemmenspannung (eine höhere Stromaufnahme kann durch einen sich erhöhenden Anteil von Oberschwingungen oder durch Kapazitätsänderung von Kondensatoren verursacht werden).Gegebenenfalls Kontrolle der Stufenleistung über Messung des Phasenstromes(Phasenstrom = Kondensatorleistung x 1,44).

    • Überprüfung der Regelung entsprechend der Angaben im Reglerhandbuch.

    Überprüfung von Anlagenbelüftung undTemperaturüberwachungVerdrosselte Anlagen und unverdrosselte Anlagen über50 kvar werden zwangsbelüftet. Temperaturrelaisschalten bei 30°C die Ventilatoren ein und bei 55°C dieAnlage über den Regler ab.

    • Reinigung der Eintrittsfiltermatten und bei Schutzgradhöher IP 20 auch der Austrittsfilter. Im Dach befindensich bis zu 4 Lüfter. Der Luftaustritt darf nicht behindert werden (keine Gegenstände auf das Dachlegen).

    • Überprüfung der Lüfter auf Funktionsfähigkeit und auf Laufgeräusche.

    • Geräte zur Zwangsbelüftung müssen entsprechend der Anleitung des Herstellers gegebenenfalls mehrmals im Jahr gewartet werden.

    Grenztemperaturen für Anlagen im Schrank• - 10° C bis + 35° C als 24 Stunden Mittelwert

    • + 20° C als Jahresmittelwert

    • + 40° C als kurzzeitiger Maximalwert

    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.ESKAP-Richtlinien 1-01/2015

    ESKAP Richtlinien Montage, elektrischer Anschluss undWartung von ESKAP-Blindleistungskompen-sationsanlagen

    Energietechnik

  • Querschnitt mm2

    4 x 1,54 x 1,54 x 1,54 x 1,54 x 1,54 x 1,54 x 2,54 x 44 x 64 x 64 x 104 x 104 x 164 x 164 x 163 x 25 / 163 x 25 / 163 x 35 / 163 x 50 / 253 x 50 / 253 x 50 / 253 x 70 / 353 x 95 / 503 x 95 / 503 x 150 / 953 x 150 / 953 x 150 / 953 x 150 / 953 x 150 / 953 x 150 / 953 x 150 / 953 x 185 / 953 x 185 / 95

    Leistung kvar

    3,14,05,06,257,5

    1012,51517,520253035374045506070758090

    100125150175200225250275300350400

    StromA4,55,87,29,0

    10,814,418,021,625,228,836,043,250,454,057,664,872,086,4

    100,8108,0115,2129,6144,0180,0216,0252,0288,0324,0360,0396,0432,0504,0576,0

    Sicherung A3 x 103 x 103 x 163 x 203 x 203 x 253 x 253 x 353 x 353 x 503 x 633 x 633 x 803 x 803 x 803 x 1003 x 1253 x 1253 x 1603 x 1603 x 2003 x 2003 x 2503 x 3153 x 3553 x 4003 x 4003 x 5003 x 5003 x 6303 x 6303 x 8003 x 800

    NYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYY

    2 x NYY2 x NYY2 x NYY2 x NYY2 x NYY2 x NYY

    Querschnitt mm2

    4 x 1,54 x 1,54 x 1,54 x 2,54 x 2,54 x 44 x 44 x 64 x 64 x 104 x 164 x 164 x 253 x 25 / 163 x 25 / 163 x 35 / 163 x 35 / 163 x 50 / 253 x 70 / 353 x 70 / 353 x 95 / 503 x 95 / 503 x 120 / 703 x 150 / 703 x 185 / 953 x 240 / 1203 x 240 / 1203 x 120 / 703 x 120 / 703 x 150 / 953 x 185 / 953 x 240 / 1203 x 240 / 120

    StromA3,44,45,56,98,3

    11,013,816,519,322,027,533,038,541,344,049,555,066,077,082,588,099,0

    110,0137,5165,0192,5220,0247,5275,0302,5330,0385,0440,0

    Sicherung A3 x 103 x 103 x 103 x 103 x 163 x 163 x 203 x 253 x 353 x 353 x 503 x 503 x 633 x 633 x 633 x 803 x 803 x 1003 x 1253 x 1253 x 1253 x 1603 x 2003 x 2003 x 3153 x 3153 x 3153 x 3153 x 5003 x 5003 x 5003 x 6303 x 630

    NYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYYNYY

    2 x NYY2 x NYY2 x NYY2 x NYY2 x NYY

    400 Volt, 50 Hz 525 Volt, 50 Hz

    A5075

    100150200250300400500600800

    10001200

    Stromwandler (Installation in L1 nach der EVU-Messung)

    ESKAP TypKZW-A3-005-05-01KZW-A3-007-55-01KZW-A3-010-05-01KZW-A3-015-05-01KZW-A3-020-05-01KZW-A3-025-05-01KZW-A3-030-05-01KZW-A3-040-05-01

    VA2,52,5

    555555

    ESKAP Typ

    KZW-A6-060-05-01KZW-A6-080-05-01KZW-A6-100-05-01KZW-A6-120-05-01

    VA

    10101010

    Die Selektivität mit übergeordneten Schutzorganen, die Verlegungsart und Leistungshäufung und dieUmgebungstemperatur sind bei der Auslegung der Anschlussquerschnitte zu beachten!Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten. ESKAP-Richtlinien 2-01/2015

    Energietechnik

    Sicherung, Kabel und Wandler

    für Schiene 30 x 10 mm,Rundleiter bis 28 mm

    ESKAP Typ

    KZW-A4-020-05-01KZW-A4-025-05-01KZW-A4-030-05-01KZW-A4-040-05-01KZW-A4-050-05-01KZW-A4-060-05-01KZW-A4-080-05-01KZW-A4-100-05-01

    VA

    55555555

    für Schiene 40 x 10 mm,Rundleiter bis 28 mm

    für Schiene 60 x 10 mm,Rundleiter bis 45 mm

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    Energietechnik

    ESKAP Standard, Besonderheiten

    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.ESKAP-Standard 1-01/2015

    Anlagenaufbau Typgeprüfte Schaltgerätekombination (TSK). Modul-technik mit einem speziellen Baugruppenaufhängungs-system zur einfachen und sicheren Montage der Kompensationsmodule im Schrank. Für die gängigstenSchranksysteme können Modulträgersätze zur einfachenund schnellen Montage geliefert werden. Module stehenfür Schrankbreiten von 550 bis 650 mm und von 740 bis 850 mm zur Verfügung. Die Nachrüstung von Kompensationsmodulen ist durch vorbereitete Reserveplätze problemlos möglich.

    Absicherung, Sammelschienensystem, Die Verbindung der Module erfolgt über ein Sammel-Starkstromanschluss schienensystem mit berührungssicherer, beidseitig abge-

    winkelter Makrolonabdeckung (1,5 mm). Alle Baugruppensind mit hochwertigen NH-Lasttrennschaltern ausge- gerüstet, mit sicherem Berührungsschutz und komfor- tabler Bedienung gegenüber von NH-Unterteilen. Der Starkstromanschluss wird über eine Sammel- schienenverlängerung in einem großzügig ausgelegten Anschlussbereich realisiert. Durch einen zusätzlichenSammelschienenträger ist kein Verdrehen beimmechanischen Anschluss der Zuleitungen möglich.

    Steuerbaugruppe Der elektrische Anschluss von Blindleistungsregler, Kom-pensationsmodulen, Lüftungsventilatoren und Erweite-rungsanlagen erfolgt mit standardisierten Steuerbaugrup-pen über Steckverbinder und Federklemmenanschlüsse.Durch das mehrfarbige Klemmensystem wird Fehlan-schlüssen vorgebeugt.

    Gehäusesystem Einsatz eines mit einem namhaften Hersteller entwickelten hochstabilen Gehäusesystems. Der ESKAPStandardschrank für Großanlagen hat die Abmessungen2000 x 800 x 600 mm. Die Schranktiefe von 600 mm gewährleistet auch bei hohen Leistungen eine problemlose Montage und gute Durchlüftung.Für Kleinanlagen werden hochwertige Gehäuse mit überdeckten Türschließkanten verwendet.ESKAP ist einer der wenigen Hersteller, die auch ver-drosselte Kompensationsanlagen im Isolierstoffgehäuseim Lieferprogramm haben.

    Zwangsbelüftung Verdrosselte und unverdrosselte Anlagen im Stand-schrank werden zwangsbelüftet. Zum Einsatz kommenhochwertige kugelgelagerte Lüfter (deutsches Qualitäts-produkt), die über Steckverbinder angeschlossen werden.Lüftersteuerung und Temperaturnotabschaltung erfolgenüber Steuerbaugruppe und Regler automatisch.

    Leistungskondensatoren Es werden nur qualitativ hochwertige Kondensatoren deutscher Hersteller verwendet. Für Standardanlagen in unverdrosselter und verdrosselter Ausführung bisp = 7% werden Leistungskondensatoren im Aluminium-becher mit Kondensatorspannungen von mindestensUc = 440 Volt eingesetzt, in Industrienetzen mit hoherOberschwingungsbelastung mit Uc = 480 Volt.

    Blindleistungskompensationsanlagen

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    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.ESKAP-Standard 2-01/2015

    Für hochbelastbare Anlagen in verdrosselter Ausführung(z.B. Kombifiltertechnik zur Reinigung des Netzes vonOberschwingungen) und Verdrosselung ab p = 8% kommen Kondensatoren mit einer Kondensatorspan-nung von mindestens 480 Volt zum Einsatz, bei hoherOberschwingungsbelastung mit Uc = 525 Volt.Unsere Kondensatoren zeichnen sich durch eine hohe Temperaturfestigkeit und durch eine Lebens-dauererwartung von über 150 000 Stunden aus.

    Kondensatorschütze Hochwertige Spezialschütze schalten die Kondensatorenüber Vorwiderstände mit einem voreilenden Sprungkontakt zur Vermeidung des Ladungsstromstoßesan das Netz (Impulsstörungen). Die Lebensdauer erhöhtsich dadurch auf über 150 000 Schaltspiele.

    Kondensatorschnellentladung Standardmäßig werden Dickschicht Entlademodule oder berührungssichere Entlademodule mit Draht- keramikwiderständen eingesetzt (VBG 4). Üblichsind frei verdrahtete Kohlemassewiderstände. Für verlustarme Schnellentladung stehen Entladedrosselnder Firma Siemens zur Verfügung.

    Filterkreisdrosseln Der immer mehr steigenden Netzverunreinigung Rechnung tragend werden Drosseln hoher Linearität aus deutscher Produktion eingesetzt. Die Drosselnzeichnen sich durch geringe Verluste mit sehrgeringem Einfluss auf die Temperaturerhöhung imSchaltschrank (Ausführung T40/B) aus.

    Blindleistungsregler Zum Einsatz kommen hochwertige Regler, die keinekomplizierten Einstellvorgänge benötigen. Die im Vier-quadrantenbetrieb arbeitenden Regler adaptierensich automatisch an die bestehenden Netzverhältnisseund nehmen bei richtigem Anschluss automatisch denBetrieb auf. Über große Displays stehen umfangreicheAnzeigen der Netzparameter zur Verfügung.

    Anlagenüberwachung Mit den busfähigen Blindleistungsreglern ESR 7000 und ESR-CM-BUS und der im Lieferumfang befindlichenSoftware ist eine komfortable Überwachung derAnlagenparameter möglich. Über in der Zuleitung derKompensationsanlage installierte Stromwandler werden Stufenleistungen, Kondensatorschütze unddie Oberschwingungsbelastung überwacht und beiÜber- bzw. Unterschreitung von eingestellten Grenz-werten gemeldet. Über die Software stehen zusätzlichalle gemessenen Netzparameter zur Verfügung. Wir liefern nach den "Allgemeinen Lieferbedingungenfür Erzeugnisse und Leistungen der Elektroindustrie"des ZVEI, Stand Juni 2011. Die Gewährleistung von 12 Monaten erhöht sich auf24 Monate, wenn Inbetriebnahme und Wartung derAnlage durch unseren Kundendienst oder durchlizenzierte Vertragspartner durchgeführt werden.

    Energietechnik

    ESKAP Standard, Besonderheiten

    Blindleistungskompensationsanlagen

    Fortsetzung

    Lieferung

    Gewährleistung

  • ESKAP GmbHStrawinskystraße 49D-90455 NürnbergTelefon 0 9122 / 93 03-0Telefax 0 9122 / 93 03-33

    [email protected]://www.eskap.de

    Druckfehler und technische Änderungen vorbehalten.01/2015

    BlindleistungskompensationsanlagenAnlagen im GehäuseEinbaueinheitenBaugruppen für alle SchrankfabrikateFestkondensatorenLeistungskondensatorenBlindleistungsreglerTonfrequenzsperren

    Saugkreisanlagen

    Aktive Leistungsfilter

    EnergiemanagementEnergie-, Lastkontrollsysteme undSysteme zur Energiedatenerfassungals Werkzeuge zur Erreichung derZertifizierung nach DIN EN 50001

    EnergiemessgeräteEinbaugeräteGeräte für mobilen Einsatz

    EnergiezählerFür WandleranschlussFür Direktmessung bis 65 ABeglaubigt nach MID optional

    Netzanalysen als DienstleistungMessgeräte TOPAS 1000/2000Datenlogger NEDALOG, NDA 1000Leihgeräte

    Energietechnik