Verzerrungsblindstrom

Ohmsch-induktiver Verbraucher mit Kondensator zur Blindstromkompensation. Errata: Ersetze im obenstehenden Schaltbild I_R durch I, I durch I_R+I_L, im untenstehenden Zeigerdiagramm U_R durch U und kehre die Orientierung des Winkelpfeils um.

Als Blindstrom wird der Stromanteil in einem Wechselstromkreis bei zeitlich sinusförmigen Verlauf bezeichnet, welcher der sinusförmigen Spannung um 90° vor- oder nacheilt. Durch diese Phasenverschiebung hat die vom Blindstrom verursachte Blindleistung als Produkt aus Spannung und Blindstrom einen sinusförmigen Verlauf mit dem Mittelwert null.

Man unterscheidet zwischen kapazitivem Blindstrom, welcher der Spannung um 90° voreilt, und induktivem Blindstrom, welcher der Spannung um 90° nacheilt, je nachdem, ob der Blindstrom durch Kapazitäten (Kondensatoren oder Leitungskapazität) oder Induktivitäten (induktive Verbraucher oder Leitungsinduktivität) entsteht.

Beträgt die Phasenverschiebung $\varphi$ zwischen Spannung und Strom nicht genau 90° oder −90°, so kann der Strom I rechnerisch in einen Wirkstrom

$I_{\mathrm w} = I \cdot \cos \varphi$

und einen Blindstrom

$I_{\mathrm b} = I \cdot \sin \varphi$

zerlegt werden.

Im Niederspannungsnetz (230/400V / 50Hz) tritt aufgrund der Leitungsinduktivität und vieler induktiver Verbraucher (z.B. Motoren, Transformatoren, Vorschaltgeräte, Induktionsöfen usw., also Spulen jeglicher Art) oft ein induktiver Blindstrom auf, den man reduzieren oder vermeiden möchte, da er an den ohmschen Widerständen des Netzes eine Verlustleistung bewirkt und damit die Übertragungsverluste erhöht.

Der Strom, der bei induktiven Verbrauchern zur Erzeugung eines Magnetfeldes benötigt wird, stellt den Blindstromanteil an deren Stromaufnahme dar. Im Leerlauf ist dieser Anteil sehr hoch.

Da der Blindstrom das Stromnetz unnötig belastet, stellen die Energieversorgungsunternehmen Großabnehmern die vom Blindstrom verursachte Blindarbeit ("Blindleistungsverbrauch") in Rechnung. Daher betreiben die Großabnehmer Einrichtungen zur Blindstromkompensation. Dies sind fest eingebaute oder automatisch zugeschaltete Kondensatoren (aktive Blindleistungsfilter), die einen kapazitiven Blindstrom aufnehmen, der dem üblicherweise induktiven Blindstrom der Verbraucher entgegengesetzt gerichtet ist und ihn im Idealfall genau aufhebt (siehe Abbildung).

In Hochspannungsnetzen entsteht durch die Kapazität der Leitungen kapazitiver Blindstrom, der jedoch weitgehend durch das Niederspannungsnetz kompensiert wird.

Nichtsinusförmiger Stromverlauf

Bei nichtsinusförmigem Stromverlauf, der bei nichtlinearen Verbrauchern wie beispielsweise Stromrichtern auftritt, müssen obige Beziehungen von der Grundschwingung auf die Oberschwingungen erweitert werden. Oberschwingungströme bewirken bei sinusförmiger Netzspannung im zeitlichen Mittel keine Energieübertragung, sondern nur eine sogenannte Verzerrungsblindleistung, daher werden sie auch zusammenfassend als Verzerrungsblindstrom bezeichnet.^[1]

Bezeichnet man den Effektivwert des Oberschwingungsstroms mit der n-fachen Grundfrequenz mit I_n, so ergibt sich der Effektivwert des Verzerrungsblindstroms als quadratische Summe der Oberschwingungsströme zu

$I_{\mathrm v} = \sqrt{I_0^2 + I_2^2 + I_3^2 + \cdots + I_n^2 + \cdots} = \sqrt{\sum_{n \ne 1} I_n^2} \,.$

Dabei bezeichnet I₀ den Gleichstromanteil. Der Verzerrungsblindstrom verursacht die Verzerrungsblindleistung

$D = U \cdot I_{\mathrm v} \,.$

Bezeichnet man den zu Anfang behandelten Blindstromanteil der Grundschwingung mit I_b1, so ergibt sich der gesamte Blindstrom zu

$I_{\mathrm b} = \sqrt{I_{\mathrm b1}^2 + I_{\mathrm v}^2}\,.$

Siehe auch

• Blindstromkompensation
• Blindleistung
• Scheinleistung
• Wirkleistung
• Blindwiderstand
• Phasenverschiebung

Einzelnachweise

1. ↑ Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für elektrische Energietechnik und Leistungselektronik: Grundlagen der Energietechnik. (PDF, 5,3 MB), 25.08.2004, S. 55.