blindleistung

Leistungen im Wechselstromkreis
Wirkleistung, Blindleistung & Scheinleistung

Im Netz fließt Strom zwischen Erzeugern (z.B. Kraftwerken) und Verbrauchern. Ist in einem Verbraucher eine Spule bzw. ein Kondensator tätig, wird die Leistung nicht komplett für den Betrieb der Maschine gebraucht. Ein Teil wird hier dazu genutzt ein Magnetfeld aufzubauen. Dieser Teil wird dann als sogenannter Blindleistung wieder an das Netz abgegeben.

Was ist Blindleistung

Blindleistungen treten nur bei Wechselstrom und Drehstrom auf, nicht bei Gleichstrom.

Wird ein induktiver (Spule) bzw. kapazitiver (Kondensator) Widerstand an eine Wechselspannung angeschlossen, so tritt analog zu den Widerständen neben dem schon vorhandenen Wirkanteil zusätzlich noch ein Blindanteil auf.
Der Blindanteil kommt durch die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung der Induktivität bzw. der Kapazität zustande. Er entsteht in einer Wechselstromleitung als Folge einer Blindleistung, der phasenverschoben zur elektrischen Spannung oszilliert. Bei einem rein ohmschen Widerstand liegen Strom und Spannung in gleicher Phase, daher hat ein rein ohmscher Widerstand keinen Blindanteil.

Auswirkungen von Blindleistung

Durch diese zusätzliche Belastung der Blindleistung müssen die Netze größer dimensioniert werden, um neben der zur Verfügung gestellten Wirkleistung auch noch die pendelnde Blindleistung aufzunehmen. Bei einem steigenden Anteil von Blindleistung im Netz verringert sich die Kapazität für die Wirkleistung, weniger Strom in Form von elektrischer Ladung kann transportiert werden. Blindleistungen belasten nicht nur Übertragungsnetze, sondern auch Transformatoren und führen in Leitungen zu Übertragungsverlusten. Daher wird Blindleistung auch als Ballast in Wechselstromnetzen bezeichnet.

Vermeidung von Blindleistung

Wird jedoch eine Kompensationsanlage, welche die Blindleistung erzeugt und wieder aufnimmt, verbrauchernah installiert, kann das Netz vom Blindleistung entlastet und daher kleiner dimensioniert werden. In so entlasteten Netzen entspricht die Scheinleistung nahezu der Wirkleistung, es steht mehr Kapazität zum Stromtransport zur Verfügung.

Berechnung

Zur besseren Unterscheidung der drei Leistungsarten verwendet man drei unterschiedlichen Einheiten:
Der Blindanteil der Leistung wird als Blindleistung Q bezeichnet. Seine Einheit ist var.
Der Wirkanteil wird als Wirkleistung P bezeichnet. Seine Einheit ist W.
Die Gesamtleistung im Wechselstromkreis ist die Scheinleistung S. Sie hat die Einheit VA.
Die Scheinleistung berechnet sich aus der Wirkleistung P und der Blindleistung Q, gemäß dem Satz des Pythagoras, daraus ergibt sich hier:
S=√(Q²+P² )
Zwischen der Wirkleistung P und der Blindleistung Q gibt es eine Phasenverschiebung von 90°.
Das Leistungsdreieck verdeutlicht die Zusammenhänge.

blindleistung leistungsdreieck

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Leistungen im Wechselstromkreis berechnen sich gemäß den folgenden Formeln:

Scheinleistung (S – Einheit VA)   S=U∙I  |  S=√(Q²+P² )
Wirkleistung (P- Einheit W)  P=U∙I∙cosφ=S∙cosφ  |  P=√(S²-Q² )
Blindleistung (Q – Einheit var)  Q=U∙I∙sinφ=S∙sinφ  |  Q=√(S²-P² )

Leistungsfaktor cos φ

cos φ wird als Wirkleistungsfaktor oder kurz als Leistungsfaktor bezeichnet. Er wird häufig auf den Typenschildern von Elektromotoren angegeben.

Der Leistungsfaktor cos φ ist das Verhältnis zwischen Wirkleistung P und Scheinleistung S, er berechnet sich gemäß der Formel:
cosφ=P/S

Der Leistungsfaktor gibt an welcher Teil der Scheinleistung in die gewünschte Wirkleistung umgesetzt wird.

Blindleistung und LED Beleuchtung

Bei einer Beleuchtungsanlage, in welcher LED-Technik eingesetzt wird, kommt auch Leistungselektronik in Form von Vorschaltgeräten zum Einsatz. Diese Vorschaltgeräte weisen den Leistungsfaktor (eng: power factor) aus, mit welchem die Blindleistung der Beleuchtungsanlage ermittelt werden kann. Meist liegt dieser bei hochwertigen Netzteilen zwischen 0,9 und 0,95. Dies kann für Betriebe und Firmen relevant sein, die über eine Kompensationsanlage verfügen und die Erhöhung der Blindleistung berechnen möchten, auch wenn der summierte Anteil der Netzteile relativ gering ausfallen kann.

Blindstrom

Die Blindleistung resultiert aus Blindstrom und der anliegenden Spannung. Die Blindleistung entspricht hier dem Produkt der Effektivwerte von Spannung und Blindstrom. Folgend ein Beispiel eines reinen Blindstroms (grüne Kurve), welcher um 90° in der Phase gegen die Spannung verschoben ist. Die übertragene Leistung (rote Kurve) oszilliert gleichmäßig zwischen Netz und Verbraucher, es wird keine Leistung „verbraucht“.

blindleistung