PFC

Blindleistungskompensation ist ein Verfahren zur Verringerung der Blindleistung, die von einem Wechselstromkreis aufgenommen wird. Sie bringt den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom näher an null. In der Praxis wird die elektrische Last effizienter, weil die Strafgebühren entfallen, die Energieversorger bei schlechtem Leistungsfaktor erheben, und die Wärmeverluste im Verteilnetz sinken. Eine Last mit Leistungsfaktor 0,7 induktiv benötigt erheblich mehr Strom für die gleiche Wirkleistung wie eine Last mit Leistungsfaktor 0,95, und dieser Überstrom verschleudert Energie als Wärmeverlust in Kabeln und Transformatoren.

Der Bedarf nach Blindleistungskompensation entsteht durch induktive Lasten wie Elektromotoren, Leuchtstoffstarter und Schaltnetzteile, die Ströme aufnehmen, die der angelegten Spannung nacheilen. Dieser Blindstrom verrichtet keine Nutzarbeit, fließt aber trotzdem durch Versorgungsleitungen und Transformatoren. Energieversorger messen den Leistungsfaktor und berechnen Industriekunden eine Strafgebühr, üblicherweise als Multiplikator auf der Rechnung, wenn der Leistungsfaktor unter einen Schwellenwert wie 0,9 oder 0,95 fällt. Privatkunden haben selten mit diesen Gebühren zu rechnen, weil ihre Gesamtblindlast kleiner ist, aber der Verschleiß tritt trotzdem auf.

Hardware-Lösungen zur Kompensation

Das klassische Verfahren ist der Einbau von Shunt-Kondensatoren parallel zur Last. Ein 50-Hz- oder 60-Hz-Kondensator nimmt Strom auf, der voreilend wirkt und den nacheilenden Strom einer Induktivität teilweise oder ganz aufhebt, so sinkt die Blindleistung. Bei festen Lasten funktioniert das zuverlässig; bei veränderlichen Lasten kommen schaltbare Kondensatorbänke oder kontinuierlich regelbare statische Blindleistungskompensatoren zum Einsatz. Moderne Schaltnetzteile haben oft aktive Kompensationsschaltungen mit Boost-Converter-Topologie eingebaut, die nahezu sinusförmigen Strom aus dem Netz in Phase mit der Spannung aufnehmen. Das ist vor allem bei Computerausrüstung, LED-Treibern und Industrienetzteilen oberhalb einiger hundert Watt verbreitet.

Aktive Kompensationsstufen arbeiten mit Schaltfrequenzen zwischen 50 kHz und 200 kHz und erreichen Leistungsfaktoren über 0,98 auch bei großen Spannungsschwankungen im Netz. Passive Kompensation mit einfachem LC-Filter ist billiger, aber weniger wirksam und braucht mehr Platz. Soft-Starter und Phasenanschnittsteuerungen reduzieren Anlaufströme und können als Nebeneffekt den Leistungsfaktor moderat verbessern, werden aber hauptsächlich für andere Zwecke eingesetzt.

Das Typenschild von Industriegeräten gibt oft den Leistungsfaktor an, und Facility Manager messen mit Leistungsfaktor-Messgeräten, ob sich eine Kompensation lohnt. Der Einbau von Kompensationsanlagen kann die monatlichen Versorgungsgebühren je nach Ausgangsleistungsfaktor und Lastprofil der Anlage um 5 bis 15 Prozent senken, mit Amortisationszeiten zwischen zwei und fünf Jahren bei Industrieanlagen.