reaktiv

In Wechselstromkreisen ist Blindleistung der Anteil der elektrischen Leistung, der zwischen Quelle und Last oszilliert, ohne als Wärme oder mechanische Arbeit verbraucht zu werden. Sie entsteht durch reaktive Bauelemente: Spulen und Kondensatoren. Während ein Widerstand Leistung kontinuierlich verbraucht, speichern reaktive Elemente Energie in der einen Halbperiode und geben sie in der nächsten zurück. Das erzeugt eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Diese zurückfließende Leistung richtet in Stromverteilsystemen echten Schaden an und erzwingt größere Kabel und Transformatoren, als die tatsächlich verrichtete Arbeit erfordern würde.

Die induktive Reaktanz (XL) stammt von Spulen, Transformatorwicklungen und Motorwicklungen. Sie wirkt Stromänderungen entgegen und lässt den Strom um bis zu 90 Grad hinter der Spannung zurückbleiben. Die kapazitive Reaktanz (XC) kommt von Kondensatorplatten und Streukapazität in Kabeln; sie wirkt Spannungsänderungen entgegen und lässt den Strom vorlaufen. Beide werden in Ohm gemessen, wie Widerstände auch, verbrauchen aber keine Leistung. Die Reaktanz einer Spule nimmt mit der Frequenz zu; die Reaktanz eines Kondensators nimmt ab. Bei einer bestimmten Frequenz entspricht XL der kapazitiven Reaktanz nur bei Resonanz, wo sie sich aufheben und der Schaltkreis sich wie rein ohmsch verhält.

Leistungsfaktor und praktische Folgen

Der Leistungsfaktor ist der Kosinus des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom. Ein rein reaktiver Schaltkreis hat einen Leistungsfaktor von null; rein ohmsch hat einen von eins (Eins). Die meisten Industrieverbraucher, besonders Motoren und Schweißgeräte, sind induktiv und arbeiten mit Leistungsfaktoren zwischen 0,7 und 0,95. Eine Anlage, die 100 kW Wirkleistung bei 0,8 Leistungsfaktor bezieht, muss 125 kVA an die Last liefern. Die zusätzlichen 75 kVAR Blindleistung überfluten das Netz, heizen Verteilungsleitungen auf und kosten durch höhere Spitzenlastgebühren Geld. Viele Energieversorger bestrafen Kunden, deren durchschnittlicher Leistungsfaktor unter 0,95 fällt.

Die Leistungsfaktorkorrektur nutzt Kondensatorbänke, die nahe bei induktiven Lasten installiert werden, um überschüssige Blindleistung zu kompensieren. Ein 30-PS-Asynchronmotor mit 0,85 Leistungsfaktor könnte eine 15 bis 20 kVAR Kondensatorbank an seinen Klemmen haben, um den kombinierten Leistungsfaktor über 0,95 zu bringen. Feste Kondensatoren arbeiten bei Nennlast; schaltbare Bänke mit Drosseln schützen vor Überkorrektur und Transienten. Oberschwingungsfilterung muss in Anlagen mit Frequenzumrichtern oder Gleichrichtern berücksichtigt werden, die Kondensatorresonanzen erregen können.

Die reaktive Impedanz (Z) eines Schaltkreises kombiniert Widerstand (R) und Reaktanz (X) nach Z = sqrt(R^2 + X^2). Deshalb geben 10 Ohm Widerstand in Reihe mit 10 Ohm induktiver Reaktanz nicht 20 Ohm Gesamtimpedanz, sondern 14,14 Ohm. Reaktive Komponenten bestimmen auch Bandbreite und Stabilität in Filtern, Oszillatoren und Rückkopplungsschaltkreisen. In der Verteilungstechnik wird Blindleistung separat auf Stromrechnungen als kVAR (Kilovoltampere Blind) oder KVAR erfasst, unterschieden von Wirkleistung in Kilowatt.