Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Energieeffizienz von Kabel- und Leitungsanlagen – Teil 3: Helfer
Bislang lasen sich Anweisungen, Normen, TAB sowie andere Bestimmungen und Anleitungen so, als stünde dort als Auswahl-Kriterium: „Wie heiß muss meine Leitung mindestens werden?“ Fortan jedoch sollte eine Leitung nicht mehr als „am besten ausgenutzt“ gelten, wenn sie ihre höchstzulässige Temperatur auch wirklich erreicht.
Schlüsse
Ein sorgsames Studium von Tabelle 13 und Bild 10 zeigt, dass beide betrachteten Methoden, also sowohl die Überdimensionierung von Leiterquerschnitten als auch die Blindstrom-Kompensation, ihre Beiträge zur Verlustminderung in elektrischen Anlagen leisten.
Keine von beiden lässt sich jedoch als Ersatz für die jeweils andere ansehen. Vielmehr müssen beide unabhängig voneinander in Erwägung gezogen werden, und das Ergebnis wird in aller Regel sein, dass beide nebeneinander ihre Daseinsberechtigung finden. Keine macht die andere überflüssig.
Zu bedenken ist, dass der eigentliche Grund, warum Netzbetreiber ihren Kunden Blindarbeit in Rechnung stellen, in den unnötigen, vermeidbaren Verlusten liegt, die die Blindarbeit des Kunden ansonsten im Netz des Versorgers verursacht.
Die übliche Vorgehensweise, eine große zentrale Kompensationsanlage am Haupt-Einspeisepunkt zu errichten, reduziert die Verluste im vorgelagerten Netz, nicht jedoch die dahinter in der Verbraucheranlage auftretenden.
Die Beliebtheit dieser Praxis ist darauf zurück zu führen, dass die externe Blindarbeit des Netzbetreibers auf der Stromrechnung sichtbar wird, die interne aber nirgends separat auftaucht, sondern gleichsam „blind“ bezahlt wird (daher etwa der Name?).
Kleine Kompensationsanlagen, dezentral nahe den einzelnen induktiven Lasten angeordnet, verbessern diese Situation. Diese Praxis zwar durchzuführen, dann aber die reduzierten Ströme als Argument zu missbrauchen, um nun die Leiterquerschnitte eine Nummer kleiner wählen zu können, macht den Effekt jedoch wieder zunichte – wie gewonnen, so zerronnen. Davon ist also abzuraten.
Bei großen Lasten kann die Kompensation neben der Verlust-Reduktion sehr vorteilhafte Auswirkungen auf den Spannungsfall haben. Unter bestimmten Umständen lassen sich die Spannungsfälle um mehr als die Hälfte reduzieren, also deutlich stärker als die Verluste!
In Anbetracht der großen induktiven Anteile der Impedanzen dicker Leiter ist in Anlagen mit entsprechenden Stromstärken zu überlegen, ob man am Anfang des Kabels eine zweite (kleine) Kompensationsanlage errichtet – jetzt nicht zur Kompensation der angeschlossenen Last, sondern auf die Blindleistung des Kabels ausgelegt.
Alternativ wäre zu überlegen, ob man die Kompensationsanlage am Ende der Leitung so bemisst, dass sie die Last „überkompensiert“, sie also eigentlich auf die Blindleistung von Leitung plus Last auslegt:
- Der Vorteil läge in einer vollständigen Eliminierung des induktiven Spannungsverlusts entlang der Leitung: Nur 9,4 V gingen am ohmschen Widerstand der Zuleitung verloren, 390,6 V kämen noch am Verbraucher an. Der induktive Verlust von 28,4 V würde nicht mehr wirksam (Bild 11; siehe auch im nächsten, abschließenden Teil das separate Kapitel zum Helfer 2: Der Spannungsfall).
- Der Leistungsfaktor am Ende der Leitung wäre allerdings leicht kapazitiv, am Anfang wäre er ohmsch (Bild 10). Damit wäre der Strom in der Leitung ganz geringfügig höher als bei vollständiger Kompensation (allein) der Last.
- Doch dieser kleine Nachteil ließe sich spielend leicht durch einen entsprechend größeren Leiterquerschnitt (mehr als) ausgleichen. Da eine „ganz geringfügige“ Erhöhung des Querschnitts nicht möglich ist, sondern im Grenzfall die nächste Normgröße wird gewählt werden müssen, kauft man „unfreiwillig“ noch einen weiteren Vorteil damit ein, da sich die Leitungsverluste noch stärker reduzieren als durch Kompensation allein der Last. Mit ziemlicher Sicherheit wäre dies die kostengünstigere Lösung als die Aufteilung der Blindleistungs-Kompensation in eine kleine Anlage am Anfang der Leitung und eine größere am Ende neben der Last, was im Prinzip auch eine Option wäre.
Das ist der Beweis:
Die Aufrüstung von Leiterquerschnitten und die Blindstrom-Kompensation arbeiten Hand in Hand; nur zusammen wird ein Schuh daraus!
Dabei ist es unerheblich, dass in der Schaltskizze (Bild 11) die Last und die zugehörige Kompensations-Kapazität in Reihe geschaltet sind, während eine Kompensationsanlage normalerweise natürlich parallel zur zu kompensierenden Last angeschlossen wird. Jede Zusammenschaltung – auch komplexer – Widerstände lässt sich jedoch als Reihen- oder äquivalente Parallelschaltung darstellen, also als Zweipol mit gleichen Eigenschaften.
