Blindleistungskompensation: Dimensionierung von Kondensatorbänken, Oberschwingungen und Schutz

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Um ein Niederspannungs- Blindleistungskompensations-Kondensatorbank, zu dimensionieren, berechnen Sie die benötigte Blindleistung, um vom gemessenen Leistungsfaktor zum Ziel-Leistungsfaktor zu gelangen, und prüfen Sie dieses Ergebnis dann anhand der Mindestlast, des Oberschwingungsspektrums, der Schalthäufigkeit, des verfügbaren Kurzschlussstroms und der Temperaturgrenzwerte des Schaltschranks. Die Berechnung ergibt einen theoretischen kvar-Bedarf. Sie allein wählt jedoch keine sichere Kondensatorbank, kein Schütz, keine Drossel, keine Sicherung und keinen Leistungsschalter aus.

Die grundlegende Berechnung lautet:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

wo:

Qc ist die erforderliche kapazitive Blindleistung in kvar;
P ist die repräsentative Wirkleistung in kW;
phi1 ist der Phasenwinkel, der dem bestehenden Verschiebungsleistungsfaktor entspricht;
phi2 ist der Phasenwinkel, der dem Ziel-Verschiebungsleistungsfaktor entspricht.

Das endgültige Design muss innerhalb seines deklarierten Betriebsbereichs leicht induktiv bleiben, sofern der Versorgungsnetzbetreiber oder die Systemstudie kein anderes Verhalten erfordert. Streben Sie nicht automatisch einen Leistungsfaktor von 1,00 an und installieren Sie keine Standard-Kondensatorbank in einem oberwellenreichen Netz, ohne das Resonanzrisiko zu prüfen.

Zusammenfassung der technischen Entscheidung

Berechnen Sie die erforderliche kvar-Leistung anhand der gemessenen Wirkleistung und des Verschiebungsleistungsfaktors unter repräsentativen Betriebsbedingungen, nicht allein anhand der angeschlossenen Last.
Überprüfen Sie die Mindestlast- und Generatorbetriebsmodi, damit feste oder überdimensionierte Stufen die Anlage nicht in einen kapazitiven Leistungsfaktor treiben.
Messen Sie die Oberschwingungsbedingungen, bevor Sie Standardkondensatoren, verdrosselte Reaktoren, abgestimmte Filter oder aktive Oberschwingungsfilterung auswählen; es gibt keinen universellen THD-Prozentsatz, der für jedes Projekt maßgeblich ist.
Koordinieren Sie Kondensatoren, Reaktoren, Schaltgeräte, Schutzeinrichtungen, Leiter, Entladungskomponenten und Belüftung als eine Baugruppe.
Betrachten Sie die Berechnung als vorläufige Dimensionierung. Die endgültige Überprüfung muss unter Verwendung der projektspezifischen Fehlerstromdaten, der Anwendungstabellen des Herstellers und der geltenden IEC-Anforderungen für Baugruppen erfolgen.

Erforderliche Design-Eingabedaten vor der Dimensionierung

Eine fundierte Auswahl beginnt mit gemessenen Betriebsdaten, nicht nur mit der kVA-Leistung des Transformators, der angeschlossenen Motorleistung in PS oder dem niedrigsten auf einer Stromrechnung festgestellten Leistungsfaktor.

Eingang	Warum es wichtig ist	Bevorzugte Nachweise
Systemspannung, Frequenz, Phasen und Erdungskonzept	Definiert die Anforderungen an Kondensatoranschluss, Isolierung, Schaltung und Schutz	Einpoliger Schaltplan und Messung vor Ort
Wirkleistungsprofil in kW	Bestimmt die tatsächliche Last, die kompensiert werden muss	Intervallzähler oder Aufzeichnung der Spannungsqualität über einen repräsentativen Zyklus
Vorhandener Verschiebungsleistungsfaktor	Steuert die Berechnung der Grundschwingungs-kvar	Messgerät mit der Fähigkeit, den Verschiebungs-PF zu erfassen, sofern verfügbar
Wahrer Leistungsfaktor und Oberschwingungsspektrum	Zeigt Verzerrungen auf, die Kondensatoren allein möglicherweise nicht korrigieren können	Netzqualitätsanalysator am vorgesehenen Anschlusspunkt
Mindest-, Normal- und Maximallast	Verhindert Überkompensation bei Schwachlastzeiten	Protokolliertes Lastprofil, kein einzelner Momentanwert
Ziel-Leistungsfaktor	Legt das Korrekturziel fest	Versorgertarif, Anschlussvereinbarung oder Projektanforderung
Bestandsaufnahme nichtlinearer Lasten	Weist auf Resonanz- und Oberschwingungsstromrisiken hin	Bemessungsdaten und Betriebsmuster von Frequenzumrichtern, USV-Anlagen, Gleichrichtern, Schweißgeräten, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und ähnlichen Lasten
Transformatorbemessung und Impedanz	Beeinflusst die Kurzschlussfestigkeit und die Netzresonanz	Transformator-Typenschild und Anlagendaten
Verfügbarer Kurzschlussstrom	Erforderlich für die Koordination von Schutzeinrichtungen und Baugruppen	Fehlerstromstudie oder verifizierter Bemessungswert
Installationsbedingungen	Beeinflussen Kühlung, Abstände, Schutzart und Lebensdauer der Komponenten	Umgebungstemperatur, Aufstellungshöhe, Belüftung, Verschmutzung und Gehäusedaten

Wenn der Leser nur die Terminologie und das Funktionsprinzip benötigt, verwenden Sie das vorhandene Vollständige Bezeichnung und Bedienungsanleitung für APFC. Diese Seite beginnt dort, wo diese Definition endet: Umwandlung von Anlagendaten in eine vorläufige Spezifikation für die Schaltanlage.

Der Verschiebungsleistungsfaktor ist nicht immer der Wirkleistungsfaktor

Für ein nahezu sinusförmiges elektrisches System wird der Leistungsfaktor üblicherweise dargestellt als cos phi, der Kosinus des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom. In einem Netz, das nichtlineare Lasten speist, fügt die Stromverzerrung einen weiteren Effekt hinzu.

Verschiebungsleistungsfaktor beschreibt die Phasenbeziehung zwischen der Grundschwingung von Spannung und Strom.
Wirkleistungsfaktor ist die Wirkleistung dividiert durch die Scheinleistung unter Verwendung der vollständigen RMS-Wellenformen.

Ein Parallelkondensator liefert Blindleistung bei Grundfrequenz und kann den Verschiebungsleistungsfaktor verbessern. Er eliminiert jedoch keinen Oberschwingungsstrom, der durch einen Gleichrichter, einen Frequenzumrichter, eine USV oder ein Schaltnetzteil erzeugt wird. Eine Anlage kann daher einen verbesserten Verschiebungsleistungsfaktor aufweisen, während der tatsächliche Leistungsfaktor weiterhin durch Verzerrungen begrenzt bleibt.

Diese Unterscheidung beeinflusst die Auslegungsentscheidung. Wenn ein niedriger Leistungsfaktor hauptsächlich durch induktive Blindleistung verursacht wird, kann eine Kondensatorbatterie geeignet sein. Wenn Verzerrungen einen wesentlichen Beitrag leisten, erfordert das Projekt möglicherweise zusätzlich Drosseln, einen abgestimmten Filter, einen aktiven Oberschwingungsfilter oder Änderungen an den nichtlinearen Lasten. Die Lösung muss auf gemessenen Wellenformen und einer Netzstudie basieren und nicht auf einem einzelnen PF-Gesamtwert.

Berechnung der erforderlichen kvar-Leistung der Kondensatorbatterie

Schritt 1: Auswahl der repräsentativen Wirkleistung

Verwenden Sie die Wirkleistung, die dem Betriebszustand zugeordnet ist, für den das Kompensationssystem vorgesehen ist. Bei einer festen Batterie, die an einen kontinuierlich belasteten Motor angeschlossen ist, können die deklarierten Betriebsdaten dieses Motors unter Berücksichtigung der Grenzwerte des Motorherstellers verwendet werden. Eine zentrale automatische Batterie sollte normalerweise auf einem Lastprofil basieren, das minimale, normale und Spitzenbetriebszeiten umfasst.

Schritt 2: Umrechnung des Leistungsfaktors in Blindleistungsfaktoren

Für jeden Leistungsfaktor:

tan phi = sqrt(1 - PF^2) / PF

Berechnen Sie anschließend:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

Die Formel und zusätzliche Schaltschrankberechnungen sind ebenfalls im VIOX zusammengefasst elektrische Formeln für die Niederspannungs-Schaltschrankauslegung.

Berechnen Sie kvar für Kondensatorbänke mit dem VIOX-Tool

Verwenden Sie die VIOX Leistungsfaktor-Rechner und Kompensationstool zur Eingabe von Wirkleistung, vorhandenem Leistungsfaktor, Ziel-Leistungsfaktor, Spannung und Phasenanordnung. Es berechnet den vorläufigen Kompensationsbedarf und vergleicht Scheinleistung und Leitungsstrom vor und nach der Korrektur.

Der Rechner modelliert einen symmetrischen Betriebspunkt unter Verwendung des Leistungsdreiecks. Das kvar-Ergebnis ist keine endgültige Spezifikation der Kondensatorbank, da es Lastschwankungen, praktische Schaltstufen, harmonische Resonanzen, Kondensatortoleranzen, die Koordination von Schutzeinrichtungen oder den Temperaturanstieg im Schaltschrank nicht modelliert. Fahren Sie mit den unten aufgeführten Prüfungen fort, bevor Sie die Ausrüstung auswählen.

Berechnungsbeispiel: 400 kW von 0,75 auf 0,95 PF

Nehmen Sie eine symmetrische Drehstromlast an mit:

Wirkleistung: P = 400 kW;
vorhandener Verschiebungsleistungsfaktor: PF1 = 0,75 induktiv;
Ziel-Verschiebungsleistungsfaktor: PF2 = 0,95 induktiv;
Systemspannung: 400 V verkettet;
Die Eignung für Oberschwingungen ist noch nicht nachgewiesen.

tan phi1 = sqrt(1 - 0.75^2) / 0.75 = 0.882
tan phi2 = sqrt(1 - 0.95^2) / 0.95 = 0.329

Qc = 400 x (0.882 - 0.329)
Qc = ca. 221 kvar

Der theoretische Bedarf beträgt daher etwa 221 kvar am angegebenen Betriebspunkt.

Die Scheinleistung und der vorgeschaltete Leitungsstrom ändern sich ebenfalls:

Bedingung	Scheinleistung	Ungefährer Leitungsstrom bei 400 V
Vor der Kompensation, PF 0.75	`400 / 0,75 = 533 kVA`	`533.000 / (sqrt 3 x 400) = 770 A`
Nach der Korrektur, PF 0,95	`400 / 0,95 = 421 kVA`	`421.000 / (sqrt 3 x 400) = 608 A`

Diese Reduzierung gilt vor dem Anschlusspunkt der Kompensation. Sie reduziert nicht den Strom innerhalb der Motorwicklungen und eliminiert keine Verluste innerhalb der Last selbst.

Wandeln Sie 221 kvar nicht direkt in einen Bestellauftrag um. Die gewählte Nennbank und ihre Stufen müssen zum Lastprofil, den verfügbaren Standardnennwerten, der Spannungstoleranz, der Kondensatortoleranz, der Oberschwingungsbelastung, dem Reaktordesign, dem Reglerverhalten und dem Risiko eines kapazitiven Leistungsfaktors bei Mindestlast passen.

Berechnungsbeispiel für eine Kondensatorbank in kvar für eine 400 kW Last, korrigiert von 0,75 auf 0,95 Leistungsfaktor

Wählen Sie die Korrekturarchitektur

Der Ort und die Schaltmethode bestimmen, welcher Teil des elektrischen Systems von der Entlastung profitiert und wie sich die Bank bei Laständerungen verhält.

Architektur	Am besten geeignet für	Wichtige Auslegungsgrenze
Individuelle Festkompensation	Eine stabile induktive Last, die über lange Zeiträume betrieben wird	Muss mit der Last verriegelt sein und innerhalb der vom Gerätehersteller zulässigen kvar bleiben
Gruppenkompensation	Mehrere Lasten, die gemeinsam ein- und ausgeschaltet werden	Der Betriebszustand der Gruppe muss vorhersehbar sein
Zentrale automatische Stufenkondensatorbank	Variable Anlagenlast mit mehreren Betriebskombinationen	Regler, Stromwandler, Stufenauflösung, Schaltfrequenz, Oberschwingungen und Verhalten bei Schwachlast müssen aufeinander abgestimmt sein
Schnelle thyristorgeschaltete Kompensation	Sich schnell ändernde Lasten, bei denen das Schalten über Schütze zu langsam ist oder übermäßigen Verschleiß verursacht	Erfordert eine anwendungsspezifische Auslegung hinsichtlich Thermik, Halbleitern, Oberschwingungen und Schutz

Eine zentrale automatische Kompensation ist oft zweckmäßig, da sie die gesamte nachgeschaltete Last versorgt und die Wartung an einem Ort konzentriert. Sie entfernt jedoch keinen Blindstrom aus Abzweigen, die der Bank nachgeschaltet sind. Eine Einzelkompensation kann die Abzweige stärker entlasten, erfordert jedoch eine engere Abstimmung mit der jeweiligen Last.

Betriebsarten von Generator und Transformator prüfen

Eine für den Netzbetrieb ausgelegte Bank kann ungeeignet sein, wenn die Anlage auf einen Generator mit geringerer Kurzschlussfestigkeit oder abweichender Blindleistungskapazität umschaltet. Legen Sie fest, ob die Bank während des Generatorbetriebs gesperrt, begrenzt oder anders gesteuert werden muss. Bewerten Sie auch schwach belastete Transformatoren: Eine permanent angeschlossene Bank kann kapazitive Blindleistung erzeugen, wenn die induktive Hauptlast fehlt.

Schrittweite wählen, ohne einen kapazitiven Leistungsfaktor zu erzeugen

Bei einer automatischen Bank ist die gesamte kvar-Leistung nur eine Designvariable. Der kleinste Schritt bestimmt die Auflösung, während die Schrittfolge steuert, wie genau die Bank der Last folgt.

Verwenden Sie das aufgezeichnete Blindleistungsprofil, um vier Fragen zu beantworten:

Was ist die kleinste wiederholbare Änderung der induktiven kvar, die einen Schritt auslösen sollte?
Was ist die niedrigste Last, bei der die Bank aktiviert bleibt?
Wird der kleinste angeschlossene Schritt bei Mindestlast einen kapazitiven Leistungsfaktor erzeugen?
Wie häufig schaltet jeder Schritt während eines normalen Produktionszyklus?

Eine beispielhafte 225 kvar-Bank könnte in gleiche oder ungleiche Stufen unterteilt werden, aber die korrekte Sequenz kann nicht allein aus der gesamten kvar-Zahl ausgewählt werden. Eine kleinere erste Stufe verbessert die Auflösung, erhöht jedoch die Anzahl der Schaltgeräte, den Schutzbedarf, die Verdrahtung, die Wärmeentwicklung, die Kosten und die Wartungspunkte. Ein Regler mit rotierender Stufennutzung kann die Betriebslast verteilen, aber sein Schaltprogramm muss auf die physikalischen Stufenleistungen abgestimmt sein.

Die Ansprechverzögerung des Reglers ist ebenfalls von Bedeutung. Eine kurze Verzögerung kann kurzen Laständerungen nachjagen und den Kontaktverschleiß beschleunigen. Eine lange Verzögerung kann dazu führen, dass eine sich schnell ändernde Last unterkompensiert bleibt. Für Lasten, die sich schneller ändern, als eine schützgeschaltete Bank folgen kann, sollte anstelle einer bloßen Reduzierung der Reglerverzögerung ein statisches oder hybrides System in Betracht gezogen werden.

Oberschwingungen können eine korrekte kvar-Berechnung in eine fehlerhafte Bank verwandeln

Die netzseitige Induktivität und die hinzugefügte Kapazität bilden ein resonantes System. Wenn dessen Eigenfrequenz in der Nähe einer in der Anlage vorhandenen Oberschwingung liegt, können Spannung und Strom verstärkt werden. Zu den Folgen können Überstrom im Kondensator, durchgebrannte Sicherungen, Schützschäden, Überhitzung der Drossel, Fehlauslösungen oder übermäßige Spannungsverzerrungen gehören.

IEC 61642 bietet Anleitungen für Filter und Parallelkondensatoren in oberschwingungsbelasteten industriellen AC-Netzen. Der technische Leitfaden von ABB erläutert ebenfalls, dass eine Seriendrossel so gewählt werden kann, dass die Kombination aus Kondensator und Drossel unterhalb der niedrigsten signifikanten Oberschwingung abgestimmt ist, wodurch das Risiko einer Resonanz mit dem Netz verringert wird.

Verwenden Sie keinen universellen THD-Grenzwert

Eine Aussage wie “Verwenden Sie Drosseln über 5 % THD” ist keine vollständige Auswahlregel. Das Risiko hängt ab von:

individuellen Oberschwingungsamplituden und Phasenbeziehungen;
Kurzschlussfestigkeit des elektrischen Systems und Transformatorimpedanz;
kvar der Kondensatorbank und Anzahl der angeschlossenen Stufen;
Standort nichtlinearer Lasten und der Bank;
Änderungen in der Netztopologie und im Generatorbetrieb;
vorhandene Filter, Kabel und andere Kondensatoren.

Messen Sie das harmonische Spektrum am vorgesehenen Anschlusspunkt unter repräsentativen Betriebszuständen. Ein True-RMS-Stromzangenmessgerät kann abnormale Kondensatorströme identifizieren, aber ein Netzqualitätsanalysator und eine Systemstudie sind erforderlich, um die Oberschwingungsordnung, das Resonanzrisiko und ein vertretbares Minderungskonzept zu ermitteln.

Wählen Sie die harmonische Antwort, nicht nur eine Kondensatorspannung

Netzzustand	Vorläufige Anweisung	Überprüfung erforderlich
Überwiegend lineare Lasten, geringe gemessene Verzerrung, keine Resonanzbedenken festgestellt	Standard-Kondensatorbank kann geeignet sein	Nennwerte für Kondensator, Schaltung, Schutz und Baugruppe bestätigen
Wesentlich nichtlineare Last und Resonanzrisiko	Verdrosselte Kondensator-Reaktor-Bank	Oberschwingungsspektrum, Abstimmung, Kondensatorspannungsbelastung, thermische Auslegung der Drossel und Topologiestudie
Eine oder mehrere Oberschwingungsordnungen erfordern eine gezielte Absorption	Abgestimmter Passivfilter	Fallbezogene Filteruntersuchung einschließlich Komponententoleranzen und Netzänderungen
Breites oder sich änderndes Oberschwingungsspektrum, bei dem Blindleistungskompensation und Verzerrungsbegrenzung getrennte Anforderungen darstellen	Aktive oder hybride Lösung kann angemessen sein	Netzqualitätsuntersuchung, dynamische Anforderungen und Anlagenkompatibilität

Technischer Rahmen für die Auswahl einer Standard-, verstimmten, abgestimmten Filter- oder aktiven hybriden Oberschwingungsantwort

Ein Eine verdrosselte Drossel ist nicht automatisch ein Oberschwingungsfilter. Ihr Hauptzweck in einer PFC-Anlage besteht üblicherweise darin, die Serienresonanz unter die niedrigste signifikante Oberschwingung zu verschieben und die Verstärkung zu begrenzen. Ein abgestimmter Passivfilter ist gezielt darauf ausgelegt, eine niedrige Impedanz um eine ausgewählte Oberschwingungsordnung herum bereitzustellen. Diese Funktionen dürfen nicht austauschbar spezifiziert werden.

Das Hinzufügen einer Drossel erhöht auch die Spannung der Grundfrequenz am Kondensator. Die Nennspannung des Kondensators muss daher auf die Drosselabstimmung, die Systemspannung, Toleranzen und Oberschwingungsbedingungen abgestimmt sein. Die Auswahl eines Kondensators allein auf Basis der Nennspannung der Sammelschiene kann bei einer verdrosselten Anlage unzureichend sein.

Das gesamte PFC-Panel koordinieren

Der Nennstrom des Kondensators für eine symmetrische Drehstrombank beträgt:

Ic = 1000 x Qc / (sqrt 3 x U)

Für das Beispiel mit 225 kvar, 400 V:

Ic = 1000 x 225 / (sqrt 3 x 400)
Ic = ca. 325 A

Dies ist ein nominaler Grundfrequenzstrom, keine Bemessung für Leistungsschalter, Sicherungen, Schütze, Kabel oder Sammelschienen. Die Bauteilbemessungen müssen die geltenden Kondensatortoleranzen, Spannungsschwankungen, Oberschwingungsströme, Schalttransienten, Umgebungsbedingungen, Gruppierungen sowie die geprüfte oder verifizierte Baugruppenkonstruktion berücksichtigen.

Kondensatoren und Drosseln

Geben Sie den Kondensatorstandard, die Nennspannung, die Nenn-kvar bei der tatsächlichen Betriebsspannung, die Frequenz, die Toleranz, den maximal zulässigen Strom, die Entladevorrichtung, die Temperaturkategorie und den Sicherheitsmechanismus für das Lebensende an. Geben Sie für eine verdrosselte Anlage die abgestimmte Kondensator-Drossel-Kombination, die Abstimmungsdaten, die Drosselverluste, die Wärmeklasse, den Temperaturschutz und die erforderliche Belüftung an.

Schaltgeräte

Das Einschalten von Kondensatoren erzeugt einen hochfrequenten Einschaltstromstoß. Ein Allzweck-Schütz, das nur nach dem Dauerstrom ausgewählt wurde, ist möglicherweise nicht geeignet. Geben Sie ein Kondensatorschütz oder ein anderes Schaltgerät mit ausgewiesener Kondensatorschaltfähigkeit, geeigneter Einschaltstrombegrenzung und Koordination mit dem Kurzschluss-Schutzgerät an. Die IEC-Gebrauchskategorie AC-6b für Schütze ist mit dem Schalten von Kondensatorbänken verbunden; das VIOX Leitfaden für Schütz-Gebrauchskategorien erklärt, warum die Gebrauchskategorie wichtig ist.

Wenn die Last schnelles Schalten erfordert, prüfen Sie, ob Thyristorschalten gerechtfertigt ist. Halbleiterschalten verändert das thermische Design, die Isolierung, das Fehlerverhalten und die Steuerung; es ist nicht einfach nur ein schnellerer Ersatz für ein Schütz.

Kurzschluss- und Überlastschutz

Das Schutzsystem muss den verfügbaren Fehlerstrom sowie das Dauer- und Einschaltverhalten der Kondensatorbank berücksichtigen. Bestätigen Sie:

prospektiver Kurzschlussstrom am Anschlusspunkt der Bank;
Ausschalt- und Einschaltvermögen der Schutzeinrichtung;
thermische Belastbarkeit von Leitern und Sammelschienen;
Effektivwert des Stroms von Kondensator und Drossel unter dem angegebenen Oberschwingungsspektrum;
Einschaltstromstoß ohne Fehlauslösung;
Koordination mit jeder Stufe und dem eingangsseitigen Bankgerät;
Anforderungen an Trennung und sichere Wartung;
Koordinations-Tabellen des Herstellers oder verifizierter Nachweis der Baugruppe.

Wenden Sie keinen universellen Multiplikator für Leistungsschalter oder Sicherungen an, ohne den ausgewählten Kondensator, die Drossel, das Schaltgerät, die Kennlinie der Schutzeinrichtung und die geltende Norm zu prüfen. VIOX stellt separate Produktressourcen bereit für MCCBs und Niederspannungssicherungen, aber die endgültige Bemessung muss sich aus der technischen Kombination ergeben und nicht aus einem allgemeinen Verhältniswert aus einem Blog.

Entladung und Steuerung gespeicherter Energie

Kondensatoren können nach dem Trennen gefährliche Spannungen beibehalten. Spezifizieren Sie Entladevorrichtungen und überprüfen Sie die deklarierte Restspannung und Entladezeit gemäß der geltenden Norm und dem Projekt. Das Design muss zudem verhindern, dass eine Wiedereinschaltung erfolgt, bevor die Restspannung auf den zulässigen Wert gefallen ist. Eine Verzögerung durch die Steuerung ist kein Ersatz für eine verifizierte Entladevorrichtung.

Anordnung von Steuerung und Stromwandler

Eine automatische Steuerung benötigt Spannungs- und Strominformationen, die sowohl die Last als auch die Wirkung der Kondensatorbatterie abbilden. Bei einer üblichen zentralen Anordnung wird der Stromwandler vor der Last und dem Anschluss der Kondensatorbatterie installiert, sodass die Steuerung den Netto-Blindleistungsaustausch mit der Quelle erfasst. Die exakte Platzierung, Phasenbelegung, das Übersetzungsverhältnis, die Polarität und die Phasenreferenz der Steuerung müssen dem Schaltplan des Herstellers entsprechen.

Eine falsche Polarität oder Phasenbelegung des Stromwandlers kann dazu führen, dass die Steuerung Kapazität zuschaltet, wenn sie diese eigentlich entfernen sollte. Überprüfen Sie die Messprinzipien in Stromwandler vs. Spannungswandler und verifizieren Sie die Anzeige der Steuerung anhand eines bekannten Lastzustands während der Inbetriebnahme.

Gehäuse und thermische Auslegung

Kondensatoren, Drosseln, Schütze, Schutzeinrichtungen, Leiter und Sammelschienen tragen alle zur Wärmeentwicklung bei. Drosseln können eine dedizierte Luftführung oder eine physische Trennung von temperaturempfindlichen Kondensatoren erfordern. Das Schaltschrankdesign muss Folgendes verifizieren:

Umgebungstemperatur und Aufstellungshöhe;
interner Temperaturanstieg und Belüftungsweg;
Abstände der Komponenten und Einbaurichtlinien des Herstellers;
Strombelastbarkeit von Sammelschienen und Leitern;
Luft- und Kriechstrecken;
Schutzart des Gehäuses und Verschmutzungsbedingungen;
Reaktorthermostat, Schaltschrankthermostat, Lüftersteuerung und Alarmstrategie, sofern verwendet;
Zugang für Inspektion, Überprüfung der sicheren Entladung und Austausch.

Normenübersicht für eine IEC-orientierte Spezifikation

Standard	Relevanter Geltungsbereich in diesem Entwurf
IEC 61921	Niederspannungs-AC-Parallelkondensatorbatterien zur Blindleistungskompensation, einschließlich Batterien mit eingebauten Schalt- und Steuergeräten
IEC 60831-1	Self-healing shunt capacitor units and banks for AC systems up to and including 1,000 V; performance, rating, safety, installation, and operation
IEC 61642	Anwendung von passiven Filtern und Nebenschlusskondensatoren in industriellen AC-Netzen mit Oberschwingungsbelastung
IEC 61439-1 und zutreffender Baugruppenteil	Verifizierung der vollständigen Niederspannungs-Schaltgerätekombination, sofern zutreffend
IEC 60947-Reihe	Relevante Schalt-, Steuer-, Trenn- und Schutzeinrichtungen gemäß ihrem Produktanwendungsbereich

Eine Komponente mit einem IEC-Verweis macht die fertige Schaltanlage nicht automatisch konform. Der Hersteller der Schaltgerätekombination muss die vollständige Konstruktion gemäß der geltenden Norm für Schaltgerätekombinationen und den deklarierten Betriebsbedingungen verifizieren. Regionale Versorgungsrichtlinien, nationale Installationsvorschriften und Projektspezifikationen können zusätzliche Anforderungen stellen.

Inbetriebnahmesequenz

Die Inbetriebnahme sollte die Messkette, die Schaltlogik, das elektrische Ansprechverhalten und das thermische Verhalten nachweisen, anstatt nur zu zeigen, dass alle Schritte schließen können.

Trennen Sie das Schaltfeld vom Netz, stellen Sie die Spannungsfreiheit fest und vergewissern Sie sich vor der Inspektion, dass alle Kondensatoren entladen sind.
Überprüfen Sie die Bemessungswerte der Komponenten, Leiterquerschnitte, Drehmomentprotokolle, Erdung, Abstände, die Abstimmung von Drossel und Kondensator sowie die Koordination der Schutzeinrichtungen.
Überprüfen Sie die Spannungsreferenzen des Reglers, das Wandlerverhältnis, die Wandlerpolarität, die Phasenbelegung sowie die Verriegelungen des Generators oder externer Geräte.
Setzen Sie den Steuerstromkreis unter Spannung und bestätigen Sie die Alarme und Temperatureingänge, bevor Sie die automatische Stufenschaltung freigeben.
Schalten Sie jede Stufe einzeln und bestätigen Sie die erwartete Änderung der Phasenströme, kvar, Leistungsfaktorrichtung und Regleranzeige.
Stellen Sie sicher, dass keine Stufe bei der angegebenen minimalen Betriebslast zu einem kapazitiven Leistungsfaktor führt.
Messen Sie die Kondensator- und Drosselströme mit True-RMS-Messgeräten und vergleichen Sie diese mit den angegebenen Nennwerten und der Auslegungsstudie.
Messen Sie die Spannungs- und Stromoberschwingungen bei Betrieb repräsentativer nichtlinearer Lasten.
Überprüfen Sie die Schaltfrequenz, die Stufenrotation, die Verzögerung bei Entladung/Wiedereinschaltung, die Belüftung sowie die Alarme bei Übertemperatur.
Führen Sie eine thermische Überprüfung unter Last durch, nachdem das System stabile Betriebsbedingungen erreicht hat, und bewahren Sie die Basiswerte für die Wartung auf.

Jeder unerklärliche Überstrom, das schnelle Auslösen von Sicherungen, Schützflattern, anormale Drosselgeräusche, Überhitzung oder ein Anstieg der Spannungsverzerrung erfordern eine Untersuchung vor der weiteren automatischen Inbetriebnahme.

Checkliste für die Angebotsanfrage von Kondensatorbänken

Stellen Sie dem Lieferanten oder Schaltschrankbauer die folgenden Informationen zur Verfügung:

Systemspannung, Frequenz, Phasen, Erdungssystem und Anschlusspunkt;
Lastprofil für minimalen, normalen und maximalen kW/kvar-Wert;
vorhandener und angestrebter Verschiebungs- und Wirkleistungsfaktor;
Oberschwingungsspektrum und Messpunkt;
Bestandsaufnahme nichtlinearer Lasten und Betriebsfahrplan;
Transformator-kVA, Impedanz und Generatorbetriebsarten;
verfügbarer Kurzschlussstrom und erforderliches Kurzschlussausschaltvermögen der Baugruppe;
berechnete Kompensations-kvar und bevorzugte feste/automatische/schnelle Architektur;
erforderliche Stufenauflösung und erwartete Schaltfrequenz;
Entscheidung für Standard-, verdrosselte, Filterkreis-, aktive oder hybride Ausführung;
Kondensator- und Drosselnennwerte, Abstimmungsdaten und thermischer Schutz;
Nachweis der Schaltgeräte-Beanspruchung und Kurzschlusskoordination;
Anforderungen an Einspeise- und Stufenschutz, Trennung und Entladung;
Reglerfunktionen, Wandlerdetails, Kommunikation, Alarme und Verriegelungen;
IP-Schutzart des Gehäuses, Umgebungstemperatur, Aufstellungshöhe, Belüftung, Kabeleinführung und verfügbarer Platz;
Anwendbare IEC-Normen, nationale Vorschriften, Dokumentation, Stückprüfung und Inbetriebnahmeprotokolle.

Für Unterstützung bei der Auswahl stellen Sie VIOX bitte die Systemspannung, das gemessene Lastprofil, den bestehenden und angestrebten Leistungsfaktor, den Oberschwingungsbericht, Transformatordaten, das Fehlerstromniveau, Stufenanforderungen und Gehäusebedingungen zur Verfügung. Diese Eingaben sind erforderlich, bevor Schütze, Leitungsschutz, Verteilungskomponenten und Schaltschrankhardware koordiniert werden.

Häufig Gestellte Fragen

Sollte eine Kondensatorbank so dimensioniert werden, dass ein Leistungsfaktor von 1,00 erreicht wird?

Nicht standardmäßig. Last- und Messschwankungen können bei geringerem Betrieb aus einem Zielwert von 1 ein kapazitives Verhalten machen. Verwenden Sie den Zielwert des Versorgungsunternehmens oder des Projekts und behalten Sie einen angemessenen induktiven Spielraum bei, sofern eine Systemstudie nichts anderes vorgibt.

Können Kondensatoren den Oberschwingungs-Leistungsfaktor korrigieren?

Kondensatoren korrigieren die Blindleistung der Grundfrequenz. Sie eliminieren keinen Oberschwingungsstrom von nichtlinearen Lasten. Der tatsächliche Leistungsfaktor kann daher nach der Korrektur unter dem Verschiebungsleistungsfaktor bleiben.

Wann ist eine automatische Kondensatorbank besser als eine Festbank?

Eine automatische Stufenbank ist im Allgemeinen besser geeignet, wenn sich die induktive kvar-Last während des Betriebszyklus wesentlich ändert. Eine Festbank ist nur dann angemessen, wenn die kompensierte Last und ihr Betriebszustand ausreichend stabil sind und die Bank nicht ohne diese Last angeschlossen bleiben darf.

Entfernt eine verdrosselte Drossel Oberschwingungen?

Nicht unbedingt. In einer PFC-Bank wird eine verdrosselte Drossel üblicherweise verwendet, um die Kondensator-Drossel-Resonanz unter die niedrigste signifikante Oberschwingung zu verschieben und das Verstärkungsrisiko zu verringern. Ein abgestimmter Passivfilter ist gezielt auf eine ausgewählte Oberschwingungsordnung ausgelegt.

Wo sollte der Stromwandler (CT) des APFC-Controllers installiert werden?

Sein Standort muss es dem Controller ermöglichen, die Nettolast und die Wirkung der Kondensatorbank zu messen. Bei einer üblichen zentralen Anordnung bedeutet dies, dass er sich vor der Last und der Bank befinden muss, wobei die genaue Phase, Polarität und Verdrahtung dem Schaltplan des Controller-Herstellers entsprechen müssen.