IEC 60831-1/2 · IEEE 18-2012 · IEEE 1036-2010 · IEC 60871-1 · Qc-Dimensionierung · Harmonische Resonanz · Entstördrossel · Energieeinsparung
Qc = P × (tan(arccos PF₁) − tan(arccos PF₂)) [IEC 60831-1 / IEEE 18-2012 §5]
C_delta (µF) = Qc / (3 × 2πf × V_LL²) × 10⁶
C_wye (µF) = Qc / (3 × 2πf × V_LN²) × 10⁶
f_r = f_sys × √(Ssc / Qc) [IEEE 519-2014 §5]
where Ssc = Short-Circuit MVA
Harmonic risk: |h_r − h| / h ≤ 10% (h ∈ {5, 7, 11, 13})
Detuned reactor: p% = (f_sys / f_p)² × 100 [IEC 60831-2]
Kompensation fügt kapazitive Blindleistung (kVAR) hinzu, um induktive Blindleistungsbedarf von Motoren, Transformatoren und Drosseln auszugleichen. Dies erhöht das Verhältnis Wirkleistung (kW) / Scheinleistung (kVA), reduziert Strom, Verluste und Netzentgelt-Strafen.
Qc (kVAR) = P × [tan(arccos cos φ₁) − tan(arccos cos φ₂)] nach IEEE 18-2012 §5 und IEC 60831-1. Beispiel: 500 kW cos φ 0,75→0,95: tan(arccos 0,75)=0,881, tan(arccos 0,95)=0,329, Δtan=0,552, Qc=276 kVAR.
Kondensatoren und Systeminduktivität bilden einen parallelen LC-Kreis. Die Resonanzfrequenz f_r = fsys × √(Ssc/Qc) darf nicht mit charakteristischen Oberschwingungen (5.=250 Hz, 7.=350 Hz bei 50 Hz) zusammenfallen. IEEE 519-2014 §5 schreibt diese Prüfung vor. Bei Risiko verschiebt eine Entstördrossel (typ. 7%) die Resonanz.
IEC 60831-1 §5.2 schreibt vor, dass Kondensatorbänke mit ≥ 1,10 × V_System bemessen werden, um stationäre Überspannungen und transiente Überspannungen aufzunehmen. Für ein 415-V-System 440-V-Kondensatoren wählen; für 11 kV 12 kV.
Feste Banken sind einfacher und kostengünstiger — geeignet für Lasten mit geringer Variation. Stufenschaltende (automatische) Banken passen die Blindleistung in Stufen an, wenn sich die Last ändert, und vermeiden Überkompensation und Resonanz bei Teillast.
Durch Anhebung des cos φ werden I²R-Verluste in Leitern und Transformator proportional zum Quadrat des Stromverhältnisses reduziert. Ein 500-kW-Industriebetrieb, der cos φ von 0,75 auf 0,95 anhebt, spart ca. 276 kVAR × 3000 h/Jahr ≈ 828.000 kWh/Jahr, ca. 99.000 €/Jahr und vermeidet ~330 t CO₂.