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Kondensatorbänke zur Blindleistungskompensation (kvar/Mvar) in Stromnetzen

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Kondensatorbänke

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Eine Kondensatorbank ist eine Anordnung mehrerer miteinander verbundener Kondensatoreinheiten, die zur Blindleistungskompensation (kvar/Mvar) in Stromversorgungsnetzen dient. Kondensatorbänke werden eingesetzt, um den Leistungsfaktor, die Spannungsstabilität, den Wirkungsgrad des Netzes und die Stromübertragungskapazität zu verbessern, indem sie voreilende Blindleistung bereitstellen, um induktive Lasten auszugleichen.

Sie sind weit verbreitet in Umspannwerken, Industrieanlagen, Anlagen für erneuerbare Energien und Verteilungsnetzen.

Hauptfunktionen
Kondensatorbänke dienen folgenden Zwecken:
·Verbesserung des Leistungsfaktors
·Reduzierung des Blindleistungsbedarfs
·Reduzierung von Übertragungs- und Verteilungsverlusten
·Verbesserung der Spannungsregelung
·Erhöhung der Systemkapazität
·Reduzierung der Belastung von Transformatoren und Kabeln
·Verbesserung der allgemeinen Stromqualität
·Unterstützung der Netzstabilität

Funktionsprinzip
Die meisten elektrischen Lasten wie Motoren, Transformatoren und Induktionsgeräte verbrauchen nacheilende Blindleistung.
Eine Kondensatorbank liefert voreilende Blindleistung, um diesen Bedarf auszugleichen.
Durch die Reduzierung des Blindstroms arbeitet das System effizienter.

Hauptkomponenten einer Kondensatorbank
1.) Kondensatoreinheiten
Die grundlegenden Bausteine der Bank.
Komponenten:
·Kondensatorelemente
·Polypropylen-Folien-Dielektrikum
·Aluminiumfolien-Elektroden
·Isoliermedium
·Entladungswiderstände
2.) Schaltgeräte
Steuern das Ein- und Ausschalten der Kondensatoren.
Typische Geräte:
·Vakuumschütz
·Leistungsschalter
·Lasttrennschalter
·Thyristorschalter
3.) Schutzvorrichtungen
Umfassen:
·Sicherungsschutz
··Überstromrelais
·Unsymmetrie-Schutzrelais
·Überspannungsschutz
·Überspannungsableiter
4.) Entladeschaltung
Zweck:
·Entlädt die gespeicherte elektrische Energie nach dem Abschalten
·Gewährleistet eine sichere Wartung
Komponenten:
·Entladungswiderstände
·Spannungswandler (optional)
5.) Steuerungssystem
Automatische Kondensatorbänke umfassen:
·Blindleistungsregler
·SPS-Steuerung
·Mess-Stromwandler
·Schaltlogik
·Kommunikationsschnittstelle

Arten von Kondensatorbänken
1.) Parallelschalt-Kondensatorbank
Die gängigste Bauart.
Anschluss:
·Parallel zum Stromnetz geschaltet
Zweck:
·Liefert Blindleistung vor Ort
·Verbessert den Leistungsfaktor
Anwendungen:
·Verteilerstationen
·Industrieanlagen
·Gewerbliche Einrichtungen
2.) Reihenschaltbare Kondensatorbatterie
Anschluss:
·In Reihe mit Übertragungsleitungen geschaltet
Zweck:
·Reduziert die Leitungsimpedanz
·Verbessert die Leistungsübertragungskapazität
·Reduziert den Spannungsabfall
Anwendungen:
·Fernübertragungsnetze
·Höchstspannungsnetze
3.) Feste Kondensatorbank
Merkmale:
·Dauerhaft angeschlossen
·Einfacher Aufbau
·Geringe Kosten
Anwendungsbereiche:
·Konstante Lasten
·Industriemotoren
4.) Automatisch geschaltete Kondensatorbank
Merkmale:
·Passt die kvar-Leistung automatisch an
·Hält den Soll-Leistungsfaktor aufrecht
Komponenten:
·Steuerung
·Schaltmodule
·Mehrere Kondensatorstufen
Anwendungsbereiche:
·Variable industrielle Lasten
5.) Entstimmte Kondensatorbank
Merkmale:
·Enthält Drosseln
·Verhindert harmonische Resonanz
Anwendungsbereiche:
Systeme mit:
·Frequenzumrichtern
·Leistungselektronik
·Harmonischen Verzerrungen

Typische technische Spezifikationen
·Spannungsbereich: 400 V–500 kV
·Frequenz: 50/60 Hz
·Kapazität: 50 kvar–1000 Mvar+
·Typ: Nebenschluss / Reihenschaltung
·Schaltverfahren: Fest / Automatisch
·Kondensator-Dielektrikum: Metallisierte Polypropylenfolie
·Schutz: Sicherungs- und Relaisschutz
·Kühlung: Natürliche Luftkühlung
·Installation: Innen / Außen
·Normen: IEC 60871, IEEE 18

Typische Spannungsanwendungen
·400 V–690 V Industrielle Blindleistungskompensation
·3,3 kV–12 kV Industrielle Kompensation im Mittelspannungsbereich
·24 kV–35 kV Verteilerstationen
·66 kV–220 kV Netzspannungsunterstützung
·330 kV–500 kV Übertragungskompensation

Schutzfunktionen
Überstromschutz
Schützt vor:
·Kurzschlüssen
·Internen Kondensatorfehlern
·Kondensator-Unsymmetrieschutz
Erkennt:
·Ausfälle einzelner Kondensatorelemente
·Ungleiche Spannungsverteilung
·Überspannungsschutz
Schützt vor:
·Schaltstößen
·Abnormer Netzspannung
·Oberschwingungsschutz
Einsatz in Systemen mit:
·Wechselrichtern
·Frequenzumrichtern
·Lichtbogenöfen

Vorteile
Energieeffizienz
·Reduziert den Blindleistungsfluss
·Verbessert den elektrischen Wirkungsgrad
Spannungsstabilisierung
·Sorgt für stabile Spannungspegel
·Verbessert die Netzleistung
Kostensenkung
·Reduziert Leistungsgebühren
·Reduziert elektrische Verluste
Erhöhte Kapazität
·Entlastet Transformatoren und Zuleitungen
·Ermöglicht zusätzliche Lasten
Verbesserte Netzqualität
·Reduziert Spannungsschwankungen
·Unterstützt einen stabilen Betrieb

Typische Anwendungsbereiche
Versorgungsumspannwerke
·Unterstützung der Übertragungsspannung
·Regulierung der Verteilerspannung
·Verbesserung der Netzstabilität
Industrieanlagen
·Stahlwerke
·Zementwerke
·Bergbauanlagen
·Chemiewerke
·Produktionsstätten
Anlagen für erneuerbare Energien
·Solar-PV-Anlagen
·Windparks
·Batterie-Energiespeichersysteme
Gewerbliche Einrichtungen
·Rechenzentren
·Einkaufszentren
·Große Bürogebäude

Anwendbare Normen
·IEC 60871 – Nebenschlusskondensatoren für Wechselstromsysteme über 1 kV
·IEC 60143 – Reihenkondensatoren für Stromversorgungssysteme
·IEEE Std 18 – Nebenschluss-Leistungskondensatoren
·IEC 60099 – Überspannungsableiter
·IEC 62271 – Hochspannungsschalt- und Steueranlagen

Übersicht über typische Nennwerte
·Systemspannung: 400 V–500 kV
·Kapazität: Bereich von kvar bis Mvar
·Konfiguration: fest / schaltbar
·Kompensationsart: Blindleistungskompensation
·Schaltung: Schütz / Leistungsschalter / Thyristor
·Schutz: Sicherung, Relais, Überspannungsableiter
·Installation: Innenbereich / Außenbereich
·Lebensdauer: 15–30 Jahre

Eine Kondensatorbank ist eine Schlüsselkomponente in modernen Stromnetzen und sorgt für Blindleistungskompensation, verbesserte Spannungsstabilität, geringere Verluste und eine höhere Systemkapazität. Sie ist eine wirtschaftliche und zuverlässige Lösung zur Leistungssteigerung von industriellen Stromversorgungssystemen, Verteilungsnetzen und Übertragungsnetzen.