Kompensationskondensator: Aufbau in 3D

Kompensationskondensator im Betrieb: Entladen, Schalten, Messen

Wie schnell er entladen sein muss

Eaton nennt für Kondensatoren eine klare Forderung: Entladekreis oder Entladevorrichtung müssen die Restspannung am Kondensator innerhalb einer Minute nach dem Abschalten auf unter 50 V senken. Zwischen Kondensator und Entladestromkreis dürfen keine Trennschalter und keine Sicherungen liegen (Schaltungsbuch 10/23, S. 3-51). Sonst könnte der Kondensator abgetrennt werden, während er noch geladen ist, und die Entladewiderstände hätten keine Wirkung mehr. Einen Kondensator deshalb auch nach einer Minute nicht anfassen, bevor die Spannungsfreiheit an seinen Klemmen festgestellt ist.

Einzel-, Gruppen- und Zentralkompensation

Bei der Einzelkompensation sitzt der Kondensator direkt an einem Motor und wird mit ihm geschaltet. Kondensatoren, die so parallel zum Motor geschaltet sind, brauchen nach Eaton keine eigene Entladevorrichtung, weil sie sich über die Motorwicklung entladen (S. 3-51). Bei der Gruppenkompensation versorgt ein Kondensator mehrere Motoren. Bei der Zentralkompensation schaltet ein Blindleistungsregler in der Hauptverteilung mehrere Stufen nach Bedarf zu und ab.

Warum Kondensatoren eigene Schütze brauchen

Wird eine Stufe zugeschaltet, während andere schon am Netz sind, lädt sie sich nicht nur aus dem Netz, sondern auch aus den parallel geschalteten Kondensatoren. Eaton beschreibt Einschaltstromspitzen, die über dem 150-fachen Bemessungsstrom liegen können. Normale Schütze können dabei verschweißen. Deshalb werden Kondensatorschütze verwendet, die solche Spitzen beherrschen, oder Zusatzinduktivitäten eingebaut, etwa durch längere Zuleitungen oder eine Luftspule (S. 3-52). Eine Bauart ist die Kombination aus Kondensatorschütz, Vorstufenschütz und Vorwiderständen (S. 3-55). Sind die Kondensatoren dagegen verdrosselt, begrenzen die Drosseln den Einschaltstrom, und nach Eaton können normale Schütze verwendet werden (S. 3-52). Vor dem Tausch eines Stufenschützes deshalb nachsehen, welche Ausführung verbaut ist, und keine andere einsetzen.

Kapazität richtig messen

Spannungsfrei, entladen, Leitungen abgeklemmt, dann mit einem Messgerät mit Kapazitätsbereich zwischen je zwei Klemmen messen. Bei der üblichen Dreieckschaltung misst du dabei nicht einen einzelnen Kondensator: Zwischen L1 und L2 liegt der Kondensator dieser Seite, parallel dazu die beiden anderen in Reihe. Sind alle drei gleich groß, zeigt das Messgerät deshalb das 1,5-Fache eines Einzelkondensators. Wichtig ist, dass alle drei Messungen fast gleich sind. Ein deutlich kleinerer Wert zwischen zwei Klemmen zeigt, dass ein Wickel Kapazität verloren hat oder abgetrennt ist.

Was der Regler und die Stufen verraten

Steht der Leistungsfaktor trotz eingeschalteter Stufen schlecht, liefern einzelne Stufen keine Blindleistung mehr: Sicherungen der Stufe ausgelöst, Schütz zieht nicht an, Abreißsicherung hat ausgelöst. Schaltet der Regler eine Stufe sehr oft ein und aus, kann die Einstellung zu knapp sein, und die Schütze verschleißen schnell. Den Strom jeder Stufe mit der Stromzange messen und mit dem Wert vom Typenschild vergleichen, den Aufbau der Zange zeigt Stromzange in 3D.

Betriebs- und Anlaufkondensator sind etwas anderes

Der Kompensationskondensator in der Verteilung hat mit dem Betriebskondensator eines Einphasenmotors nur das Prinzip gemein. Der Betriebskondensator erzeugt im Motor die Phasenverschiebung für das Drehfeld und sitzt am Motor oder im Gerät. Ein Anlaufkondensator wird nur beim Anlauf zugeschaltet. Beide werden nach dem Wert in µF und der Spannung auf ihrem Becher ersetzt, der Kompensationskondensator nach Blindleistung in kvar und Spannung. Wie viel Blindleistung nötig ist, rechnet der Rechner Blindleistung.

Wärme verkürzt das Leben

Kondensatoren in einer Kompensationsanlage sitzen dicht an dicht und werden warm. Je wärmer es im Schrank ist, desto schneller altern sie. Deshalb gehören Lüfter und Filtermatten des Kompensationsschranks zur Wartung, und über den Kondensatoren muss der Platz frei bleiben, den die Abreißsicherung braucht.

Der Regler zeigt Unsinn

Der Blindleistungsregler bekommt seine Messwerte über einen Stromwandler in einem Außenleiter und die Spannung zwischen zwei Außenleitern oder einem Außenleiter und N. Sitzt der Stromwandler nach einem Umbau im falschen Außenleiter oder ist er falsch herum eingebaut, rechnet der Regler mit einer falschen Phasenlage. Dann zeigt er unsinnige Werte, etwa ein falsches Vorzeichen, und schaltet die Stufen falsch. Den Aufbau eines Stromwandlers zeigt Stromwandler in 3D.

Mehr Kondensator ist nicht besser

Wird mehr Blindleistung zugeschaltet, als die Motoren gerade brauchen, kippt der Leistungsfaktor ins Kapazitive. Das passiert zum Beispiel, wenn nachts kaum Maschinen laufen, aber fest angeschlossene Kondensatoren am Netz bleiben. Der Regler schaltet deshalb Stufen nicht nur zu, sondern auch wieder ab. Fest angeschlossene Kondensatoren werden so bemessen, dass sie auch bei kleiner Last nicht zu viel liefern.

Mehrere Stufen, mehrere Gefahren

Im Kompensationsschrank hat jede Stufe ihre eigenen Kondensatoren und Entladewiderstände. Fällt ein Entladewiderstand aus, bleibt genau diese Stufe geladen, während die anderen sich entladen haben. Darum nach dem Freischalten an jeder einzelnen Stufe die Spannungsfreiheit feststellen und nicht nur an der Einspeisung.

Wartung mit Zahlen

Bei jeder Wartung den Strom jeder Stufe messen und notieren. Ein Kondensator verliert seine Kapazität nicht über Nacht, sondern Schritt für Schritt. Wer die Werte über die Jahre vergleicht, sieht eine Stufe nachlassen, lange bevor der Leistungsfaktor auffällt. Dazu kommen die Sichtprüfung auf aufgeblähte Becher, verfärbte Klemmen und ausgelöste Sicherungen und ein Blick auf den Lüfter.

Einen Kondensator tauschen

Der Ersatz braucht dieselbe Blindleistung in kvar bei derselben Bemessungsspannung und Frequenz. Ein Kondensator mit höherer Bemessungsspannung liefert an der niedrigeren Netzspannung weniger Blindleistung, als auf ihm steht. Anschlussleitung und Sicherungen der Stufe bleiben, wie sie für die Stufe bemessen sind.