Blindstrom | <<< | >>> | Feedback |
Definition: ein Teil des Stroms bei Wechselstrom, der keine Wirkleistung überträgt
Blindstrom ist ein Phänomen, welches nur bei Wechselstrom (und Drehstrom) auftritt, nicht bei Gleichstrom. Der Einfachheit halber nehmen wir im Folgenden an, dass sowohl die elektrische Spannung als auch die von einem Verbraucher (Gerät) bezogene Stromstärke sinusförmig mit der Netzfrequenz von 50 Hz oszillieren.
Wenn der Verbraucher beispielsweise ein einfacher Heizwiderstand einer Elektroheizung ist, ist die Stromstärke in jedem Moment proportional zur Spannung (Abbildung 1). Die übertragene elektrische Leistung oszilliert zwar, ist aber immer gleich gerichtet, und ist im Mittel halb so hoch wie die Spitzenleistung. Man spricht hier von einem reinen Wirkstrom; ein Blindstrom tritt nicht auf. Die mittlere Leistung entspricht dem Produkt der Effektivwerte von Spannung und Strom.
Abbildung 1: Ein reiner Wirkstrom (grüne Kurve) ist “in Phase” mit der elektrischen Spannung (blau). Die übertragene Leistung hat immer dieselbe Richtung: vom Netz zum Verbraucher.
Wenn dagegen zwischen Stromstärke und Spannung eine Phasenverzögerung von 90 ° auftritt (d. h. eine zeitliche Verschiebung der Maxima um ein Viertel einer Periode), dann oszilliert die übertragene Leistung wie in Abbildung 2 gezeigt. Die Leistung nimmt abwechselnd positive und negative Werte an, d. h. die Energie pendelt zwischen Netz und Verbraucher hin und her, und im zeitlichen Mittel wird überhaupt keine elektrische Energie übertragen, trotz des Stromflusses. Die Scheinleistung, das Produkt der Effektivwerte von Spannung und Strom, ist in diesem Beispiel gleich wie im vorherigen Fall, obwohl die tatsächlich im Mittel übertragene Leistung Null ist. Hier spricht man von einem reinen Blindstrom bzw. von Blindleistung.
Abbildung 2: Ein reiner Blindstrom (grüne Kurve) ist um 90 ° in der Phase gegen die Spannung verschoben. Die übertragene Leistung oszilliert zwischen Netz und Verbraucher.
Reine Blindströme können in der Praxis verursacht werden von Kondensatoren und (in entgegengesetzter Richtung) von (idealen) Induktivitäten. Der letztere Fall wird angenähert durch einen hochwertigen Transformator, dem auf der Sekundärseite keine Leistung entnommen wird. Kapazitive Blindströme (von Kondensatoren) können induktive Blindströme (von Motoren und Transformatoren) ganz oder teilweise kompensieren.
Wenn andere (z. B. kleinere) Werte der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auftreten, erfolgt der Transport von Leistung bevorzugt in einer Richtung (vom Netz zum Verbraucher), und es wird eine gewisse Durchschnittsleistung (Wirkleistung) übertragen, die allerdings kleiner ist als die Scheinleistung.
Abbildung 3: Ein Strom mit Wirk- und Blindstromanteil (grüne Kurve). Die übertragene Leistung geht vorzugsweise vom Netz zum Verbraucher.
Im letzteren Fall kann man den Strom gedanklich in zwei Teile zerlegen: einen Wirkstromanteil, der für die übertragene Durchschnittsleistung verantwortlich ist, und einen Blindstromanteil, der nicht zur Durchschnittsleistung beiträgt. Die Wirkleistung ergibt sich als das Produkt der elektrischen Effektivspannung, der Effektivstromstärke und des Kosinus des Phasenwinkels φ zwischen Strom und Spannung. Häufig wird cos φ auf Typenschildern von elektrischen Geräten angegeben; im Idealfall (ohne Blindströme) ergibt sich der Wert 1, sonst ein kleinerer Wert.
Praktische Bedeutung von Blindströmen
Blindströme sind bei der Übertragung elektrischer Energie z. B. in Hochspannungsleitungen ungünstig, weil sie die Stromstärke in der Leitung erhöhen, ohne zur Energieübertragung beizutragen. Die erhöhte Stromstärke führt zu erhöhten Energieverlusten in der Leitung.
Leider verursachen diverse Verbraucher (z. B. Elektromotoren und Transformatoren) wie auch die Hochspannungsleitungen selbst (v. a. bei Erdkabeln und Seekabeln) gewisse Blindströme. Diese können an manchen Stellen im Netz durch geeignete Anlagen kompensiert werden, welche jedoch zusätzliche Kosten und ebenfalls gewisse Energieverluste verursachen. Für die Blindstromkompensation setzt man Kondensatoren ein, ebenso dynamische Blindleistungsgeneratoren z. B. auf der Basis von Synchrongeneratoren.
Auch manche Generatoren erzeugen unerwünschte Blindleistung; dies gilt insbesondere für Asynchrongeneratoren, die nicht vollständig blindstromkompensiert werden können.
Probleme mit Blindströmen (oder den Nebenwirkungen der Blindstomkompensation) lassen sich vollständig vermeiden durch Gleichstromübertragung. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ).
Typische Haushaltsstromzähler reagieren nicht auf Blindströme, d. h. sie erfassen nur die Wirkleistung. Großverbraucher können auch für Blindströme zur Kasse gebeten werden, was einen Anreiz dafür setzt, Blindströme mit eigenen Anlagen zu kompensieren oder mit besser konstruierten Geräten gleich zu vermeiden. Auf diese Weise lässt sich die Energieeffizienz des Übertragungsnetzes verbessern, indem Netzverluste reduziert werden.
Siehe auch: elektrische Energie, Leistung, Scheinleistung, Leistungsfaktor, Hochspannungsleitung