RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen
www.energie-lexikon.info

Blindstrom

Definition: ein Teil des Stroms bei Wechselstrom, der keine Wirkleistung überträgt

Englisch: reactive current

Kategorien: elektrische Energie, physikalische Grundlagen

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 12.07.2010; letzte Änderung: 31.03.2019

Blindströme sind ein Phänomen, welches nur bei Wechselstrom und Drehstrom auftritt, nicht bei Gleichstrom. Sie haben zur Folge, dass elektrische Energie zwischen Erzeuger und Verbraucher hin- und herpendelt, so dass die Leitungen ohne Nutzeffekt (Netto-Energieübertragung) belastet werden. Dagegen fließt die Energie bei einem reinen Wirkstrom systematisch in eine Richtung. Häufig tritt in der Praxis auch ein Gemisch von Blind- und Wirkstrom auf.

Einfache Beispiele

Im Folgenden wird das Phänomen der Blindströme anhand von für die Praxis typischen Beispielen erläutert. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass sowohl die elektrische Spannung als auch die von einem Verbraucher (Gerät) bezogene Stromstärke sinusförmig mit der Netzfrequenz von 50 Hz oszilliert.

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 (nämlich zum Verbraucher hin), und ist im Mittel halb so hoch wie die maximal auftretende Momentanleistung. Man spricht hier von einem reinen Wirkstrom; ein Blindstrom tritt nicht auf. Die mittlere Leistung (Wirkleistung) entspricht dem Produkt der Effektivwerte von Spannung und Strom.

Wirkstrom
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. Diese Situation kann an einer verlustlosen Drosselspule (einer rein induktiven Last) auftreten. 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. Es wird nur eine Blindleistung übertragen, aber keine Wirkleistung. Die Blindleistung entspricht hier dem Produkt der Effektivwerte von Spannung und Blindstrom. Wenn sie zeitlich integriert wird, erhält man die Blindarbeit. Der Artikel hierzu enthält auch ein Rechenbeispiel.

Blindstrom
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.

In der Praxis tritt häufig irgendein Phasenwinkel zwischen −90° und +90° auf, so dass sowohl Wirkleistung als auch Blindleistung übertragen werden; dies wird weiter unten diskutiert.

Induktive und kapazitive Lasten

Blindströme können in der Praxis sowohl von induktiven Lasten verursacht werden, wie oben gezeigt, als auch von Kondensatoren (kapazitiven Lasten), wobei bei den letzteren der Stromfluss um 90° vorverschoben anstatt verzögert ist. Beispiele für induktive Lasten sind Elektromotoren durch die enthaltenen Spulen, wobei der entstehende Phasenwinkel des Stroms aber auch stark von der Drehzahl abhängen kann. Spulen sind auch in anderen Geräten enthalten, z. B. als Drosselspulen in einfachen konventionellen Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen. Kapazitive Lasten entstehen oft durch Kondensatoren, teils aber auch quasi unbeabsichtigt z. B. bei Hochspannungsleitungen.

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) (siehe Abbildung 3), und es wird eine gewisse Durchschnittsleistung (Wirkleistung) übertragen, die allerdings kleiner ist als die Scheinleistung.

Blindstrom
Abbildung 3: Ein Strom mit 60° Phasenverschiebung gegenüber der Spannung (grüne Kurve). Hier gibt es einen Wirk- und Blindstromanteil. Die übertragene Leistung oszilliert, geht aber vorwiegend vom Netz zum Verbraucher.

Grundsätzlich 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.

Kapazitive Blindströme können induktive Blindströme (von Motoren und Transformatoren) ganz oder teilweise kompensieren (→ Blindleistungskompensation). Wenn eine ideale Induktivität und eine ideale Kapazität parallel geschaltet werden, besteht zwischen den Strömen durch sie ein Phasenunterschied von 180°, d. h. die beiden Ströme sind zu jeder Zeit entgegengesetzt gerichtet. Wenn zusätzlich die Stärke der Induktivität und Kapazitäten für die entsprechende Netzfrequenz richtig ausbalanciert sind, werden diese Ströme gleich hoch. In der gemeinsamen Zuleitung gleichen sie sich dann komplett aus, so dass dort kein Strom mehr fließt; Strom fließt nur zwischen dem kapazitiven und dem induktiven Bauteil.

Typische Beispiele für zumindest teilweise induktive Lasten sind Drosselspulen, Transformatoren (insbesondere wenn sie sekundärseitig nicht oder nur schwach belastet sind), Elektromotoren und Stromleitungen bei hohen Lasten. Kapazitive Lasten dagegen entstehen durch Kondensatoren und durch schwach belastete Stromleitungen, insbesondere Hochspannungsleitungen in Form von Erd- oder Seekabeln. (Freileitungen weisen viel niedrigere Kapazitäten auf als Erd- oder Seekabel.)

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, soweit dies nicht z. B. durch entsprechend vergrößerte Leitungsquerschnitte ausgeglichen wird. Der Leistungsverlust durch Blindströme ist allerdings in der Regel weitaus kleiner als die Blindleistung selbst; seine Größe hängt von den Eigenschaften des Stromnetzes und der Erzeugung der Blindleistung ab.

Ein zusätzliches Problem entsteht für die Spannungshaltung: Durch die Blindstromproblematik kann die Spannung auf einer Stromleitung schneller abfallen, so dass sie schließlich für die Verbraucher zu gering wird. Dieses Problem muss dann durch zusätzliche Maßnahmen gelöst werden.

Kraftwerke müssen nicht nur Wirkleistung liefern, sondern auch die von Netz und Verbrauchern bezogene Blindleistung. Ein Kraftwerk am Stromnetz kann Blindleistung oft in variabler Höhe einspeisen, ein Stück weit unabhängig von der eingespeisten Wirkleistung. Diese Funktion ist wichtig im Zusammenhang mit der Spannungshaltung. Mit solchen Methoden kann beispielsweise eine erhöhte Einspeisung von Photovoltaikanlagen in Niederspannungsnetzen erfolgen, ohne dass Netzausbauten nötig werden.

Diverse Verbraucher (z. B. Elektromotoren und Transformatoren) wie auch die Hochspannungsleitungen selbst (v. a. bei Erdkabeln und Seekabeln) verursachen gewisse Blindströme. Diese können an manchen Stellen im Netz (oder direkt bei den Verbrauchern) durch geeignete Anlagen kompensiert werden, welche jedoch zusätzliche Kosten und ebenfalls gewisse Energieverluste verursachen. Für die Blindleistungskompensation bei Verbrauchern mit induktiver Komponente setzt man Kondensatoren ein, ebenso dynamische Blindleistungsgeneratoren z. B. auf der Basis von Synchrongeneratoren oder Drosseln mit Phasenanschnittsteuerung.

Auch manche Generatoren erzeugen unerwünschte Blindleistung; dies gilt insbesondere für Asynchrongeneratoren, die nicht vollständig blindstromkompensiert werden können. Synchrongeneratoren dagegen können für die gezielte Blindleistungserzeugung eingesetzt werden. Auch Wechselrichter können so konstruiert werden, dass sie variable Blindleistungen erzeugen.

Probleme mit Blindströmen (oder den Nebenwirkungen der Blindstromkompensation) lassen sich vollständig vermeiden durch Gleichstromübertragung. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ), insbesondere bei Verwendung von See- und Erdkabeln.

Typische Haushaltsstromzähler reagieren nicht auf Blindströme, d. h. sie erfassen nur die Wirkleistung, also die effektiv gelieferten Energiemengen. Stromtarife für Großverbraucher können auch Blindleistung berücksichtigen, 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 Stromnetzes verbessern, indem Netzverluste reduziert werden, und die Spannungshaltung wird vereinfacht.

Siehe auch: Blindleistung, Blindleistungskompensation, Leistung, Scheinleistung, Wirkleistung, Leistungsfaktor, Stromnetz, Hochspannungsleitung, Spannungshaltung
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, physikalische Grundlagen

Alles verstanden?


Frage: Welche der folgenden Aussagen sind zutreffend?

(a) Blindströme belasten Stromleitungen, ohne Nutzenergie zu übertragen.

(b) Eine gute Isolierung von Leitungen reduziert Energieverluste durch Blindströme.

(c) Blindströme, die von verschiedenen Verbrauchern verursacht werden, können sich unter Umständen gegenseitig aufheben.

(d) Für die Erzeugung von Blindleistungen braucht man nicht unbedingt Kraftwerke.

(e) Haushalte könnten Geld sparen mit Einrichtungen, die Blindströme so gut wie möglich kompensieren.


Siehe auch unser Energie-Quiz!

Kommentare von Lesern

11.09.2017

Wie lässt es sich denn (physikalisch) erklären, dass Blindströme ebenfalls Leitungsverluste verursachen?

Einem ohmschen Widerstand ist die Phasenverschiebung des Stroms zur Spannung egal, diesen “interessiert” nur, wie viel (Betrag des komplexen Stroms) Strom fließt, richtig?

Warum ist Blindstrom dann nicht z. B. in einer Widerstandsheizung nutzbar?

Antwort vom Autor:

Die Leitung ist (vereinfacht betrachtet) gerade so ein ohmscher Widerstand, den es nur interessiert, wie hoch die Stromstärke ist. Genauer gesagt ist die Verlustleistung darin proportional zum mittleren Quadrat der Stromstärke. Es handelt sich um einen Verlust, da die Aufheizung der Stromleitungen in der Regel nicht nutzbar ist.

Eine Widerstandsheizung – also ein ohmscher Widerstand beim Verbraucher – heizt genauso entsprechend der Stromstärke. Sie verursacht aber keine Blindströme – genau deswegen nutzt sie keine! Sie zieht in jedem Moment eine Stromstärke proportional zur anliegenden Spannung, also ohne Phasenverschiebung.

27.11.2018

Warum ist Blindstrom nicht in einer Widerstandsheizung nutzbar?

Würde die Heizung sich erwärmen, wenn wir z.B. reinen Blindstrom haben. Eigentlich ja, denn die Leitung erwärmt sich ja auch (durch die Leitungsverluste). Das heißt ich könnte doch Energie umsetzten, auch mit reiner Blindleistung.

Würde eigentlich auch eine herkömmliche alte Glühbirne mit Glühwendel leuchten, bei reinem Blindstrom? Eigentlich ja, denn Strom würde ja trotzdem durch die Wendel fließen und diese zum leuchten bringen, oder?

Der Strom ist ja prinzipiell der gleiche, ob Wirkstrom oder Blindstrom; Strom ist Strom.

Antwort vom Autor:

Wenn Strom durch eine Widerstandsheizung fließt, haben Strom und Spannung dieselbe Phase, d. h. es ist reiner Wirkstrom, kein Blindstrom. Es geht eine gewisse Leistung in die Heizung, und dazu kommt eine (wesentlich kleinere) Verlustleistung in den Stromleitungen.

Blindströme gibt es z. B. bei induktiven Lasten; hier pendelt die Energie zwischen “Verbraucher” und Kraftwerk hin und her. In der induktiven Last wird zu manchen Zeiten mit Energieaufwand ein Magnetfeld aufgebaut, und zu anderen Zeiten wird es wieder abgebaut, wobei die Energie zurück ins Netz fließt.

23.01.2019

(anscheinend eine Nachfrage zur vorherigen Frage und Antwort, deutlich gekürzt)

Ein praktisches Beispiel: Ich schalte an die 230-V-AC-Steckdose einen Kondensator mit einer Glühlampe in Serie. Im Kondensator gibt es den Strom, der zur Spannung über dem Kondensator praktisch um 90 Grad phasenverschoben ist, weil Kondensatoren sind praktisch ideal (im Vergleich zu Drosseln). Jetzt schalte ich in Serie zum Kondensator eine Glühlampe. Diese bekommt exakt den selben Strom. Diesen “Blindstrom”, wenn man diesen so bezeichnen will. Nur, der Lampe ist es egal, wie man den Strom bezeichnet. Sie bekommt einfach nur Strom. Es ist der Lampe völlig egal, woher sie den AC-Strom bekommt, ob von einer Kapazität oder Induktivität. In der Lampe ist Strom und Spannung nicht phasenverschoben. Es entsteht Wärme und Licht durch die Wirkleistung.

Fazit aus dieser Überlegung wäre, es gibt weder Blindspannung noch Blindstrom, es gibt nur Blindleistung und dies nur im Bereich einer Kapazität oder Induktivität. Der Begriff “Blind” ist stets an die Phasenverschiebung gekoppelt und diese gibt es nicht beim Strom oder bei der Spannung alleine, nur in Relation mit Strom und Spannung und da ist es Leistung. Wirk- oder Blindleistung.

So und jetzt meine Frage: Was ist falsch in meiner Formulierung?

Antwort vom Autor:

Der erste Abschnitt ist komplett richtig, das Fazit aber für mich nicht nachvollziehbar. Es ist sehr wohl sinnvoll, von Blindströmen zu reden, etwa in Ihrem Kondensator – eben Ströme, die gegen die Spannung um 90 Grad phasenverschoben sind. Den Begriff “Blindspannung” würde ich allerdings auch nicht benutzen.

29.03.2019

Die Standard-Formel zur Berechnung des Leitungsverlustes ist das Produkt von Spannungsabfall “ΔU” über der Leitung und der Stromstärke I, also PVerlust = ΔU * I.

Meine Frage: Handelt es sich bei der Stromstärke “I” um den Effektivwert des Gesamtstroms oder nur des Wirkstroms?

Antwort vom Autor:

Der gesamte Strom ist relevant für die Aufheizung der Leitung. Der Leitung ist es egal, wie die Phasenverhältnisse in irgend einem Verbraucher woanders sind; sie “spürt” nur den Gesamtstrom.

Hier können Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung vorschlagen. Über die Annahme wird der Autor des RP-Energie-Lexikons nach gewissen Kriterien entscheiden. Im Kern geht es darum, dass der Kommentar für andere Leser potenziell nützlich ist.

Datenschutz: Bitte geben Sie hier keine personenbezogenen Daten ein. Wir würden solche allerdings ohnehin nicht veröffentlichen und bei uns bald löschen. Siehe auch unsere Datenschutzerklärung.

Wenn Sie nur dem Autor eine Rückmeldung zukommen lassen möchten, verwenden Sie bitte den Kasten "Wie gefällt Ihnen dieser Artikel" weiter unten. Wenn Sie eine Rückmeldung vom Autor wünschen, schreiben Sie ihm bitte per E-Mail.

Ihr Kommentar:

Ihr Hintergrund:

Spam-Prüfung:

  (Bitte die Summe von fünf und zwölf hier als Ziffern eintragen!)

Bem.: Mit dem Abschicken geben Sie Ihre Einwilligung, Ihren Kommentar hier zu veröffentlichen. (Sie können diese später auch widerrufen.) Da Kommentare zunächst vom Autor durchgesehen werden, erscheinen sie verzögert, evtl. erst nach mehreren Tagen.

Wie gefällt Ihnen dieser Artikel?

Ihr Gesamteindruck:

weiß nicht
unbefriedigend
in Ordnung
gut
ausgezeichnet

Fachliche Qualität:

weiß nicht
unbefriedigend
in Ordnung
gut
ausgezeichnet

Lesbarkeit:

weiß nicht
unbefriedigend
in Ordnung
gut
ausgezeichnet

Verdient dieser Artikel (oder das Energie-Lexikon insgesamt) Ihrer Ansicht nach Links von anderen Webseiten?

nein
eventuell
ja

Kommentar:

Vielleicht haben Sie auch konkrete Vorschläge für inhaltliche Ergänzungen, nützliche Literaturangaben etc. Falls Sie eine bessere Website für dieses Thema kennen, sind wir dankbar für einen Hinweis darauf.

Datenschutz: Bitte geben Sie hier keine personenbezogenen Daten ein. Wir würden solche zwar ohnehin nicht veröffentlichen, aber die eingegebenen Daten bleiben bei uns langfristig gespeichert. Siehe auch unsere Datenschutzerklärung.

Wenn Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung auf unserer Seite vorschlagen möchten, verwenden Sie dazu bitte das Formular im Kasten "Kommentare von Lesern" weiter oben. Wenn Sie eine Antwort möchten, senden Sie bitte eine E-Mail.

Spam-Prüfung:

(bitte den Wert von 5 + 8 hier eintragen!)

Wenn Ihnen das RP-Energie-Lexikon gefällt, möchten Sie vielleicht auch den RP-Energie-Blog als E-Mail-Newsletter abonnieren.

Teilen Sie den Link auf diesen Artikel mit anderen: