dynamische Blindleistungskompensation

Applikationsbericht: Selbstüberwachende Kompensationsanlagen

1. Anwendung und Wirkungsweise dynamischer Kompensation

Herkömmliche Kompensationsanlagen bestehen aus einem Regelteil (Blindleistungsregler) sowie Gruppen von Kondensatoren, die durch Kondensatorschütze je nach Bedarf ans Netz geschaltet werden. Die Reaktionszeit zwischen den einzelnen Schaltungen beträgt aufgrund der notwendigen Entladezeit der Kondensatoren ca. 30-40s und bestimmt damit die Zeitkonstante der gesamten Anlage.
Bei schnellen, dynamischen Produktionsprozessen ( z.B. Schweißautomaten mit wenigen Sekunden Taktzeit) sind diese Anlagen nicht mehr ausreichend, da sie dem Prozess nicht folgen können. Die Lösung bieten hier Thyristorschaltmodule, die mit dem dazu abgestimmten schnellen Regler eine Blindleistungsregelung in Echtzeit erlauben.

Beispiel der Wirkungsweise einer dynamischen Kompensationsanlage:
 

2. Komponenten für die dynamische Kompensationstechnik (Thyristorschalter)

 2.1 Schalten von Leistungskondensatoren mittels Thyristorschaltern:

Thyristorschalter dienen dem kontaktlosen Schalten von Leistungskondensatoren und ermöglichen es dem Elektroanlagenhersteller dynamische Kompensationsanlagen zu fertigen und damit das Feld der Kompensation in Echtzeit abzudecken.

Die Verzögerungszeit zwischen dem Ansteuersignal und dem geschalteten Kondensatorstrom beträgt nur wenige Millisekunden 

2.2 Auswahl des geeigneten Thyristorschalters:

Die Geräte der Typenreihe TSM.... sind schnelle elektronisch gesteuerte selbstüberwachende Leistungsschalter für kapazitive Lasten bis max. 200 kvar, die Leistungskondensatoren innerhalb weniger Millisekunden beliebig oft und lange ans Netz schalten können. Je nach Einsatzfall und Leistung stehen  verschiedene Ausführungen zur Auswahl:

 

Bezeichnung	Anwendung	Bemerkung
TSM-LC-I	10...22  kvar bei 230...525V, 50/60 Hz	einphasig schaltend,  kaskadierbar
TSM-LC10	max. 12,5 kvar / 3~ 400V, 50/60 Hz	zweiphasig schaltend
TSM-LC-N1	max. 72A; 3~ 380...400V, 50/60 Hz,   typisch 50kvar /400V	zweiphasig schaltend
TSM-LC-N1-230V	max. 72A; 3~ 230V, 50/60 Hz	zweiphasig schaltend, keine Hilfsspannung
TSM-LC-N1-480V	max. 60A; 3~ 480V, 50/60 Hz	zweiphasig schaltend, Hilfsspannung 230V erforderlich
TSM-LC-S	max.   72 A; 3~ 230...440V, 50/60Hz,  typisch   50 kvar /400V	zweiphasig schaltend, Ansteuerung über Systembus
TSM-LC-N100	max. 144 A; 3~ 230...440V; 50/60 Hz, typisch 100 kvar /400V	zweiphasig schaltend
TSM-LC-N100-480V	max. 125 A; 3~ 480V; 50/60 Hz, typisch 100 kvar /480V	zweiphasig schaltend
TSM-LC200  - nicht mehr lieferbar	max. 200 kvar / 3~ 400V, 50/60 Hz	zweiphasig schaltend
TSM-LC-N690	max. 72A; 3~ 400...690V, 50/60 Hz, typisch 85 kvar/ 690V	zweiphasig schaltend, Hilfsspannung 230V erforderlich
TSM-HV200  - nicht mehr lieferbar	max. 200 kvar / 3~ 690V, 50/60 Hz	zweiphasig schaltend

                

Datenblatt	Thyristorleistungsschalter TSM-LC-I einphasiger Thyristorschalter für kapazitive Lasten an 230...525V - 50/60Hz kein Neutralleiter erforderlich Kaskadierung für 3-Phasenbetrieb möglich zum direkten Schalten kapazitiver 2-phasiger Lasten (L-L) oder (L-N) interne Überwachung von Spannung, Strom, Phasenlage und Temperatur Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED anschlußfertiges Kompaktmodul einfache Montage und Anschluß direkt kompatibel zu Blindleistungsregler BR6000-T / BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten wartungsfrei, lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt	Thyristorleistungsschalter TSM-LC10 Thyristorschalter für kapazitive Lasten bis 12,5kvar an 400V - 50/60Hz für verdrosselte und unverdrosselte Kompensationsanlagen kompakte Bauweise, einfache Montage und Anschluss interne Überwachung von Spannung und Phasenlage Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED kostengünstige Ausführung direkt kompatibel zu Blindleistungsregler BR6000-T  / BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten keine Netzrückwirkungen  wartungsfrei, lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt TSM-LC-N1 Datenblatt TSM-LC-N1-230V Datenblatt TSM-LC-N1-480V	Thyristorleistungsschalter TSM-LC-N1  (3~ 380...400V) Thyristorleistungsschalter TSM-LC-N1-230V (3~ 230V) Thyristorleistungsschalter TSM-LC-N1-480V (3~480V) Thyristorschalter für kapazitive Lasten   (typisch 50 kvar an 400V) Modell TSM-LC-N1-230V  (für 3~230V, ohne Hilfsspannung) Modell TSM-LC-N1-480V  (für 3~480V, Hilfsspannung erforderlich) für verdrosselte und unverdrosselte Kompensationsanlagen neuartige Anschlußtechnik (Hochstromklemmen) interne Überwachung von Spannung, Phasenlage,  Temperatur und Last verbessertes Temperaturmanagement Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED direkt kompatibel zum Blindleistungsregler BR6000-T / BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten keine Netzrückwirkungen durch Schalthandlungen (Transienten) wartungsfrei lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt ZL-230	Nachrüstsatz ZL-230 Zusatzlüfter für Thyristorschalter TSM-LC-N1, TSM-LC-S
Datenblatt TSM-LC-S	Thyristorleistungsschalter TSM-LC-S  (Ansteuerung über Systembus) Thyristorschalter für kapazitive Lasten bis 72A an 3~ 230...440V (50/60Hz) typisch 50 kvar / 400V für verdrosselte und unverdrosselte Kompensationsanlagen Ansteuerung über Systembus (TSM-Bus) vom BR7000-1-TH/S485 Ansteuerung von bis zu 32 Schaltern im Netzwerk direkte interne Messung des Kondensatorstromes Messung der Kühlkörpertemperatur bidirektionale Kommunikation mit Regler, damit echte Überwachung jeder Kondensatorstufe möglich Anschluß über Hochstromstecker Ansteuersignal und Spannungsversorgung: über Systembus Anzeige der Meßwerte, Betriebszustände sowie Fehler über Display verzögerungsfreies Schalten keine Netzrückwirkungen durch Schalthandlungen (Transienten) wartungsfrei lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt TSM-LC-N100 Datenblatt TSM-LC-N100-480V	Thyristorleistungsschalter TSM-LC-N100 und TSM-LC-N100-480V Thyristorschalter für kapazitive Lasten bis 144 A TSM-LC-N100:  3~ 230...440V (50/60Hz);  typisch 100kvar an 400V TSM-LC-N100-480V: 3~ 480V (50/60Hz);  typisch 100kvar an 480V keine Hilfsspannung erforderlich für verdrosselte und unverdrosselte Kompensationsanlagen interne Überwachung von Spannung, Phasenlage,  Temperatur und Last Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED direkt kompatibel zum Blindleistungsregler BR6000-T / BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten keine Netzrückwirkungen durch Schalthandlungen (Transienten) wartungsfrei lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt TSM-LC200	Thyristorleistungsschalter TSM-LC200   - abgekündigt! Thyristorschalter für kapazitive Lasten bis 200 kvar an 380/400V (50/60Hz) für verdrosselte und unverdrosselte Kompensationsanlagen interne Überwachung von Spannung, Phasenlage,  Temperatur und Last Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED direkt kompatibel zum Blindleistungsregler BR6000-T / BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten keine Netzrückwirkungen durch Schalthandlungen (Transienten) wartungsfrei lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt TSM-LC-N690	Thyristorleistungsschalter TSM-LC-N690 Thyristorschalter für kapazitive Lasten bis 72 A an 3~ 380...690V (50/60Hz) typisch 85 kvar/ 690V für verdrosselte und unverdrosselte Kompensationsanlage kein Null-Leiter erforderlich (2-phasiges Schalten) Anschluß über Hochstromstecker interne Überwachung von Spannung, Phasenlage,  Temperatur und Last verbessertes Temperaturmanagement Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Hilfsspannung 230VAC erforderlich Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED direkt kompatibel zum Blindleistungsregler BR6000-T / BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten keine Netzrückwirkungen durch Schalthandlungen (Transienten) wartungsfrei lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
Datenblatt TSM-HV200	Thyristorleistungsschalter TSM-HV200 / 690V  - abgekündigt!   Thyristorschalter für kapazitive Lasten von bis zu 200kvar an 690V - 50/60Hz in verdrosselten und unverdrosselten Kompensationsanlagen kein Null-Leiter erforderlich ! kompakte Bauweise, einfache Montage durch Haltelaschen, Anschluß an Stromschiene mittels Kabelschuh interne Überwachung von Spannung, Phasenlage, Modultemperatur und Kondensatorlast Ansteuersignal: 10...24VDC, galvanisch entkoppelt Anzeige der Betriebszustände sowie Fehler über LED direkt kompatibel zu Blindleistungsregler BR6000-T/ BR7000-1-TH verzögerungsfreies Schalten wartungsfrei lange Lebensdauer keine Schaltgeräusche
	Anwendungsbeispiel: dynamisches Standard- Kompensationsmodul bestehend aus: NH-Lasttrenner Thyristorschalter TSM... Filterkreisdrossel Leistungskondensatoren
	Anwendungsbeispiel für 690V-Thyristorschalter   dynamische Blindleistungskompensation in Windkraftanlagen zur Verbesserung des cos-Phi durch schnelle Reaktion auf die ständigen Lastwechsel (Wind) Verringerung der Störanfälligkeit der Gesamtanlage durch Einsatz der TSM statt Leistungsschützen (verschleißfreies Schalten) Erhöhung der Lebensdauer der Kondensatoren durch sanftes Schalten bei Vermeidung von Schaltspitzen (Einschaltstrom) Erhöhung der Zuverlässigkeit der Gesamtanlage
	Anwendungsbeispiel: dynamische Kompensationsanlage 200kvar /400V   4 Stufen a 50 kvar geschaltet mit Thyristorschalter TSM-LC Verdrosselungsgrad 7% Blindleistungsregler: BR6000-T06

 

2.3  Zubehör:

2.4  Bemerkungen zur Verlustleistung

Bei der Konzeption einer dynamischen Kompensationsanlage ist der Kühlung der Komponenten besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Die Wärmebilanz des Schaltschrankes ergibt sich aus der Wärmeentwicklung der eingesetzten Komponenten:

• Leistungskondensatoren
• Entladewiderstände
• Thyristorschalter
• Elektroniksicherungen
• Filterkreisdrosseln (wenn vorhanden)

sowie des Wärmeableitvermögens des Schrankes, das abhängig ist vom Schrankvolumen und eingesetzter Zusatzkühlung sowie der Umgebungstemperatur.

Großen Einfluß hat auch der Anwendungsfall, der die Einschaltdauer der Komponenten bestimmt. In Abhängigkeit dieser Größen ist die Anzahl der o.g. Komponenten sowie die Art der Kühlung so zu wählen, daß die Schrankinnentemperatur die maximal zulässige Umgebungstemperatur der Baugruppen nicht übersteigt. Das thermisch kritischste Bauteil sind hierbei die Kondensatoren mit einer max. Umgebungstemperatur von 55°C.

Für verdrosselte Anlagen sollten generell Schranklüfter vorgesehen werden. Für kompakte Anlagen sowie in Regionen mit hohen Außentemperaturen sind aktive Kühlgeräte in Erwägung zu ziehen.

Technische Daten verschiedener Komponenten für die Berechnung der Wärmebilanz:

Selbstüberwachende Kompensationsanlagen