Lektion 3 von 10

Wirk-, Blind- und Scheinleistung

In Wechselstromkreisen zerfällt "Leistung" in drei zusammenhängende Größen — P, Q und S —, und fast jede Diskussion über Netzstabilität, Transformatordimensionierung oder deine Stromrechnung kommt am Ende auf die Beziehung zwischen ihnen zurück. In dieser Lektion geht es darum, ein solides Gefühl dafür zu entwickeln, was jede Größe physikalisch bedeutet — nicht nur das Dreieck auswendig zu lernen.

Wirkleistung (P)

Wirkleistung — auch reale oder mittlere Leistung genannt — ist die Leistung, die tatsächlich nutzbare Arbeit verrichtet: eine Motorwelle drehen, Licht erzeugen, Wärme erzeugen. Sie ist der zeitliche Mittelwert der Momentanleistung, gemessen in Watt (W). Wenn du deine Stromrechnung in kWh bezahlst, zahlst du für über die Zeit verbrauchte Wirkleistung.

Blindleistung (Q)

Blindleistung verrichtet keine nutzbare Arbeit — sie ist aber auch nicht "verschwendet". Sie ist die Leistung, die hin und her pendelt, um die magnetischen und elektrischen Felder in Spulen und Kondensatoren auf- und abzubauen. Motoren, Transformatoren und Übertragungsleitungen brauchen alle Magnetfelder, um zu funktionieren, und das Aufrechterhalten dieser Felder bezieht Blindleistung aus dem System. Sie wird in Voltampere reaktiv (var) gemessen.

Scheinleistung (S) und das Leistungsdreieck

Scheinleistung erhält man einfach durch Multiplikation von Effektivspannung und Effektivstrom, ohne sich um den Phasenwinkel zwischen beiden zu kümmern — sie ist die gesamte Leistung, zu deren Lieferung die Quelle fähig sein muss, gemessen in Voltampere (VA). P und Q sind die zwei Komponenten, die sich im rechten Winkel zueinander zu S zusammensetzen. Dieser Zusammenhang wird meist als rechtwinkliges Dreieck gezeichnet und als komplexe Zahl geschrieben:

Jedes Betriebsmittel im Netz — ein Transformator, ein Kabel, ein Generator — ist in kVA oder MVA bemessen, nicht in kW. Das liegt daran, dass Betriebsmittel für die volle Scheinleistung ausgelegt sein müssen, die sie führen, unabhängig davon, ob diese Leistung nutzbare Arbeit verrichtet.

Leistungsfaktor

Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung — eine einzelne Zahl zwischen 0 und 1, die angibt, wie effizient eine Last die Kapazität des sie versorgenden Systems nutzt:

Ein Leistungsfaktor von 1,0 bedeutet, dass jeder Teil der Scheinleistung nutzbare Arbeit verrichtet (Q = 0). Ein Leistungsfaktor von 0,7 bedeutet, dass ein großer Teil der Systemkapazität stattdessen für Blindleistung gebunden ist. Der Leistungsfaktor wird als nacheilend bezeichnet, wenn der Strom der Spannung nacheilt (induktive Lasten — die meisten Motoren), und als voreilend, wenn der Strom der Spannung voreilt (kapazitive Lasten).