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Scheinleistung, Blindleistung, Wirkleistung – kurz und knapp erklärt

Die Begriffe Scheinleistung, Blindleistung und Wirkleistung stehen in Zusammenhang mit Wechselstromkreisen und sind Begriffe aus der Elektrotechnik. In einem Netz fliesst Energie von Erzeugern zu Verbrauchern. Wenn in dem Verbraucher eine Spule oder ein Kondensator verbaut ist, dann wird ein Teil der Energie dazu benutzt, ein Magnetfeld aufzubauen. Die Scheinleistung beschreibt in einem solchen Netz die Energieverluste, die entstehen, wenn einem Verbraucher Energie zugeführt wird. Um die Scheinleistung genauer zu erklären, müssen wir zuerst ein paar Grundlagen erläutern.

Was versteht man unter Blindleistung?

Als Blindleistung bezeichnet man den Strom, der innerhalb des Stromnetzes nicht in nutzbare Energie umgewandelt werden kann. Er ist „blind“, weil er sich nicht für den Betrieb von Maschinen, Geräten und anderem nutzen lässt. Doch ganz nutzlos ist die Blindleistung nicht. Innert von Transformatoren, Generatoren, Elektromotoren und Vorschaltgeräten lässt er sich dafür verwenden, um Magnetfelder aufzubauen und die Kondensatoren mit Energie zu laden. Diese Magnetfelder wiederum liefern den Strom innert eines Wechselstromnetzes. Und das ist wichtig für die Übertragung von Energie von einem Kraftwerk an den Verbraucher. Je unregelmässiger der Strom ins Netz gelangt, desto höher steigt der Anteil der Blindleistung. Dieser Effekt tritt besonders bei den regenerativen Energiequellen wie Sonne und Wind auf. Um die Spannungen auszugleichen, muss man mehr Blindstrom ins Netz einspeisen. Die Blindleistung gibt man in Voltampere Reaktiv (VAr) an.

Was ist die Wirkleistung?

Die Wirkleistung ist jene Energie, welche auch direkt beim Verbraucher ankommt, zum Beispiel als mechanische Arbeit beim Motor eines Autos. Die Einheit der Wirkleistung ist Watt (W). Diese Energie der Wirkleistung führt den eigentlichen Zweck der Anlage aus (Licht produzieren, ein Fahrzeug antreiben, Wärme spenden). Sie wirkt tatsächlich und wandelt sich in Wirkarbeit um.

Was ist die Scheinleistung?

Die Scheinleistung ist die Summe aus der Wirkleistung und der Blindleistung. Ganz so einfach ist es aber nicht, die Berechnung der Scheinleistung ist tatsächlich wesentlich komplizierter. Die Scheinleistung gibt man in Voltampere (VA) an, die Summe ist eine vektorielle Summe. Das heisst, es handelt sich nicht um eine simple arithmetische Rechnung. Stattdessen ergibt sich die Summe aus einer Wurzel aus quadrierten und summierten Werten. Man verwendet auch Voltampere anstelle von Watt, weil man lediglich die Summe aus Spannung und Stromstärke berechnet und dabei den Phasenwinkel auslässt. Voltampere ist die Grundeinheit der Scheinleistung und nicht der Wirkleistung. Die Scheinleistung bestimmt allerdings die Stromstärke in einem Netz und somit die Belastung des Leitungsnetzes.

Was ist die Formel für die Scheinleistung?

Blindleistung und Wirkleistung lässt sich nicht einfach addieren. Stattdessen zieht man die Wurzel aus der Summe der Wirkleistung zum Quadrat plus der Blindleistung zum Quadrat. Dazu kommen die Effektivwerte der elektrischen Stromstärke und die elektrische Spannung. Die einzelnen Formelzeichen lassen sich so zuordnen:

  • Scheinleistung = S
  • elektrische Stromstärke = I
  • elektrische Spannung = U
  • Wirkleistung = P
  • Blindleistung = Q

Die Formel ist dann

  • S = U x I = √ P² + Q²

Bei der Scheinleistung gibt es weiterhin eine Phasenverschiebung zwischen dem Strom des Verbrauchers und der Spannung. Diese Phasenverschiebung setzt sich aus dem ohmschen Anteil und dem Widerstand des Wechselstroms zusammen. In ihren Extremen beträgt die Phasenverschiebung null Grad oder 90 Grad. Bei einer Phasenverschiebung von null befindet sich der Strom in Phase mit der Spannung. Damit handelt es sich um einen reinen ohmschen Widerstand. Bei einer Phasenverschiebung von 90 Grad ist sie identisch mit dem Blindwiderstand und damit eine Blindleistung. Alles dazwischen gehört zur Scheinleistung.

Wo ist das beim Thema Strom relevant?

Ab einer bestimmten Grenze müssen die Verbraucher die Blindleistung bezahlen, die sich in der Scheinleistung befindet. In der Regel müssen die Stromlieferanten die gesamte Scheinleistung übertragen, damit die Wirkleistung ankommt. Nur bei einem rein ohmschen Widerstand würde keine Blindleistung auftreten. Das ist allerdings bei Stromnetzen, die magnetische Felder benötigen, selten der Fall. Die Scheinleistung ist aber auch für Schalter, zum Beispiel für Dimmer, relevant. Hier kommt ein ohmscher Verbraucher zum Einsatz, um eine Verzerrungsblindleistung zu verhindern. Einweggleichrichter setzen dafür auf eine sinusförmige Wechselspannung und eine Grundschwingung, damit keine Phasenverschiebung eintritt.

Was ist ein Verbraucher?

Damit ist im Bereich der Elektrotechnik ein elektrischer Verbraucher gemeint. Das kann ein elektrisches Bauelement sein, ein Elektrogerät, eine gesamte Anlage oder eine Fabrik. Sie alle haben gemein, dass sie Strom aufnehmen und ihn in andere Energieformen umwandeln (Wärme, Bewegung, Licht). Es ist ausserdem ein Begriff für den Endkunden des Stromnetzes. Endkunden können Unternehmen und ihre Verfertigungsstätten ebenso sein wie Privathaushalte.

Was ist der Leistungsfaktor?

Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis zwischen der Wirkleistung zu der Scheinleistung. Eine andere Bezeichnung ist Wirkfaktor. Der Leistungsfaktor kann zwischen null und eins liegen. Stromlieferanten bemühen sich um einen möglichst hohen Leistungsfaktor, zumeist liegt er zwischen 0,9 oder 0,95. Ein niedriger Leistungsfaktor ist ein Kostentreiber für Unternehmen, da dabei viel Blindleistung entsteht, die der Energieversorger dem Unternehmen in Rechnung stellt. Eine Blindleistungskompensation kann die Kosten senken.

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