Energiesparen durch "Spannungsoptimierer"

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ein Kunde von mir bekam Werbung einer Firma, die bei ihm gerne einen „Spannungsoptimierer“ aufstellen würde.
Im Prinzip ein Trafo, der die Netzspannung auf ein im unteren Bereich des Toleranzbandes befindlichen Wert regelt.

Nun hat diese Firma als Spitzenverbraucher elektrische Öfen für die Metallbehandlung, zudem sechs neuere Maschinen mit elektronischen Antrieben und zwei ältere, selten benutzte mit einfachen Drehstrommotoren und Kurvensteuerung. Das Licht ist zu 80% Leuchtstoff mit EVG, Rest VVG.

Meine Meinung:
Die Öfen werden bei reduzierter Spannung langsamer aufheizen, also im Schnitt länger an bleiben. Das bedeutet eher höheren Verbrauch als niedrigeren. Vermutlich kaum messbar höher, aber auf keinen Fall weniger!
Die Maschinen mit den Umrichterantrieben und Servomotoren werden die selbe Leistung beziehen, bei reduzierter Spannung also mehr Strom benötigen. Ich erwarte daher praktisch den selben Verbrauch, theoretisch aber Mehrverbrauch durch höhere Leitungsverluste.
Die EVG Leuchten werden sich genau so verhalten, also die gleiche Leistung beziehen.
Die VVG Leuchten werden weniger verbrauchen, aber auch weniger hell sein.

Die alten Maschinen hingegen haben Motoren, die für die maximale Drahtstärke berechnet wurden, daher oft mit wenig Last laufen. Hier werden sich die Verluste reduzieren lassen, das verminderte Drehmoment wird nicht tragisch sein. Die dort verbauten Motoren waren ja auch für 380V konstruiert.

Zudem ist eine Zuleitung zu einem Bereich, in der neueren Maschinen stehen, hart an der Belastungsgrenze. Wenn ich eins auf keinen Fall will, dann ein paar Prozent höherer Strom!

Zudem hängt die Firma am Niederspannungsnetz am Rande eines Gewerbegebietes, da wird die Nennspannung sowieso fast immer unterschritten.
Ich habe da mal einen typischen Tagesverlauf, gemessen direkt an der NSHV genau dieser Firma:

spannungsverlauf
spannungsverlauf1413×669 136 KB

EDIT: Durch die JPG-Komprimierung kaum lesbar… Der Graph zeigt die Spannungen zwischen den Außenleitern, die Skala geht von 380V bis 420V, es ist ein ganzer Tag von 00:00 bis 24:00 Uhr.

Mein Fazit lautet also, dass man sich diese Investition getrost schenken kann.
Wie lautet euer Fazit?

#2

Hallo!

ich stimme dir da vollkommen zu, es ist nicht klar, wo da Energie einspart werden kann. Dieses Ding hat sicherlich auch keine Effizienz von 100%…

Was du da beschreibst, klingt ja fast wie diese Scherzartikel, mit denen unsere esoterischen Freunde den Strom homogenisieren, und unsere grünen Freunde den Atomstrom heraus filtern können. Aber im professionellen Umfeld???

Allerdings würde ich mir doch etwas mehr Infos dazu wünschen, was das Gerät macht, und wie es gedenkt, Strom zu sparen.

#3

Ein elektrischer Verbraucher hat eine definierte Leistung dieses ist das Produkt aus Spannung und Strom. Regel ich die Spannung nach oben sinkt bei gleicher Leistungsaufnahme der Strom.
Da der Zähler aber die Leistung misst, ist das für die Enegierechnung völlig egal. Das Gerät hat aber mit Sicherheit einen Eigenverbrauch den man dann zusätzlich bezahlt.

Was tatsächlich zu Einsparungen führt, ist die Kompensation der Phasenverschiebung. Dadurch sinkt die Blindleistung die sonst nur Sinnlos verschoben wird.

#4

Hallo!
Was soll da erspart werden? Man bezahlt Leistung also Kilowattstunden an der Lieferanten. Sinkt die Spannung, braucht man mehr Strom, also mehr Ampere, um die selbe Leistung der Verbraucher zu erreichen. Falls das Gerät auf dem Trafo- Prinzip funktionieren, dann ist es ein reiner Energievernichter und falls er nach dem Zähler eingebaut wird, ist sogar mit einer Erhöhung der Stromkosten zu rechnen. Interessant wäre noch, ob das Gerät überhaupt eine Zulassung hat.
MfG
airblue21

#5

Hallo,

… ein schöner Gag zur Unterhaltung eines Elektriker-Stammtisches am Freitag.

In diese Kategorie lässt sich das Gerät sicher gut einordnen.

Das Einzige, was optimiert würde, ist der Umsatz vom Anbieter des geheimnisvollen Gerätes.
Die Original-Werbung würde ich mir gern einmal ansehen.

Nun zum Fachlichen:
Öfen haben größtenteils nur Ohm’sche Anteile, also ruhig P=U*I rechnen. Also liegst Du vollkommen richtig.
Umrichter- und Servoantriebe arbeiten in der Regel mit einem Gleichspannungs-Zwischenkreis. Die benötigte Wirkleistung zur Bereitstellung der mechanischen Leistung an der Motorwelle holt sich das Gerät aus dem Netz. Also -> höherer Strom incl. mehr Blindleistung.

Als zusätzlichen Effekt „verbrät“ der verwendete Trafo noch einen schönen Anteil Verluste.

Werden Induktionsmotoren weit unter Nennlast betrieben, verschlechtert sich der Leistungsfaktor (cos phi) dramatisch. Wenn der Kunde als Firma auch den Blindleistungsanteil bezahlen muss (2.Blindleistungszähler), gibt es außer Modernisierung nur eine Lösung:

#6

Hallo nochmal,

das Angebot an sich ist nicht vollkommen unseriös. Es gibt durchaus Einsatzbereiche dafür.
Wenn vorwiegend ältere Betriebsmittel verbaut sind, die noch als 220/380V Geräte gebaut wurden, dann haben diese an der jetzigen Nennspannung oft eine erhöhte Leistung und dadurch oft auch einen höheren Stromverbrauch. Zudem werden sie schneller altern.
Der Hersteller suggeriert, dass dei Netzspannung meist nach oben vom Nennwert abweichen würde. Das stimmt meiner Erfahrung nach nicht.
Er verschweigt, dass eine Reduzierung und Konstanthaltung der Versorgungsspannung auf 92% von 400V auch Nachteile hat, etwa weniger Licht bei Leuchten mit konventionellen Vorschaltgeräten oder längere Aufheizzeiten von Öfen oder weniger Drehmoment bei herkömmlich angesteuerten Motoren.

DAS macht ihn unseriös.

Hätte ich eine Lagerhalle, die für meine Zwecke eher zu hell und mit KVG/VVG Leuchten beleuchtet ist, dann könnte ich mit so einem Gerät tatsächlich den Lichtstrom anpassen, Lampenlebensdauer verbessern und Stromkosten sparen. Viel sinnvoller wäre natürlich eine Sanierung der Beleuchtung zu LED-Technik.

#7

Da ich bereits einen unerfreulichen Anruf des Herstellers hatte (der Kunde hatte ihm gesagt, dass sein Elektriker - also ich - abgeraten hat), möchte ich keine Firmennamen nennen. Aber wenn du bei Google „Spannungsoptimierer“ eingibst, wirst du viele Treffer bekommen.

Das Prinzip: Stelltrafo. Bei einem anderen Gerät sah es aus wie eine Art Transduktor.
Auf jeden Fall wird die Spannung, die - laut Prospekt - ja extrem schwankt und dabei oft extrem über dem 400V Sollwert liegt, auf ein Maß reduziert und konstant gehalten, was technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.

Meine durch und durch seriöse Messung der Netzspannung an der Hauptverteilung sagt aber, dass bei diesem Kunden die Netzspannung zu Schwachlastzeiten maximal 8V / 2% über 400V lag, bei laufendem Betrieb aber stets darunter (bis zu 14V / 3,5% unter 400V). Das suggerierte Problem existiert dort nicht. Hätte ich die Betriebsspannung direkt an den Verbrauchern gemessen, wäre wohl heraus gekommen, dass dort noch höhere „Unterspannungen“ vorherrschen. Bei der Auswahl der Leitungen wurde damals wohl nur die Strombelastbarkeit berücksichtigt, Spannungsfälle wurden nicht beachtet.

#8

Bitte beachte, dass man in diesem Zusammenhang drei Arten von Verbrauchern unterscheiden sollte.

  1. Spannungsabhängige Verbraucher
    Glühlampen, Leuchtstofflampen mit VVG/KVG als Beispiel. Mehr Spannung bedeutet hier: Mehr Leistung, mehr Arbeit, geringere Lebensdauer. Hier - und nur hier! - wären Geräte zur Konstanthaltung der Spannung sinnvoll. Man muss aber ganz klar sagen, dass dann die Lampen weniger hell sind.

  2. Leistungskonstante Verbraucher
    Etwa Leuchtstofflampen am EVG, Motoren an Umrichtern. Hier bedeutet mehr Spannung, dass der Strom sinkt. Leistung und Arbeit bleiben gleich. KEIN Spareffekt hier. Im Gegenteil, bei verminderter Spannung erhöht sich der Strom, dadruch mehr Leitungsverluste.

  3. Arbeitskonstante Verbraucher
    Etwa deine Kaffemaschine oder der Härteofen. Zwar sinkt die Leistung bei geringerer Spannung, aber dafür steigt die Betriebszeit. Auch hier bringt ein „Optimierer“ keine Einsparung!

Und die vierte Art der drei Gruppen - haha - ist eine Mischung aus 1 und 2.
Drehstromasynchronmotoren gehören dazu.
Wenn ich bei denen die Spannung reduziere, dann reduziere ich Wicklungsverluste, aber auch das Drehmoment. Bei überdimensionierten Motoren, oder bei für 220/380V konstruierten Motoren, durchaus sinnvoll. Der Elektromotor verheizt etwas weniger Energie, die für seine an der Welle abgenommene Leistung nötige Energieaufnahme reduziert sich nicht. Gerade bei den alten, kurvengesteuerten Maschinen läuft der Motor oft im Leerlauf und bei geringer Teillast.

Unser Versorger berechnet für Blindarbeit erst dann etwas, wenn die Blindarbeit 50% der Wirkarbeit überschreitet.
Da Blindarbeit - ein an sich unsinniger Begriff! - ja keine Arbeit verrichtet, ist das eine reine Strafzahlung wegen übermäßiger Netzbelastung durch sinnlos pendelnden Strom.

#9

Trafos und Motore sind nicht linear. Gerät das Eisen in die Sättigung steigen die Verluste steil an.
Wenn das Eisen knapp bemessen wurde, kann man beim Betrieb mit 230/400V die Verluste wieder in den ursprünglich dimensionierten Bereich verlegen.
Die 220V Geräte wurden für maximal 242V ausgelegt, bei 230V kann die Spannung nun bis 253V steigen.
Das ist das Selbe Problem, wie wenn man einen 60Hz Trafo mit 50Hz betreibt, der hat dann meistens auch zu wenig Eisen …

Es KANN eine Einsparung bringen, kommt aber sehr auf den konkreten Fall an.
Da man aber die Wickeldaten der alten Motoren und Trafos sowieso nicht kennt, müsste man zuerst einmal messen um für den konkreten Fall eine Aussage zu machen.

Bei EVGs bringt es nichts.

Bei Geräten mit Schaltnetzteil kann man auch nur bedingte Aussage treffen. Rein theoretisch ist die Leistungsaufnahme über die Eingangsspannung konstant. Praktisch ändert sich aber der Wirkungsgrad um ein paar Prozent mit der Eingangsspannung. Das kann aber auch etwas schlechter werden, wenn die Spannung sinkt.

Alles in allem viel Schlangenöl!

Möglicherweise hat der Vertreter ein Köfferchen mit lange zusammengesuchten Geräten, bei denen eine Verbesserung auftritt.

MfG Peter(TOO)