Unterschied kWh, kW und KVa

Hallo, es ist doch wie folgt oder:

kWh= ist doch die verbrauchte Leistung einer Maschine, mich verwirrt hier immer die Stunde. Das ist doch die allgemein verbrauchte Leistung. Und nicht die in einer Stunde, oder?

kW= die Wirkleistung einer Maschine

kVa= die Scheinleistung, das heißt Wirkleistung (Wattleistung + Wirkungsfaktor). Da bei einer induktiven Last (irgendein Gerät mit Spule, die ein Magnetfeld erzeugt) auch für die Erzeugung des Magnetfelds Energie benötigt wird. Hier muss man also die Wirkleistung durch den Leistungsfaktor (so was wie der Wirkungsgrad) teilen, oder? Meist liegt dieser um die 0.8?

Wenn ich berechnen will, was eine Maschine (induktiv) verbraucht, womit muss ich dann rechnen? Bzw was bezahlt werden muss an Strom?

Nehm ich dann die kW und addiere sie mit der Laufzeit der Maschine?

Also: 3 kW * 7 h = 21. kWh

oder

3 kW / 0.8 (Wirkungsfaktor)*7 Std. = 3,75 kVa * 7 h = 26 kVa/h (ist das überhaupt eine Einheit;)

Ich hoffe, ihr versteht, was ich meine. Wenn ich das ganze mit dem Leistungsfaktor berechnen, bekomme ich am Ende einen höheren Verbrauch. Was misst der Stromzähler eher die KVa/h?

Also kVa x h ergibt bei mir immer noch kVah, wo nimmst du bei der Einheit die Division her?
Beispiel: Tauchsieder hat 2000W Leistung (darunter kann man sich was vorstellen), das sind 2kW.
Wenn der jetzt eine Stunde lang Wasser erhitzt dann ist das eine Arbeit von 2kWh.

Anderes Beispiel mit Leistung und Zeit wäre PS und Stunde. Hast du schon mal PS/h gesehen, liegt dann das Pferd tot am Boden? Ich nicht.

Nein, das ist die Arbeit die aus Strom zu mechanischer und Wärmeenrgie umgewandelt wurde. Die ist nicht „verbraucht“.
Die Leistung „kann“ eine Maschine bringen, wenn man sie lässt.
Ein Tauchsieder der nicht in der Steckdose steckt hat (umgangssprachlich) auch 2000W, aber er arbeitet nicht, also 2000W x 0h = 0Wh.

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KW ist eine Leistung. Wenn eine Leistung über eine bestimmte Zeit erbracht wird, nennt man das Ergebnis Arbeit. Wenn man die Leistung eines KW über eine Stunde erbracht hat, hat man die Arbeit einer Kilowattstunde „erbracht“ (sprachlich auch „geleistet“).
Bezahlt wird beim Strom die Arbeit, nicht die Leistung. Trotzdem sagen wir im Sprachgebrauch „Nach Leistung bezahlen“. Das hat mit Physik aber nichts zu tun.
Wenn Du den Unterschied zwischen Arbeit und Leistung physikalisch verstanden hast, kannst Du deinen obigen Ansatz 3 kW*7 h = 21 kWh eigentlich verstehen.
Udo Becker

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Das ist auch für einen eingeschalteten Tauchsieder der Fall.

Und du meinst, das musstest du mir jetzt erklären? :thinking:
Was außerdem falsch ist. Es ging um die Einbeziehung der Zeit in die Rechnung.
Wenn Zeit = 0 dann ist er aus. Oder? :roll_eyes:

Eine alte Maßeinheit für Leistung ist die Pferdestärke (PS). 1 kW = 1,36 PS.

Vielleicht wird es nun klarer, warum man Leistung (PS) und Energie (beim Auto: Liter Diesel) auseinanderhalten muss.
Wieviel hast du für München-Berlin verbraucht? -> 120 PS. Hä? Natürlich nicht, sondern 40 Liter Kraftstoff.

kW ist also die Leistung. Genau wie PS beim Auto. Der Motor leistet momentan 20 kW - richtig.
Und wenn er das eine Stunde lang gemacht hat? Dann hat er 20 kW * 1 h = 20 kWh Arbeit verrichtet (Arbeit = Energie). Und nach 5 Stunden? Dann waren es 20 kW * 5 h = 100 kWh.

Nun wird es minimal komplizierter - wirklich nur minimal!
Bei Spulen nimmt das Magnetfeld, welches beim Anstieg der Spannung durch den einsetzenden Stromfluss erzeugt wird, nämlich etwas Energie auf. Wo bleibt die? Wenn die Spannung wieder fällt - und das passiert ja bei Wechselstrom 50mal in der Sekunde - dann gibt das Magnetfeld diese Energie wieder ab -> zurück ins Stromnetz.

Die Leistung, die ständig erst das Magnetfeld aufbaut und dann wieder zurück ins Stromnetz geht, nennt man Blindleistung. Anschaulicher: Da pendelt eine Portion Energie ständig zwischen Motor und Stromnetz.

Wo wir gerade dabei sind: Auch Kondensatoren speichern bei steigender Spannung Energie - allerdings im elektrischen Feld (nicht im Magnetfeld) - und geben diese bei fallender Spannung wieder ab.

Wir haben also bei einem Motor zwei Leistungen:
Die Wirkleistung [Watt, W]: wird zum Antrieb benutzt, auch die Verluste durch Reibung und Erwärmung benötigen Wirkleistung
Die Blindleistung [Voltampere reaktiv, var]: pendelt nutzlos hin und her, ohne Arbeit zu verrichten

Den Elektriker interessiert die Kombination aus beiden Leistungen, das ist die Scheinleistung [Voltampere, VA], denn diese ergibt die Strombelastung der Zuleitung.

Der Anteil der Wirkleistung an der Scheinleistung (immer kleiner oder gleich 1, ist ja klar) wird Scheinleistungsfaktor genannt, der ergibt sich auch aus dem Phasenverschiebungswinkle phi und ist gleich dem Cosinus des Phasenverschiebungswinkels. (Phasenverschiebung? Das wäre ein weiterer, langer Artikel…).

Das ist NICHT der Wirkungsgrad! Der Scheinleistungsfaktor sagt dir nur, wie groß der Anteil des „echten“, wirksamen Stroms am Gesamtstrom ist.

Praxis:
Du hast einen 20 kW Motor. Der kann also dauerhaft maximal 20 kW Leistung an der Motorwelle abgeben. Du hast eine Maschine, die (der Einfachheit wegen!) auch genau 20 kW vom Motor bezieht.
Der Motor hat einen Wirkungsgrad (eta) von 0,9. Aus 1 kW aufgenommener Leistung macht er also 0,9 kW abgegebene Leistung an der Welle und 0,1 kW Verluste (fast ausschließlich Wärme).
Für 20 kW an der Welle benötigt der Motor also 20 kW / 0,9 = 22,2 kW aus dem Stromnetz.
Er hat aber einen Wirkleistungsfaktor von 0,8. Also scheint er 22,2 kW / 0,8 = 27,8 kVA aus dem Stromnetz zu bekommen (was nicht stimmt, denn ein Teil dieser Scheinleistung pendelt ja nur hin und her).
Im Dreiphasennetz mit 230V würde man in jeder der drei Adern der Zuleitung 40,3 A messen (27,8 kVA / (3 * 230V) = 40,3 A).

Achtung, es gilt nicht einfach: Wirkleistung in W + Blindleistung in var = Scheinleistung in VA.
Das muss nämlich vektoriell addiert werden, denn die Ströme haben eine „Richtung“. Wenn du zwei Hunde vor dem Schlitten hast und der eine zieht mit 200 Newton „schräg nach links“ und der andere mit 200 N „schräg nach rechts“, dann resultieren daraus ja auch keine 400 N Zugkraft nach vorne.

Blindleistung und Wirkleistung haben einen Winkel von 90° zueinander, somit gilt der olle Pythagoras:
(Blindleistung)² + (Wirkleistung)² = (Scheinleistung)²

Blindleistung verrichtet keine Arbeit und wird vom normalen Stromzähler NICHT erfasst.
Sie belastet aber das Stromnetz und daher müssen Industriekunden bei übermäßig viel Blindleistung eine Art Strafzahlung an den Anbieter zahlen (die aber weit geringer als der normale Strompreis ist.

VA, var und W sind alles Leistungen. Man hat diese Schreibweise nur eingeführt, um die drei Varianten der Leistung einfacher auseinderhalten zu können.

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Danke für deine super ausführliche Antwort. Das hilft! Das heißt, dass die Blindleistung vernachlässigt werden kann bei der Berechnung des „Stromverbrauchs“? Der Stromzähler misst nur die kWh, weil die Scheinleistung hin und her pendelt und nicht wirklich genutzt wird (um es platt zu sagen)? Also einfach die Wirkleistung mal der Zeit. zb. 20kW*5h= 100 kWh Korrekt?

Wie ist das bei einem Generator? Da muss man doch zur Auslegung (kVa) die Scheinleistung mit ein Rechnen, weil diese den „Generator“ belastet oder?

Das gilt nur, wenn die Leistung über 5h auch konstant ist. In einfacher Näherung ist das aber so richtig. Eigentlich ist die Arbeit das Integral der Leistung über die Zeit. Bildlich gesprochen: Du summierst in unendlich kleinen Schritten die aktuellen Leistungswerte.
Das macht dein Stromzähler auch (näherungsweise). Da dreht sich das Rad mal schneller und mal langsamer, je nachdem wie viel Leistung du gerade forderst. Das sind keine unendlich kleinen Schritte, weil es halt ein mechanisches und vor allem real existierendes System ist, aber das spielt auch nicht wirklich eine Rolle für den Zweck der Abrechnung.

Und die Leistungswerte eines Generators werden immer in VA angegeben. Kannst ja mal spaßeshalber ein Datenblatt zu irgendeinem Generator lesen.

Sie kann komplett unbeachtet bleiben, wenn es sich nicht um einen Gewerbekunden mit Blindarbeitszähler handelt. Bei Gewerbekunden im Grundversorgungstarif mit Blindarbeitserfassung gilt bei meinen Stadtwerken:
Blindarbeit bis zu 50% des Wertes der Wirkarbeit sind kostenlos, darüber hinaus werden 0,92 ct./kvarh berechnet (fast nichts).

Ja, UNBEDINGT.
Und wenn du mal genauer hinsiehst, dann wird bei Generatoren meist die Scheinleistung angegeben, der Wert ist nämlich immer höher als der der maximalen Wirkleistung.
Da kauft man sich also einen 5500 kVA Generator und im Kleingedruckten steht, dass er maximal 4,4 kW Wirkleistung abgeben kann.

Ähnliches gilt für unterbrechungsfreie Stromversorgungen - aber noch krasser. Da muss die Leistungselektronik jederzeit den Momentanwert des Stroms liefern können und dann interessiert nicht nur die Scheinleistung, sonder auch der Crest-Faktor. Es gibt nämlich einige Verbraucher (solche mit Schaltnetzteilen), die den Strom nicht schön sinusförmig beziehen, sondern abgehackt und schluckweise. Dann mag das Netzteil einen Strom von 10A ziehen, aber in starken, kurzen „Schlücken“ von vielleicht 60 Ampere. Die Elektronik der USV muss dann also diese 60 A Impulse verkraften und nicht den 10 A Sinus, dessen maximaler Momentanwert beim 1,41fachen des Nennwertes liegt.

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Nein die Leistung ist 0 W, wenn er aus ist: 0 W * t = 0 Wh

Oder würdest du auch sagen, dass unsere Sonne auch momentan aus ist? Deren Strahlungsleistung liegt über einem Zeitraum von 0 s auch bei 0 Wh.

Also muss ich dann beim Generator die Blindleistung mit einbeziehen? Das kann ich dann einfach mit dem Wirkungsgrad der Maschine/Motor ausrechnen? Wenn ich ein cosphi habe von 0,8 rechne ich dann mit Wirkleistung 22 kW/0.8= 27,5 kVa

So addiere ich alle Verbraucher, auf die am Generator hängen, um dessen Leistung zu bestimmen, oder?

Super Hilfe, danke dir!!

Leider funktioniert das nicht ganz so einfach.
Im Grunde kannst du das geometrisch lösen:

Zeichne in einem Koordinatensystem vom Ursprung aus nach rechts die Wirkleistung, und dann nach oben die „magnetische“ Blindleistung. Falls es eine „kapazitive“ Blindleistung ist, wird sie nach unten gezeichnet.
Verbinde nun den letzten Punkt mit dem Ursprung. Die Länge dieser schrägen Strecke ist dann deine Scheinleistung.

Hast du mehrere Verbraucher, hängst du deren waagerechte und senkrechte Linien alle aneinander, und zeichnest am Ende wieder die Linie zum Ursprung.

Da das alles rechtwinklige Dreiecke sind, kannst du auch entsprechende Rechnungen anstellen.

Dein Leistungsfaktor cos(phi)… das ist ja das Verhältnis von Wirkleisung (horizontale) und Scheinleistung (Schräge), das phi ist also der Winkel zwischen den beiden am Ursprung.

Ein wesentlicher Punkt ist das mit der magnetischen und kapazitiven Blindleistung, die reduzieren sich gegenseitig, können sich sogar ganz aufheben. Das ist prinzipiell ganz was feines. Allerdings: Weißt du, welche deiner Geräte jetzt „magnetische“, und welche „kapazitive“ Blindleistung haben? Leider steht das nicht wirklich drauf.

(Und auch wird das mit modernen Schaltnetzteilen und anderen Gerätschaften schwierig, das so zu betrachten. )

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Kannst du aus dem Spiel lassen weil die keinen Schalter hat, jedenfalls kenne ich keinen.
Studiere hier nochmal die Grundlagen:

Und ein Auto hat keine PS mehr wenn es steht?
Was schreiben die Autohäuser dann für einen Quatsch auf ihre Werbung?

Ergänzend zum besseren Verständnis.

Die Richtung, von der @X_Strom hier spricht, ist nicht die Richtung, in die der Strom fließt. Vielmehr geht es hier um eine elegante Art, graphisch ein Ergebnis zu erhalten, für das man rechnerisch eine Menge Aufwand betreiben müsste. Man würde die geeignete Differentialgleichung aufstellen, diese vernünftigerweise auf den komplexen Zahlen lösen und mathematische, wenig anschauliche Ergebnisse erhalten. Praktischerweise kann man sich diese Rechnung sparen und das gleiche Ergebnis auf rein graphischem Weg gewinnen. Dazu zeichnet man, wie schon von @sweber gesagt, die ohmsche Leistung nach rechts, die induktive Leistung senkrecht nach oben und die kapazitative Leistung senkrecht nach unten. Anschließend werden diese gezeichneten Längen vektoriell addiert. Der einzige Nachteil dabei ist, dass dann unklar bleibt, warum das so gemacht werden kann. Damit kann der Praktiker aber in der Regel leben.

Liebe Grüße
vom Namenlosen

Nun ja, das kommt darauf an, wie genau man es nimmt. Ich habe hier einen Katalog von BMW, da steht auf den Hochglanzseiten zu den einzelnen Baureihen eine Leistung in kW, verpackt in hochtrabende Worte. Auf der Seite mit den technischen Details präzisieren sie dann aber fachgerecht, bei welcher Umdrehungszahl der Motor diese Leistung abgibt. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, gilt also offensichtlich die Angabe aus der Hochglanzseite nicht. :sweat_smile: Wenn man es noch genauer wissen möchte, bekommt man vom Hersteller sogar eine Kennlinie geliefert, siehe die Händlerseite


wo die Datei als Dateianhang (zip-Archiv) heruntergeladen werden kann.

Liebe Grüße
vom Namenlosen

Moin,

Ganz anschaulich: dreht sich der Motor und gibt Leistung ab, wenn er abgeschaltet wurde? Aus https://www.topagrar.com/technik/aus-dem-heft/motorleistung-angaben-zum-angeben-9696466.html

Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Leistung?

Die Leistung eines Motors ergibt sich aus dem Drehmoment (also der Kraft, die an der Kurbelwelle dreht) und der Drehzahl (Drehmoment x Drehzahl geteilt durch 9 550 = Leistung in kW). Drehmoment und Drehzahl sorgen für die individuelle Leistungscharakteristik des Motors, die man meist in einem typischen Diagramm darstellt.

(Verfettung von mir)

-Luno

Hast du deine Quelle selbst gelesen?

Darin steht: „Wird eine bestimmte elektrische Arbeit in einer bestimmten Zeit verrichtet, so spricht man von elektrischer Leistung. Leistung ist also Arbeit pro Zeit“

Welche Arbeit verrichtet denn bitte ein Auto, wenn es steht? Oder ein Tauchsieder, der ausgeschaltet im Wasser hängt? Keine Arbeit-> keine Leistung

Arbeit: in Wh, also Watt mal Stunde
Leistung = Arbeit/Zeit, also Wh/h = W
Nur mal so mit den Maßeinheiten erklärt.

Wo habe ich was anderes geschrieben?

dort:

Für einen Zeitraum von 0 s ist auch die Arbeit immer null. Deswegen ist die Leistung P = 0 J / 0 s = nicht definiert.

Du brauchst also einen Zeitraum > 0 s, um die Leistung eines Gerätes bestimmen zu können.

Danke euch allen. Ich wollte keine wissenschaftliche Abhandlung verfassen:). Sondern nur wissen, was in der Praxis relevant ist. Und was vernachlässigt werden kann. Bei der Dimensionierung des Generators ist die Scheinleistung wichtig. Kann ich da dann einfach mit dem Wirkleistungsfaktor rechnen, um an die kVa zu kommen?