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Scheinleistung

Scheinleistung ist ein Begriff aus der Elektrotechnik. Die Scheinleistung S ist die geometrische Summe aus Wirkleistung P und Blindleistung Qges bzw. das Produkt aus den Effektivwerten von Strom I und Spannung U. Die Blindleistung Qges besteht aus der Blindleistung der Grundschwingung Q und der Verzerrungsblindleistung D.





In Sonderfällen (bei verschwindender Blindleistung), wie beispielsweise bei Gleichspannung, ist die Scheinleistung gleich der Wirkleistung P. Davon abgesehen ist die Scheinleistung im Allgemeinen größer als die Wirkleistung. Elektrische Betriebsmittel, die Leistung übertragen, wie Transformatoren oder elektrische Leitungen, müssen entsprechend der übertragbaren Scheinleistung ausgelegt sein. Bei sinusförmigen Größen gibt es keine Verzerrungsblindleistung. Deshalb ist die Blindleistung Qges gleich der Grundschwingungsblindleistung Q.



Wenn in einem elektrischen Verbraucher oder einem Versorgungsnetz lineare Induktivitäten oder Kapazitäten zugeschaltet sind, benötigen diese zum Aufbau des magnetischen oder elektrischen Feldes eine elektrische Arbeit, die jedoch mit jeder Halbperiode der Frequenz wieder an das Netz zurückgegeben wird. Der zeitliche Verlauf der Blindleistungswerte ist gegenüber dem der Wirkleistung um eine Viertelperiode (bzw. 90°) verschoben und ergibt komplex (bzw. „geometrisch“) zusammengerechnet mit dieser den Wert der Scheinleistung.

Die Scheinleistung wird gemäß DIN 40110-1 zur Unterscheidung von der Wirkleistung in der Einheit Voltampere (Einheitenzeichen VA) anstelle von Watt (Einheitenzeichen W) angegeben, die Blindleistung in Var (Einheitenzeichen var).

Da neben dem Strom für die Erbringung der Wirkleistung auch der Strom für die Blindleistung aufgebracht werden muss, müssen das Netz und die Betriebsmittel wie z. B. die versorgenden Generatoren und Transformatoren dennoch sämtlich für den Wert der Scheinleistung bemessen werden. Dies gilt nur dann nicht,wenn eine Blindstromkompensation den Blindstrom-Fluss auf die örtlichen verbraucherinternen Leitungsverbindungen begrenzt.

In der komplexen Wechselstromrechnung, welche nur bei eingeschwungenen sinusförmigen Spannungs- bzw. Stromverlauf anwendbar ist, ist die Scheinleistung definiert als Betrag der komplexen Scheinleistung und als geometrische Summe aus Wirkleistung P und Blindleistung Q. Die komplexe Scheinleistung ist definiert als das Produkt der komplexen Spannung mit dem konjugiert komplexen Strom .







Treten in einem elektrischen Netzwerk nicht nur sinusförmige Spannungen und Ströme auf, treten auch sogenannte Oberschwingungen auf. Auch bei nicht stationären Vorgängen, wiebeispielsweise Schaltvorgängen, treten nicht sinusförmige Größenauf. Die Scheinleistung muss dann um eine weitere Komponente der Blindleistung, der so genannten Verzerrungsblindleistung D erweitert werden, welche den Anteil der Oberschwingungen an der Blindleistung beschreibt:



Jedes periodische Signal lässt sich mittels der Fourieranalyse in eine Reihe von einzelnen Sinusschwingungen, sogenannten Spektralkomponenten, zerlegen. Zur Berechnung der Scheinleistung im allgemeinen Fall ist daher eine Erweiterung des Begriffes auf beliebig viele Frequenzen notwendig. In diesem Fall lässt sich die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung nicht mehr einfach mit einem einzigen Winkel ausdrücken. An dessen Stelle tritt im allgemeinen Fall der Leistungsfaktor Λ:



Wichtig ist diese Verallgemeinerung immer, wenn nicht auf den Sonderfall reiner Sinusgrößen zurückgegriffen werden kann. Zur Verdeutlichung, wo diese Erweiterung des Begriffes notwendig ist, einige Beispiele dafür:
• Nichtlineare Verbraucher, betrieben an einer sinusförmigen Spannungsquelle. Dies sind beispielsweise Gleichrichter, wie sie in Schaltnetzteilen zu finden sind. Es tritt dabei Verzerrungsblindleistung auf, welche einen Teil der Scheinleistung darstellt.
• Bei der Phasenanschnittsteuerung kommt neben Oberschwingungen und der damit verbundenen Verzerrungsblindleistung zu einer zeitlichen Verschiebung und somit zu einer zusätzlichen Blindleistung in der Grundschwingung – auch bei rein ohmscher Last, welche über eine Phasenanschnittsteuerung in ihrem Leistungsumsatz geregelt wird. Diese Blindleistung wird aufgrund der Ansteuerung mittels Phasenanschnitt Steuerblindleistung genannt, sie ist Teil der Scheinleistung.
• Magnetischen Kreise mit ferromagnetischem Kernmaterial, das nichtlineare Sättigungs- und Hystereseeffekte zeigt − wie z. B. Spulen oder Transformatoren, die daher nichtlineare Induktivitäten darstellen.
• Ein an einer Wechselspannungsquelle mit rechteckigem Signalverlauf betriebener ohmscher Widerstand, wie beispielsweise das Dimmen von Glühlampen mittels Pulsweitenmodulation (PWM).


Spannung

Die elektrische Spannung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Arbeit bzw. Energie nötig ist, um ein Objekt mit einer bestimmten elektrischen Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen. Spannung ist also das spezifische Arbeitsvermögen der Ladung. Sie ist eine Feldgröße, die in einem großen Größenordnungsbereich auftritt. Das Formelzeichen der Spannung ist U – abgeleitet vom lat. urgere (drängen, treiben, drücken). Sie wird im internationalen Einheitensystem in der Einheit Volt (Einheitenzeichen: V) angegeben, benannt nach Alessandro Volta.
Auf „natürliche“ Weise entsteht elektrische Spannung zum Beispiel durch Reibung, bei Gewittern und bei Redoxreaktionen. Zur technischen Nutzung werden Spannungen meistens durch elektromagnetische Induktion sowie durch Elektrochemie erzeugt.
Die umgangssprachliche Bezeichnung „Stromspannung“ ist fachlich inkorrekt und sollte bei eindeutigem Zusammenhang durch „Spannung“ und sonst durch „elektrische Spannung“ bzw.„Netzspannung“ ersetzt werden. Die elektrische Spannung ist der Quotient aus der zur Verschiebung einer Ladung Q erforderlichen Arbeit und dieser Ladung.