VA in Watt: Scheinleistung vs. Wirkleistung, USV-Daten lesen

Ein Schaltschrank aus Japan ist unterwegs. Im Datenblatt des Lieferanten steht „3φ AC200V, 10kVA“, die USV darin ist mit „1kVA / 0.6kW“ angegeben (japanische Unterlagen verwenden den Dezimalpunkt, also 0,6 kW), und Ihr Werk läuft mit 400 V bzw. 480 V. Bevor Sie Zuleitung, Schutzeinrichtung oder eine Ersatz-USV auslegen, müssen Sie wissen, was diese Zahlen bedeuten und welche Annahmen dahinterstehen.

Die kurze Antwort: VA (Voltampere) ist die Einheit der Scheinleistung, des Produkts aus Spannung und Strom. W (Watt) ist die Einheit der Wirkleistung, also der Leistung, die eine Last tatsächlich umsetzt. Der Leistungsfaktor verbindet beide. Eine Last mit 1000 VA und einem Leistungsfaktor von 0,8 nimmt 800 W auf. Eine Last mit 800 W läuft aber nicht zwingend an einer Quelle mit 800 VA; Sie müssen beide Werte prüfen.

Dieser Leitfaden behandelt die japanischen Begriffe in Spezifikationen, die Berechnung für Einphasen- und Drehstrom (einschließlich der Umrechnung derselben Last in Strom bei 200 V, 400 V und 480 V), die zwei Ausgangsgrenzen jeder USV, Motor-Typenschilder und die Blindleistungskompensation. Am Ende finden Sie eine Checkliste, Fragen an den japanischen Lieferanten und eine Anfrage-Vorlage.

Inhalt

1. Japanische Leistungsbegriffe in Spezifikationen
2. Was ist VA (Scheinleistung)?
3. Was ist W (Wirkleistung)?
4. Drehstrom: kVA in kW und Ampere
5. USV-Daten lesen: zwei Ausgangsgrenzen
6. Leitungen und Schutzschalter: in Ampere umrechnen
7. Energie: W mal Betriebsstunden
8. Blindleistungskompensation: gleiche kW, weniger Strom
9. Kurzübersicht: Welchen Wert prüfen?
10. Checkliste: bevor Sie USV, Schutzschalter oder Versorgung auslegen
11. Fragen an den japanischen Lieferanten
12. Grenzen dieses Leitfadens
13. FAQ
14. Quellen

Japanische Leistungsbegriffe in Spezifikationen

Japanische Datenblätter und Übersichtsschaltpläne verwenden einen kleinen Satz von Begriffen für die Leistung. Sie entsprechen den deutschen Begriffen, aber Sie müssen wissen, welcher welcher ist, bevor Sie die Zahlen lesen können.

Japanisch	Lesung	Deutsch	Einheit
皮相電力	hiso denryoku	Scheinleistung (S)	VA, kVA
有効電力	yuko denryoku	Wirkleistung (P)	W, kW
無効電力	muko denryoku	Blindleistung (Q)	var, kvar
力率	rikiritsu	Leistungsfaktor (λ); je nach Quelle auch cos φ gemeint	Verhältnis (0–1)
効率	koritsu	Wirkungsgrad (η)	% oder Verhältnis
電力量	denryokuryo	elektrische Arbeit (Energie)	kWh
線間電圧	senkan den'atsu	verkettete Spannung (Außenleiterspannung)	V
線電流	sen denryu	Außenleiterstrom	A
単相 / 三相	tanso / sanso	einphasig / dreiphasig (Drehstrom); oft 1φ / 3φ geschrieben	—
定格出力	teikaku shutsuryoku	Bemessungsleistung (beim Motor: Wellenleistung)	kW
進相コンデンサ	shinso kondensa	Kompensationskondensator (Blindleistungskompensation)	kvar

Was ist VA (Scheinleistung)?

VA steht für Voltampere, die Einheit der Scheinleistung S. In einem einphasigen Wechselstromkreis ist S das Produkt aus dem Effektivwert der Spannung und dem Effektivwert des Stroms: 100 V bei 10 A ergeben 1000 VA.

Der Effektivwert (englisch RMS) ist der Gleichstromwert, der einen Widerstand gleich stark erwärmen würde. Wechselstrom ändert in jeder Periode Betrag und Richtung. Wenn Sie aber ermitteln, welchen Strom eine Leitung oder ein Gerät führen muss, ist der Effektivwert maßgeblich. Bei einer Sinusspannung liegt der Scheitelwert über dem Effektivwert.

Die 100 V oder 200 V, die Sie in eine Leistungsformel einsetzen, sind Effektivwerte. Wer Scheitelwerte multipliziert, erhält eine andere, falsche Scheinleistung.

VA zeigt, wie viel Strom fließt

Bei gegebener Spannung bedeutet mehr Scheinleistung mehr Strom. Quelle, Transformator und Leitungen müssen diesen Strom führen. Die Wirkleistung allein sagt deshalb nichts über ihre Belastung aus.

Bei 100 V einphasig nimmt eine Last mit 1000 VA 10 A auf, eine Last mit 1500 VA 15 A. Zwei Lasten mit gleicher Wirkleistung, aber unterschiedlichem Leistungsfaktor ziehen verschiedene Ströme und brauchen daher unterschiedliche Versorgungskapazität und Verkabelung.

Darum werden Transformatoren in kVA angegeben. Wie viel Wirkleistung ein Transformator abgeben kann, hängt auch vom Leistungsfaktor der Last ab. Lesen Sie „10 kVA“ also nicht als „10 kW“, solange Sie diesen Leistungsfaktor nicht kennen.

Achten Sie auch auf die Vorsätze: 1 kVA = 1000 VA und 1 kW = 1000 W. Kilo und Basiseinheit zu verwechseln ist ein Fehler, Schein- und Wirkleistung zu verwechseln ein anderer.

Kennen Sie Spannung und Strom eines einphasigen Stromkreises, können Sie die Scheinleistung berechnen. Die Wirkleistung lässt sich so nicht bestimmen.

Dafür brauchen Sie den Leistungsfaktor oder die Anzeige eines Leistungsmessgeräts. Strom aus dem Strommesser mal Spannung ergibt nicht zwingend die aufgenommene Wirkleistung.

Abbildung 1: Von Volt und Ampere zu VA, über den Leistungsfaktor zu W

Beispiel: einphasig, 100 V, 10 A, Last mit angenommenem Leistungsfaktor 0,8. Die Spannung wird an der Last gemessen, der Strom ist der Leiterstrom.

Der Strompfeil zeigt die Bezugsrichtung für den Effektivwert; Wechselstrom fließt nicht in einer festen Richtung. Für echte Messungen verwenden Sie Messgeräte und Anschlüsse, die für den Stromkreis ausgelegt sind.

Bemessungs-VA und gemessene VA

Eine Bemessungsleistung im Datenblatt gibt den Bereich an, für den das Gerät ausgelegt ist. Bei Teillast sind Strom und Leistung niedriger. Der Bemessungswert ist also nicht das, was das Gerät dauernd aufnimmt.

Umgekehrt gilt dasselbe: Ein einzelner niedriger Strommesswert reicht nicht, um eine Versorgung auszulegen. Ermitteln Sie den maximalen Betriebszustand, den Anlauf, gleichzeitig laufende Lasten und künftige Lasten und vergleichen Sie jeden Wert mit der Spezifikation.

Steht auf einem Typenschild mehr als eine Spannung oder Frequenz, entnehmen Sie Spannung und Strom derselben Zeile. Multiplizieren Sie Spannung aus einem Versorgungszustand mit Strom aus einem anderen, entsteht eine Scheinleistung, die zu keinem realen Bemessungswert passt. Prüfen Sie außerdem, was die Angabe umfasst.

Die Eingangsangabe einer ganzen Maschine und die Angabe einer Komponente darin sind verschiedene Dinge. Anhand von Übersichtsschaltplan und Positionsbezeichnungen in der Spezifikation erkennen Sie, ob ein VA-Wert nur die Steuerspannungsversorgung betrifft oder den gesamten Eingang einschließlich Motoren und Nebenaggregaten.

Was ist W (Wirkleistung)?

Das Watt ist die Einheit der Leistung. In Wechselstromkreisen wird es für die Wirkleistung P verwendet, also die Leistung, die tatsächlich von der Quelle zur Last gelangt und in Wärme, Licht oder mechanische Leistung umgesetzt wird. Ein Watt entspricht einem Joule pro Sekunde. Leistung ist die Rate des Energieumsatzes, Energie die Summe über die Zeit.

Die Wirkleistung enthält neben der Nutzleistung auch die Verluste im Gerät. Von 800 W, die in einen Motor gehen, kommt nicht alles an der Welle an; wie sich die Leistung aufteilt, sagt der Wirkungsgrad.

Momentanwerte multiplizieren, dann mitteln

Die Grunddefinition der Wechselstrom-Wirkleistung ist der Mittelwert des Produkts aus Momentanspannung und Momentanstrom. Die Momentanleistung p schwankt über die Periode, ihr Mittelwert ist P. Sind Spannung und Strom sinusförmig mit der Phasenverschiebung φ, ergibt der Mittelwert U · I · cos φ. Dabei sind U und I Effektivwerte und cos φ ist der Leistungsfaktor.

Bei einer idealen ohmschen Last verlaufen Spannung und Strom gleichzeitig, also gilt φ = 0 und cos φ = 1. Dann gilt P = U · I auch bei Wechselstrom. Die Merkregel „P = U · I gilt nur bei Gleichstrom“ ist daher falsch.

P = U · I gilt auch für konstanten Gleichstrom. Bei Wechselstrom müssen Sie aber Kurvenform und Leistungsfaktor prüfen. Wenn Sie auf das Prinzip zurückgehen, den Mittelwert der Momentanprodukte, erkennen Sie leichter, wann welche Formel gilt.

Blindleistung ist nicht dasselbe wie Verlust

Spulen und Kondensatoren speichern Energie in magnetischen oder elektrischen Feldern und geben sie an die Quelle zurück. Bei idealen Bauteilen geschieht das in jeder Periode, und die über eine volle Periode umgesetzte Nettoenergie ist null.

Bei Sinusgrößen heißt die Größe, die diesen Austausch beschreibt, Blindleistung Q, gemessen in var. Induktive (nacheilende) und kapazitive (voreilende) Lasten unterscheidet man über Richtung bzw. Vorzeichen.

Blindleistung ist keine vergeudete Wirkleistung. Sie hängt mit nützlichen Funktionen zusammen, etwa dem Aufbau des Magnetfelds im Motor. Der Strom, der sie überträgt, verursacht jedoch reale ohmsche Verluste in der Verkabelung und belastet damit die Anlage zusätzlich.

Bei 800 W Wirkleistung und 600 var Blindleistung beträgt die Scheinleistung 1000 VA, nicht 1400. Die drei Werte bilden ein rechtwinkliges Dreieck: P und Q sind die Katheten, S ist die Hypotenuse. Man hört gelegentlich das Bild, VA sei ein Behälter, in dem W und var nebeneinanderliegen; wer so addiert, rechnet falsch.

Abbildung 2: 800 W und 600 var im rechten Winkel ergeben 1000 VA

Leistungsdreieck für eine induktive Last mit Sinusgrößen, gezeichnet im Seitenverhältnis 800 : 600 : 1000.

Die waagerechte und die senkrechte Seite sind verschiedene Leistungskomponenten. Das Dreieck veranschaulicht S² = P² + Q²; man addiert W und var nicht, um VA zu erhalten.

Leistungsfaktor und Wirkungsgrad

Der Leistungsfaktor ist die Wirkleistung geteilt durch die Scheinleistung, P/S, häufig als λ geschrieben. Bei einer Last, die Leistung aufnimmt, liegt er zwischen 0 und 1 und gibt an, wie viel Strom nötig ist, um eine bestimmte Wirkleistung zu übertragen.

Der Wirkungsgrad ist ein anderes Verhältnis: der Anteil der aufgenommenen Wirkleistung, der zur Nutzleistung wird. Beim Motor vergleicht er die elektrische Aufnahme mit der mechanischen Abgabe; der Rest geht als Wärme, Reibung usw. verloren.

Ein Leistungsfaktor von 0,8 bedeutet nicht, dass 20 % der Aufnahme als Wärme verloren gehen. Ebenso folgt aus einem Wirkungsgrad von 90 % kein Leistungsfaktor von 0,9.

Stehen beide Verhältnisse in derselben Tabelle, prüfen Sie bei jedem Zähler und Nenner.

Um die Versorgungsleistung aus der Wellenleistung eines Motors abzuschätzen, rechnen Sie in zwei Schritten zurück: Division durch den Wirkungsgrad ergibt die aufgenommene Wirkleistung, Division durch den Leistungsfaktor die Scheinleistung. Halten Sie die Schritte getrennt, vermischen Sie Verluste und Blindleistung nicht.

Verzerrte Kurvenformen: Leistungsfaktor λ und Verschiebungsfaktor

Geräte mit Gleichrichter am Eingang können einen nicht sinusförmigen Strom aufnehmen. Dann lässt sich der Strom nicht mit einer einzigen Phasenverschiebung beschreiben, und der cos φ der Grundschwingung muss nicht dem Gesamt-Leistungsfaktor entsprechen.

Der Leistungsfaktor λ (englisch „true power factor“) ist P/S, wobei S aus den Effektivwerten berechnet wird. Der Verschiebungsfaktor cos φ₁ („displacement power factor“) ist der Kosinus des Winkels zwischen Grundschwingungsspannung und Grundschwingungsstrom und erfasst daher nur die Grundschwingung.

Selbst wenn die Grundschwingungen gut übereinstimmen, hat ein stark verzerrter Strom einen höheren Effektivwert. Der Strom steigt, ohne dass die Wirkleistung entsprechend zunimmt; behandeln Sie die beiden Faktoren deshalb nicht als austauschbar. Ein Leistungsmessgerät berechnet die Wirkleistung aus gleichzeitig abgetasteten Werten von Spannung und Strom.

Prüfen Sie beim Lesen der Gerätespezifikation, ob „power factor“ den Gesamtwert oder nur den Wert der Grundschwingung meint und welches Berechnungsverfahren das Gerät verwendet. In verzerrten Drehstromkreisen berechnen Geräte außerdem Schein- und Blindleistung teils unterschiedlich. Bevor Sie die Anzeigen zweier Messgeräte vergleichen, gleichen Sie Anschlussart und Berechnungsdefinition an, statt ein Gerät für defekt zu halten.

Drehstrom: kVA in kW und Ampere

Für ein symmetrisches Drehstromsystem mit Sinusgrößen berechnen Sie die Gesamtleistung aus verketteter Spannung und Außenleiterstrom. Aus dem einphasigen U · I wird dabei √3 · U · I, nicht 3 · U · I. Drei Leiter ergeben nicht den Faktor 3.

Hier ist U die verkettete Spannung zwischen zwei Außenleitern und I der Strom in einem Außenleiter zwischen Quelle und Last. Mischen Sie die Strangspannung an einem Lastzweig oder den Strangstrom durch eine Wicklung hinein, sitzt der Faktor √3 an der falschen Stelle. In Sternschaltung beträgt die Strangspannung 1/√3 der verketteten Spannung.

In Dreieckschaltung beträgt der Strangstrom 1/√3 des Außenleiterstroms.

Die Wirkleistungen der einzelnen Stränge zu addieren funktioniert in jedem Stromkreis. Zu einer einzigen Formel mit verketteter Spannung und Außenleiterstrom lässt sich das aber nur unter symmetrischen, sinusförmigen Bedingungen zusammenfassen. Bei unsymmetrischen oder verzerrten Stromkreisen messen Sie mit einem für den Stromkreis geschalteten Leistungsmessgerät und prüfen, wie es Strang- und Gesamtwerte berechnet.

Rechenbeispiel: 200 V, 30 A, Leistungsfaktor 0,85

Betrachten Sie einen Pumpenstromkreis an einem symmetrischen, sinusförmigen Drehstromnetz mit 200 V, der bei einem Leistungsfaktor von 0,85 einen Außenleiterstrom von 30 A aufnimmt. Die 200 V sind verkettete Spannung, die 30 A Außenleiterstrom, und das Ergebnis ist die Leistung auf der Versorgungsseite, an der gemessen wurde.

Gerundet sind das etwa 10,4 kVA, 8,8 kW und 5,5 kvar. Zu grobes Runden in Zwischenschritten kann das Endergebnis verändern; runden Sie an derselben Stelle und auf dieselbe Stellenzahl wie das Dokument, mit dem Sie vergleichen.

Sobald √3 · U · I die Drehstromsumme liefert, multiplizieren Sie nicht noch einmal mit 3. Wenn Sie die Variablendefinitionen ins Berechnungsblatt schreiben, lässt sich das leicht nachprüfen.

Abbildung 3: In die Drehstromformel gehören verkettete Spannung und Außenleiterstrom

Symmetrische Last in Sternschaltung. Der Spannungsmesser liegt zwischen zwei Außenleitern; der Strom ist der in einem Außenleiter.

Die Last ist ein symmetrischer Satz gleicher Impedanzen. Es ist ein Konzeptbild dafür, was gemessen wird, keine Anschlussanleitung.

Von kW zurück auf kVA und Ampere

Nimmt eine Last bei einem Leistungsfaktor von 0,8 aus der Versorgung 8 kW auf, braucht sie 8 ÷ 0,8 = 10 kVA. kW und kVA sind nur bei einem Leistungsfaktor von 1 dieselbe Zahl; eine Quelle mit 8 kVA kann diese Last also nicht versorgen. Bei Drehstrom 200 V entsprechen 10 kVA einem Außenleiterstrom von etwa 28,9 A. Dieselben 8 kW ziehen bei anderer Spannung oder anderem Leistungsfaktor einen anderen Strom; übernehmen Sie einen Stromwert deshalb nie ohne seine Bedingungen.

Bei einem Generator oder einer USV ist diese Zahl von 10 kVA der stationäre Ausgangspunkt. Die endgültige Auswahl muss außerdem die kW-Grenze, den Spannungseinbruch beim Anlauf, die Lasteigenschaften und die Betriebsbedingungen berücksichtigen, jeweils geprüft anhand der Anwendungsdaten des Herstellers.

Gleiche Last, andere Spannung: 200 V, 400 V und 480 V

Japanische Fabrikanlagen sind üblicherweise für ein Drehstromnetz der 200-V-Klasse oder der 400-V-Klasse gebaut, und Japan arbeitet im Osten mit 50 Hz und im Westen mit 60 Hz. Ihr Werk dürfte mit 400 V (Strangspannung 230 V) und 50 Hz arbeiten, den Normspannungen nach IEC 60038 bzw. DIN EN 60038; in Industrienetzen kommen auch 690 V vor. 480 V sind eine US-Systemspannung und relevant, wenn die Maschine weiter in die USA geht. Die kVA einer Last ändern sich mit der Spannung nicht, wohl aber der Außenleiterstrom, und dieser Strom bestimmt Leitungen und Schutzeinrichtungen.

Verkettete Spannung	Außenleiterstrom je 10 kVA (symmetrischer Drehstrom)
200 V	28,9 A
380 V	15,2 A
400 V	14,4 A
415 V	13,9 A
480 V	12,0 A
690 V	8,4 A

Den Strom neu zu berechnen ist der leichte Teil. Ob eine Maschine der 200-V-Klasse direkt an Ihrer Versorgung laufen kann, einen Transformator braucht oder besser in einer Ausführung der 400-V-Klasse bestellt wird, klären Sie mit dem Lieferanten. Motoren, die für 50 Hz und 60 Hz ausgelegt sind, nennen oft für jede Frequenz einen eigenen Bemessungsstrom und eine eigene Drehzahl; lesen Sie die Zeile, die zu Ihrem Standort passt.

Die kW auf dem Motor-Typenschild sind nicht die Eingangsleistung

Die Bemessungsleistung eines Motors in kW ist normalerweise seine mechanische Leistung an der Welle. Die aufgenommene Wirkleistung enthält zusätzlich die Verluste; ein Motor mit 7,5 kW nimmt also nicht immer 7,5 kW aus dem Netz auf. Angenommen, die Wellenleistung beträgt 7,5 kW, und im betrachteten Betriebspunkt sind der Wirkungsgrad 0,90 und der Leistungsfaktor 0,80.

Die aufgenommene Wirkleistung beträgt dann etwa 8,33 kW. Teilen Sie durch den Leistungsfaktor, ergibt sich eine aufgenommene Scheinleistung von etwa 10,42 kVA, bei Drehstrom 200 V also ein Außenleiterstrom von etwa 30,1 A.

Bei einem Wirkungsgrad von 0,90 gehen etwa 0,83 kW der aufgenommenen 8,33 kW als Verlust verloren. Betrachten Sie die Differenz zwischen 8,33 kW und 10,42 kVA nicht als zusätzliche Wärmeverluste. Diese Differenz stammt vom Leistungsfaktor, nicht von Verlusten.

Auch beim Vergleich von Motortypen bedeutet gleiche Abgabeleistung nicht gleiche Aufnahme. Wirkungsgrad, Auslastung und Antriebsart verändern, was die Versorgung sieht.

Abbildung 4: Der Wirkungsgrad führt zurück auf die Aufnahme, der Leistungsfaktor auf die Eingangs-kVA

Angenommener Wirkungsgrad 0,90 und Leistungsfaktor 0,80. Die dicken Pfeile zeigen den Fluss der Wirkleistung, keinen Fluss von VA.

Der Motor ist ein vereinfachter Umriss und zeigt nicht den inneren Aufbau. Die Pfeilbreiten sind nicht maßstäblich, die Verluste sind als ein Block dargestellt. Die Rechnung verwendet den ungerundeten Wert von 7,5 ÷ 0,9.

Mit Frequenzumrichter: Messort festlegen

Wird der Motor von einem Frequenzumrichter (FU; japanische Unterlagen sprechen von „Inverter“) betrieben, unterscheiden sich die Leistung an den Motorklemmen und die Leistung, die der Umrichter aus dem Netz zieht. Beziehen Sie für die Auslegung der Versorgung die Verluste des Umrichters und seinen Eingangs-Leistungsfaktor ein.

Den Leistungsfaktor des Motors dürfen Sie nicht auf den Umrichtereingang übertragen, weil sich Kurvenform und netzseitige Bedingungen unterscheiden. Verwenden Sie die Eingangsangaben des Umrichters oder eine geeignete Messung.

Ventilatoren und Pumpen mit reduzierter Drehzahl zu betreiben, verändert die benötigte Wirkleistung. Das ist ein anderer Mechanismus als die Blindleistungskompensation. Die Ausgangsspannung des Umrichters ist keine Netzsinusspannung, deshalb muss das Messgerät dafür ausgelegt sein.

Geben Sie an, ob ein Messwert von der Eingangs- oder Ausgangsseite stammt, und vergleichen Sie nur Werte, die zur gleichen Zeit und unter gleicher Last aufgenommen wurden.

USV-Daten lesen: zwei Ausgangsgrenzen

Eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) hat zwei Ausgangsgrenzen, eine in VA und eine in W, und die Last muss innerhalb beider bleiben. Manche japanischen USV-Datenblätter nennen beide in einer Zeile, etwa „1kVA / 0.6kW“ oder „1000VA / 600W“. Nehmen Sie eine hypothetische USV mit 1000 VA und 600 W:

• Last A, 900 VA und 540 W: innerhalb beider Grenzen.
• Last B, 700 VA und 630 W: innerhalb der VA-Grenze, aber über der W-Grenze.
• Last C, 1100 VA und 550 W: innerhalb der W-Grenze, aber über der VA-Grenze.

Eine Grenze einzuhalten genügt nicht, wenn die Last die andere überschreitet. Die 600 W ÷ 1000 VA = 0,6 dieser USV sind außerdem nicht der Leistungsfaktor der angeschlossenen Geräte. Das eine ist das Verhältnis der beiden Ausgangsgrenzen der USV, das andere ist P/S, an der Last gemessen.

Abbildung 5: Die zwei Grenzen einer hypothetischen USV mit 1000 VA / 600 W

VA nimmt nach rechts zu, W nach oben. Die schattierte Fläche erfüllt beide Ausgangsgrenzen und P ≤ S.

Maßstab: 1 VA = 0,5 px waagerecht, 1 W = 0,4 px senkrecht. Das Diagramm berücksichtigt P ≤ S für verbrauchende Lasten. Es ist nicht die Lastkennlinie eines tatsächlichen Modells.

Das Verhältnis der beiden Grenzen hängt vom Modell ab. Schneider Electric (APC) weist darauf hin, dass eine Wattangabe von etwa 60 % der VA-Angabe früher als Richtwert der Branche galt, neuere USV-Anlagen aber Wattwerte näher an ihren VA-Werten haben; einige aktuelle Modelle sind mit einem Leistungsfaktor von 0,9 oder 1,0 angegeben.

Eine japanische Spezifikation, die nur kVA nennt, sagt Ihnen also nichts über die kW-Grenze. Fragen Sie nach beiden.

Teilen sich mehrere Geräte eine USV, folgen Sie dem Auslegungsverfahren des Herstellers und summieren Sie maximale VA und maximale W getrennt. Prüfen Sie auch gleichzeitigen Betrieb, Einschaltstrom und die Verträglichkeit mit der Ausgangskurvenform der USV. Eine kleine Summe der Typenschildwerte genügt für die Entscheidung nicht.

Die Überbrückungszeit ist eine andere Frage als die Leistung. Prüfen Sie auch die USV-Topologie (nach IEC 62040-3 / DIN EN IEC 62040-3 etwa VFI, VI oder VFD; die Einordnung des konkreten Geräts klären Sie mit dem Hersteller) und bewerten Sie die Überbrückungszeit anhand der Laufzeittabelle oder der Bedingungen des Herstellers für die Last in W.

Leitungen und Schutzschalter: in Ampere umrechnen

Bei Leitungen und Schutzschaltern vergleichen Sie nicht VA mit einem Strombemessungswert. Rechnen Sie mit Stromkreisspannung und Phasenzahl in Strom um: 1000 VA bei 100 V einphasig sind 10 A, bei Drehstrom gilt die oben genannte √3-Formel.

Bei gleichen kW bedeutet ein niedrigerer Leistungsfaktor mehr Strom. Wer die Leitungsbelastung nur in kW vergleicht, kann deshalb zu knapp auslegen. Gleichen Sie Spannung, Leistungsfaktor und Wirkungsgrad ab und legen Sie die maximale Auslegungslast fest.

Der Strom ist nur eine Eingangsgröße für die Auswahl von Leitungen und Schutzschaltern; die endgültige Wahl gehört in die Hand einer Elektrofachkraft. Verlegeart, Umgebungstemperatur, Häufung, Spannungsfall und Kurzschlussschutz sind nach den geltenden Bestimmungen zu berücksichtigen, in Deutschland etwa nach DIN VDE 0100 (z. B. Teile 430 und 520) und DIN VDE 0298-4 zur Strombelastbarkeit. Bei Lasten mit Anlaufstrom wie Motoren behandeln Sie Betriebsstrom und Anlaufbedingungen getrennt.

Ein Schutzschalter mit Bemessungsstrom über dem Betriebsstrom sagt für sich nichts darüber aus, ob er beim Anlauf auslöst oder den Stromkreis im Fehlerfall schützt. Sie brauchen sowohl ausreichende Strombelastbarkeit als auch den richtigen Schutz. Prüfen Sie in diesem Schritt auch, wovor der Kompaktleistungsschalter (MCCB, in japanischen Zeichnungen oft „NFB“) und ein eventueller Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD, japanisch „ELB“) tatsächlich schützen.

Energie: W mal Betriebsstunden

Bei konstanter Wirkleistung ist die Energie das Produkt aus Wirkleistung und Zeit, in kWh. Die kW-Angabe allein sagt nichts über die insgesamt verbrauchte Energie.

Bei einem Mittelwert von 8,8 kW über 6 Stunden werden 52,8 kWh verbraucht. Dieselbe Maschine mit 8,8 kW verbraucht deutlich weniger Energie, wenn sie nur kurz läuft, als wenn sie den ganzen Tag läuft.

Die Bemessungs-kW vom Typenschild mal Betriebsstunden kann je nach Betriebsbedingungen von der tatsächlichen Energie abweichen. Wenn Sie Energieeinsparungen vergleichen, gleichen Sie Betriebsstunden, Last und Produktionsmenge an und prüfen Sie die Wirkenergie für den relevanten Zeitraum. Bei elektrischer Beheizung halten Sie die Wärme, die das Produkt braucht, getrennt von der aus dem Netz bezogenen Energie, die Verluste enthält.

Stromrechnungen enthalten oft neben der Energie auch Posten, die an Vertragsbedingungen oder die Spitzenlast gekoppelt sind. Schätzen Sie kWh-Einsparungen und Tarifeffekte deshalb getrennt ab.

Blindleistungskompensation: gleiche kW, weniger Strom

Bei einer Last mit gleicher Wirkleistung und gleicher Spannung verringert ein höherer Leistungsfaktor die benötigte Scheinleistung. Auch der Strom sinkt; das schafft Reserve in der Versorgung und senkt die ohmschen Verluste in der Verkabelung vor der Kompensationsstelle.

Nehmen Sie eine symmetrische Drehstromlast mit 10 kW bei 200 V. Bei einem Leistungsfaktor von 0,8 braucht sie 12,5 kVA und etwa 36,1 A je Außenleiter. Bei 0,95 braucht sie etwa 10,53 kVA und etwa 30,4 A.

Die 10 kW selbst haben sich nicht geändert. Gesunken sind der Strom, der zu ihrer Übertragung nötig ist, und die Blindleistung im kompensierten Abschnitt.

Bei gleichem Leitungswiderstand wachsen die ohmschen Verluste mit dem Quadrat des Stroms; das Verlustverhältnis beträgt hier etwa 0,71. Das heißt nicht, dass der Gesamtverbrauch des Werks um rund 29 % sinkt.

Kompensationskondensatoren sind ein gängiges Mittel, um die nacheilende Blindleistung induktiver Lasten auszugleichen. Größe und Anordnung hängen von der Anlage ab. Bleiben überdimensionierte Kondensatoren bei sinkender Last zugeschaltet, kann der Leistungsfaktor zu weit ins Voreilende gehen. Lesen Sie daher neben der Zahl auch die Richtung (voreilend oder nacheilend) und den Betriebszustand.

In Netzen mit Oberschwingungen wirken Kondensatoren, Drosseln und Versorgung zusammen (Stichworte: verdrosselte Kompensation, Resonanz). Zusätzliche Kapazität hilft nicht in jedem Fall; bewerten Sie Oberschwingungen, Resonanz und vorhandene Betriebsmittel gemeinsam.

Manche Netzbetreiber oder Lieferverträge berechnen Blindarbeit oder verlangen einen Mindest-Verschiebungsfaktor; das hängt von Tarif, Anschlussbedingungen und Berechnungsverfahren ab. Verwechseln Sie daher einen einmaligen Messwert nicht mit dem gemittelten Leistungsfaktor, der zur Abrechnung dient.

Kurzübersicht: Welchen Wert prüfen?

Welche Einheit Sie brauchen, hängt davon ab, was Sie bewerten: Leistungsfähigkeit, Strom oder Energie. Legen Sie zuerst fest, welchen Teil des Systems Sie betrachten, und lesen Sie dann V, A, W, VA und Leistungsfaktor an dieser Stelle.

Abbildung 6: Hauptwerte und die Bedingungen, die dazugehören

Keine Wahl zwischen VA und W: Jede Zeile zeigt den Hauptwert und die Bedingungen, die dazu gehören.

Situation	Hauptwert	Zusätzlich prüfen
Transformator oder Generator (Leistung)	kVA, Bemessungsspannung und -strom	kW-Grenze des Generators, Leistungsfaktor der Last, Anlauf, Temperatur und Betriebsbedingungen
Ausgangsleistung der USV	Beide Grenzen, VA und W	Maximale Last, Verträglichkeit mit Kurvenform und Einschaltstrom, geforderte Überbrückungszeit
Leitungen und Schutzschalter	A	Verlegung, Umgebungstemperatur, Spannungsfall, Kurzschlussschutz, Anlauf
Leistungsaufnahme und Energieeinsparung	kW, kWh	Messgrenze, Mittel- und Spitzenwert, Betriebsstunden, Produktionsbedingungen
Kompensationskondensatoren	kvar, voreilend oder nacheilend	Lastschwankung, Kompensationsstelle, vorhandene Kondensatoren, Oberschwingungen und Drosseln
Motor-Typenschild	Wellenleistung kW, V, A, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor	Aufnahme oder Abgabe, Frequenz, Auslastung, Antriebsart

Die Tabelle ist ein Einstieg ins Lesen von Spezifikationen. Überspringen Sie keine Auswahlbedingungen, etwa indem Sie den Bemessungswert einer Schutzeinrichtung nur aus dem Strom festlegen.

Wenn Spezifikation und Messung nicht übereinstimmen

1. Eingang oder Ausgang? Prüfen Sie, ob jede Zahl ein Eingangs- oder ein Ausgangswert ist. Wellenleistung des Motors gegen Schrankeingang oder Ausgangsgrenze der USV gegen angeschlossene Last sind verschiedene Dinge.
2. Einheiten und Größen. Gleichen Sie einphasig und dreiphasig, verkettete Spannung und Strangspannung, V und kV sowie VA und kVA ab. Ein Faktor 1000 oder √3 deutet meist zuerst auf Einheiten oder Größen hin, nicht auf ein defektes Gerät.
3. Einrichtung des Messgeräts. Lassen Sie von einer Elektrofachkraft oder vom Gerätehersteller Anschlussart, Zuordnung von Spannung und Strom, Wandlerfaktoren (Strom- und Spannungswandler) und Stromrichtung bestätigen. Ein falsch eingestelltes Wandlerverhältnis verschiebt den Messwert, selbst wenn das Messgerät einwandfrei arbeitet.
4. Betriebsbedingungen. Vergleichen Sie Auslastung, Tageszeit, ob der Anlauf enthalten ist, und Mittel- gegen Maximalwert. Ändern Sie angenommenen Leistungsfaktor oder Wirkungsgrad nicht, nur damit nicht passende Messwerte übereinstimmen.

Checkliste: bevor Sie USV, Schutzschalter oder Versorgung auslegen

• Spannung und Frequenz: Bemessungsspannung und -frequenz jeder Last (200-V-Klasse oder 400-V-Klasse, 50 Hz oder 60 Hz) und Spannung und Frequenz Ihres Standorts
• Phasen: einphasig oder Drehstrom; bei Drehstrom bestätigen, dass es verkettete Spannung und Außenleiterstrom sind
• Was die Zahl umfasst: Eingang der gesamten Maschine, nur Steuerspannung oder eine Komponente; Eingang oder Ausgang
• kVA und kW: beide Werte, dazu der Leistungsfaktor für die Umrechnung und ob es λ oder der Verschiebungsfaktor ist
• Spitzen: maximaler Bedarf, Anlauf- oder Einschaltstrom und gleichzeitig laufende Lasten
• USV: Ausgangsgrenzen in VA und W, Ausgangskurvenform und Überbrückungszeit bei Ihrer tatsächlichen Last in W
• Umrichter: eingangsseitiger Strom und Leistungsfaktor jedes Frequenzumrichters, nicht die Werte des Motors
• Motoren: Wellenleistung, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und Bemessungsstrom bei Ihrer Spannung und Frequenz
• Anschlussangaben der Maschine: Bemessungsspannung, Phasenzahl, Frequenz und Bemessungsstrom auf dem Typenschild und in der Dokumentation (bei Maschinen üblicherweise nach DIN EN 60204-1 gefordert; Umfang mit dem Lieferanten klären)
• Runden: Berechnungsblätter, die Variablendefinitionen und die Stelle der Rundung angeben

Fragen an den japanischen Lieferanten

• Ist die Angabe „電源容量“ (dengen yoryo, Versorgungs- bzw. Anschlusskapazität) in kVA oder kW, und gilt sie für die gesamte Maschine einschließlich Motoren, Heizungen und Nebenaggregaten?
• Welchen Leistungsfaktor haben Sie für die Umrechnung zwischen kVA und kW angenommen?
• Wie hoch ist der maximale Strom je Außenleiter bei unserer Spannung, einschließlich Anlauf- oder Einschaltstrom?
• Ist die Anlage für die 200-V-Klasse oder die 400-V-Klasse ausgelegt? Gibt es eine Ausführung für unsere Spannung und Frequenz, oder brauchen wir einen Transformator?
• Wie lauten die Ausgangsgrenzen der USV in VA und in W, und welche Überbrückungszeit erreicht sie bei unserer Last in W?
• Wie lauten für jeden Motor Wellenleistung, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und Bemessungsstrom bei unserer Frequenz?
• Sind Kompensationskondensatoren oder Oberschwingungsfilter eingebaut?

Beispiel für eine Anfrage

Kurze, nummerierte Fragen kann die japanische Seite Punkt für Punkt beantworten und leichter durch Übersetzungswerkzeuge laufen lassen. Die Korrespondenz mit japanischen Lieferanten läuft meist auf Englisch; passen Sie diese Vorlage an:

Subject: Power supply data for [equipment name / order no.]

Dear [Name],

We are preparing the power supply for [equipment name]. Our site supply
is 400 V (230 V phase-to-neutral), 3-phase, 50 Hz. Could you please confirm:

1. Rated input voltage and frequency of the equipment
2. Total input capacity in both kVA and kW, and the power factor used
3. Maximum line current at our supply voltage, including starting/inrush
4. UPS model, output rating in both VA and W, and runtime at our load
5. Shaft output (kW), efficiency, power factor, and rated current of each motor
6. Whether a transformer is required, or a version for our voltage is available

A table or the relevant pages of the specification would be fine.

Best regards,
[Your name]

Grenzen dieses Leitfadens

• Die Formeln mit cos φ und sin φ setzen Sinusgrößen voraus, die √3-Formeln für Drehstrom symmetrische Verhältnisse. Verzerrte oder unsymmetrische Stromkreise erfordern geeignete Messungen.
• Alle Zahlenbeispiele, einschließlich der USV mit 1000 VA / 600 W und des Motors mit 7,5 kW, sind fiktiv und dienen nur der Veranschaulichung. Verwenden Sie für reale Geräte die Datenblattwerte.
• Die Auslegung von Leitungen, Schutzschaltern und Transformatoren hängt von den örtlichen Vorschriften und den Standortbedingungen ab, die dieser Leitfaden nicht behandelt. Die genannten Normen sind Orientierungspunkte, keine vollständige Aufzählung.
• Ob Geräte der 200-V-Klasse an Ihrer Versorgung laufen können und wie sich der Anlauf auf einen Generator oder eine USV auswirkt, hängt vom konkreten Gerät ab. Klären Sie das mit Lieferant und Hersteller.
• Regeln zum Leistungsfaktor in Tarifen und Netzanschlussbedingungen unterscheiden sich je nach Land und Netzbetreiber.
• Dieser Leitfaden erklärt, wie man Spezifikationen liest. Er ist keine Anleitung für Verdrahtung, Messung oder Installation. Arbeiten an elektrischen Anlagen führt eine Elektrofachkraft aus (vgl. DGUV Vorschrift 3 und DIN VDE 0105-100).

FAQ

Wie viel Watt sind 1000 VA?

Das hängt vom Leistungsfaktor der Last ab: W = VA × Leistungsfaktor. Bei 0,8 sind 1000 VA gleich 800 W, bei 1 gleich 1000 W. Die VA-Angabe allein legt keinen einzelnen Wattwert fest.

Wie rechne ich kVA in kW für Drehstrom um?

Genauso wie bei einphasigem Strom: kW = kVA × Leistungsfaktor. Der Faktor √3 kommt erst ins Spiel, wenn Sie von kVA auf Ampere umrechnen: I = kVA · 1000 ÷ (√3 · verkettete Spannung). Beispiel: 10 kVA bei 400 V sind etwa 14,4 A.

Kann ich einen Leistungsfaktor von 1 annehmen, wenn ich ihn nicht kenne?

Nicht ohne Weiteres. In welche Richtung der Fehler geht, hängt davon ab, was Sie berechnen.

Wenn Sie aus einer W-Angabe die benötigten VA ermitteln, ergibt die Annahme 1 ein zu kleines Ergebnis, sobald der reale Leistungsfaktor unter 1 liegt. Prüfen Sie die Spezifikation oder fragen Sie den Hersteller.

Sind W und VA bei einer Heizung immer gleich?

Bei einem idealen Widerstand an Sinusspannung ja: Es gibt keine Phasenverschiebung, der Leistungsfaktor ist 1. Reale Geräte können Leistungssteller oder Nebenaggregate enthalten; bestätigen Sie daher, bevor Sie annehmen, dass der Eingang der gesamten Maschine gleich ist.

Steigt der Wirkungsgrad des Motors im gleichen Maß, wenn der Leistungsfaktor besser wird?

Nicht unbedingt. Leistungsfaktor und Wirkungsgrad sind verschiedene Verhältnisse und verändern sich nicht proportional zueinander. Bewerten Sie die Änderung von Strom und Leitungsverlusten durch die Kompensation getrennt vom Wirkungsgrad, mit dem der Motor die Aufnahme in Wellenleistung umsetzt.

Kann ich den mittleren Strom einsetzen, wenn die Strangströme verschieden sind?

Setzen Sie einen Mittelwert des Stroms in die für symmetrische Last gültige Formel √3 · U · I ein, erhalten Sie womöglich nicht die richtige Gesamtwirkleistung. Verwenden Sie ein für unsymmetrische Stromkreise geeignetes Messverfahren und prüfen Sie, wie Strang- und Gesamtwerte berechnet werden.

Quellen

• Effektivwerte, Wirkleistung und Leistungsfaktor λ: Tektronix, „Fundamentals of AC Power Measurements“ (Englisch)
• Wechselstromleistung und Funktionsweise von Leistungsmessgeräten: Yokogawa Test & Measurement, Grundlagen der Wechselstromleistung (Japanisch)
• Drehstromleistung und -energie: Mitsubishi Electric, E-Learning zu Drehstromkreisen (Japanisch)
• Berechnungsverfahren für verzerrte Drehstromkreise: HIOKI, Leistungsberechnung PW4001 (Japanisch)
• Leistungsfaktor λ und Verschiebungsfaktor: Power Monitors, „PF vs DPF: What's the Difference?“ (Englisch)
• VA- und W-Grenzen der USV in japanischen Spezifikationen: OMRON, USV-Spezifikationsangaben (Japanisch)
• Auswahlbedingungen für USV: Schneider Electric FAQ (Japanisch)
• Watt- und VA-Angaben von USV, die 60-%-Regel, neuere Modelle mit 0,9/1,0: Schneider Electric Blog, „VA vs Watts: What's the Difference Anyway?“ (Englisch); APC FAQ FA157485 (Englisch)
• Aufnahme, Abgabe und Wirkungsgrad von Motoren: Nidec, Motorgrundlagen (Japanisch)
• Versorgungskapazität für Frequenzumrichter: Mitsubishi Electric FA FAQ (Japanisch)
• Umgang mit Kompensationskondensatoren: Japan Electrical Manufacturers' Association (JEMA) (Japanisch)
• 50 Hz / 60 Hz in Japan: Wikipedia, „Electricity sector in Japan“ (Englisch)
• Motor-Bemessungswerte der 200-V- und 400-V-Klasse nach Frequenz: Mitsubishi Electric, IE3-Induktionsmotoren (Englisch)
• Nennspannung 230/400 V: Wikipedia, „IEC 60038“ (Englisch)
• US-Systemspannungen (208Y/120 V, 480Y/277 V): EC&M, „Voltage Variations“ (Englisch)