antriebstechnik 5/2017

UMRICHTERTECHNIK
Mit ihren hohen Wirkungsgraden von bis
zu 98 % sorgen die VLT Aqua Drive auch
für einen äußerst effizienten Pumpenbetrieb
und können alle Pumpen stets im
optimalen Betriebspunkt fahren. Gleichzeitig
lassen sich die Pumpen, die ja auf
den maximalen Betriebspunkt ausgelegt
sind, beim Teillastbetrieb energieeffizient
betreiben im Vergleich zu den früher gebräuchlichen
Drosselklappen.
Allerdings bringen Frequenzumrichter
auch einige Anforderungen mit. Zum einen
müssen die Motoren, die an den Frequenzumrichter
angeschlossen sind, für einen
Betrieb am Umrichter geeignet sein. So verfügen
solche Motoren meist über eine verstärkte
Isolierung in den Wicklungen und
müssen gegen Lagerströme, z. B. durch isolierte
Lager, geschützt sein. Sind ältere
Motoren nicht so ausgestattet, lassen sie
sich trotzdem an den Umrichtern betreiben:
du/dt- oder Sinusfilter, ausgangsseitig
zwischen Frequenzumrichter und Motor
geschaltet, schützen dann den Motor, indem
sie Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
und Pulsspitzen eliminieren oder senken,
die andernfalls einen Durchschlag in
den Wicklungen und somit die Zerstörung
des Motors hervorrufen können. Obwohl
nur einer der im Wasserwerk vorhandenen
Motoren für den Frequenzumrichterbetrieb
03 Das grafische Bedienteil sorgt für eine
intuitive Parametrierung und Konfiguration
des Umrichters und lässt bei Bedarf auch
Diagnose über eine Scope-Funktion zu, die
den Verlauf wichtiger Betriebsgrößen darstellt
04 Um Lagerströme an den Pumpen zu
reduzieren, sind die Motorkabel mit
Common-Mode-Filtern ausgerüstet, die
hochfrequente Einstreuungen bei den
Motorkabeln unterbinden
geeignet war, entschieden sich die Offenburger
gegen Ausgangsfilter. Der Grund
dafür lag einzig und alleine darin, dass
auch die Motoren einer Überholung bedurften
und man deshalb das Risiko des
Motorsterbens einging.
Ein weiterer Aspekt, den Frequenzumrichter,
vor allem bei höheren Leistungen,
mit sich bringen, sind Netzrückwirkungen
oder Oberschwingungsbelastung des Netzes.
Bei Umrichtern entsteht bedingt durch
den Eingangsgleichrichter und die Glättung
der Gleichspannung ein impulsförmiger
Eingangsstrom, der je nach Gerätebauart
mehr oder weniger von der Sinuskurvenform
abweicht. Dieser nicht-sinusförmige
Strom lässt sich in eine Reihe sinusförmiger
Ströme unterschiedlicher Frequenzen zerlegen,
wobei sich die 3., 5. und 7. Oberschwingung,
also die Frequenzen 150, 250
und 350 Hz bei 50 Hz Netzfrequenz am
stärksten auswirken. Ein zu großer Oberschwingungsgehalt
kann dazu führen, dass
z. B. empfindliche elektronische Steuerungen
oder Regelgeräte nicht mehr einwandfrei
funktionieren oder Verbraucher vorzeitig
ausfallen. Dann können Reduzierungsmaßnahmen
notwendig sein.
Wichtig ist die Reduzierung von Netzrückwirkungen
in Kombination mit Notstromaggregaten
oder Notstromgeneratoren im
Inselbetrieb, da diese eine wesentlich niedrigere
Netzimpedanz haben, als das normale
Netz. Dies bedingt eine Verstärkung
der Auswirkungen der Netzrückwirkungen
und birgt eine deutliche Gefahr für den
sicheren Betrieb.
Simulation und Auswahl
der Maßnahmen
Um bereits im Vorfeld die Belastungen
und notwendige Gegenmaßnahmen identifizieren
zu können, führte Danfoss im
Auftrag der BN Netze GmbH eine vollständige
Analyse durch. Dazu erfassten die
Antriebsspezialisten mithilfe geeigneter
Messgeräte die aktuelle Situation vor der
Modernisierung und simulierten die zukünftige
Anlage mit Hilfe der Danfoss
HCS-Software, einem Analyse-Tool, das
EMV-Belastungen in Anlagen schon im
Vorfeld simulieren kann und gleichzeitig
mit den bestehenden Grenzwerten abgleicht.
In der vorliegenden Anlage ergab
die Simulation, dass noch keine umfangreichen
Maßnahmen für zusätzliche Filterung
erforderlich waren. Allerdings legten
die Spezialisten der BN Netze GmbH für
einen Notfallbetrieb in Zusammenarbeit
mit den Netzspezialisten von Danfoss einen
Plan fest, welche Pumpenkonfiguration im
Notfall maximal laufen kann, um keine
Ausfälle aufgrund der Netzrückwirkungen
zu riskieren. So ist auch bei einem Notfallbetrieb
eine Wasserverteilung, wenn auch
in reduziertem Umfang, möglich.
Allerdings führten erhöhte Lagerströme
zu einer schnelleren Abnutzung der
Motorlager, sodass dort Maßnahmen notwendig
wurden. Die Lösung teilte sich auf
zwei Bereiche auf: Zum einen ließ sich
erkennen, dass aufgrund von Potenzialdifferenzen
in der Anlage Ausgleichsströme
flossen. Abhilfe schaffte hier ein Potenzialausgleich
zwischen Pumpengehäuse und
Motor. Zusätzlich installierten die Techniker
noch High Frequency Common-Mode-
Filter, also spezielle Gleichtaktkerne, die
hochfrequente Einstreuungen bei den
Motorkabeln wirksam unterbinden. Zudem
erforderte der problemlose Betrieb ein
neues, verbessertes Erdungskonzept, das
ebenfalls zu einem besseren Potenzialausgleich
beitrug.
www.danfoss.de
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