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Energiesparen bis zum Netzinfarkt?

Text: Mathis Bayerdörfer, A&D Fotos: Danfoss; Andrea Tani
Der Einsatz energiesparender Technik in der Industrie geht eindeutig zu Gunsten der gesellschaftlichen Wahrnehmung - aber leider zu Lasten der Produktionstechnik. Bestimmte Verbraucher ziehen die Netzqualität stark in Mitleidenschaft. Abhilfe versprechen die passende Technik und ein individueller Maßnahmenkatalog.

Die Spannung im Versorgungsnetz für Haushalt, Gewerbe und Industrie soll eigentlich eine gleichförmige Sinusspannung konstanter Amplitude und Frequenz sein. Dieser Idealfall ist heute aber immer seltener anzutreffen. Ursächlich für diese Netzverschmutzung sind Verbraucher, die einen nichtsinusförmigen Laststrom aufnehmen, damit also nicht linear sind. Sie finden sich in Schaltnetzteilen oder Energiesparlampen genauso wie in Frequenzumrichtern für den Industrieeinsatz. All diese Geräte belasten - ein unerwünschter Nebeneffekt - das Netz mit so genannten harmonischen Oberschwingungen. Als Vielfache der Netzfrequenz haben dabei die Frequenzen von 150 Hz, 250 Hz und 350 Hz, also die 3., 5. oder 7. Oberschwingung, den größten Einfluss auf die Netzqualität. Beim Einsatz eines einzelnen Geräts kommt es noch nicht zu nennenswerten Auswirkungen, erst die Summe vieler Geräte führt zu einer spürbaren Belastung der Netzspannungsqualität. Dort kann eine zu große Verzerrung der Sinuskurve beziehungsweise ein zu großer Oberschwingungsgehalt dazu führen, dass elektronische Steuerungen, Computer und Regelgeräte nicht mehr einwandfrei funktionieren oder vorzeitig ausfallen. Zudem können auch Blindstrom-Kompensationsanlagen in Mitleidenschaft gezogen oder sogar zerstört werden.Um die geforderte Produktqualität und eine wirtschaftliche Anlagenauslastung sicherzustellen, setzt die Industrie vermehrt auf stufenlos regelbare Produktionsprozesse und den Einsatz von Frequenzumrichtern. Hinzu kommt der gesellschaftliche Fokus auf die grüne Produktionstechnik und die damit verbundene Forderung nach geregelten Antrieben und energiesparender Technik. Dementsprechend steigt der Anteil an harmonischen Oberschwingungen und die Auswirkungen auf die Netzqualität.

Maßnahmen für die Netzqualität

Die Netzrückwirkungen elektronischer Verbraucher lassen sich bereits an der Entstehungsquelle im Gerät wirkungsvoll reduzieren. Bei Frequenzumrichtern aus dem Hause Danfoss sind sie durch serienmäßig integrierte Zwischenkreisdrosseln begrenzt. Doch wenn die Netzqualität durch andere nicht-kompensierte Verbraucher schon stark belastet ist, kann es vorkommen, dass die Drossel nicht ausreicht und zusätzliche Komponenten nötig sind. Mögliche Zusatzgeräte lassen sich heute in passive und aktive Komponenten unterscheiden. Auf der passiven Seite stehen spezifisch wirkende Saugkreise, passive Oberwellenfilter oder Quasi-12-Puls-Schaltungen - sie sind bekannt und bewährt, bringen jedoch teilweise Nachteile im Bezug auf Wirkungsgrad, Platzbedarf oder Investitionskosten mit sich.Relativ neu ist der Einsatz aktiver Komponenten, um einen zu hohen Oberschwingungsanteil im Versorgungsnetz zu vermeiden. Entsprechend ausgestattete Umrichter - auch als Low Harmonic Drive bezeichnet - finden sich im Portfolio von Danfoss. Dabei verzichtet das Unternehmen für diesen Zweck auf den Einsatz einer rückspeisefähigen Einheit, einem so genannten Active Front End. Stattdessen verrichten aktive Filter ihren Dienst und kompensieren die harmonischen Schwingungen um das Netz sauber zu halten. Sie berechnen die Komplementäre zu den aktuellen Oberschwingungen und speisen gezielt einen entsprechenden Strom, so dass sich wieder eine sinusförmige Stromform ergibt.

Die richtige Technik

Der VLT Advanced Active Filter (AAF) ist ein solches Gerät und lässt sich in einer Vielzahl von Anwendungen von 190 bis 400 Ampere ab (380 bis 480 Volt) einsetzen. Mittels leistungsfähiger Stromwandler überwacht der Filter den Strom und kompensiert dessen Verzerrungen nach Vorgabe des Anwenders. Obwohl schon ab Werk für die meisten Anwendungen parametriert, passt sich das Gerät selbst an - eine Überlastung ist ausgeschlossen. Bei korrekter Auslegung verringert sich so die Oberschwingungsverzerrung in einer Anlage auf unter fünf Prozent THDi (Total Harmonic Distortion). Zwei unterschiedliche Kompensationsmodi und individuell einstellbare Prioritäten erlauben eine unkomplizierte Abstimmung an die jeweiligen Ansprüche. Durch die geringen Abmessungen und das kompakte Gehäuse bietet sich der VLT AAF auch für die Nachrüstung in bestehende Anlagen an. Laut Hersteller ist er aktuell der kleinste erhältliche Filter seiner Leistungsklasse. Alle Komponenten sind von vorn zugänglich - das erleichtert die Wartung und ermöglicht eine platzsparende Seite-an-Seite-Montage. Das Gerät deckt ein breites Zulassungsspektrum ab (CE, UL, cUL, C-tick, Lloyds, NDV) und entspricht standardmäßig den Schutzanforderungen nach IP21, optional ist der Filter auch in IP54 erhältlich.

Beratung, Schulung und Analyse

Die Firma Danfoss setzt aber in Sachen sauberes Netz nicht nur auf Technik. Im Rahmen einer ganzheitlichen Strategie steht dem Kunden ein breites Informations-, Beratungs- und Schulungsangebot zur Verfügung. Um gemeinsam entsprechende Lösungskonzepte zu erarbeiten, hat das Unternehmen einen eigenen Schulungsbereich am Standort Offenbach aufgebaut.Falls es dennoch notwendig sein sollte, schlüsselt Danfoss auch alle Schwachstellen der Versorgungskette mit einer umfassenden Netzanalyse auf. Je nach Aufgabenstellung führt das Unternehmen Netzuntersuchungen und Abnahmemessungen durch und erarbeitet Lösungskonzepte. Zu den angebotenen Leistungen gehören Störungsmessungen, Abnahmemessungen großtechnischer Anlagen sowie eine qualifizierte Netzqualitätsmessung, bei Bedarf auch auf Mittel- und Hochspannungsebene, mit Überprüfung entsprechender gesetzlicher Grenzwerte.

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