Glatter Strom für saubere Böden

Mit Blindleistungskompensation kontaminiertes Erdreich aufbereiten

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Harte Zeiten für Stromnetze

Bild 7 Geka wird mit 20 kV Wechselspannung versorgt, die mit der Gleichrichteranlage auf 800 V bis 1400 V Gleichspannung heruntergeregelt wird. Der Anstoß für eine neue Stromversorgung für Abnehmer dieser Größenordnung kommt nicht selten seitens der Energieversorgungsunternehmen. Werden Vertragsbestimmungen verletzt, weil die verursachten Netzrückwirkungen zu groß sind, kann sich dies in so deutlichen Symptomen wie ausfallender Straßenbeleuchtung und Ähnlichem zeigen.

„Da dies für die Energieversorgungsunternehmen nicht akzeptabel ist, wird den großen Abnehmern eine Reduzierung ihrer Oberschwingungsemissionen bzw. eine Verbesserung ihrer Netzspannungsqualität auferlegt. Hier können wir mit unserem Fachwissen eine ideal auf die Bedingungen vor Ort abgestimmte Lösung anbieten“, weiß Matthias Jacobi, im Geschäftsbereich PQM Power Quality Management für den deutschlandweiten Vertrieb zuständig und Projektverantwortlicher für die gesamte Stromversorgungsanlage bei Geka.

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Bild 6 Grundlage der Projektplanung war eine gründliche Netzanalyse, durch die alle beeinflussenden Faktoren identifiziert wurden, so dass die Erfüllung der Anforderungen sichergestellt werden konnte. Im einzelnen bestanden diese Anforderungen in der beschriebenen Einhaltung der Richtlinien bezüglich der Netzrückwirkungen, die das Energieversorgungsunternehmen in Anlehnung an die Norm EN 50160 ausgibt. Diese Richtlinien beziehen sich u.a. auf Oberschwingungen und Flicker im übergeordneten 20 kV-Mittelspannungsnetz.

Neue Stromversorgung bei GEKA

Bild 4 Auch bei Geka führten durch Oberschwingungen erzeugte Netzrückwirkungen dazu, dass die Stromversorgung erneuert werden musste. Gleichzeitig erzeugt der Gleichrichter Blindleistung, die beim Energieversorgungsunternehmen bezahlt werden muss. Die Vermeidung dieser Kosten durch garantierte Einhaltung des Zielleistungsfaktors war eine weitere Anforderung an die neue Anlage. Je höher der Leistungsfaktor ist, desto schneller rechnet sich eine beim Abnehmer installierte Blindleistungskompensationsanlage, die die benötigte Blindleistung zur Verfügung stellt, ohne die Übertragungswege zu belasten. Dabei werden Verluste minimiert und damit gleichzeitig die CO2-Emissionen. Auch in den Anlagen der Anwender senkt eine optimal ausgelegte Kompensationsanlage die Verluste in Betriebsmitteln wie Transformatoren und Kabeln.

Das örtliche Energieversorgungsunternehmen EWE gibt einen Leistungsfaktor von cos φ 0.95 vor. Bei normalem Plasmabetrieb wird bei Geka heute ein Wert von 0,97 bis 0,98 erreicht. Mit diesem Resultat ist Ulrich Stiene, Leiter der Betriebstechnik bei Geka, höchst zufrieden. Er hat in der Vergangenheit bereits mehrere Brennöfen im Einsatz gehabt und weiß einen zuverlässigen Betrieb und hohe Standzeiten sehr zu schätzen.

Nachdem sich der ursprünglich installierte Brenner als zu anfällig erwies, wurde ein alternatives Fabrikat eingesetzt, das an die vorhandene Stromversorgung angeschlossen wurde. Das Ergebnis war zunächst ein annähernd zufrieden stellender Betrieb mit allerdings inakzeptablen Auswirkungen auf das Stromnetz und den daraus resultierenden oben beschriebenen Auflagen des Energieversorgungsunternehmens. Hohe Kosten für Blindleistung zusammen mit Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen und die durch Lastspitzen erzeugten, als Flicker bezeichneten, Leuchtdichteschwankungen ergeben in Summe den Handlungsbedarf für die Verbesserung der Netzspannungsqualität. Die Stromversorgung wurde ohnehin kritisch betrachtet, weil die Anlage unzureichend zuverlässig arbeitete.

Bild 3 Dass die Erneuerung der Stromversorgung über das Berliner Büro PQM Power Quality Management projektiert wurde, zeigt den Stellenwert, den die Netzspannungsqualität bei Geka hat. Als ausschlaggebend bezeichnet Stiene auch die Zusammenarbeit mit einer deutschen Firma mit entsprechenden Vertragsbedingungen. Da mit dem Ofen auch Geka selbst zunächst Erfahrungen sammeln muss, könne er „nicht einzig nach dem Preis entscheiden, wenn ich damit amerikanische Verträge eingehe, die wenig oder keine Gewährleistung beinhalten“, so Stiene. Durch die verbesserte Netzspannungsqualität steigt auch die Anlagenverfügbarkeit. Die Anlage zündet zuverlässig, und der Stromwert ist glatt. 98 Prozent Anlagenverfügbarkeit und eine Leistungssteigerung der Stromversorgungsanlage von 2000 A auf 3000 A Gleichstrom waren die Vorgaben, die die neue Anlage zu erfüllen hatte.

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Die funktionierende Lösung

Basierend auf der Netzanalyse wurde eine zweigeteilte Kompensations- und Filterkreisanlage mit jeweils 1080 kvar installiert. Sie wird niederspannungsseitig mit 380 V and die Prozesstransformatoren angeschlossen und verfügt über eine automatische Regelung in sechs Stufen.

Bild 1 Die Blindleistungkompensation erfolgt über verdrosselte Kondensatorstufen. Um die dynamischen Lastwechsel der Plasmaanlage auskompensieren zu können, werden jeweils 270 kvar mit reaktionsschnellen Thyristoren geschaltet. Die Verdrosselung von 14 Prozent stellt in erster Linie einen Schutz vor Netzresonanzen dar.

Die Oberschwingungsemissionen der Gleichrichteranlage ab der elf. Harmonischen aufwärts werden vom Filterkreisteil in Zusammenspiel mit den Transformatoren abgesaugt. Die Gleichrichteranlage selbst ist mit einer verstärkten Dämpfungsdrossel im Gleichrichterkreis ausgestattet, um den Lichtbogen zu stabilisieren und damit die flickererzeugenden Lastschwankungen zu minimieren. Gleichzeitig werden Prozessunterbrechungen durch Abriss des Lichtbogens und der Abbrand der Elektroden minimiert. Der Verschleiß an den Brennern war auch auf eine zu langsame Regelung der Gleichspannungsversorgung zurückzuführen.

Der Bereich PQM Power Quality Management der Maschinenfabrik Reinhausen optimiert die Spannungsqualität in Nieder- und Mittelspannungsnetzen. An zwei Standorten in Berlin und Erfurt werden von der klassischen Blindleistungskompensation über dynamische Anlagen und abgestimmte Filter bis hin zu aktiven Filterkreisanlagen projektiert und realisiert. Gerade die übergreifenden Kompetenzen in beiden Spannungsebenen bieten Vorteile. Eine Netzanalyse ermittelt die konkrete Situation, so dass die optimale Lösung im Einzelfall gefunden werden kann. So ist es möglich, wie bei Geka in Munster gezielte Eigenschaften der installierten Anlagen zuzusichern wie eine Begrenzung der Spannungsschwankungen , die Einhaltung eines bestimmten Leistungsfaktors oder Die im Zusammenspiel von Spannungsversorgung und Blindleistungskompensation entstehenden Oberschwingungen auf die genormten Verträglichkeitspegel zu senken.

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