Fachbeitrag von Florian Groß
Product Manager HVAC / W&WW Drives & PLC, Motion Deutschland bei ABB Automation Products GmbH
Oberschwingungen, also Schwingungen höherer Ordnung, wirken sich negativ auf andere am Netz angeschlossene Geräte aus. In der Wasser- und Abwasserbranche gewinnen Ultra-Low Harmonic Drives deshalb immer mehr an Oberwasser, denn sie reduzieren schädliche Oberschwingungen. Frequenzumrichter wie der ACQ580 von ABB tragen damit den Forderungen der Versorgungsunternehmen nach einer höheren Qualität der Netzspannung Rechnung.
Die vielfach unterschätzte Gefahr
Oberschwingungsströme entstehen durch nichtlineare Lasten, die an das Stromnetz angeschlossen sind. Die daraus resultierende Verzerrung des Stroms und der Spannung ist eine Form der „Verschmutzung“ einer elektrischen Anlage. Die Grenze, bei der es zu Störungen einer Anlage kommt, hängt von der Größe des speisenden Netzes und der Verschmutzung ab.
Die Verzerrung der sinusförmigen Stromversorgung kann durch Addition der Grundschwingung (50 Hz) und der Störschwingungen (Oberschwingungen) dargestellt werden. Die Reduzierung der Oberschwingungen hat bei Anlagenbetreibern hohe Priorität, um Schaden an den Anlagen und Strafen durch Netzbetreiber zu vermeiden.
Nichtlineare Verbraucher wie DC-Stromrichter, Frequenzumrichter oder selbst Leuchtstofflampen können in der Netzspannung und dem Netzstrom erhebliche Verzerrungen verursachen. Solche unzulässig hohen Oberschwingungen können andere Verbraucher stören und Schäden bei Geräten verursachen, die ans gleiche Netz angeschlossen sind. Oberschwingungen können die empfindlichen elektronischen Ausrüstungen beschädigen, Sicherungen auslösen und durchbrennen lassen und zum Ausfall von Kondensatoren führen. Sie können auch Kommunikationssysteme beeinträchtigen mit der Folge, dass auf Messgeräten falsche Ergebnisse angezeigt werden. Im schlimmsten Fall verursachen Oberschwingungen kostspielige Prozessunterbrechungen.
Vor allem die Wasser- und Abwasserbranche muss niedrige Oberschwingungswerte einhalten, um Schäden an den Einrichtungen nahe gelegener Wohngebäude zu vermeiden, die an das gleiche Netz angeschlossen sind. Die Verbesserung der Qualität der Netzspannung durch Reduzierung der Oberschwingungen ist insbesondere in dieser Branche eine zentrale Anforderung.
Anlagenbetreiber, die für ihre Pumpen normale, drehzahlgeregelte Antriebe mit Motoren einsetzen, profitieren von den großen Vorteilen dieser Geräte, unter anderem von einer höheren Energieeffizienz, Kontrolle und Zuverlässigkeit. Nachteilig ist jedoch, dass drehzahlgeregelte Antriebe im Stromnetz Oberschwingungen verursachen können.
Oberschwingungsfreies Netz für Pumpwerkbetreiber
Traditionell wurde dem Problem mit harmonischen Oberschwingungen bislang mit Filtern, Multipuls-Transformatoren und Überdimensionierung von Komponenten begegnet. Abhilfe leisten hier nun die neuen Ultra-Low Harmonic Drives ACQ580 von ABB, die Oberschwingungen ohne zusätzliche Komponenten wie externe Filter oder spezielle Ausrüstungen reduzieren.
Die neuen Frequenzumrichter ergänzen die speziell für Pumpenapplikationen im Wasser-/Abwasserbereich entwickelten drehzahlgeregelten Antriebe der Reihe ACQ580 jetzt um eine Ultra-Low Harmonic (ULH)-Variante. Der neue Frequenzumrichter ermöglicht selbst bei einer instabilen Stromversorgung einen zuverlässigen Betrieb, da er störende Oberschwingungen (Harmonische) im Netz gar nicht erst entstehen lässt. Die Geräte beinhalten eine Komponente zur Verringerung von Oberschwingungen, einschließlich einer aktiven Einspeiseeinheit und einem integrierten Oberschwingungsfilter.
Oberschwingungen werden oft in Form des THD (Total Harmonic Distortion bzw. gesamte harmonische Verzerrung) in Prozent angegeben. Der THD beschreibt, wie stark die Wellenform gegenüber der rein sinusförmigen Welle verzerrt ist. Eine stark verzerrte Wellenform hat einen höheren THD-Prozentwert. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Frequenzumrichter mit 45 % THDi reduziert der Ultra-Low Harmonic Drive ACQ580 die harmonischen Oberschwingungen auf unter 3 %.
Der ACQ580 ist auch mit den ABB Ability™ Monitoring Services kompatibel. Damit erhalten Anwender an jedem beliebigen Standort Echtzeit-Daten über den Zustand und die Leistung ihrer Frequenzumrichter. Der Frequenzumrichter verfügt über eine Schutzklasse bis zu IP55 sowie pumpenspezifische Funktionen. Dazu zählt zum Beispiel eine Funktion zur Reinigung der Pumpe. Diese senkt die Wartungskosten und erhöht die Pumpenverfügbarkeit.
Geräte von 4 bis 355 Kilowatt Leistung
Die drehzahlgeregelten Antriebe der Reihe ACQ580 in der ULH-Variante sind als Modelle für die Wandmontage oder als Antriebsmodule erhältlich. Ihr Leistungs- und Spannungsbereich erstreckt sich von 4 bis 355 Kilowatt und von 380 bis 480 Volt. Für diese Produktreihe steht der Life Cycle Service von ABB zur Verfügung, der technische Unterstützung, Reparaturen und präventive Wartungspläne vorsieht.
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