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01 Kutter während der Produktion

Keine Wurst ohne Netzqualität

02 Darstellung des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Oberschwingungsbelastung in dem Strom und der Spannung der drei Außenleiter

03 Darstellung des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Spannungs- und Stromeinbrüche am Beispiel des Außenleiters L1, verursacht durch eine gesteuerte Drehstromgleichrichterbrücke mit Thyristoren

04 Der Aktivfilter ADF P300 von Comsys bei geöffneter Feldtür mit einer Übersicht seiner Komponenten

05 Darstellung der Ströme (Line current) und Spannungen (Line-to-line voltage) sowie

Netzqualitätsprobleme beeinträchtigten die Produktion bei einer neuen Zentralfleischerei in Dortmund. Experten von Ritter Starkstromtechnik analysierten das Netz und konnten durch die Installation eines Aktivfilters im elektrischen Energieversorgungssystem Abhilfe schaffen. Jetzt können Wurstwaren wieder störungsfrei produziert werden.

Nach der Fertigstellung und Inbetriebnahme einer neuen Zentralfleischerei in Dortmund wurde die Produktion in den ersten Tagen nach und nach gesteigert. Allerdings fiel die Beleuchtungsanlage in den Produktionsräumen dabei immer wieder aus und die Wurstabfüllmaschinen und Eismaschinen waren oft gestört. Bei der Produktion von Wurstwaren war der Betriebsablauf teilweise so massiv gestört, dass die Produktion unterbrochen werden musste. Dementsprechend konnten die Soll-Produktionszahlen nicht erreicht werden.

Suche und Analyse der Störungsursache
Um das Problem zu lösen, kontaktierten die Verantwortlichen Ritter Starkstromtechnik. Schnell fand man durch Befragungen heraus, dass die Störungen in der Beleuchtungsanlage und den Produktionsmaschinen sporadisch auftraten, wenn mit den drei neu angeschafften Kuttern (Bild 1) Wurstbrät produziert wurde. Um der Ursache genau auf den Grund gehen zu können, wurde an der Niederspannungsverteilung, welche die Kutter und Produktionsmaschinen mit elektrischer Energie versorgt, temporär ein Klasse-A-Netzanalysator installiert. Die Auswertung der durchgeführten Netzmessung ergab, dass die Oberschwingungen der 5., 7., 11. und 13. Ordnung sowohl in der Spannung als auch im Strom stark ausgeprägt waren (Bild 2). Das ist ein Anzeichen dafür, dass Netzrückwirkungen durch leistungselektronische Drehstromverbraucher vorliegen. Weiterhin zeichnete der Netzanalysator regelmäßig wiederkehrende Spannungseinbrüche im Oszillogramm auf (Bild 3). Die Analyse der Oszillogramme ergab, dass die Spannungseinbrüche den typischen Spannungsverlauf an der Eingangsseite einer gesteuerten Drehstromgleichrichterbrücke mit Thyristoren aufwiesen. Dadurch waren Netzqualitätsprobleme als Störungsursache identifiziert. Bei der Betrachtung der technischen Details der Kutter konnte auch die Quelle der Störungen durch eine gesteuerte Drehstromgleichrichterbrücke identifiziert werden. Die Kutter haben je einen drehzahlvariablen DC-Hauptantrieb für die Messer und einen drehzahlvariablen AC-Antrieb für die Schüssel.

Aktivfilter als flexible Problemlösung
Nach der Analyse des Problems arbeitete Ritter Starkstromtechnik mit seinem schwedischen Partner der Comsys eine Problemlösung für den Anlagenbetreiber aus. Aufgrund der starken Oberschwingungsbelastung des Netzes entschied man sich dazu einen Aktivfilter ADF P300 von Comsys (Bild 4) einzusetzen – eine kurzfristig und mit geringem Aufwand realisierbare Lösung. Aufgrund der Flexibilität des Aktivfilters in Hinblick auf seine Aufgaben, wie die Reduktion von Oberschwingungen und Flickern, der Lastsymmetrierung sowie der Blindleistungskompensation, kann auf zukünftige Änderungen reagiert werden. Die Reduzierung der Störung durch Leistungselektronik, welche in den meisten Fällen die Ursache von massiven Oberschwingungen sind, erfolgt nach dem Motto „Feuer mit Feuer bekämpfen“. Nur werden hier durch Leistungselektronik verursachte Störungen mit Leistungselektronik reduziert. In dem gestörten Netzabschnitt des elektrischen Energieversorgungsnetzes wurden der Aktivfilter sowie Strommesswandler installiert. Diese messen den Netzstrom den der Controller des Aktivfilters analysiert und bewertet. Der Controller berechnet zu dem Störstrom einen 180° inversen Kompensationsstrom, der durch die Leistungselektronik in das elektrische Netz eingespeist wird. Durch die Addition des Störstroms und des Kompensationsstroms ergibt sich dann wieder ein „sauberer“ Sinusstrom im elektrischen Versorgungsnetz. Dadurch, dass die Strommesswandler vor dem Netzanschlusspunkt des Aktivfilters installiert sind, kann der Controller sich selbst kontrollieren, ob seine eingeleiteten Maßnahmen zur Kompensation der Störströme erfolgreich waren. Dieses Regelverfahren eines Aktiv-Filters wird auch als geschlossener Regelkreis (closed-loop) bezeichnet.

06 Darstellung der Ströme (Line current) und Spannungen (Line-to-line voltage) sowie des Kompensationsstroms (Compensation current) bei eingeschaltetem Aktivfilter über das integrierte Web-Interface

Einfache Installation und Inbetriebnahme
Die Projektverantwortlichen des Wurstproduzenten entschieden sich aufgrund der Nachrüstbarkeit, der kurzfristigen Realisierung sowie der Zukunftssicherheit dafür einen Aktivfilter zur Reduktion der Netzrückwirkung der Kutter einzusetzen. Für die Einbindung des Aktivfilters vom Typ ADF P300-300/480 von Comsys rüsteten die Experten von Ritter Starkstromtechnik an dem betreffenden Verteiler zunächst einen Energieabgang nach. Zudem wurden Strommesswandler in die Einspeisung des Verteilers zum Betrieb des Aktivfilters im geschlossenen Regelkreis installiert. Nach der Inbetriebnahme erfolgte die Parametrierung des Aktivfilters über das im Controller integrierte Web-Interface. Über diese Benutzeroberfläche lassen sich die Grundparameter und Aufgabenprioritäten einfach einstellen. Es ist unter anderem möglich gezielt einzelne Ordnungen der Oberschwingungen auszuwählen und den Grad der Kompensation festzulegen. In diesem Fall wurde dem Controller die 100%ige Kompensation der Oberschwingungen 5., 7., 11. und 13. Ordnung vorgegeben. Bild 5 und Bild 6 verdeutlichen den Erfolg der Reduzierung der Netzrückwirkungen. Sie zeigen den Kompensationsstrom sowie die Netzströme und -spannungen ohne und mit Aktivfilter. Dessen Status- und Störmeldungen wurden in die Gebäudeleittechnik der Zentralfleischerei eingebunden.

Fazit
Ritter Starkstromtechnik hat die Netzqualitätsprobleme identifiziert und gemeinsam mit dem Partner Comsys eine Lösung ausgearbeitet und umgesetzt. Seit der Inbetriebnahme des Aktivfilters können wieder störungsfrei Wurstwaren produziert werden. Vorbeugend sind Aktivfilter auch in anderen Anwendungsgebieten wie Rechenzentren und Industriebetrieben erfolgreich im Einsatz. (no)

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Autoren:
Dipl.-Ing. (FH) Jens Müller ist Projektleiter Mittel- und Niederspannungsenergieversorung bei der Ritter Starkstromtechnik GmbH & Co. KG in Dortmund. jens.mueller@ritter.info

B. Eng. Christian Born ist Technischer Vertriebsingenieur bei der Comsys AB in Lund/Schweden. christian.born@comsys.se