Know-how für professionelle Blindstromkompensation

Ursachensuche für defekte Kompensationsanlagen und Lösung des Problems

Der Ausfall von Kompensationsanlagen kann wirtschaftliche Prozesse stark beeinflussen und auch hohe, finanzielle Auswirkungen haben. Durch den Einsatz von Kompensationen soll eine Entlastung der Kabel erzielt werden. Gibt es jedoch einen instabilen Verlauf im Netz, kommt es zu Überlastung. Die Folgen sind Produktionsstillstand bzw. Produktionsstopp und erhöhte Stromkosten, die sich durch das Nicht-Erreichen des Leistungsfaktors cos-phi gemäß TAB´s ergeben. Das Unternehmen Qiagen N.V. hat mit dem Problem von defekten Kompensationsanlagen zu kämpfen und bezieht Rat von Janitza electronics GmbH.

Das Unternehmen Qiagen N.V. mit Sitz in Hilden ist bekannt für die Entwicklung und Herstellung von Probenvorbereitungs- und Testtechnologien für die molekulare Diagnostik, pharmazeutische Industrie, akademische Forschung und angewandte Testverfahren (Quelle: Wikipedia).

Das Problem steckt nicht nur im Netz

In den Laboratorien von Qiagen kommen zahllose nichtlineare Verbraucher zum Einsatz. Es herrscht nicht nur eine hohe Asymmetrie im Netz vor, sondern es treten auch hohe Oberschwingungsbelastungen und Lastschwankungen auf. Hohe Oberschwingungsbelastungen führen zu einer erhöhten Stromaufnahme der Kondensatoren und damit zu einer wachsenden Wärmeentwicklung insbesondere in den Filterkreisdrosseln. Diese Temperaturanstiege schädigen die Kondensatoren dauerhaft und führen zu reduzierter Lebenserwartung. Wird das Dielektrikum gar in seiner mechanischen Festigkeit beeinträchtigt, kann es passieren, dass sogar die Abreißsicherung nicht mehr funktioniert, was einen erheblichen Sicherheitsmangel bedeutet.

Bei schützgesteuerten Anlagen muss der Regler beim Wiederzuschalten der Kondensatoren immer abwarten, bis diese entladen sind. Dies führt zu einer gewissen Trägheit der Anlagen. Die normale Entladezeit für Kondensatoren beträgt in der Regel 40 Sekunden. Meist wird sie auf eine Minute eingestellt. Würde ein Schütz aber einmal pro Minute schalten, läge die Anzahl der Schaltspiele jährlich bei 525.600 Schalthandlungen. Ein herkömmlicher Kondensatorschütz erlaubt jedoch insgesamt nur 100.000 Schaltspiele im Rahmen seiner Lebensdauer. Das heißt, dass die zulässigen Schaltspiele für die Schütze bereits nach einem Vierteljahr erreicht wären. Somit sind Schütze zum Schalten von Kondensatoren bei schnell veränderten Lastzuständen ungeeignet.

Diese Vorgänge führten bei zwei Blindstromkompensationanlagen eines Marktbegleiters innerhalb der sechsjährigen Lebensdauer der Anlagen immer wieder zu erhöhtem Reparaturbedarf (Schütze und Kondensatoren defekt), Ausfällen und schließlich gar zum Abbrand einer Anlage.

Vorgehensweisen und Lösungsprozesse

Nachdem die Firma Janitza electronics GmbH um Rat gebeten wurde, führte man unverzüglich eine Netzqualitätsmessung von einer Woche Dauer durch. Sofort fielen die obengenannten Probleme ins Auge. Die neuen Anlagen wurden dementsprechend mit folgenden Besonderheiten ausgelegt: Aufgrund der schnellen Lastschwankungen wurden die Anlagen teilweise durch Thyristorsteller geregelt anstatt durch (träge) Schaltschütze. Durch diese Hybridschaltung konnte ein zu häufiges Schalten von Schützen und Kondensatoren vermieden werden.

Zudem wurden die Anlage zusätzlich in verstärkter Ausführung, das heißt mit Kondensatoren höherer Spannung (525 V) sowie Filterkreisdrosseln mit größerem Kupferquerschnitt, ausgelegt, um Überlastungen durch Oberschwingungen und dadurch bedingte Übertemperaturen zu verhindern. Ferner wurden rein zur Vorsicht noch stärkere Filterlüfter verwendet – denn ein gebranntes Kind scheut das Feuer.

Bild 1: Eine Auswertung nach Norm betrachtet die Anzahl der Grenzwert- verletzungen prozentual zur Gesamtzahl aller Werte einer Messgröße.
Bild 1: Eine Auswertung nach Norm betrachtet die Anzahl der Grenzwert- verletzungen prozentual zur Gesamtzahl aller Werte einer Messgröße.
Bild 2: Übersicht Messdatenbestand
Bild 2: Übersicht Messdatenbestand

Fazit

Die Lebensdauer von Kondensatoren hängt im Wesentlichen nicht von der Einschaltdauer ab, sondern von der sogenannten Schalthäufigkeit. Die beim Schalten auftretenden Spannungsspitzen führen zu Teilentladungen im Dielektrikum und somit zur schnelleren Alterung des Kondensators. Auch Kondensatorschütze leiden unter einer zu hohen Schalthäufigkeit.

Durch den Einsatz einer Hybrid-Blindstromkompensation wurde die vorzeitige Alterung von Schützen und Kondensatoren vermieden, da die schnellen Schalthandlungen durch den Einsatz von Thyristoren im Nulldurchgang erfolgen und somit keine Spitzen entstehen können. Nur die langsam veränderliche Grundlast wird über die trägeren Schütze kompensiert.

Der Blindleistungsregler Prophi 6R6T der Firma Janitza ist zur Zeit weltweit der einzige Blindleistungsregler, der hierfür die Voraussetzungen bietet. Außerdem ermöglicht er eine dynamische Kompensation fast zum Preise einer herkömmlichen Blindstromkompensationsanlage.

Bild 3: Anlagenausführung
Bild 3: Anlagenausführung
Bild 4: Der Blindleistungsregler Prophi verfügt über ein optimales Regelverhalten
Bild 4: Der Blindleistungsregler Prophi verfügt über ein optimales Regelverhalten

Autor

Qiagen N.V.
www.qiagen.com/de

Firmenporträts

Janitza electronics GmbH®

Janitza electronics GmbH® ist ein deutsches Unternehmen und seit 50 Jahren tätig auf dem Gebiet der Herstellung von Systemen für effizienten Stromeinsatz, Energiemessung und Kosteneinsparung. Als weltweit bekannter Hersteller von Netzüberwachungs- und Energiemanagementgeräten, digitalen Einbaumessgeräten, Blindleistungsreglern und Kompensationsanlagen steht das Unternehmen für höchste Qualitätsstandards und Innovationen.

Produkte werden nach neuesten Erkenntnissen mit modernster Produktionstechnologie hergestellt. Qualitätsmanagement ist bei Janitza eine kontinuierliche, unternehmerische Führungsaufgabe (z. B. ISO 9001). Ein umfassendes Know-how, eine kompetente Beratung und Konzepterstellung bis hin zur Inbetriebnahme maßgeschneiderter Lösungen erfüllen die Wünsche und Anforderungen der Kunden.

Qiagen N.V.

Die heutige Gesellschaft wurde am 29. November 1984 von einem Wissenschaftlerteam der Düsseldorfer Heinrich-Heine- Universität gegründet. Den Beginn der Unternehmenstätigkeit von Qiagen markierte die Entwicklung neuer Methoden für die Aufreinigung von Nukleinsäuren als Träger von Erbinformationen. Um mit unterschiedlichen Molekülen einer Zelle wie zum Beispiel Nukleinsäuren (DNA und RNA) und Proteinen arbeiten zu können, müssen diese von anderen Zellbestandteilen abgetrennt und gereinigt werden. Die Entdeckung verkürzte die Vorbereitungszeit für Plasmide, kleine ringförmige DNA-Moleküle einer Bakterienzelle, von zwei bis drei Tagen auf zwei Stunden. Weitere Meilensteine in der Entwicklung des Unternehmens war der Gang an die US-amerikanische Technologiebörse NASDAQ im Jahr 1996 als bis dato erstes deutsches Unternehmen sowie im gleichen Jahr die Gründung der Holding QIAGEN N.V. im niederländischen Venlo. Im darauf folgenden Jahr folgte die Notierung an der Frankfurter Börse im TecDAX (Quelle: Wikipedia).

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