Die Planung entscheidet

Die Planung entscheidet

Der Querschnitt der Motorkabel richtet sich in erster Linie nach dem erforderlichen Motorstrom. Allerdings spielen auch hier weitere Faktoren mit hinein. So beeinflussen die Art und die Umgebung der Verlegung ebenfalls den Querschnitt; etwa wenn es darum geht, negative Effekte durch erhöhte Umgebungstemperaturen und verminderte Wärmeabgabe auszugleichen. Auch die Leitungslänge wirkt sich auf den Querschnitt aus, um Spannungsabfall aufgrund des Leitungswiderstands möglichst gering zu halten. Zur Berücksichtigung dieser Einflüsse lassen sich die einschlägigen Reduktionsfaktoren heranziehen, die in der DIN VDE 0298 aufgeführt sind. In der Praxis haben sich Gesamtreduktionsfaktoren zwischen 0,7 und 0,64 bewährt. Ein weiterer wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang: Die Auslegung von Kabeln erfolgt in der Regel auf Strom und Spannung als Sinusgrößen; hierfür ist die Verlustwärme der Kabel berechnet. Beim Betrieb am Frequenzumrichter kommen jedoch höherfrequente Anteile zur Grundschwingung hinzu – die Kabel erwärmen sich dementsprechend stärker.

Die Grenzwerte der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) bestimmen schließlich den Einsatz von geschirmten oder ungeschirmten Kabeln. Bei großen Querschnitten und/oder langen Leitungswegen sind die Betreiber natürlich bestrebt, möglichst ungeschirmte Kabel zu verwenden. Daher haben sich in der Praxis Sinusfilter bewährt. Durch Filterung der Taktfrequenz und Bereitstellung sinusförmiger Spannung zwischen den Phasen haben diese einen positiven Einfluss auf erforderliche Kabelquerschnitte. Bei Retrofitprojekten kann die Verwendung von Sinusfiltern den Verbleib bereits vorhandener Kabel und Motoren erlauben.

Die Frequenzumrichter-Auslegung

Im Gegensatz zum Motor, der immer nach dem geforderten Drehmoment auszulegen ist, erfolgt die Auswahl des Frequenzumrichters stets nach dem Strom und nicht nach der Leistung! Grundsätzlich gilt, dass der erforderliche Motorstrom als Dauerstrom verfügbar sein muss. Daneben sind notwendige Stromreserven einzuplanen. Auch sie sind von einer Reihe Faktoren abhängig. Dazu zählt in erster Linie der Drehmomentverlauf der Last. Hier gilt es, das Startmoment ebenso in die Überlegungen mit einzubeziehen wie Besonderheiten des Lastspiels (pulsförmige oder gleichmäßige Lasten). Auch die Leitungslängen zum Motor spielen eine Rolle. So reduziert ein Spannungsabfall am Kabel das verfügbare Motormoment ebenso, wie ein Spannungsabfall an eventuell erforderlichen Sinus- oder du/dt-Filtern.

Beim Thema Klimatisierung ist hauptsächlich der Faktor Wirkungsgrad beziehungsweise Teillastwirkungsgrad der Frequenzumrichter bei den großen Leistungen für die Kosten verantwortlich: Bei einem Gerät mit 1 MW und einer Verlustleistung von beispielsweise 2% bedeutet dies, dass ständig 20 kW abgeführt werden müssen. Bereits ein um 0,5% besserer Wirkungsgrad sorgt daher für erhebliche Kostenreduktion – sowohl mit Blick auf die Anschaffung des Klimageräts als auch hinsichtlich der laufenden Kosten für Energie und Wartung.

Die Netzbelastung

Ein Nachteil des verstärkten Einsatzes von Umrichtern sind deren Rückwirkungen auf das speisende Netz durch nichtlineare Stromaufnahme. Die daraus resultierenden Verzerrungen der Sinusform des Versorgungsnetzes werden als Netzrückwirkung oder auch Oberschwingungen bezeichnet. Für die Beurteilung der Netzqualität sind die Frequenzen bis 2,5 kHz relevant, entsprechend der 50. harmonischen Oberschwingung. Weiterhin ist zu bedenken, dass das Übertragungsnetz, die Transformatoren oder auch Kompensationsanlagen für die Nennfrequenz des Netzes – zum Beispiel 50 Hz – berechnet und ausgelegt sind. Höherfrequente Schwingungen führen zu höheren Bezugskosten für elektrische Energie, Mehraufwand durch höhere Blindleistungsbelastung und der Notwendigkeit der Überdimensionierung von Komponenten und Anlagenteilen. Zudem belasten sie Kabel, Leitungen und Geräte.

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