Ein schwarzer Tag für das Unternehmen Bunge im April 2010: Ein verheerender Brand vernichtet die Ölmühle im Mannheimer Hafen, die Bunge im Jahr 2002 übernommen hatte. Eine der größten Rapsmühlen Europas – mit einer jährlichen Kapazität von 1,1 Mio. t Ölsaat – fällt aus. Das Unternehmen beauftragt Klebs & Hartmann, Lieferant für elektrotechnische Anlagen, Frequenzumrichtern und technischen Serviceleistungen, und Danfoss Systempartner mit der Entwicklung des Konzepts für die komplette Energieversorgung und die drehzahlgeregelte Antriebstechnik für die neue Presserei. Nach nur 22 Monaten Planungs- und Bauzeit konnte die neue Mühle im März 2012 in Betrieb gehen. Mit dabei: der VLT AutomationDrive von Danfoss für 400- und 690-V-Netze.
Die Anforderungen Bunges an die neue Anlage: Die Ausfallsicherheit der Anlage soll weiter steigen und die gesamte Anlagentechnik modernsten Ansprüchen entsprechen. Zwei Linien, baulich und elektrisch komplett voneinander getrennt, sichern heute die Verfügbarkeit der Anlage und verhindern ein erneutes Unglück dieses Ausmaßes. Auch die Kabelführung beider Linien verläuft heute strikt getrennt.
Umrichterleistung von mehr als 2000 kW je Linie
Weitere gewünschte Anforderungen an die neue Anlage: maximale Sicherheit des Betriebspersonals, maximale Verfügbarkeit der Produktionslinien und maximale Energieeffizienz. Gerade der letzte Punkt erforderte den Einsatz von Frequenzumrichtern für die Antriebe in beiden Produktionslinien. Aufgrund der positiven Erfahrungen, die Bunge mit den VLT-Frequenzumrichtern von Danfoss gemacht hatte, wurde sich für den Einsatz der VLT AutomationDrive FC 302 Umrichter entschieden. Sie sind optimal für den vielfältigen industriellen Einsatz ausgelegt: eine Plattform für alle Anwendungen wie Pressen, Walzen, Pumpen, Gebläsen und allen Arten von Förderern.
Beim Einsatz einer gesamten Umrichterleistung von mehr als 2000 kW je Linie sind bei der Planung bereits viele Details zu berücksichtigen wie Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Oberschwingungsbelastung, Kühlung, Kabellängen und vieles mehr. Um die Stromverluste gering zu halten, führte Klebs & Hartmann alle Antriebe ab 90 kW in 690 V aus. Dadurch konnten die Kabelquerschnitte gegenüber 400-V-Antrieben halbiert werden. Zusätzliche Bedienersicherheit ist durch eine farbliche Unterscheidung zwischen den Spannungsebenen 400 V, 690 V sowie der SV-Verteilung gegeben. Das Thema Kabellängen ist bei der Serie FC 302 relativ einfach, da sich an die Umrichter ohne weitere Maßnahmen bis zu 150 m geschirmte Leitung anschließen lassen.
Um die Anlage EMV-gerecht aufzubauen, ist ein ganzheitliches Konzept der Energieversorgung erforderlich. Die Frequenzumrichter erfüllen durch geringe Verlustleistungen und ein innovatives Kühlkonzept die Vorgaben für eine maximale Energieeffizienz. Für die notwendige Kühlung setzen die VLT auf ein intelligentes Kühlkonzept: Die Geräte höherer Leistung führen die Wärme über Kühlkanäle zu 85 Prozent nach außen über die Außenwand ab, kleinere Geräte erhalten die Kühlung über einen Doppelboden zum Luftaustausch. So bleiben Schaltschrank und -raum kühl.
Bedienkonzept für kleine und große Leistungen
Ein weiterer Grund für die Entscheidung für VLT-Frequenzumrichter liegt in den eingebauten EMV-Filtern, Zwischenkreisdrosseln zur Reduzierung der Oberschwingungen sowie der einfachen Bedienung. Das intuitiv bedienbare, graphische Local Control Panel (LCP) garantiert ein durchgängiges, einheitliches Bedienkonzept von der kleinsten Leistung 0,37 bis zu 1200 kW, bei Netzspannungen von 400 V, 500 V und 690 V.
Um die Belastung der Netze mit Oberschwingungen nicht über die Norm hinaus zu gewährleisten, stellt das Unternehmen Danfoss eine Berechnungssoftware bereit: die Harmonic Calculation Software HCS in der Version 2.0. Mit dieser Software lassen sich schnell und einfach die Belastung durch Oberschwingungen in der Anlage und die Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz berechnen.
Dies geschieht mit der komfortablen Benutzeroberfläche für eine freie Konfiguration des zu berechnenden Netzes. Die Ergebnisse der Simulation stellt die Harmonic Calculation Software in Form von Tabellen, Grafiken mit Erläuterungen sowie Spannungs- und Stromverläufen dar. Die Simulationssoftware generiert auch Warnmeldungen, wenn die Oberschwingungsbelastung durch Normen und Gesetze vorgegebene Grenzwerte überschreitet.
Die Lösungsfindung in der Rapsölmühle in Mannheim beruht auf der Grundlage eines sicheren Betriebs der Anlage (Gesamtpegel der Oberschwingungen THDu < 10 Prozent) beziehungsweise auf Einhaltung des Klasse-2-Netzes nach EN 6100-2-4, das einen Gesamtwert mit acht Prozent THDu unter Berücksichtigung spezifischer Grenzwerte der einzelnen Harmonischen erlaubt. Die Berechnung im Vorfeld ergab, dass trotz des Einsatzes hoher Umrichterleistungen keine unzulässig hohen Oberschwingungen zu erwarten sind. Durch die geschickte Aufteilung auf die einzelnen Transformatoren und die standardmäßig eingebauten Zwischenkreisdrosseln in allen VLT AutomationDrive FC 302 waren zusätzliche Oberschwingungsfilter nicht erforderlich.
Auch bei der Auswahl der eingesetzten Motoren musste Klebs & Hartmann einige Faktoren berücksichtigen. Ab einer Baugröße 315 sollen die Motoren einseitig isolierte Lager besitzen. Diese Hybridlager sorgen für einen wirksamen Schutz gegen Lagerschäden und Elektroerosion. Weiterhin müssen Anlagenbauer und Betreiber korrekte Erdungswege schaffen, damit Streuströme in das Wechselrichtergehäuse zurückkehren können. Dies verhindert einen Stromfluss im Stator bei Umrichterbetrieb über die Lager.
