Studiengebiete
Im Bereich industrieller Netze arbeiten wir schwerpunktmäßig auf den folgenden Studiengebieten:
- Blindleistungsstudien
- Kurzschlussstromberechnung, Überprüfung der Kurzschlussfestigkeit von Betriebsmitteln
- Motorhochlaufstudien - Berechnung des Spannungsfalls und der Hochlaufzeit, Bewertung verschiedener Anlaufvorrichtungen
- Auslegungsberechnungen für Kabel, Drosseln, Transformatoren, Schaltanlagen, Stromwandler (Dimensionierung von Schutzkernen hinsichtlich des transienten Übertragungsverhaltens)
- Störlichtbogenanalysen - Berechnung der auftretenden Störlichtbogenenergien in Schaltanlagen und Erarbeitung von Maßnahmen zur Reduzierung
- Druckberechnungen - Berechnung der Druckentwicklung in Schaltanlagen im Störlichtbogenfall
- Oberschwingungsanalysen und Filterdesign
- Dynamische Netzsimulationen, z.B. Untersuchungen zur Polradwinkelstabilität oder zum Restspannungserhalt im Fehlerfall
- Netz- und Komponentenschutz sowie Schutzgeräteparametrierung
- Studien zur Isolationskoordination
Herausforderung hohe Lastdichte
Industrielle Netze sind durch einen hohen Leistungsbedarf auf engstem Raum charakterisiert. Eigene Kraftwerke und der zeitweise Parallelbetrieb von Netzersatzanlagen sowie kurze Kabelstrecken stellen besonders hohe Anforderungen an die Kurzschlussfestigkeit von Kabeln und Schaltanlagen. Spannungen und Ströme müssen im Normalbetrieb und im Fehlerfall sicher beherrscht werden müssen.
Die Berechnung der relevanten Kurzschlussströme erfordert genaue Kenntnisse über das elektrische Netz, z.B. über die Anschlussorte leistungsstarker Motoren und Antriebe. In einigen Fällen können aber auch diffus im Netz verteilte Kleinantriebe einen nennenswerten Kurzschlussstrombeitrag liefern, so dass beispielsweise die mechanische Anlagenfestigkeit überschritten wird.
Auch die Einhaltung des Bemessungsausschaltvermögens von Leistungsschaltern ist von hoher Wichtigkeit. Im Fehlerfall kann der über die geschlossenen Kontakte fließende Kurzschlussstrom die Kontakttrennung negativ beeinflussen und dazu führen, dass der Fehler nicht ordnungsgemäß abgeschaltet wird.
Daher sollten die relevanten Kurzschlussströme in regelmäßigen Abständen im Rahmen einer Netzberechnung ermittelt werden. Die berechneten Ströme müssen dann den entsprechenden Bemessungsgrößen der Sammelschienen, Leistungsschalter, Wandler und Kabel gegenübergestellt werden. Aber auch die regelmäßige Prüfung des Netzschutzes sowie der Erdungs-, Trenn- und Leistungsschalter durch eine Fachfirma ist aus versicherungsrechtlichen Gründen und aus Gründen der Personensicherheit dringend anzuraten.
Durch den massenhaften Zubau rückspeisefähiger Erzeugungsanlagen im Mittelspannungsnetz sollten auch regelmäßig die Kurzschlussdaten des Netzanschlusses abgefragt werden um die Kurzschlussfestigkeit jederzeit überprüfen zu können.
Herausforderung Lastvolatilität und Netzturbulenzen
Je nachdem um welchen industriellen Prozess es sich handelt, können die angeschlossenen Verbraucher auch sehr hohe Volatilitäten aufweisen. Dies ist z.B. in der stahlverarbeitenden Industrie der Fall. Hier werden die Werkstücke über leistungsstarke Reversiergerüste schrittweise auf die gewünschte Breite gewalzt. Das Netz wird dann bei jedem neuen Anfahrvorgang der elektrischen Antriebe mit hohen Anzugsströmen und unerwünschten Netzrückwirkungen (Spannungseinbrüche, Spannungsverzerrungen) belastet. Diese Turbulenzen beinträchtigen das umliegende Netz und die daran angeschlossenen Verbraucher.
Auch bei der Erarbeitung eines ganzheitlichen Netzschutzkonzeptes müssen die kurzzeitig auftretenden Stromspitzen berücksichtigt werden. Dies kann sich als anspruchsvolle Aufgabe erweisen, denn oftmals müssen Kompromisse eingegangen werden: Zum einen muss der Netzschutz sicher und selektiv wirken. Zum anderen soll er sich aber auch möglichst stabil gegenüber starken Netzturbulenzen verhalten (z.B. dem Wiederanlauf von Motorgruppen nach Netzwischern oder Schutzabschaltungen). Aus netzplanerischer Sicht sollten deshalb besonders leistungsstarke Antriebe bereits in der Planung auf möglichst viele, verschiedene Netzstationen aufgeteilt werden.
Gerade in Netzen mit einem hohen Anteil an motorischen Verbrauchern, wie es z.B. in Kraftwerken, in der Stahl- oder Aluminiumherstellung, in Zementfabriken oder auch in Pumpstationen der Fall ist, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Planung, Netzberechnung und Netzbetrieb von hoher Wichtigkeit.
Herausforderung Spannungsqualität
In Industrienetzen können durch den hohen Verkabelungsgrad und den Einsatz von in der Fläche verteilten Kompensationsanlagen Netzresonanzen auftreten. Netzresonanzen können dann zu Problemen führen, wenn Sie in Netzen mit einem hohen Anteil an leistungselektronischen Verbrauchern auftreten. Diese Verbraucher können die Resonanzstellen im Netz anregen, wodurch der Sinus der Netzspannung verzerrt wird. Neben Gleichrichtern, Fequenzumrichtern oder Schaltnetzteilen können auch nichtlineare Verbraucher, wie z.B. Lichtbogenöfen oder Schweißgeräte, erhebliche Netzqualitätsprobleme verursachen. Netzqualitätsprobleme sind immer dann besonders kritisch, wenn sie in den höheren Spannungsebenen auftreten. Denn die Spannungsverzerrung wirkt sich stets auch auf das darunter liegende Netz bzw. die versorgten Prozesse aus.
Aus prozess-, effizienz- und netztechnischen Gründen werden heute für leistungsstärkere Spezialanwendungen nahezu nur noch umrichtergesteuerte Antriebe eingesetzt. Die Folge: sobald ein gewisser Pegel an Oberschwingungsströmen erreicht ist, werden die bis dato unbemerkten Netzresonanzen sichtbar. Dies geschieht teilweise nur in Schwachlastzeiten oder bei bestimmten Netzschaltungen, so dass die teilweise schwerwiegenden Ausfälle oft lange Zeit nicht erklärt werden können.
Wir empfehlen daher gerade bei größeren Umbaumaßnahmen rechtzeitig eine Messung des aktuellen Oberschwingungspegels durchführen zu lassen. In Kombination mit einer nachgeschalteten Simulation lassen sich so die Resonanzstellen im Netz identifizieren. Mit heutigen Simulationsprogrammen können die derzeitigen Verhältnisse im elektrischen Modell nachgebildet auf die zukünftige Netzsituation extrapoliert werden. Damit können eventuell notwendige Maßnahmen, wie z.B. die Installation eines Netzfilters, frühzeitig in der Planung berücksichtigt werden. Das Auslegen eines Filterkreises, sowie die herstellerseitige Planung und Fertigung erfordert viel Zeit und Erfahrung. Zeit die oftmals nicht vorhanden ist, ist es erst einmal zu einem Ausfall gekommen.
Notwendigkeit für Filterkreis prüfen lassen
Ein weiteres, typisches Problem ist der Betrieb von einphasigen Lasten in TN-C-Netzen, bzw. in TN-S-Netzen mit galvanischen Verbindungen oder elektromagnetischen Einstreuungen zwischen Neutralleiter und Schutzerde. Sie haben Ihr Netz noch nicht auf TN-S mit Zentralem Erdungspunkt (ZEP) umgerüstet oder stellen sich die Frage nach der Vorgehensweise? An welcher NSHV ist der ZEP zu setzen? Dürfen die bereits installierten Leistungsschalter oder USV-Anlagen zukünftig weiter verwendet werden? Oder sind hier Umrüstungen erforderlich? Wir unterstützen Sie gerne bei allen Fragestellungen rund um das Thema ZEP und bei der Erarbeitung eines soliden und wirtschaftlichen Gesamtkonzeptes.
Herausforderung Isolationskoordination
Die Abstimmung von Spannungsbeanspruchungen und dem Stehvermögen elektrischer Isolierungen ist Studieninhalt der Isolationskoordination.
Die Isolationskoordination erstreckt sich über einen weiten Anwendungsbereich. Gemeinsam mit spezialisierten Partnern und Universitäten bieten wir Untersuchungen zu den folgenden Themen an, z.B. um Schadenereignisse aufzuklären oder über den Einsatz von Überspannungsableitern oder Schutzbeschaltungen entscheiden zu können:
- Untersuchungen zu Blitzüberspannungen
- Untersuchung von Schaltüberspannungen
- TOV (transient overvoltages)
- VFT (very fast transients)
- Ferroresonanzen
Die erforderlichen Netzberechnungen werden dabei mit den Programmen EMTP/ATP und PSCAD durchgeführt.
