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Applikationsbericht AN1003/V01 - Qiagen N.V. Hilden

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.

AUTOR

Henning Müller

Dipl.-Ing. (TU) , Janitza electronics GmbH ist für den Vetrieb im südlichen Nordrhein-Westfalen und nördlichen Rheinland-Pfalz verantwortlich. Seit 1997 als Angestellter des Unternehmens Janitza electronics GmbH unterstützt er seine Kunden in beratender Funktion und hilft bei der Realisierung von Projekten.

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.

Bild 1: Eine Auswertung nach Norm betrachtet die Anzahl
der Grenzwertverletzungen
Bild 2: Uebersicht Messdatenbestand

Vorgehensweisen und Lösungsprozesse

Bild 3: Anlagenausfuehrun

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.

Fazit

Bild 4: Der Blindleistungsregler Prophi verfuegt ueber

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.

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).

Wichtige Mitteilung

Janitza electronics GmbH® bietet eine Sammlung von Applikationsberichten mit fundiertem Know-how zu den Themenblöcken Power Quality Monitoring (PQM), Power Management (PM) und Power Quality Solutions (PQS) an. Ferner werden Fallstudien und Referenzprojekte behandelt. Diese Applikationsberichte sind dazu gedacht, unsere weltweiten Distributoren und Vertretungen, ebenso wie eigene Vertriebsleute zu schulen und das nötige Basiswissen zu vermitteln. Andererseits sollen sie dazu dienen, sich wiederholende Fragen schnell zu beanworten und neue Trends fachlich fundiert zu übermitteln. Jede einzelne Ausgabe behandelt ein in sich geschlossenes Applikationsthema, eine spezifische Lösung oder ein technisches Thema von allgemeinem Interesse. Es ist die Absicht das breite Applikations-Know-how der Firma Janitza electronics GmbH® und seiner Experten, welches weltweit über einen langjährigen Zeitraum mit Partnern aus den Bereichen PQM, PM und PQS aufgebaut wurde, zu teilen. Einige Teile dieser Veröffentlichung mögen Aussagen zur Anwendung, Verwendung oder Verwendbarkeit in bestimmten Anwendungsbereichen oder Applikationen treffen. Diese Aussagen beruhen auf unseren Erfahrungen, typischen Nutzungen und typischen Anforderungen im Zusammenhang mit spezifischen Anwendungen. Es obliegt jedoch dem Kunden oder dem Anwender zu überprüfen, ob ein Produkt der Firma Janitza electronics GmbH® mit seinen Spezifikationen und spezifizierten Standards für den jeweiligen Gebrauch einsetzbar ist. Dieser Appliktionsbericht kann durch uns ohne weitere Informationen abgeändert und auf den aktuellsten Stand gebracht werden. Sie erkennen dies an der Dokumentnummer auf der Rückseite. Unsere Produkte werden detailliert in unseren Katalogen und Bertriebsanleitungen spezifiziert.

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