Erneuerung der Energieversorgung im laufenden Betrieb
von
Oliver Müller
Project Manager
Inhaltsverzeichnis
Herausforderungen bei der Erneuerung der Mittelspannungs-Schaltanlage und Trafos im laufenden Betrieb
- Avangard Malz ist ein Lebensmittelhersteller aus Gelsenkirchen. Avangard Malz produziert ein breites Spektrum von Malzprodukten und ist mit einer Jahresleistung von rund 340.000 Tonnen die größte Mälzereigruppe in Deutschland.
Zur Stromversorgung der Produktion diente eine 40 Jahre alte, 8-feldige luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlage (MSP-Anlage), bei der die Verfügbarkeit von Ersatzteilen kritisch wurde und die Funktion des Übergabe-Leistungsschalters nicht mehr gegeben war.
Die Funktion der Trafos (2 x 1.000kVA) war gegeben, jedoch waren diese aufgrund der alten Verlustklasse sehr unwirtschaftlich.
Die Herausforderung bei der Erneuerung der Anlage war, dass ein Abschalten der Trafos nicht möglich war, da die Versorgung der Produktion immer gegeben sein musste.
Vorübergehende Stromversorgung durch eine unserer Mietstationen
Durch unsere mehr als 250 eigenen Trafostationen können wir schnell eine geeignete Lösung für unterschiedlichste Bedarfe liefern. Dazu gehört auch die übergangsweise Stromversorgung, bis die eigentliche Anlage fertig gestellt ist.
Um die Stromversorgung der Produktion von Avangard Malz während unserer Umbauarbeiten sicherzustellen, nutzten wir eine unserer Miet-Container-Trafostationen mit 2.000kVA und 2 Abgängen je 1.600A. An diese zwei Abgänge wurden jeweils provisorische Kabelverbindungen (Leihkabel von H & N Energien GmbH) angeschlossen.
Vorbereitungen und Umbau
Nachdem wir in den letzten Jahren bereits eine MSP-Anlage, eine Niederspannungshauptverteilung (NSHV) und die dazugehörigen Trafos austauschten, stand jetzt die Erneuerung der MSP-Anlage und Trafos der zweiten Station an.
Die 40 Jahre alte, 8-feldige luftisolierte Alt-Anlage tauschten wir gegen eine SF6-isolierte, 7-feldige Ormazabal-Anlage nach DIN VDE-AR-N 4110.
Die zwei auf Grund alter Verlustklasse unwirtschaftlich gewordenen 1.000kVA Gießharz-Trafos wurden durch Öl-Trafos mit stark reduzierten Leerlauf- und Kurzschlussverlusten gem. Ökodesign-Richtlinie Stufe 2 ab 01.07.2021 ersetzt.
Der Ablauf beim Umschluss
- Reduzierung der Gesamtlast der bestehenden Transformatoren durch Avangard auf <50%
- MSP-seitige Abschaltung von Trafo 1 (Alt-Anlage), NSP-seitige Trennung von Trafo 1 und NSHV (Alt-Anlage)
- NSP-seitiger Anschluss der Miet-Trafostation unterhalb des vorhandenen Niederspannungs-Leistungsschalters Trafo 1 (siehe Bild 3)
- Prüfen von Phasen- und Frequenzgleichheit zwischen NSHV in Miet-Trafostation und bestehender NSHV
- Zuschalten der provisorischen Kabelverbindung zwischen Miet-Trafostation und NSHV Alt-Anlage
- Wiederholung der Schritte für Trafo 2 (zweite provisorische Kabelverbindung)
- Nach kompletter Lastübernahme durch Miet-Trafostation: Beginn mit Erneuerung der Trafos und MSP-Anlage
- Nach Beendigung der Umbauarbeiten: sukzessive Zuschaltung der neuen Trafos und MS-Anlage (umgekehrte Reihenfolge wie zuvor beschrieben)
Endergebnis: Sichere Stromversorgung mit wirtschaftlicheren Trafos
Vor dem Umbau war bei einem Fehler das sichere Abschalten nicht mehr gewährleistet, wodurch Gefahr für Schaltpersonal, Gebäude und Anlage entstehen konnte. Neben Personen- und Sachschäden bestand eine große Gefahr für den laufenden Betrieb.
Für die alte Anlage waren zudem keine Ersatzteile mehr verfügbar und daher keine Reparatur möglich.
Die neue Anlage entspricht nun den neuesten Normen DIN VDE AR-N 4110 mit einer Störlichtbogenfestigkeit IAC AFL von 20kA, 1s, sowie IEC 62271-200.
Ein ebenso positiver Nebeneffekt: Durch die verminderten Leerlauf- und Kurzschlussverluste erhöht sich die Effizienz der Energieversorgung enorm. Darüber hinaus sind die neuen Trafos neben dem höheren Wirkungsgrad auch hörbar leiser, als die vorherigen.
Einsparpotential in Zahlen
Noch präziser: Wie viel Verlustenergie wird wirklich durch die neuen Trafos eingespart? Unsere Beispielrechnung gibt Aufschluss.
Für die alten Trafos Baujahr 1982 (je 1.000kVA) ergeben sich Gesamtverluste in Höhe von ca. 14,78 kW je Trafo. Im Vergleich: Bei gleicher Bemessungsleistung (je 1.000kVA) weisen die neuen Trafos eine Gesamtverlustleistung von nur 8,29 kW je Trafo auf – also knapp die Hälfte.
Für unseren Kunden bedeutet dies folgendes:
Ein fortlaufender Drei-Schicht-Betrieb bedeutet für die Trafos eine permanente Dauerbelastung. Zur Berechnung haben wir eine dauerhafte Belastung von 60-70% angenommen. Verrechnet mit einem angenommen Strom-Preis von 0,10€/kWh, ergibt sich auf 20 Jahre gerechnet ein enormes Einsparpotential, wie folgende Grafik verdeutlicht.
Der Return on Invest tritt so schon vor der Hälfte der kalkulatorischen Lebensdauer von ca. 35-40 Jahren der neuen Station ein.
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Trafoverluste: Die unvermeidbaren Verluste der Trafos setzen sich aus Kurzschluss- (lastabhängig) und Leerlauflaufverlusten (lastunabhängig) zusammen. Leerlaufverluste werden oft auch als Wirbelstrom- und Hystereseverluste oder Eisenstromverluste bezeichnet.
Kurzschlussverluste entstehen durch den Widerstand der Spulen. Beim Fließen eines sekundären Stromes (Last), entsteht ein Spannungsfall und die Wicklungen der Spulen erwärmen sich. Die Höhe der Verluste steigt mit zunehmender Last quadratisch an. Die Verluste sind ebenfalls abhängig von der Trafoleistung. Vor jedem Trafotausch prüfen wir deshalb den optimalen Arbeitspunkt, um die bestmögliche Trafogröße für die benötigte Leistung zu bestimmen.
Leerlaufverluste hingegen entstehen durch die ständige Ummagnetisierung des Eisenkerns. Der Trafohersteller kann durch die Qualität der Kernbleche und optimale Übergänge zwischen den einzelnen Blechkernen positiven Einfluss nehmen. Ein guter Übergang optimiert ebenfalls die Geräuschemissionen. Ebenfalls haben die Dicke der Bleche einen Einfluss: Besonders dünn gewalzte Bleche minimieren die Verluste.
Sie möchten wissen, wie viel Einsparpotential mit einer modernisierten oder neuen Trafostation für Ihr Unternehmen möglich ist? Wir beraten Sie gerne.
Ihr Team von Horstmann & Schwarz
