Sonderanlagen der Elektrotechnik
Leitungsmaterial ist essentiell für die Verbindung und Verteilung von elektrischer Energie in Gebäuden und Industrieanlagen
Die Auswahl des passenden Leitungsmaterials basiert auf Faktoren wie Spannung, Stromstärke, Umgebungstemperatur und den Bedingungen der Installation. Verschiedene Isoliermaterialien und Leitermaterialien haben einen direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von elektrischen Leitungen. Bei der Planung und Installation von Leitungsmaterial ist die strikte Befolgung von Normen und Vorschriften, einschließlich der DIN VDE, unerlässlich.
Sonderanlagen der Elektrotechnik: Spezialisierte Lösungen für individuelle Anforderungen
Motor-Generator-Sätze
Sonderspannungen, die üblicherweise von den Spannungen der Energieversorgungsunternehmen (EVUs) abweichen, sind in der Regel Gleichspannungen. Sie werden hauptsächlich durch Motor-Generator-Sätze erzeugt. Diese Sets basieren auf der Funktion, bei der ein Elektromotor, der mit der vom EVU bereitgestellten Energie betrieben wird, einen entsprechenden Generator antreibt, der die benötigte Gleichspannung erzeugt. Diese Gleichspannung wird über einen Verteiler an ein separates Gleichspannungsnetz abgegeben, und die Verbraucher erhalten diese Gleichspannung direkt.
Motor-Generator-Sätze haben eine erhebliche Masse, und deshalb werden die montierten Module auf Grundrahmen aufgesetzt, die mit den jeweiligen Fundamenten verbunden sind. Anders als Transformatoren können Umformersätze sowohl Spannung als auch Frequenz umwandeln, dank des Zusammenwirkens von Maschinen mit unterschiedlichen Polzahlen. Häufige Anwendungen sind 50/60 Hz, 50/50 Hz oder 60/60 Hz.
Wenn in einem Unternehmen Frequenzen benötigt werden, die von 50 Hz abweichen, wird die Frequenz (wie etwa 400 Hz) durch einen Frequenzwandler erzeugt. Dabei wird ein bestimmter Energieanteil rein transformatorisch vom Ständer einer Asynchronmaschine auf einen Läufer übertragen, während der andere Anteil mechanisch übertragen wird. Der mechanisch übertragene Anteil entspricht dem Verhältnis der Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsfrequenz. Die Ausgangsfrequenz erhöht sich, wenn der Läufer durch einen gekoppelten Motor gegen das Drehfeld angetrieben wird.
Sowohl Umformereinheiten als auch Frequenzwandlereinheiten werden als vormontierte, betriebsfertige Einheiten geliefert und nahe den Verbrauchern montiert. Im Bereich der EDV-Versorgung werden heutzutage hauptsächlich statische Anlagen eingesetzt, wodurch besondere Anforderungen an die Aufstellfläche entfallen. Die Installation erfolgt zweckmäßig in bauseits erstellten Doppelböden. Ein möglicher Nachteil könnte die Geräuschentwicklung infolge der Transformation sein; in diesem Fall wäre ein separater Betriebsraum oder eine effektive Schallisolierung angebracht.
Falls statische Wandler nicht eingesetzt werden können, müssen wegen der großen rotierenden Masse entsprechende Fundamente vorgesehen sein, wie es auch bei Umformern der Fall ist.
Grundsätzlich entsteht bei der Stromumformung Verlustwärme, die etwa zehn Prozent der Nennleistung beträgt. Diese Wärme muss abgeführt werden. Falls ein separater Betriebsraum vorhanden ist, kann dies durch ausreichende Belüftung geschehen. Alternativ muss der Betriebsraum mit einem Umluftgerät auf die maximale Betriebstemperatur gekühlt werden, die in der Regel 40 °C beträgt.
Sicherheitskonzepte für Umformeranlagen
Industrieller Generator
Hochleistungsgenerator für Notstromversorgung.
Wenn der Umformer oder Wandler Teil eines Sicherheitskonzeptes ist, wie es beispielsweise häufig bei EDV-Anlagen der Fall ist, ist es notwendig, darauf zu achten, dass auch die peripheren Maßnahmen, in diesem Fall die Umluftkühlung oder sogar eine Kaltwassererzeugungsanlage für die Kühlung, gleichermaßen Teil dieses Sicherheitskonzeptes werden.
Es sollte zudem angemerkt werden, dass im Sonderfall auch Frequenzen im Bereich von Radiowellen erzeugt werden können. In solchen Fällen müssen die Betriebsräume entsprechend der gesetzlichen Vorschriften abgeschirmt werden, und alle Leitungen müssen über Filter geführt werden.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung
In den Betriebsrechenzentren großer Banken, Versicherungen und bei bestimmten Produktionsprozessen liegt der Fokus häufig darauf, dass das Rechenzentrum samt all seinen Nebeneinrichtungen sowie alle anderen Anlagen oder Einrichtungen ständig verfügbar sein müssen. Dies gilt insbesondere auch bei einem totalen Netzausfall. Um die stetige Verfügbarkeit der Anlagen sicherzustellen, wird eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)-Anlage benötigt.
Die Hauptkomponenten einer solchen USV-Anlage sind:
der Gleichrichter,
der nachgeschaltete Wechselrichter, und
der Batteriezwischenkreis.
Die Verbraucher sind am Ausgang des Wechselrichters angeschlossen. Der Betrieb der USV-Anlage wird durch die Batterie gewährleistet, wenn die Eingangsspannung oder Frequenz von den vorgegebenen Sollwerten abweicht.
Redundante Stromversorgungsanlagen erhalten in Bereitschaft stehende
passive Reserveeinheiten
oder zusätzliche aktive USV-Blöcke.
Solche Redundanzen im Parallelbetrieb werden eingesetzt, wenn
die Unterbrechung der Verbraucherspannung bei Netzausfall nicht akzeptabel ist, bzw.
wenn Netz- und Verbraucherfrequenzen geringfügig voneinander abweichen (Sollwerte entsprechend Angaben der Gerätehersteller)
Blockschaltbild einer USV-Anlage
Die Abbildung mit dem Titel „Blockschaltbild einer statischen USV-Anlage“ stellt das Schaltbild einer statischen Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV)-Anlage dar, die über eine elektronische Umschalteinrichtung und Handschaltung verfügt.
Betrieb von USV-Anlagen
Die Verbraucher sind am Ausgang des Wechselrichters angeschlossen. Der Betrieb der Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV)-Anlage wird durch die Batterie gewährleistet, falls die Eingangsspannung oder Frequenz von den festgelegten Sollwerten abweichen.
Platzbedarf von USV-Anlagen
Stromversorgungsschema
Diagramm zur Umschaltung der Notstromversorgung.
Ebenso wie die Umformereinheiten können auch Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)-Anlagen als vormontierte Schrankeinheiten geliefert werden. Es ist zweckmäßig, diese auf Doppelböden aufzustellen. Bei der Aufstellung muss beachtet werden, dass eine solche USV-Anlage einen relativ großen Platzbedarf hat, und dies sollte bei der Planung entsprechend berücksichtigt werden.