Modularer Kostensparer

Andreas Schreitmüller

Die Lebenszykluskosten betrachten neben den Anschaffungs- und Installationskosten auch die Kosten für Energie, Betrieb, Instandhaltung, Ausfall, Umwelt und Entsorgung. Einen entscheidenden Einfluss auf die Höhe der Lebenszykluskosten haben die beiden Parameter Energie- und Instandhaltungskosten. Um diese zu senken, werden innovative, geregelte Pumpenantriebe gesucht. Moderne Frequenzumrichter, wie der VLT Aqua Drive, bieten hierfür ideale Möglichkeiten.

Einer der größten Kostenfaktoren sind die Energiekosten. Vor allem dann, wenn Pumpensysteme mehr als 2000 Stunden im Jahr in Betrieb sind. Werden bestehende Pumpensysteme betrachtet, so schlummern darin meist erhebliche Potenziale zur Energieeinsparung. Das kommt daher, dass der Großteil aller Pumpenantriebe überdimensioniert ist, da sie auf den sogenannten Worst-case-Fall ausgelegt wurden. Es wird unnötig Energie verbraucht, da die Pumpen mit voller Leistung laufen und die Volumenstromänderung meist über Drosselventile erfolgt.

Die Frage, warum über die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter Energie eingespart werden kann, liegt in den Grundgesetzen von Strömungsmaschinen begründet. Den Unterschied zwischen Drosselregelung und Drehzahlregelung verdeutlicht nebenstehende Grafik: Um den Durchfluss bei der Drosselregelung zu reduzieren, wird ein Schieber oder ein Absperrventil in der Anlage zugefahren. Im Diagramm verschiebt sich dabei der Betriebspunkt auf der Pumpenkennlinie nach links oben. Es ist deutlich zu sehen, dass der Durchfluss sinkt, der Energieverbrauch dagegen ansteigt. Anders bei der Drehzahlregelung. Hier verschiebt sich der Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie nach links unten. Dabei sinkt nicht nur der Durchfluss, sondern vor allem auch der Energieverbrauch. Der etwas dunklere, orangefarbene Kasten zeigt den zusätzlichen Energiebedarf, der bei Einsatz einer Drosselregelung aufgebracht werden muss.

Der VLT Aqua Drive setzt genau am Punkt der Energieeinsparung an und bietet weitere Möglichkeiten, die Energiekosten zusätzlich zu senken. Eine dieser Möglichkeiten ist die automatische Energieoptimierung, kurz AEO. Damit lässt sich durch Absenkung der Motorspannung im Teillastbetrieb eine zusätzliche Energieeinsparung von ca. 5 % erreichen. Eine weitere Möglichkeit bietet der Energiesparmodus. Er ermöglicht einem Pumpensystem zu stoppen, das bei minimaler Drehzahl arbeitet und nahezu keine Last aufnimmt. Steigt die Leistungsnachfrage im System wieder an, erkennt der Frequenzumrichter dies automatisch und regelt auf den erforderlichen Durchfluss. So läuft die Pumpe nur, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Die Energiekosten werden weiter gesenkt und der Verschleiß reduziert. Und auch der VLT Aqua Drive selbst geht mit gutem Beispiel voran. Er benötigt weniger Energie als sein Vorgänger und hat damit einen höheren Wirkungsgrad.

Frequenzumrichter starten und stoppen sanft und sie regeln die Pumpensysteme stufenlos. Anders als beim direkt am Versorgungsnetz betriebenen Motor oder bei Stern-/ Dreieck-Kombinationen, tritt beim Betrieb am Frequenzumrichter kein Momentenstoß auf. Das schont den gesamten Antriebsstrang, bestehend aus dem Motor mit seinen nachgeschalteten Komponenten (Getriebe, Kupplung, Pumpe und Rohrleitungssystem). In Bezug auf die Kosten für Instandhaltung und Reparatur, hat der Einsatz von frequenzumrichtergeregelten Pumpensystemen vor allem zwei Vorteile. Zum einen müssen während der Instandhaltungsarbeiten weniger Verschleißteile erneuert werden. Zum anderen verlängern sich die Intervalle zwischen den Instandhaltungsarbeiten. Die Gründe für den Einsatz von Frequenzumrichtern liegen neben den Energieeinsparungen auch in der geringeren Abnutzung der Systemkomponenten und in der Verlängerung der Lebensdauer des gesamten Pumpensystems.

Der VLT Aqua Drive bietet einige interessante Merkmale, die zusätzlich helfen, den Verschleiß von Pumpensystemen zu minimieren. So bieten die 2-stufigen Start-/Stopprampen die Möglichkeit, Pumpen schnell bis zu einer frei wählbaren Drehzahl zu beschleunigen oder abzubremsen. Diese Drehzahl kann z. B. die Mindestdrehzahl der Pumpe sein. Mit der 2. Stufe der Rampe wird dann während des normalen Regelbetriebes gearbeitet. Der Vorteil für den Pumpenanwender sind niedrige Kosten durch Verschleiß während der Start- und Stoppphase.

Frequenzenausblendung ist ein weiteres Merkmal. Treten während des Betriebes Schwingungen oder Resonanzen im Medium oder im Antriebsstrang auf, können die zugehörigen Frequenzen im Frequenzumrichter ausgeblendet und dadurch der Anlagenverschleiß gemindert werden.

Mit dem Trockenlaufschutz überwacht der VLT Aqua Drive die Pumpe. Befindet sich im Zulauf wegen eines Rohrbruches oder wegen eines geschlossenen Ventils kein Wasser, so schützt der Frequenzumrichter die Pumpe durch abschalten. Zusätzlich wird eine Störmeldung an das übergeordnete Leitsystem ausgegeben.

Das durchdachte Design und der Einbau aller erforderlichen Komponenten, wie Funkentstörfilter, Netzrückwirkdrosseln in den Frequenzumrichter, machen den VLT Aqua Drive auch in rauen Umgebungen zu einem zuverlässigen Gerät. Es entsteht kein zusätzlicher Verdrahtungsaufwand zum Anschluss von externen Komponenten,. Die Frequenzumrichter sind in den Gehäuseschutzarten IP 00/20/21, für den Schaltschrankeinbau und in IP 54/55 für die dezentrale Wandmontage lieferbar. Die spritzwassergeschützte Schutzart IP 54 eignet sich sehr gut für Pumpensysteme, die durch Modernisierungsmaßnahmen nachträglich mit einem Frequenzumrichter ausgerüstet werden. Sollten die Umgebungsbedingungen einmal besonders rau sein, ist der VLT Aqua Drive auch in Schutzart IP 66 lieferbar.

Mit dem VLT Aqua Drive optimiert Danfoss seine Antriebslösungen für den Einsatz im Bereich Wasser/Abwasser und löst den bewährten und erfolgreichen VLT 8000 Aqua ab. Der VLT Aqua Drive ist noch besser auf die Wasser- und Abwasseranwendungen angepasst als sein Vorgänger. Mit einer breiten Palette an Funktionen trägt er aktiv zur Senkung der Lebenszykluskosten bei, indem er Kosten bei Anschaffung, Inbetriebnahme aber auch im laufenden Betrieb senkt. Dafür sorgen insbesondere die Funktionen zur Energieeinsparung, aber auch der modulare Aufbau, der eine ganz genau auf die Anwendung abgestimmte Konfiguration zulässt. Der Aqua Drive ist ab Mitte des Jahres im Leistungsbereich von 0,37 bis 450 kW verfügbar.

Bei der Entwicklung wurde besonderen Wert auf einfache Inbetriebnahme und Wartung gelegt. Dabei erhält der Anwender trotz des modularen Systemdesigns ein komplett montiertes und geprüftes Gerät, das auch alle notwendigen Filter und Drosseln bereits eingebaut hat. Zudem helfen die selbstlernenden PI-Regler bei einer einfachen Optimierung der Anwendung. Steckbare Steuerklemmen im gesamten Leistungsbereich erleichtern Austausch und Montage erheblich.

Für eine einfache Bedienung sorgt das grafische Display LCP 102, das bereits in dieser Form beim VLT Automation Drive zum Einsatz kommt. Ein spezielles Quick-Menü beschleunigt den Inbetriebnahmeprozess, Scope-Funktionen unterstützen die Fehlersuche und die Prozessoptimierung. Dabei ist die Bedienung über alle Leistungsbereiche durchgängig und identisch. Und auch beim Einsatz im Ausland ist der Anwender bestens gerüstet: Das LCP unterstützt 27 verschiedenen Sprachen, auch bei Sonderzeichen wie Russisch oder Chinesisch.

Der Frequenzumrichter besitzt einen sehr hohen Wirkungsgrad von besser als 98 %, wodurch Verluste minimiert werden. Gerade bei höheren Leistungen kann dies auch dazu führen, dass eine aufwendige Kühlung der Schaltraums oder -schranks entfallen kann.

Leitungsgebunden halten die VLT Aqua Drives die Grenzwerte nach Kategorie C1 und C2 gemäß der Produktnorm EN 61800-3 ohne zusätzliche externe Komponenten ein. Noch wichtiger jedoch für den täglichen Einsatz ist die Einhaltung der Umgebungsnorm EN 55011, Klasse B (Wohnbereich) und Klasse A1 (Industriebereich). Ein zuverlässiger Anlagenbetrieb ist durch die Erfüllung aller EMV-Anforderungen gewährleistet. Dies erübrigt vorgeschriebene Warnhinweise und Einschränkungen der Produktnorm.

Halle 9, Stand D68

cav 440

Hannover Messe

Frequenzumrichter von Danfoss