Thyristor-Stromrichter wandeln die Wechselspannung, die aus dem öffentlichen Netz kommt, in eine Gleichspannung um. Diese Technologie verursacht eine sehr hohe Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Damit ist ein hoher induktiver Blindleistungsbedarf der Anlage verbunden. „Diese Blindleistung trägt zwar nicht zur elektrischen Arbeit bei, ist jedoch technologisch bedingt,“ erklärt Dr. Thomas Schlegel, der seit über 25 Jahren für MR arbeitet und derzeit als Senior Manager Projects komplexe Projekte wie das für Covestro in Tarragona leitet. Die Thyristor-Stromrichter verursachen neben dem hohen Blindleistungsbedarf nicht-sinusförmige Ströme, die zu einem Spannungsabfall führen und damit die Spannung verzerren. Die Gesamtoberschwingungsverzerrung (Total Harmonic Distortion) überschreitet die zulässigen Grenzwerte des Netzbetreibers. „Um sowohl ausreichend Blindleistung vor Ort zu erzeugen als auch die unerwünschten Frequenzen herauszufiltern, benötigt Covestro eine entsprechende Kompensationsanlage“, ergänzt Schlegel.
Intelligentes Kompensationssystem
Der Technologiekonzern MR mit Sitz in Regensburg ist führend auf dem Gebiet intelligenter Systeme zur Regelung von Lastflüssen und zur Verbesserung der Spannungsqualität. 50 Prozent des weltweit erzeugten Stroms wird mit MR-Produkten geregelt. Für Covestro konzipierte und lieferte die Abteilung Power Quality aus Erfurt eine komplette Kompensationsanlage in Form einer Containerlösung, die die elektrischen Rückwirkungen der MDI-Produktionsanlage kompensiert.
Grundschwingungsblindleistung von 10 Mvar
Die Kompensationsanlage liefert eine Grundschwingungsblindleistung von 10 Mvar und ist so dimensioniert, dass sie auch die harmonischen Ströme, die von der Last kommen, reduziert. „Wir erzeugen den Blindleistungsbedarf an Ort und Stelle, so dass dieser nicht vom Energieversorger erzeugt und über das Netz transportiert werden muss,“ sagt Schlegel. Außerdem werden in der Anlage die harmonischen Ströme kurzgeschlossen, so dass diese nicht mehr in das öffentliche Netz fließen. Dafür bildet die Anlage für bestimmte Frequenzen, die von den Thyristor-Stromrichtern kommen, eine Senke. Alle Ströme in diesem Frequenzbereich fließen in die Kompensationsstufen hinein. „Es funktioniert wie ein Filter“, fügt Schlegel hinzu. In der Kompensationsanlage fließt der Strom zunächst über eine gemeinsame Sammelschiene zu den drei Kompensations- bzw. Filterstufen. Jede Stufe besteht aus einem Leistungsschalter, aus Drosselspulen und einer Kondensatorbatterie. Die Verschaltung aus Kondensatoren und Drosseln in Reihe bildet einen Schwingkreis, der über eine sogenannte Reihenresonanzfrequenz verfügt. Diese ist so gewählt, dass unerwünschte Frequenzen „herausfiltert werden“. Die drei Stufen haben unterschiedliche Reihenresonanzfrequenzen, so dass damit verschiedene Frequenzen erfasst werden können. Durch die Ausrüstung jeder Stufe mit einem eigenen Leitungsschalter kann die Leistung der Kompensationsanlage an die Erfordernisse der Elektrolyse angepasst werden. Das erfolgt automatisch über Regelungsbausteine.
Belastbare Leistungsschalter
Bei den Leistungsschaltern hat sich MR für Vakuum-Leistungsschalter aus der Baureihe 3AH3 von Siemens entschieden, die für Spezialanwendungen wie Generatoren oder Kompensationsanlagen ausgelegt sind. Siemens lieferte insgesamt drei Vakuum-Leistungsschalter mit einer Bemessungsspannung von 36kV – einen für jede Stufe – für die Kompensationsanlage. „Die Herausforderung in unserer Anlage besteht darin, dass zwischen Strom und Spannung nahezu eine Phasenverschiebung von 90° herrscht. Beim Abschalten einer Stufe liegen dadurch Spannungen an der Schaltröhre des Leistungsschalters an, die höher sind als die normale Prüfspannung des Leistungsschalters. Wir mussten daher einen Leistungsschalter finden, der erwiesenermaßen über die Prüfnorm hinaus geht“, erklärt Schlegel. MR unterhält schon seit vielen Jahren sehr gute Beziehungen zum Siemens-Schaltwerk in Berlin. „Für bestimmte Aufgaben und Spannungsebenen kommen nur ganz bestimmte Schalter in Frage“ sagt Schlegel. „Wir haben sehr gute Erfahrungen mit den Siemens-Schaltgeräten gemacht, weil für diese Schaltgeräte Prüfungen gemacht werden, die eine erhöhte Belastbarkeit nachweisen.“ Das Schaltwerk in Berlin stellte der MR die entsprechenden Prüfungsunterlagen zur Verfügung. So konnte rasch ein Schalter gefunden werden, der über die Normprüfung hinaus rückzündungsfreies Schalten ermöglicht. Dies ist im Sinne einer hohen Anlagensicherheit notwendig.