Neutralleiterbelastung durch neue Bearbeitungsmaschinen in der Ausbildung

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1 Fachartikel Neutralleiterbelastung durch neue Bearbeitungsmaschinen in der Ausbildung Das Hamburger Ausbildungszentrum e.v. (HAZ) bildet seit 1978 erfolgreich junge Menschen in Metall- und Elektroberufen aus. Das Hamburger Ausbildungszentrum e.v. ist eine Gemeinschaftseinrichtung mehrerer namhaften Unternehmen aus Hamburg und Umgebung. Die Mitgliedsfirmen sind u.a. Hamburger Hochbahn AG, Vattenfall Europe, Hamburger Wasserwerke GmbH, Hamburg Airport GmbH, E.ON Hanse AG, HHLA Hafen und Logistik AG. 35 Mitarbeiter, davon dreißig erfahrene Ausbildungsmeister, sorgen für den Erfolg der Ausbildung. Sie arbeiten in Kooperation mit den Ausbildern der Auftragsunternehmen, Berufsschulen und sozialen Einrichtungen in einem Netzwerk des Wissens und Lernens zusammen. Die Vielfalt der Menschen und Kulturen, gegenseitiger Respekt und klare Ziele prägen die dortige Unternehmensphilosophie. Bild 1: Gebäudeansicht HAZ Das Hamburger Ausbildungszentrum e.v. hat den Anspruch Ausbildung auf fachlich, pädagogisch und organisatorisch bestem Niveau anzubieten und durchzuführen. Dafür stehen Sie gegenüber Ihren Trägerfirmen, Drittkunden und nicht zuletzt den jährlich rd. 400 Auszubildenden Tag für Tag in der Verantwortung! Seite 1

2 Es wird zum Beispiel in den folgenden Berufen ausgebildet: Anlagenmechaniker, Elektroniker: Fachrichtungen Automatisierungstechnik, Betriebstechnik sowie Geräte und Systeme, Fachkraft für Abwassertechnik, Fachkraft im Fahrbetrieb, Industriemechaniker: Betriebstechnik, Kfz-Mechatroniker: Nutzfahrzeuge, Kommunikationstechnik, Kfz-Servicemechaniker, Konstruktionsmechaniker: Ausrüstungs- und Schweißtechnik, Land- und Baumaschinenmechaniker, Maschinen- und Anlagenführer, Mechatroniker, Verfahrensmechaniker: Kunststoff- u. Kautschuktechnik und Zerspanungsmechaniker: Dreh- und Frästechnik. In 2010 wurden im Bereich der Zerspanung eine Reihe von neuen CNC-Maschinen Fräsmaschinen angeschafft. Bild 2: Ausbildungsbereich Zerspanung Zeitgleich können bis zu 10 Auszubildende an den CNC-Maschinen Fräsmaschinen und 22 an Drehmaschinen bzw. zyklengesteuerten Drehmaschinen arbeiten. Aufgrund der zunehmenden Verwendung von Frequenzumrichter an CNC- Maschinen stellte sich für die Verantwortlichen mittelfristig die Thematik Neutralleiterströme. Im Rahmen eines Fortbildungsseminares wurde sich bereits im Vorfeld über die Thematiken: Neutralleiter-Ströme und deren Auswirkungen in Richtung Brandgefahr, Auslösung von RCD s Typ B, vagabundierende Ströme usw. informieren. Basierend auf diesen Informationen wurde die Fa. Meinke energy. mit einer Seite 2

3 Bestandsaufnahme der Spannungsqualität und der Neutralleiterbelastung in der vorhandenen E-Anlage beauftragt. Bild 3: Messplan In einem ersten Vorgespräch im Hamburger Ausbildungszentrum wurden die Probleme bzw. Aufgabenstellung besprochen, die Messorte definiert und die terminlichen Einzelheiten vereinbart. Aus der Aufgabenstellung und unter Beachtung des verfügbaren Budget wurde beschlossen in der Einspeisung des Ausbildungszentrums durchgehend für 14 Tage alle Parameter der Spannungsqualität und zusätzlich die Oberschwingungen der Ströme in den drei Außenleitern und auf den Neutral- bzw. Schutzleiter zu messen. Ein zweiter Netzanalysator sollte dann jeweils für 2 Tage in den Unterverteilungen für die jeweiligen Ausbildungsabteilungen messen. Als Messgerät wurde der Netzanalysator PQ-BOX 100 expert der Firma A. Eberle ausgewählt. Der Klasse A-Netzanalysator bietet neben der Langzeitmessung auch einen eingebauten Störschreiber für hochauflösende zeitliche Messung der RMS- Werte und Kurvenform. Desweiteren verfügt der Netzanalysator über fast keine Bedienelemente am Gerät, die evtl. die Auszubildenden motivieren könnten, das Gerät oder die Messkabel anzufassen. Aufgrund der kleinen Abmessungen konnte das Gerät an den jeweiligen Messorten vor unbefugtes Berühren sicher aufgestellt werden. Seite 3

4 Bild 4: Messort HAZ NSHV in nicht frei zugänglichen Bereich (abgesperrter Raum) Das Hamburger Ausbildungszentrum wird über einen eigenen 830KVA-Trafo aus dem 10KV-Netz versorgt. Eine Messung erfolgte in der Einspeisung des Gebäudes auf der Niederspannungsseite. Eine Betrachtung der Spannungsoberschwingungen nach EN zeigt die starke unsymmetrische Belastung durch die Verbraucher und inbesonders die starken Amplituden in den höheren Frequenzbereichen. Besonders hervorstechen die ungeraden, durch 3 teilbaren, Oberschwingungen. Die Zeit-Pegel-Darstellung der 27. Harmonischen zeigt die Abhängigkeiten der Amplituden zur Lastaufnahme. Seite 4

5 Bild 5: 27. Harmonische Pegel-Zeit-Diagramm (Oben Spannung in %; unten Strom in A) Der Neutralleiterstrom in der Einspeisung zeigte keinen überhöhten Wert. Bild 6: Neutralleiterstrom NSHV Seite 5

6 Die Betrachtung der Kurvenform zeigt eindeutig die unsymmetrische Belastung der einzelnen Phasen, die u.a. auch die Neutralleiterströme neben den unlinearen Verbrauchern verursachen. Bild 7: Kurvenform NSHV unsymmetrische Belastung U&I 3 Bei der Messung in der CNC-Ausbildungsabteilung konnte man wieder die unsymmetrische Auslastung feststellen. Das Spannungspektrum der Oberschwingungen zeigten auf Phase L2 einen deutlichen Ausreißer. Seite 6

7 Bild 8: Übersicht Oberschwingungen Spannung Als erste Maßnahme zur Optimierung der Oberschwingungssituation soll eine bessere Verteilung der Lasten erfolgen, um eine symmetrische Lastverteilung zu erreichen. Dadurch können dann die vorhandenen Neutralleiterströme reduziert werden. Bei einem weiteren Ausbau der Ausbildungsabteilungen sollten oberschwingungsreduzierende Maßnahmen angedacht werden. Hierzu bieten div. Hersteller wie z.b. die Firma Modl aus Pappenheim auf dem Markt passive oder aktive Oberschwingungsfilter an, die sich in die Einspeisung einbauen lassen. Je nach Bedarf kann dies mit einer Blindleistungskompensationsanlage kombiniert werden. Das Fazit aus den Messungen ergab durchgehende unsymmetrische Belastung der einzelnen Aussenleiter und damit verbunden geringe Strombelastungen auf den Neutral bzw.- Schutzleitern. Kontakt: Meinke energy. Markus Meinke Ernst-Barlach-Ring Bad Fallingbostel T F Seite 7