Vacon-Frequenzregelung für 1500-kW-Tunnelbohrmaschine Wasser marsch dank Vacon

Redakteur: Silvano Böni

Eine Tunnel-Bohrmaschine mit 5 Meter Durchmesser und einer Antriebsleistung von 1500 kW. Sechs Motoren treiben das Monstrum an. Die Steuerung übernehmen dabei Frequenzumrichter von Vacon, einem Unternehmen das zur Danfoss-Gruppe gehört.

Firmen zum Thema

Die Regelung der Motoren übernehmen sechs wassergekühlte Vacon-­NXP-690-V-Frequenzumrichter mit 355 kW.
Die Regelung der Motoren übernehmen sechs wassergekühlte Vacon-­NXP-690-V-Frequenzumrichter mit 355 kW.
(Bild: Danfoss)

Das griechische Ministry of Infrastructure, Transport and Networks begegnet dem steigenden Wasserbedarf auf Kreta mit dem vor einigen Jahren begonnenen Aposelemis-Projekt, das hauptsächlich aus dem Aposelemis-Damm und dem gleichnamigen Wasserüberleitungstunnel besteht. Das durch den Damm aufgestaute Wasser wird über Pumpleitungen nach Heraklion und Agios Nikolaos gefördert und nach entsprechender Aufbereitung in die jeweiligen Trinkwassernetzte eingespeist.

Der 3,5 km lange Aposelemis-Tunnel hat eine Neigung von 15 Prozent und wird nach Fertigstellung Wasser vom circa 800 m hoch gelegenen Lassithi-Plateau in den 600 m tiefer situierten Stausee überleiten. Der mit Betonfertigteilen ausgekleidete Tunnel mit einem Innendurchmesser von 4,35 m wird dazu eine 1,8-m-Stahlrohrleitung mit einer Durchflussmenge von max. 20 m³/s aufnehmen.

Bildergalerie

Die griechische Baufirma Intrakat S. A. als Auftragnehmer für den Aposelemis-Tunnel bedient sich der Serviceleistungen der Jäger Bau GmbH, das heisst der Lieferung des gesamten Tunnelvortriebsgerätes, des Schlüsselpersonals und des Know-hows für die Durchführung eines solchen Tunnelbauprojektes.

Retrofit der Tunnelbohrmaschine

Die 1995 gebaute Doppelschild-Tunnelbohrmaschine wurde für diesen Auftrag seitens der Jäger Bau GmbH generalüberholt und auf den neuesten Stand gebracht. Die Tunnelvortriebseinrichtung wurde mit einem komplett neuen circa 165 m langen Nachlaufsystem, das aus 23 zusammenhängenden Nachläuferwagen besteht, ausgestattet. Auf diesem Nachlaufsystem werden sämtliche Baugruppen untergebracht, die für den Betrieb der Tunnelbohrmaschine erforderlich sind. Im Zuge dieser Generalüberholung beziehungsweise Neukonzeptionierung ersetzte Jäger auch die bisherige und mittlerweile veraltete Frequenzumformung für die sechs 250-kW-Bohrkopfantriebsmotoren durch eine neue Anlage.

Jäger entschied sich nach Vergleich und Verhandlungen der verschiedenen Angebote sämtlicher namhafter Anbieter für Vacon, welche zur Danfoss-Gruppe gehört, als Entwicklungspartner beziehungsweise Lieferant der neuen Frequenzumformung.

«Einer unserer Geschäftspartner empfahl uns Vacon-Frequenzumrichter. Während der Vorverhandlungen haben uns die Produkte und die technische Kompetenz überzeugt, so dass wir uns letztendlich für Vacon entschieden haben», sagt Dipl.-Ing. Wolfgang Gütter, Leiter der Maschinentechnik von Jäger Bau. Die Techniker von Vacon erarbeiteten gemeinsam mit der Maschinentechnik von Jäger eine Lösung mit wassergekühlten Vacon-NXP-Frequenzumrichtern, die überzeugen konnte.

Antriebsregelung des Bohrkopfs

Den Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine mit einem Durchmesser von 4,93 m treiben sechs Motoren mit je 250 kW und jeweils einem Planetengetriebe über einen grossen Zahnkranz an. Die Regelung dieser Motoren übernehmen sechs wassergekühlte Vacon-NXP-690-V-Frequenzumrichter mit 355 kW, die jeweils für einen Motor zuständig sind.

«Jeder Motor wird durch einen eigenen Frequenzumrichter geregelt. Die Antriebe sind dabei völlig unabhängig voneinander. Dies bedeutet, dass der Bediener jeden Umrichter von der Leitwarte aus ein-/ausschalten kann. Safe Torque Off (STO) kommt im Notfall zum Einsatz, um die Frequenzumrichter sicher auszuschalten. All dies macht das System redundant und die Bedienung einfach und sicher», sagt H. Gütter, Jäger Bau GmbH.

Lastverteilung

Die Lastverteilung zwischen den sechs Antriebsmotoren erfolgt über eine umrichterspezifische «Load Drooping»-Funktion. Sie sorgt für die gleichmässige Verteilung des Drehmomentes auf alle sechs Antriebsmotoren mittels lastabhängiger Optimierung der Motordrehzahl. Als positiver Nebeneffekt reduziert dies auch die Abnutzung der Mechanik. Durch die unabhängige Parallelschaltungskonfiguration der Frequenzumrichter entfällt die sonst notwendige Kommunikation zwischen den Umrichtern. Sie bietet ausserdem eine hohe Redundanz. Auch das Abschalten eines einzelnen Umrichters über die Leitwarte ist möglich.

Massgefertigter Schaltschrank

Die grösste Herausforderung war die Unterbringung der zwei Schaltschränke der NXP-Frequenzumrichter im Nachlaufsystem der Tunnelvortriebseinrichtung, das für grossvolumige Komponenten wie die Schaltschränke einen nur sehr beschränkten Einbauraum zur Verfügung stellt. Eine Standardlösung kam dafür nicht infrage. Vielmehr musste Vacon in Zusammenarbeit mit Jäger und dem Planer des neuen Nachlaufsystems eine spezifische, den beengten Platzverhältnissen angepasste Sonderlösung entwickeln.

Die Umrichter befinden sich in zwei massgefertigten Rittal-Schaltschränken in Schutzart IP 55 auf einem der 23 Nachläuferwagen. Die Frequenzumrichter sind mit einem Sicherungslastrennschalter sowie Netzdrosseln auf der Eingangsseite und einem dU/dt-Ausgangsfilter versehen.

Im Schaltschrank befinden sich zudem ein geschlossener Kühlkreislauf mit zentralem Wasser/Wasser-Wärmetauscher, redundante Pumpen sowie Sensorik zur Regelung und Überwachung von Druck/Durchfluss und Temperatur.

Flüssigkeitsgekühlte Vacon NXP sind besonders für den Einsatz auf engem Raum geeignet. Da er keine Luftkanäle erfordert, ist der Frequenzumrichter extrem kompakt gebaut. Daher benötigen die NXP auch keine Klimaanlage oder grosse Kühlgebläse. Dank seines effektiven Kühlkörpers ist die Kühlung der Umrichter besonders effizient. Der Umrichter gibt fast keine Wärmeverluste direkt an die Luft ab.

Vacon NXP ist eine Hochleistungsregelungsplattform für alle anspruchsvollen Antriebsanwendungen, die sowohl offene als auch geschlossene Regelkreise für Asynchron- und PM-Motoren unterstützt. Dank der steckbaren Feldbus-Optionskarten war es möglich, den Antrieb optimal an die PLC der Tunnelbohrmaschine per Ethernet/IP anzukoppeln. Die Feldbus-Technik ermöglicht eine bessere Regelung und Überwachung der Anlage über den Leitstand, bei geringem Verkabelungsaufwand.

Reibungslose Inbetriebnahme in Griechenland

Die NXP-Frequenzumrichter verfügen über eine benutzerfreundliche, abnehmbare grafische Bedieneinheit. Der Inbetriebnahmeassistent gewährleistet eine schnelle und effektive Einrichtung und Parametrierung des Umrichters. Die Bedieneinheit unterstützt dabei mehrere Sprachen. Ausserdem sind eine Sicherung und das Kopieren der Parameter über den internen Speicher des Bedienfelds möglich. Dies alles macht die Einrichtung der Frequenzumrichter sehr einfach. Um wirklich sicher zu sein, dass bei der Inbetriebnahme der Tunnelbohrmaschine in Griechenland alles reibungslos abläuft, waren die Spezialisten von Vacon vor Ort. SMM

(ID:44290585)