Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Biologische Reinigungsstufen in einer Abwasserreinigungsanlage arbeiten mit Frequenzumrichter-Turbokompressoren sowie Pumpen und Lüftern
  • Diese „verschmutzten“ das Netz durch ihre Oberschwingungen, was zu Ausfällen der Komponenten hätten kommen können
  • Ausfälle wären kritisch für die Organismen der biologischen Reinigungsstufe
  • Aktive Oberschwingungsfilter reduzieren Netzrückwirkungen und sorgen für ein sauberes Stromnetz
e biologische Reinigungsstufe in einer Schweizer Abwasserreinigungsanlage benötigt für einen reibungslosen Ablauf ein sauberes Stromnetz.  Schaffner

Die biologische Reinigungsstufe in einer Schweizer Abwasserreinigungsanlage benötigt für einen reibungslosen Ablauf ein sauberes Stromnetz. Schaffner

Mit der Abwasserreinigungsanlage Emmenspitz im schweizerischen Zuchwil betreibt der öffentlich-rechtliche Zweckverband der Abwasserregion Solothurn-Emme (ZASE) eine der größten Wasseraufbereitungsanlagen der Schweiz. Dort floss viel Geld in den Bau einer biologischen Reinigungsstufe. Diese beinhaltet Frequenzumrichter-Turbokompressoren sowie Pumpen und Lüfter. Aktive Oberschwingungsfilter sorgen dafür, dass trotz der großen Antriebe auch das Stromnetz sauber bleibt.

Aktive Oberschwingungsfilter im Klärwerk des Zweckverbands in Zuchwil: Die von den großen Frequenzumrichtern der Lüfter und Pumpen des biologischen Klärbeckens verursachten Oberschwingungen werden kompensiert.

Aktive Oberschwingungsfilter im Klärwerk des Zweckverbands in Zuchwil: Die von den großen Frequenzumrichtern der Lüfter und Pumpen des biologischen Klärbeckens verursachten Oberschwingungen werden kompensiert. Schaffner, ZASE

Ziel der biologischen Abwasserbehandlung ist es, ein System zu schaffen, das durch natürliche Prozesse den Abbau organischer Substanzen fördert und in dem die schädlichen Reststoffe der Zersetzung leicht für eine ordnungsgemäße Entsorgung gesammelt werden können. Gegenüber herkömmlichen Verfahren bietet die biologische Technologie mehrere Betriebs- und Leistungsvorteile.

Eine typische biologische Reinigungsstufe in einer Abwasserreinigungsanlage verwendet im Wasser lebende Mikroorganismen. Dabei ist es für eine optimale Entfernung von größter Bedeutung, dass die biologischen und biochemischen Abläufe sowohl für aerobe (mit Sauerstoff) als auch für anaerobe Prozesse (ohne Sauerstoff) kontrolliert und justiert werden können. Dazu gehört eine zuverlässige Zufuhr von Sauerstoff in die Becken. Dafür hat der Zweckverband viel Geld in den Bau einer modernen biologischen Reinigungsstufe mit Frequenzumrichter-Turbokompressoren sowie diversen Pumpen und Lüftern investiert.

Funktionsprinzip einer biologischen Klärstufe: Der Ausfall von Pumpen oder Lüftern kann die Lebensbedingungen der Bakterien schnell dramatisch verschlechtern, was zum Ausfall der kompletten Klärstufe führen kann.

Funktionsprinzip einer biologischen Klärstufe: Der Ausfall von Pumpen oder Lüftern kann die Lebensbedingungen der Bakterien schnell dramatisch verschlechtern, was zum Ausfall der kompletten Klärstufe führen kann. Schaffner, ZASE

Netzausfälle bedrohen Mikroorganismen

Diese Komponenten könnten jedoch schwerwiegende Nebenwirkungen in Bezug auf die Strom- und Spannungsqualität verursachen. Die daraus resultierenden Energieverluste und schlechtere Energieeffizienz sowie ungeplante Unterbrechungen oder unzuverlässige Funktionen der Geräte sind unerwünscht beziehungsweise sogar inakzeptabel. Denn: Geht es um biologische Reinigungsstufen, sind bei Ausfällen lebende Organismen bedroht und solche Probleme wiegen noch schwerer. Neben den rein funktionalen Themen müssen die Geräte auch die Power Quality Standards erfüllen und eine höchstmögliche Energieeffizienz bieten.

Die Abwasserreinigungsanlage in Zahlen

  • über 92000 Einwohner aus 47 Gemeinden entsorgen ihr Abwasser in der Wasseraufbereitungsanlage in Emmenspitz.
  • 27 500 000 m³ Abwasser aus Industrie, Landwirtschaft und Privathaushalten fließen jedes Jahr in die Kläranlage. Dies entspricht 75 300 m³ pro Tag oder 3 150 m³ pro Stunde.
  • Über 93% der Verunreinigungen im Wasser werden von der Kläranlage zuverlässig beseitigt.
  • 45 000 Tonnen Klärschlamm aus anderen Kläranlagen der Region werden bei ZASE entwässert und anschließend in einer Müllverwertungsanlage entsorgt.

Nach der Bauphase gab es Messungen in der Reinigungsstufe gemäß den Netzqualitätsstandards D.A.CH.CZ und EN 50160. Dabei zeigten sich deutlich der Bedarf an einer besseren Netzqualität und an einer höheren Anlageneffizienz und -qualität. Dabei war es notwendig, den Gesamtverzerrungsfaktor für Strom (THDi) und Spannung (THDu) unter die vorgegebenen Grenzwerte der Netzqualitätsstandards zu senken. Zudem ergaben die Messungen, dass insbesondere die 5. Harmonische und einige Frequenzen über der 40. Harmonischen zu stark waren. Diese Oberschwingungen stellen Risiken im Hinblick auf Funktion und Lebensdauer der Geräte dar – und sind damit eine Gefahr für die Organismen der biologischen Reinigungsstufe. Daher erarbeitete ZASE zusammen mit Schaffner und seinem Partner Atlas Umwelttechnik eine Lösung, die technische Probleme vermeidet und Störungen der Netzqualität verhindert.

Die aktiven Oberschwingungsfilter reduzieren die Amplituden (oben). Vor der Installation (unten) haben mehrere Peaks die Netzqualität spürbar verschlechtert.

Die aktiven Oberschwingungsfilter reduzieren die Amplituden (oben). Vor der Installation (unten) haben mehrere Peaks die Netzqualität spürbar verschlechtert. Schaffner, ZASE

Oberschwingungsfilter löst Problem

Als Lösung installierten die Projektpartner zwei aktive Oberschwingungsfilter der Serie Ecosine Active Sync, um eine energieeffiziente und zuverlässige Wasser- und Abwasseraufbereitung zu ermöglichen.

Anschließend wurde erneut die Netzqualität durch eine akkreditierte Ingenieurfirma gemessen, um die Wirkung der aktiven Oberschwingungsfilter zu überprüfen. Die kumulierten Messergebnisse zeigen, dass die Oberschwingungsfilter den Gesamtoberschwingungsgehalt im elektrischen System unter Einhaltung der erforderlichen Normen und Kundenanforderungen hinsichtlich der Anwendungszuverlässigkeit erfolgreich reduziert haben. So erfüllt die Anlage seither alle Vorgaben im Hinblick auf die Oberschwingungsanteile bei Spannung und Strom sowie die Vorgaben bezüglich der einzelnen Oberschwingungsamplituden. Diese liegen nach dem Umbau alle unterhalb der vorgeschriebenen Grenzen und Gefahrpegel für die Anlage. Somit ist die Wasseraufbereitungsanlage hinsichtlich der Power Quality geschützt und erfüllt gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich energieeffizienter Nutzung moderner Technologien.

Oberschwingungsfilter

Putzkolonnen fürs Stromnetz
Fast alle elektrischen und elektronischen Lasten, sei es in Industrieanlagen, Gebäuden oder
Datencentern, arbeiten heute nichtlinear, das heißt mit Schaltnetzteilen. Dies hat starke Rückwirkungen auf das Netz zur Folge und verschlechtert dessen Qualität (Power Quality).
Die modularen, aktiven harmonischen Filter ecosine active sync reduzieren solche Netzrückwirkungen und ermöglichen so ein sauberes Stromnetz. Mit den Filtern lässt sich auch unter schwierigen Bedingungen ein THDi ≤ 5% erreichen. Darüber hinaus reicht der Temperatur­bereich von 0 bis 50°C ohne, bis 55°C mit Derating. Die Verlustleistung liegt bei unter 2,3%.
Zusätzlich zur zuverlässigen Kompensation von Oberschwingungen bis zur 50. Harmonischen können Anwender mit den Filtern auch kapazitive sowie induktive Blindleistung kontinuierlich kompensieren und eine Lastsymmetrierung vornehmen. Die Filtermodule gibt es in Schutz­klasse IP 20, optional in IP 21 sowie in Schutzklasse IP 54.