4 minAntriebstechnikVeröffentlicht am 20. Dezember 2023

ABB-Frequenz­umrichter er­leichtern der Wasser­ver­sorgung Haugen­stein das Mischen von Trink­wasser

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Um die Härte seines abzugebenden Trinkwassers zu senken, mischt der Zweckverband Wasserversorgung Haugenstein Eigen- mit Fremdwasser. Zwei Ultra-Low Harmonic Drives ACQ580‑31 von ABB ermöglichen bei einer neuen Pumpenlösung eine einfache Regelung des Mischungsverhältnisses und sorgen für ein sauberes Netz. Sie sparen auch zwei Schaltschränke ein, da keine externen Netzfilter zur Reduzierung von Oberschwingungen mehr benötigt werden.  

Der Zweckverband Wasserversorgung Haugenstein (ZV WV Haugenstein) mit Sitz in Schopfloch (Baden-Württemberg) besteht aus vier Mitgliedskommunen mit 13 Ortschaften und versorgt gut 11.000 Einwohner mit Trinkwasser. Davon nehmen die Mitglieder jährlich rund 610.000 Kubikmeter ab. 

Der ZV WV Haugenstein entnimmt das Trinkwasser aus einem Schachtbrunnen im Dießener Tal in der Gemarkung der Stadt Horb und bereitet es im Wasserwerk Haugenstein auf. Anschließend wird das Wasser mit einem Förderdruck von 15 bis 16 bar in den Hochbehälter Bittelbronn gefördert. Das Eigenwasser hat eine hohe Härte von 24 °dH (deutsche Härte). Um die Wasserhärte zu senken, wird es daher im Hochbehälter in einer Mischkammer im Verhältnis von rund 60 : 40 mit Fremdwasser der Fernwasserversorgung Kleine Kinzig (3,2 °dH) gemischt. Das Ergebnis ist ein Mischwasser mit rund 16 °dH. Das Wasser fließt von der Mischkammer in die Behälterkammern und von dort wird das Mischwasser an die Hochbehälter der Mitgliedsgemeinden verteilt.  

Stern-Dreieck-Schaltung wird ersetzt

Die Regelung des Härtegrades erfolgt über die Zuflussmenge vom Wasserwerk Haugenstein, während stets gleich viel Fremdwasser zufließt. Die Förderung zum Hochbehälter erfolgte in der Vergangenheit durch zwei 75-kW-Transportpumpen, die abwechselnd betrieben werden. Zunehmende Reparaturen der fast 30 Jahre alten Pumpen und der Defekt einer der Pumpen machten ihren Austausch durch eine neue Lösung erforderlich, die auch energieeffizienter sein sollte.  

Das Ingenieurbüro Alwin Eppler aus Dornstetten hat den gesamten Umbau geplant. Das Büro ist spezialisiert auf Ingenieurleistungen für die Trinkwasserversorgung, Abwasserbeseitigung und den Wasserbau. Für die Planer stand fest, dass die bestehende Stern-Dreieck-Schaltung für die Pumpen durch eine Frequenzumrichterregelung ersetzt wird. Holger Hummel, bei Eppler für die Elektrotechnik des Projekts verantwortlich, sagt: „Bei der Stern-Dreieck-Schaltung hat durch das harte Umschalten sogar im benachbarten Wohnhaus das Licht geflackert, so stark wurde das Netz belastet.“  

Entscheidung für Ultra-Low Harmonic Drives

Ursprünglich sollten zwei konventionelle Frequenzumrichter die neuen, effizienteren Andritz-Kreiselpumpen regeln. Diese Geräte verursachen aber typischerweise eine hohe Netzstromverzerrung, die in elektrischen Systemen Probleme verursachen und zu Überhitzung oder Störungen der ans Netz angeschlossenen Verbraucher führen kann. Um sie am Netz zu betreiben, wären externe Filter nötig, um die erhöhten Oberschwingungen auszugleichen.  

Als das Ingenieurbüro von ABB auf die Ultra-Low Harmonic Drives ACQ580‑31 aufmerksam gemacht wurde, entschieden sich die Verantwortlichen für diese Frequenzumrichter. Mit einer Verzerrung des Stroms von nur 3 % reduzieren die Ultra-Low Harmonic Drives den Oberschwingungsgehalt um bis zu 97%  im Vergleich zu konventionellen Geräten.  

Keine externen Netzfilter erforderlich

Die erste Andritz-Pumpe ist seit dem Ende April 2023 in Betrieb, die zweite folgte im Sommer. Zwei Ultra-Low Harmonic Drives ACQ580‑31 regeln beide und sorgen dafür, dass es zu keinen Problemen mit Oberwellen kommt. Diese Frequenzumrichter speziell für Pumpenapplikationen im Wasser- und Abwasserbereich reduzieren Oberschwingungen ohne zusätzliche Komponenten wie externe Filter oder spezielle Ausrüstungen. Die Geräte beinhalten eine Komponente zur Verringerung von Oberschwingungen, einschließlich einer aktiven Einspeiseeinheit und eines integrierten Oberschwingungsfilters. 

Durch die beiden Ultra-Low Harmonic Drives wurden zwei ursprünglich vorgesehene Schaltschränke für die Netzfilter nicht benötigt, die die konventionellen Frequenzumrichter erfordert hätten. Denn die beiden Drives ACQ580‑31-Wandgeräte werden direkt bei den Pumpen platziert. Dadurch wurde nicht nur Platz im Wasserwerk eingespart, sondern auch viel Geld; die beiden Schaltschränke hätten inklusive Netzfilter und Verdrahtung über 20.000 Euro gekostet.  

Wassermeister Thomas Thannhäuser neben einem der beiden Ultra-Low Harmonic Drives ACQ580‑31, die die neuen Förderpumpen regeln.

Mischungsverhältnis flexibel gestalten

Mithilfe der beiden Frequenzumrichter kann heute das Mischen des Wassers zur Härteabsenkung oder -erhöhung einfach realisiert werden. Mit der Stern-Dreieck-Ansteuerung war dies nur schwer möglich. 

Wassermeister Thomas Thannhäuser vom ZV WV Haugenstein erläutert: „Die im Stern-Dreieck laufenden Förderpumpen hatten eine feste Durchflussmenge, die sich für eine Anpassung nur mechanisch eindrosseln ließ. Dazu musste gegen teilgeschlossene Schieber gefahren werden, was wenig energieeffizient war und die Pumpen und Schieber belastete. Heute können wir die Förderleistung stufenlos anpassen und das Mischungsverhältnis genau einstellen, um schnell auf einen veränderten Bedarf zu reagieren. Wenn wir beispielsweise ein Mischungsverhältnis von 50 : 50 brauchen, können wir das problemlos mit den ABB-Frequenzumrichtern durchführen.“ 

Auch das Anlaufverhalten der Pumpen sei jetzt deutlich besser, bemerkt Thomas Thannhäuser. Spannungsspitzen, wie zuvor bei der Stern-Dreieck-Schaltung, gebe es nicht mehr. Mit der neuen Lösung könne die Pumpenanlage insgesamt wirtschaftlicher und energieeffizienter betrieben werden.