Sanftstarter schonen Zentralhydraulik auf Tankschiffen

Die christliche Seefahrt kennt so manches Seemannsgarn. Geht es allerdings um die Sicherheit, verlassen sich Reeder nicht auf schöne Worte, sondern ausschließlich auf Fakten. Das gilt auch für die Wappen-Reederei GmbH & Co. KG in Hamburg, die im Jahr 2002 von erfahrenen Hamburger-Reedern und Kaufleuten gegründet wurde. Ein Markenzeichen des Unternehmens ist, dass es technologisch anspruchsvolle, innovative Tank- und Containerschiffe betreibt. So waren die Reeder maßgeblich an der Konstruktion und dem Bau der neuen Scot-8000-Tanker (Safety Chemical Oil Tanker) beteiligt. Sie zeichnen sich durch ihr Sicherheitskonzept aus: z.B. der Doppelhüllenrumpf, zwei vollständig voneinander getrennte Maschinenräume, zwei unabhängig arbeitende Ruderanlagen sowie zwei Propeller für den Antrieb. Das hat u. a. dazu geführt, dass sie in der Presse als die sichersten Tanker ihrer Klasse bezeichnet wurden. Nachdem sich die ersten sechs Schiffe im Dienst bewährt haben, wurden die Aufträge für zwei weitere erteilt. Das siebte Tankschiff wurde im April 2005 auf den Namen \“Wappen von Frankfurt\“ getauft und Ende 2005 in Betrieb genommen. Die \“Wappen von Stuttgart\“ wird dieser Tage ihrer Bestimmung übergeben werden. Für die technische Umsetzung der Bordelektrik sorgt von Anfang an der Schiffsausrüster Kadlec + Brödlin in Duisburg. Elektrokonstrukteur Peter Oymanns berichtet: \“Die Anforderungen an Funktion und Zuverlässigkeit sind so hoch, dass wir nur Komponenten einsetzen, die nachweislich die Qualität besitzen, die im maritimen Umfeld lebensnotwendig ist.\“ Aktuelles Beispiel ist die elektrische Antriebstechnik der gesamten Bordhydraulik des knapp 120m langen Schiffes. Zum Verständnis: Mit der Hydraulik werden beispielsweise die großen Deepwell-Pumpen angetrieben, mit denen die Fracht – Chemikalien oder Öl – abgepumpt wird. Aber auch alle anderen hydraulisch betriebenen Anlagenteile wie z.B. die Winden, der Anker oder die Gangway werden von der Zentralhydraulik versorgt. Einfache Parametereinstellung statt \“Blindflug\“ Drei Elektromotoren mit je 140kW Nennleistung sitzen angeflanscht auf dem Hydrauliktank, der 6x4x2,3m misst. Um Druckstöße beim Anlauf der Pumpen abzufangen, setzt man robuste und einfach justierbare Sanftstarterlösungen ein. Peter Oymanns bestätigt: \“Nur damit ist es möglich, die Hydraulik schadlos zu halten – das hört man auch sofort.\“ Seit einiger Zeit sorgen die Sanftstarter 3RW40 (75-250kW) aus dem Sirius-Programm von Siemens für den sanften Anlauf der Antriebe. \“Früher hatten wir andere Produkte im Einsatz\“, begründet Peter Oymanns. \“Diese waren allerdings bei weitem nicht so komfortabel im Handling wie die jetzt verwendeten.\“ Abgesehen davon, dass die 3RW40 seiner Einschätzung zufolge sauberer gekapselt sind, ermöglichen sie eine relativ exakte Parametereinstellung, noch bevor die Geräte zum ersten Mal ans Netz gegangen sind. Sein Kommentar: \“Früher waren solche Voreinstellungen mit einem \“Blindflug\“ zu vergleichen.\“ Im Detail geht der Elektrofachmann heute so vor: Die vorzunehmende Grundeinstellung der Sanftstarter für die Pumpenantriebe bekommt er vom Hydraulikhersteller vorgegeben. In diesem Fall hieß das nichts anderes, als dass die Nenndrehzahl der 140kW-Motoren nach spätestens zehn Sekunden erreicht sein muss. Die Forderung ergibt sich aus der Konstruktion der Hydraulik, die nach dieser Anlaufzeit schlagartig ein Ventil öffnet und rund 280bar Systemdruck in das hydraulische Netz speist. Wären zu diesem Zeitpunkt die Motoren nicht auf Nenndrehzahl, würden Pumpe, Elektromotor und Rohrleitungssystem darunter leiden. Erhöhter Verschleiß wäre die Folge. Peter Oymanns Erfahrung: \“Das Einstellen der zeitlichen Verlaufskurve ist mit den Sirius-Sanftstartern einfach narrensicher.\“ Die Sanftstarter reduzieren die Motorspannung durch variablen Phasenanschnitt und heben sie rampenförmig von einer einstellbaren Startspannung bis auf Netzspannung an. Stromspitzen abfangen Als nächste Vorgabe wird der Maximalstrom am Sanftstarter auf dreimal INenn eingestellt. Auf diese Weise lassen sich selbst Einschaltstromspitzen und damit die Belastung der Generatoren an Bord vermeiden. Das funktioniert einfach über normale Potentiometer. Allerdings stellt sich auch hier die Frage: Was ist normal im maritimen Bereich? Peter Oymanns kennt die Antwort: \“Schiffe sind teilweise durch starke oder dauernde Vibrationen geprägt. Diesen ist die gesamte Elektrik ausgesetzt, was dazu führen kann, dass sich Potentiometereinstellungen verschieben, ohne dass es erkannt wird. Diese Probleme kenne ich bei den 3RW40 nicht.\“ Hierzu gibt er noch eine Information aus seinem Erfahrungsschatz: Wenn auf See die Qualität der Niederspannungs-Schaltgeräte nicht stimmt, dann hilft auch kein Fixierlack, um die Potis zu arretieren. Natürlich ließe sich bei den Sanftstartern auch eine gewünschte Auslaufkurve einstellen. Sie spielt in der beschriebenen Anwendung allerdings keine bedeutende Rolle. Viel wichtiger ist eine andere Eigenschaft der 3RW40: das integrierte Überbrückungsschütz. Im Anlauf steigt der Strom über den Leistungshalbleiter geregelt bis zum Nennstrom an. Danach übernimmt das integrierte Überbrückungskontaktsystem den Stromfluss und reduziert damit die Verlustleistung des Sanftstarters. Peter Oymanns erklärt: \“Früher hatten wir zum Sanftstarter pro Motor ein zusätzliches Bypassschütz mit vorgesehen, was erhöhten Aufwand und ein weiteres Fehlerrisiko bedeutete. Das fällt durch den modernen Sanftstarter weg.\“ Selbst auf ein zusätzliches Überlastrelais kann beim Einbau der Niederspannungs-Schaltgeräte verzichtet werden. Durch den integrierten Motorüberlastschutz nach IEC60947-4-2, der über ein vierstufiges Drehpotentiometer eingestellt wird, sind Motoren selbst bei starker Beanspruchung geschützt. Durch integrierte Zustands- und Fehlerüberwachungseinrichtungen geben die Geräte zu jedem Zeitpunkt Auskunft über den Betriebszustand, wie z.B. unzulässige Auslösezeit, Netz- oder Phasenausfall, fehlende Last, thermische Überlastung oder Gerätefehler. Als höchst interessant empfindet Peter Oymanns die Möglichkeit, dass solche Meldungen über Profibus an die Steuerung und damit ohne weiteres zum Leitstand geschickt werden können. Hierzu müssten allerdings die High-Feature-Sanftstarter 3RW44 verwendet werden. Für sie gibt es nämlich ein zusätzliches, einsteckbares Profibus-DP-Modul: \“Im Moment nutzen wir diese Möglichkeiten noch nicht\“, erklärt Peter Oymanns. Die Sanftstarter auf den Scot-Schiffen steuern im 400V-Netz Drehstrom-Asynchronmotoren. Hierzu sind sie konventionell im Dreileiternetz – also mit drei gesteuerten Phasen in Dreieck-Anordnung – verkabelt. Weil diese Art der Verschaltung in der beschriebenen Anwendung vollkommen ausreicht und zusätzlich keine Forderung nach Profibusfähigkeit seitens des Kunden gestellt wurde, konnte der Bautyp 3RW40 verwendet werden. In Applikationen, bei denen die Höhe der Stromaufnahme im deutlich oberen Bereich liegt, wäre der Bautyp 3RW44 zu wählen. Er lässt nämlich eine Wurzel-3-Schaltung zu. Das bedeutet: Dadurch, dass die Phasen des Sanftstarters bei der Wurzel-3-Schaltung in Reihe mit den einzelnen Motorwicklungen geschaltet werden, muss der Sanftstarter nur noch den Strangstrom, also etwa 58% des Motornennstroms, führen. Die Schaltungsart – ob Standard oder Wurzel-3 – wird bei diesen Geräten automatisch erkannt und erlaubt den Einsatz von z.T. wesentlich kleineren Geräten. Durch diese Eigenschaft sind beim 3RW44 Leistungen bis zu 1.200kW möglich. Gequältes Anlaufgeräusch