HYDRO
Schwerpunkt
Fotos: AUMA
Eine integrierte Stellantriebssteuerung vereinfacht Konfiguration und Inbetriebnahme. Intelligente Selbstüber wachungs- und Diagnosefunktionen erhöhen die Betriebssicherheit und ermöglichen präventive Wartungskonzepte.
EFFIZIENT UND CLEVER : ELEKTRISCHE STELLANTRIEBE FÜR DIE WASSERKRAFT Sie stehen selten im Fokus und spielen doch eine Schlüsselrolle beim reibungslosen Betrieb moderner Wasserkraftanlagen. Elektrische Stellantriebe erfüllen wichtige Betätigungsaufgaben in allen Bereichen eines Wasserkraftwerks: von der Wasserstandsregelung an Einlaufbauwerk und Fischaufstiegshilfe über Rechenreinigungssystem bis hin zur präzisen Turbinenregelung. Zahlreiche Neuentwicklungen auf dem Gebiet der elektrischen Antriebstechnik eröffnen immer neue Einsatzmöglichkeiten und erlauben es den Betreibern, nachhaltig Betriebskosten zu senken und die Betriebssicherheit zu erhöhen. Von Dr.-Ing. Rudolf Bachert, AUMA Riester GmbH & Co. KG
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er elektrische Stellantriebe auf seiner Anlage einsetzt, schätzt die vielfälti gen Vorteile, die diese umwelt freundliche Antriebstechnik gerade in der Wasserkraft bietet. Installation und Inbetrieb nahme sind vergleichsweise einfach, es werden lediglich eine Stromversorgung und eine Sig nalleitung benötigt. Nach Herstellen der Stromversorgung ist der Antrieb sofort be triebsbereit. Die Antriebe arbeiten zudem sehr energieeffizient, da die elektrische Antriebs energie eines Elektromotors über ein geeigne tes Getriebe direkt in eine Dreh-, Schwenkoder Linearbewegung umgesetzt wird. Die Schnittstellen für den mechanischen und elek trischen Anschluss sind standardisiert, was auch nach Jahren noch einen problemlosen Austausch von Komponenten ermöglicht. In tegrierte Steuerungen vereinfachen die Integ ration in die Leittechnik und bieten umfang reiche Einstellungs- und Diagnosefunktionen. Alle zum Betrieb des Antriebs erforderlichen Komponenten wie Endlagenschalter und Drehmoment- bzw. Kraftsensoren sind kom pakt in das Gehäuse integriert. Ein Handrad erlaubt die manuelle Betätigung im Notfall. Die ölfreie Technologie sorgt für eine hohe
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Oktober 2016
Umweltverträglichkeit. Die elektrische An triebstechnik ist außerdem sehr wartungsarm, was sich in nachhaltig niedrigen Lebenszyk luskosten niederschlägt. Bei Stahlwasserbau anwendungen ist eine Auslegung der Kompo nenten nach Stahlwasserbaunorm DIN 19704-1 problemlos möglich. Nahezu alle Steuer- und Regelaufgaben zur Betätigung von Schützen, Klappen, Ventilen, Leitschaufeln, Düsennadeln, Strahlablenkern, etc. lassen sich heute über leistungsfähige elek trische Stellantriebe lösen. Dank einer Vielzahl an Baugrößen decken sie ein Drehmoment spektrum von 10 Nm bis hin zu 675 000 Nm ab. Auch große Hübe von mehreren Metern in Verbindung mit entsprechend notwendigen Kräften, wie z.B. bei Schützen, Segmenttoren und Fischbauchklappen, können somit ein fach und wartungsfreundlich realisiert werden. Die Betätigung kann dabei über Spindeln, Schützzüge, Triebstöcke oder Elektro hub zylinder erfolgen. Ließ die elektrische Antriebstechnik bereits in der Vergangenheit kaum Wünsche offen, so erfolgte in den vergangenen Jahren ein Tech nologieschub, der den Einsatzbereich noch stärker erweitert hat.
DREHZAHLVARIABLE STELLANTRIEBE SCHONEN DIE MECHANIK Viel Potenzial für die Zukunft bieten neue Stellantriebsbaureihen mit regelbarer Motor drehzahl. Im Vergleich zu den sonst üblichen Stellantrieben mit fester Drehzahl wird bei ihnen für jede Änderung der Stellkörperposi tion die optimale Stellgeschwindigkeit einge stellt. Im Regelbetrieb, z.B. bei der Leitschau felverstellung einer Kaplan-Turbine oder der Düsennadelverstellung einer Pelton-Turbine, reduziert der Antrieb mit zunehmender An näherung an den Sollwert stetig die Stellge schwindigkeit, wodurch eine hohe Positio niergenauigkeit erreicht wird. Bei einem Notfall ermöglicht der Antrieb dagegen ein schnelles Schließen mit höchstmöglicher Stellgeschwindigkeit. Aber auch im AUF/ ZU-Steuerbetrieb bieten drehzahlvariable Stellantriebe Vorteile. Fahrten aus einer End lage heraus können langsam mit anschließend steigender Geschwindigkeit gestaltet werden und umgekehrt, bei Fahrten in eine Endlage hinein kann die Geschwindigkeit stetig redu ziert werden. Durch dieses sanfte Anfahren und Stoppen werden alle beteiligten Kompo nenten mechanisch geschont. Dies ist gerade im Bereich des Stahlwasserbaus mit den dort bewegten großen Massen ideal und kommt der Lebensdauer zugute. Eine weitere Anwen dung ist die sogenannte „elektrische Welle“, über die z.B. bei einem Doppelspindelschieber ein Synchronlauf von zwei Antrieben ohne mechanische Verbindung erzielt wird. EINFACHE FAIL-SAFE LÖSUNGEN Ein Versagen von Bauteilen oder Funktionen kann beim Betrieb von Wasserkraftanlagen zu erheblichen Schäden führen. Als vorbeugende Maßnahme werden daher häufig Notschluss bedingungen gefordert. Auch diese lassen sich heute mit elektrischen Stellantrieben realisie ren. Eine Möglichkeit sind USV-Anlagen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), die auch bei Stromausfall die Funktionsfähigkeit des Antriebs sicherstellen. Bei drehzahl variablen Stellantrieben kann die USV deut lich kleiner dimensioniert werden, da der Anfahrtsstrom durch Reduzierung der Stell geschwindigkeit niedriger bleibt. Über Photo voltaik-Panels sind betriebssichere, energie autarke Insellösungen möglich. Als mechanische Lösung bieten sich elektrisch betätigte Schwerkraftantriebe (Fallgewicht armatur) oder Federlösungen an. Je nach Konstruktion kann das Stellorgan bei Span nungsausfall öffnen oder schließen. SICHERHEITSRELEVANTE ANWENDUNGEN BIS SIL 3 Die Betriebssicherheit steht bei der Planung von Wasserkraftanlagen oft an erster Stelle.