Seilbahnantriebe im Wandel
Von Ueli Spinner, ABB Normelec AG, 8048 Zürich
Seilbahnen wurden bisher größtenteils mit Gleichstromantrieben ausgerüstet. Dies scheint durch die jüngsten Erfolge mit ABB-Asynchronantrieben der Vergangenheit anzugehören. Bis Ende dieses Jahres werden allein in der Schweiz gegen 25 Seilbahnanlagen mit diesen Asynchronmotoren und rückspeisefähigen Frequenzumrichtern ausgerüstet sein.
Begonnen hat es im Herbst 2000 mit der Pendelbahn Stechelberg-Mürren mit einer Leistung von 450 kW. Diese Anlage löste bei Bahnbetreibern, Anlagenherstellern und Elektrizitätswerken ein so großes Echo aus, dass in diesem Jahr in der Schweiz bis auf wenige Ausnahmen alle neuen Seilbahnen mit diesem Asynchronantrieb ausgerüstet werden.
Die Anforderungen an Seilbahnantriebe beschreiben Stichworte: hohe Zuverlässigkeit, beherrschte Netzqualität, geringe Blindleistung, guter Wirkungsgrad sowie Motor- und Stromrichterschutz (auch bei extremen Situationen). Im Detail bringt die neue Antriebstechnik dem Betreiber sehr viel Nutzen.
Geringe Netzrückwirkungen
Dank dem Einsatz leistungsfähiger IGBT-Netzumrichter (IGBT Supply Unit, genannt ISU), zusammen mit einer einfachen, eigens für diese Antriebe entwickelten Filterdrossel, werden die Normen bezüglich Netzoberwellen in der Regel ohne Zusatzinstallationen eingehalten. Dies wird auch durch umfassende Messungen an der Anlage Stechelberg-Mürren bestätigt. Die Installation eines anlagenspezifischen Oberwellenfilters, der häufig auf der Basis von vielen Unbekannten berechnet werden muss (was vor allem bei Pendelbahnen oft schwierig ist), entfällt damit.
Keine Blindleistung
Eine sehr positive Eigenschaft dieser neuartigen Antriebe ist, dass keine Blindleistung entsteht. Dadurch entfällt die Berechnung und Installation einer Kompensationsanlage. Es ist sogar möglich, Blindleistung von anderen Verbrauchern auf der gleichen Anlage zu kompensieren. Dies natürlich nur, wenn die ISU genügend groß dimensioniert ist.
Einfacher Antriebsschutz
Erfahrungen zeigen, dass sich der Gleichstromantrieb bei Netzausfall im generatorischen Betrieb in einem kritischen Bereich befindet. Der Asynchronantrieb beherrscht diese Extremsituation, indem der netzseitige Wechselrichter (ISU) den Antrieb sofort abschaltet. Folglich kann der Wechselrichter nicht kippen, was bei Gleichstromantrieben zu Sicherungs- oder Thyristorausfällen führte. Beim neuen Asynchronantrieb zeigen sich am AC-Motor wie auch an den Power-Einheiten keine Probleme, die Fehlermeldung wird zurückgesetzt, das System wieder eingeschaltet und die Bahn kann weiterfahren. Die Standardausführung der Asynchronmotoren in Schutzart IP 54 kann ohne Einschränkungen im Freien aufgestellt werden. Luftfeuchtigkeit und Temperaturdifferenz spielen keine große Rolle mehr und natürlich wird das gesamte Kommutierungsthema hinfällig.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad des Asynchronmotors (bei Leistungen >110 kW) liegt bei >96 %; dies ist im Vergleich zum Gleichstrommotor eine massive Verbesserung und zahlt sich in barer Münze aus. Für den Gesamtwirkungsgrad des Antriebs müssen jedoch die Schaltverluste (ca. 3 %) des Frequenzumrichters eingerechnet werden.
Die Weiterentwicklung der IGBT-Frequenzumrichter mit den entsprechend schnellen Ansteuerverfahren erlaubt heute einen uneingeschränkten 4-Quadranten-Betrieb, was bei einer Seilbahn unabdingbar ist. Damit ist auch die Epoche der Frequenzumrichter mit Zwischenkreis-Bremschopper und Bremswiderstand (Energieverheizung!) bei diesen Anwendungen abgelaufen. Das ist ein zusätzlicher und wesentlicher Beitrag, die Energiebilanz einer Seilbahn zu verbessern.
Hohe Zuverlässigkeit
Die modular aufgebauten Frequenzumrichter bewähren sich in der Industrie schon seit mehreren Jahren. Die Leistungsteile sind bei Netz- wie Motorumrichter identisch, ein großer Nutzen für die notwendigen Reserveteile und die Verfügbarkeit. Für die Programmierung wird eine Standardsoftware verwendet, die sehr anwenderfreundlich aufgebaut ist. Der eingesetzte Standard-Asynchronmotor ist sehr robust und wartungsfrei (keine Ersatzkohlen und Filtermatten) und auch die vom Gleichstrommotor bekannte Ablagerung von Kohlenstaub verschwindet aus den Maschinenräumen.
Nach dem Wechsel vom Ward-Leonard- auf den Thyristor-Gleichstromantrieb Anfang der 80er Jahre wurde mit den neuen ABB-Asynchronantrieben mit netzrückspeisefähigen Frequenzumrichtern ein weiterer Fortschritt bei den Seilbahnantrieben vollzogen. Sie sind jetzt eigentlich Antrieb, Oberwellenfilter und Blindleistungskompensatoren in einem.
ABB Normelec AG
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Mit neuem Asynchronantrieb sind bereits in Betrieb: Pendelbahn Stechelberg-Mürren, Sesselbahn Bänkli in Arosa sowie die Standseilbahnen Funambul in Neuenburg, Lugano-San Salvatore, Handegg-Gelmersee und Biel-Magglingen.
