Dem steigenden Wasserbedarf auf Kreta begegnet das griechische Ministry of Infrastructures, Transportations and Networks mit dem vor einigen Jahren begonnenen Aposelemis-Projekt, das hauptsächlich aus dem Aposelemis-Damm und dem gleichnamigen Wasserüberleitungstunnel besteht. Das durch den Damm aufgestaute Wasser wird über Pumpleitungen nach Heraklion und Agios Nikolaos gefördert und nach entsprechender Aufbereitung in die jeweiligen Trinkwassernetze eingespeist.

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Der 3,5 Kilometer lange Aposelemis-Tunnel hat eine Neigung von 15 Prozent und wird nach Fertigstellung Wasser vom etwa 800 Meter hoch gelegenen Lassithi-Plateau in den circa 600 Meter tiefer gelegenen Stausee überleiten. Der mit Betonfertigteilen ausgekleidete Tunnel mit einem Innendurchmesser von 4,35 Meter wird dazu eine 1,8-Meter-Stahlrohrleitung mit einer Durchflussmenge von maximal 20 Kubikmeter pro Sekunde aufnehmen. Als Auftragnehmer für den Aposelemis-Tunnel fungiert die griechische Baufirma Intrakat S. A. Sie bedient sich der Serviceleistungen der Jäger Bau GmbH, genauer der Lieferung des gesamten Tunnelvortriebsgerätes, des Schlüsselpersonals und des Know-hows.

Die 1995 gebaute Doppelschild-Tunnelbohrmaschine wurde für diesen Auftrag seitens Jäger Bau generalüberholt und auf den neuesten Stand gebracht. Die Tunnelvortriebseinrichtung wurde mit einem komplett neuen, etwa 165 Meter langen Nachlaufsystem ausgestattet, das aus 23 zusammenhängenden Nachläuferwagen besteht. Auf diesem Nachlaufsystem werden sämtliche Baugruppen untergebracht, die für den Betrieb der Tunnelbohrmaschine erforderlich sind. Im Zuge dieser Generalüberholung ersetzte Jäger Bau auch die bisherige und mittlerweile veraltete Frequenzumformung für die sechs 250-Kilowatt-Bohrkopfantriebsmotoren durch eine neue Anlage.

Jäger Bau entschied sich nach Vergleich und Verhandlungen der verschiedenen Angebote sämtlicher Anbieter für Danfoss als Entwicklungspartner der neuen Frequenzumformung. Die Danfoss-Techniker erarbeiteten gemeinsam mit der Maschinentechnik von Jäger Bau eine Lösung mit wassergekühlten Vacon-NXP-Frequenzumrichtern, die überzeugen konnte.

Die Antriebsregelung des Bohrkopfs

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Den Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine mit einem Durchmesser von 4,93 Metern treiben sechs Motoren mit je 250 Kilowatt und jeweils einem Planetengetriebe über einen großen Zahnkranz an. Die Regelung dieser Motoren übernehmen sechs wassergekühlte Vacon-NXP-690-Volt-Frequenzumrichter mit 355 Kilowatt, die jeweils für einen Motor zuständig sind. »Jeder Motor wird durch einen eigenen Vacon-NXP-Frequenzumrichter geregelt. Die Antriebe sind dabei völlig unabhängig voneinander. Dies bedeutet, dass der Bediener jeden Umrichter von der Leitwarte aus ein- und ausschalten kann. Safe Torque Off (STO) kommt im Notfall zum Einsatz, um die Frequenzumrichter sicher abzuschalten. All dies macht das System redundant und die Bedienung einfach und sicher«, so H. Gütter von Jäger Bau.

Die Lastverteilung zwischen den sechs Antriebsmotoren erfolgt über eine umrichterspezifische »Load Drooping«-Funktion. Sie sorgt für die gleichmäßige Verteilung des Drehmoments auf alle sechs Antriebsmotoren mittels lastabhängiger Optimierung der Motordrehzahl. Als positiver Nebeneffekt reduziert dies auch die Abnutzung der Mechanik. Durch die unabhängige Parallelschaltungskonfiguration der Frequenzumrichter entfällt die sonst notwendige Kommunikation zwischen den Umrichtern. Sie bietet außerdem eine hohe Redundanz. Auch das Abschalten eines einzelnen Umrichters über die Leitwarte ist möglich.

Maßgefertigter Schaltschrank

Die größte Herausforderung war die Unterbringung der zwei Schaltschränke der NXP-Frequenzumrichter im Nachlaufsystem der Tunnelvortriebseinrichtung, das für großvolumige Komponenten wie den Schaltschränken einen nur sehr beschränkten Einbauraum zur Verfügung stellt. Eine Standardlösung kam dafür nicht infrage. Vielmehr musste in Zusammenarbeit mit Jäger Bau und dem Planer des neuen Nachlaufsystems eine spezifische, den beengten Platzverhältnissen angepasste Sonderlösung entwickelt werden.

Die Umrichter befinden sich in zwei maßgefertigten Rittal-Schaltschränken in Schutzart IP55 auf einem der 23 Nachläuferwagen. Die Frequenzumrichter sind mit einem Sicherungslasttrennschalter sowie Netzdrosseln auf der Eingangsseite und einem du/dt-Ausgangsfilter versehen. Im Schaltschrank befindet sich zudem ein geschlossener Kühlkreislauf mit zentralem Wasser/Wasser-Wärmetauscher, redundanten Pumpen sowie Sensorik zur Regelung und Überwachung von Druck/Durchfluss und Temperatur.

Flüssigkeitsgekühlte Vacon-NXP sind besonders für den Einsatz auf engem Raum geeignet. Da er keine Luftkanäle erfordert, ist der Frequenzumrichter extrem kompakt gebaut. Daher benötigen die NXP auch keine Klimaanlage oder große Kühlgebläse. Dank seines effektiven Kühlkörpers ist die Kühlung der Umrichter besonders effizient. Der Umrichter gibt fast keine Wärmeverluste direkt an die Luft ab.

Vacon NXP ist eine Hochleistungsregelungsplattform für alle anspruchsvollen Antriebsanwendungen, die sowohl offene als auch geschlossene Regelkreise für Asynchron- und PM-Motoren unterstützt. Dank der steckbaren Feldbus-Optionskarten war es möglich, den Antrieb optimal an die PLC der Tunnelbohrmaschine per Ethernet/IP anzukoppeln. Die Feldbustechnik ermöglicht eine bessere Regelung und Überwachung der Anlage über den Leitstand, bei geringem Verkabelungsaufwand.

Reibungslose Inbetriebnahme

Die Vacon-NPX-Frequenzumrichter verfügen über eine benutzerfreundliche, abnehmbare grafische Bedieneinheit. Der Inbetriebnahmeassistent gewährleistet eine schnelle und effektive Einrichtung und Parametrierung des Umrichters. Die Bedieneinheit unterstützt dabei mehrere Sprachen. Außerdem sind eine Sicherung und das Kopieren der Parameter über den internen Speicher des Bedienfelds möglich. Dies alles macht die Einrichtung der Frequenzumrichter sehr einfach. Um wirklich sicher zu sein, dass bei der Inbetriebnahme der Tunnelbohrmaschine in Griechenland alles reibungslos abläuft, waren die Spezialisten von Danfoss vor Ort.

Die Danfoss-Techniker unterstützten Jäger Bau über den gesamten Projektzeitraum – von der ersten Planung über den Aufbau der Schaltschränke bis zu deren Einbau auf dem Nachlaufsystem der Tunnelbohrmaschine. »Durch eine sorgfältige Planung und gründliche Diskussion und Abstimmung der verwendeten Elektrotechnik waren wir in der Lage, die bestmögliche und kostengünstigste Lösung finden, um die spezifischen Kundenanforderungen zu erfüllen«, so der Projektleiter Gerhard Mayer, Sales Director Austria Danfoss GmbH.