Energie und Strom
Energieversorgung im Bergbau
Power Quality Optimierung für Bergbau-Unterstationen mittels Active Front End (AFE)
Aktualisierung: 2026-01-12
Problemdefinition
Branchenherausforderungen
- 01 Instabile Energieversorgung in abgelegenen Bergbaugebieten (Remote Grids)
- 02 Hohe Belastung durch nichtlineare Verbraucher wie Brecher, Mühlen und Förderbänder
- 03 Strenge regulatorische Anforderungen an die Netzrückwirkung (Grid Codes)
Spezifische Schwachstellen
- Häufige Ausfälle von Steuerelektronik durch hohe Oberschwingungsbelastung (THDi)
- Überhitzung von Transformatoren und Kabeln durch Blindleistungsanteile
- Spannungseinbrüche bei Lastspitzen in 'weichen' Netzen (niedrige Kurzschlussleistung)
Analyse des Ist-Zustands
"Einsatz von 6-Puls-Gleichrichtern ohne ausreichende Filterung führt zu THDi-Werten > 30% Niedriger Leistungsfaktor (cos φ < 0,8) erfordert Überdimensionierung der Dieselgeneratoren oder Transformatoren Passive Filterlösungen sind aufgrund variabler Lastprofile im Bergbau oft ineffektiv oder verursachen Resonanzen"
Leistungsauswirkungen
Spannungsunsymmetrie
< 2%
Wirkungsgrad Afe System
≥ 96.5%
Thdi (Total Harmonic Distortion Current)
< 5% am PCC
Leistungsfaktor (Displacement Power Factor)
Einheit (1.0) oder regelbar 0.9 cap bis 0.9 ind
Schutzart
IP54 oder höher (Schutz gegen leitfähigen Staub)
Nennspannung
690V AC (Niederspannung) oder 3.3kV / 6.6kV (Mittelspannung)
Schaltfrequenz Igbt
2.5 kHz bis 4 kHz (optimiert für Filtergröße)
Umgebungstemperatur
-20°C bis +50°C (mit Derating)
Technische Verifizierung
Diese Lösung wurde von Atlamech Engineering nach folgenden Standards validiert:
Details anzeigenTechnischer Umfang
- Integration von Active Front End (AFE) Frequenzumrichtern für Großantriebe (Mühlen, Lüfter)
- Installation von aktiven Oberschwingungsfiltern (AHF) am Verknüpfungspunkt (PCC)
- Implementierung einer Echtzeit-Netzüberwachung zur Einhaltung der IEEE 519
Compliance-Standards
IEEE 519-2014 (Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems)
IEC 61000-2-4 (Elektromagnetische Verträglichkeit in Industrieanlagen)
EN 50160 (Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen)
Implementierungsstrategie
Phase 1 (Woche 1-2): Netzqualitätsmessung und Lastprofilanalyse vor Ort. Phase 2 (Woche 3-5): Simulation der Netzrückwirkungen und Dimensionierung der AFE-Einheiten sowie LCL-Filter. Phase 3 (Woche 6-14): Beschaffung, Installation und Integration in die Mittelspannungsschaltanlage. Phase 4 (Woche 15-16): Inbetriebnahme, Stresstests unter Volllast und Validierungsmessung.
Wichtigste Liefergegenstände
Reduktion der harmonischen Gesamtverzerrung (THDi) auf < 5%
Stabilisierung des Leistungsfaktors auf cos φ > 0,96 (induktiv bis kapazitiv regelbar)
IEEE 519 Konformitätszertifikat für den Netzanschlusspunkt
Beratungsnotizen
Auslegungskriterien für AFE im Bergbau
Bei der Implementierung von AFE-Technologie in 'weichen Netzen' (niedriges Short Circuit Ratio, SCR < 20) muss besonderes Augenmerk auf die Regelstabilität gelegt werden. Standard-AFE-Einstellungen können zu Schwingungen führen.
- Common Mode Voltage: AFE-Umrichter erzeugen erhöhte Gleichtaktspannungen. Isolierte Lager für Motoren und geschirmte Kabel sind zwingend erforderlich.
- Höhenkorrektur: Viele Minen liegen >1000m über dem Meeresspiegel. Ein Derating der Leistungselektronik von ca. 1% pro 100m oberhalb 1000m ist einzuplanen.
- Filterung: LCL-Filter müssen so dimensioniert sein, dass die Resonanzfrequenz nicht durch Netzimpedanzänderungen angeregt wird.
Wartungsintervall für Lüfter und Filtermatten: Monatlich aufgrund hoher Staubbelastung.
Infrastruktur-Taxonomie
Active Front End (AFE) Frequenzumrichter (Low Harmonic Drives)
Aktive Oberschwingungsfilter (Active Harmonic Filters - AHF)
LCL-Filtermodule
Netzqualitätsanalysatoren (Class A Power Quality Analyzer)
Typische Anwendungsmuster:
Retrofit von Kugelmühlen-Antrieben mit regenerativen AFE-Einheiten
Zentrale Kompensation an der Hauptsammelschiene einer Untertage-Station
Anbindung von PV-Anlagen an das Inselnetz (Microgrid) zur Diesel-Reduktion
Wissensgebiete
Zusammenfassung der technischen Beziehungen
Verwendete technische Komponenten
LCL-Filter, Active Front End (AFE) Frequenzumrichter
Technische Einschränkungen
Umgebungstemperatur, Wirkungsgrad
Kern-Optimierungslogik
Schaltfrequenz IGBT, Echtzeit-Netzüberwachung
Zusammenfassung der Implementierungsbeispiele
Projekt-Kurzbeschreibung
Implementierung von Active-Front-End-Technologie zur Leistungsqualitätsoptimierung in Bergbau-Unterstationen
Systemmaßstab
Installation an einer 6.6kV-Mittelspannungs-Unterstation mit einer Nennleistung von 2.5 MVA.
Betriebsbedingungen
Betrieb bei Umgebungstemperaturen von -15°C bis +45°C und hoher Staubbelastung in der Bergbauumgebung.
Implementierungsbeschränkungen
Einhaltung von IEEE 519-2014 für Oberschwingungen und EN 50160 für Spannungsqualität bei begrenztem Bauraum.
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