Notstrom, unterbrechungsfreie Stromversorgung USV

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Auswirkungen und verfahrenstechnische
Massnahmen
EMSRL-Technik in der Abwasserentsorgung
Swiss Water
Pollution Control
Association
Associazione svizzera
dei professionisti
della protezione
delle acque
Association suisse
des professionnels
de la protection
des eaux
Verband Schweizer
Abwasser- und
Gewässerschutzfachleute
Netzausfall – ein relevantes Szenario ?
Basler Zeitung 20.Juni 2009
Die Zeit 9.Sept 2011
Die Zeit 9.Sept 2011
28. Sept 2003 Italien
57 Mio Personen bis 18h ohne Strom
22. Juni 2005 CH
Gesamtes Eisenbahnnetz der SBB
während 3 Stunden gestoppt
25. Nov 2005 D
Münsterländer Stromausfall, extremer
Schneefall, 250’000 Personen, bis zu
3 Tage ohne Strom
4. Nov 2006 Europa
Teile von Deutschland, Frankreich,
Belgien, Italien, Österreich, Spanien
waren bis zu 2h ohne Strom
30. Jan 2008 D
Karlsruhe, 300’000 Personen für über 1h
ohne Strom
EMSRL-Technik in der Abwasserentsorgung Holinger AG/THM
22. September 2011
2
Netzausfall – ein relevantes Szenario ?
22. September 2011
3
Stromausfall bei ARA – mögliche Schäden
Grundsätzlich muss unterschieden werden in:
- Gewässerverschmutzung aufgrund ungereinigtem Abwasser
- Schäden auf der ARA selbst (evtl. Folgeschäden von Stromausfall)
22. September 2011
4
Stromausfall bei ARA – Analyse Zulaufpumpwerk
Führt ein Kanalisationsrückstau bei Stromausfall zu:
a) Gewässerverschmutzung ?
b) oder Überflutungsschäden ?
Falls ja,
notstrombetriebenes
Pumpwerk notwendig
Alternative für mehrstündigen Stromausfall – Nutzung Mischwasserbecken
22. September 2011
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Stromausfall bei ARA – Analyse Rückstau vor ARA
• Entlastungenskoten im
Netz ?
ARA
• Wasserstände bei
Niedrigwasser ?
• Fischsterben möglich?
• Trinkwasserverschmutzung möglich ?
• Bei längerem
Stromausfall ist auch
Trinkwasserverbrauch
eingeschränkt (Analyse
TW-Reservoire)
22. September 2011
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Abwasserreinigung – Trockenheit und Hitze
Aus:
August 2003
22. September 2011
7
Stromausfall – Notpumpbetrieb auf ARA ?
Hat Stromausfall Rückstau
vor ARA mit Schaden
(Gewässerverschmutzung,
Überflutung) zur Folge ?
Kein
notstrombetriebener
Pumpbetrieb zur
ARA notwendig
nein
ja
Abwasserrückhaltemöglichkeiten vor der ARA
(z.B. Mischwasserbecken?
ja
Reicht Kapazität
Rückhaltemassnahmen zur
Verhinderung von Schäden ?
Abwasserrückhaltemöglichkeiten
für Rückhalt nutzen
(Betrieb mit
Notstrom)
nein
Notstrombetriebenes
Zulaufpumpwerk auf
ARA notwendig
Zentrale Komponenten für
Minimalreinigung müssen
mit Notstrom betrieben
werden können
22. September 2011
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Notstrombetrieb – Mechanische Reinigungsstufe
- Abwasser muss immer abfliessen können !
- Blockieren des Rechens verhindern (Bypass)
- Sandfang und VKB können für Stunden auch ohne Strom betrieben werden
22. September 2011
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Notstrombetrieb – Biologische Reinigungsstufe
- Grundsatz 1 = Biologie und Nachklärung im Notstrombetrieb nur betreiben, wenn
Schadensanalyse zeigt, dass Notwendigkeit besteht
- Grundsatz 2 = Falls Biologie und Nachklärung im Notstrombetrieb, muss volle
Reinigungsleistung gewährleistet werden
- Schlammabtrieb verhindern !!
- Auswaschen der Nitrifikanten verhindern
22. September 2011
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Stromausfall bei ARA – mögliche Schäden
Grundsätzlich muss unterschieden werden in:
- Gewässerverschmutzung aufgrund ungereinigtem Abwasser
- Schäden auf der ARA selbst (evtl. Folgeschäden von Stromausfall)
22. September 2011
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Notstrombetrieb – Schlammbehandlung + Gasverwertung
- Achtung: Biogasbildung geht auch bei Stromausfall weiter !
- Fackelzündung braucht Strom (evtl. in Notstromkonzept einbinden)
- Folgen von längerem Anspringen der Überdrucksicherung beachten
- Personenschutz: wichtige Lüftungsaggregate in Notstromkonzept einbinden
22. September 2011
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Stromausfall– Schadensverhinderung auf der ARA
- EMSRL-Komponenten im Notstrombetrieb (siehe Folgefolien von F. Rieder)
- Kontrolle aller Absperrarmaturen
In welcher Position ist die Absperrarmatur bei Stromausfall sicher?
In welche Position geht die Absperrarmatur bei Stromausfall?
Achtung z.B. bei:
- Heber- und Entleerungs-Problemen
- Dosier-, Trinkwasser- und Brauchwasserleitungen
(Stromlos schliessende Magnetventile vorsehen,
Pneumatikventile mit Feder vorsehen)
- Verhindern von Folgeschäden Stromausfall (z.B. Überflutungsschaden, wenn wichtige
Entwässerungspumpen nicht funktionieren)
- Check des Szenarios «Stromausfall» im Funktionsbeschrieb aller Aggregate in Bezug
auf vorgängig erstelltes Notstromkonzept
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Stromausfall– Beispiel Heberproblem
- SBR-Becken kann bei Stromausfall durch Heberwirkung ungewollt in Vorlagebehälter
entleert werden
- Grosse pneumatische Schieber und Aumaschieber in Zulaufleitung – verharren bei
Stromausfall in Position
- Lösung = Entlüftungsrohr bei Hochpunkt, verhindert Heberwirkung
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Stromausfall– Beispiel Heberproblem
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Elektrotechnische Massnahmen
Planerische Massnahmen
EMSRL-Technik in der Abwasserentsorgung BG/Rdr
Swiss Water
Pollution Control
Association
dei professionisti
della protezione
delle acque
Association suisse
des professionnels
de la protection
des eaux
Verband Schweizer
Abwasser- und
Einleitung
Die Auswirkungen eines Stromausfalls auf einer ARA sind keine
rein elektrische Angelegenheit, sondern müssen schon bei der
Planung der Anlage durch den Verfahrensingenieur festgelegt
werden.
22. September 2011
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Ausfallszenarien
 Netzausfall im Mittelspannungsnetz (externe Störung)
 Sicherungsauslösung auf der Anlage durch Überlast oder Kurzschluss
(interne Störung)
 Abschaltung zu Revisionszwecken
22. September 2011
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Planerische Massnahmen
Prozesstopologie
 Die Anlage in möglichst unabhängige Prozesseinheiten einteilen
22. September 2011
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Prozesstopologie
 Jeder Prozesseinheit wird ihre Steuerung zugeordnet
Hauptverteilung
Unterverteilung
Gebäudetechnik:
Hilfsbetriebe:
-Beleuchtung
-Lüftung
-Heizung
- Druckluft
-Wasserversorgung
Prozess 1
Prozess 2
Speisung
Speisung
SPS
SPS
Steuerung
Steuerung
Aggregate
Messungen
Aggregate
Messungen
22. September 2011
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Programmmassnahmen
 Selbständiges Starten nach einem Netzunterbruch am definierten Ort
 Parameter in der SPS und nicht im PLS abspeichern
 Eingangssignal für Notstrombetrieb vorsehen
 Bestimmte Aggregate bei Notstrombetrieb verriegeln
 Einschaltsequenzen festlegen
22. September 2011
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Redundanzen
 Redundanzen bringen in der Regel eine Erhöhung der Verfügbarkeit
 Redundante Prozesse müssen auch mit redundanten Steuerungen ausgerüstet
werden
 Redundante Systeme sollten voneinander unabhängig sein
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Redundante CPU
CPU 1
CPU 2
I/O
I/O
I/O
I/O
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Netzverteilung
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Einspeisung
 2 Zuleitungen
 Ausfallwahrscheinlichkeit morgen ?
 Parallele Trafos
 Netzersatzanlage fix
 Netzersatzanlage mobil
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Regenbecken mit Pumpwerk in Burgdorf





Kanalisation unter Vorfluter
Hohe Verfügbarkeit
7 Pumpen à 160kW
Leistung 7'000 l/s
Leerlaufverluste Trafo
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Netzqualität
 Spannungsabfälle
 Netzunsymmetrien
 Oberwellenbelastung
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Blitzschutz, Überspannungsschutz
 Geeignete Massnahmen vorsehen
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Selktivität
 Einsatz von Leistungsschaltern
 Leistungsselektivität
 Zeitliche Selektivität
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Reparaturzeiten minimieren
 Ersatzteilhaltung
 Stecksysteme
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Alarmierung
 Die Stillstandszeit bei einert inneren Störung ist auch von der Funktionalität der
Alarmierungs- und Serviceorganisation abhängig
 Der Alarmserver ist unabhängig von der restlichen Anlage und Notstrom versorgt
 Die Kommunikationswege müssen sichergestellt sein
 Weiterleitung zu einem Alarmierungsanbieter Prüfen
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Notstromkonzept
Das Notstromkonzept wird nicht festgelegt wenn die Anlage
fertig ist, sondern wenn mit der Planung begonnen wird. Es
fliesst auch in alle Ausschreibungen der Anlage ein.
22. September 2011
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Notstromkonzept
Notstromberechtigte Verbraucher
 Kein Unterbruch erlaubt
 Kurze Unterbrechung erlaubt (1-10s)
 Starten einer Notstromgruppe
 Einschalten einer USV im Standbybetrieb
 Längere Unterbrechung erlaubt (einige Stunden)
 Organisation einer mobilen Notstromgruppe
 Die Autonomie von jeder USV Anlage ist begrenzt
 Autonomiezeit festlegen
 Massnahmen am Ende der Autonomiezeit bestimmen
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Notstromkonzept
Netzersatzanlagen
 BHKW
 Eigene Gasreserven
 Erdgasanschluss
 Notstromgruppe mit Dieselmotor
 Mobile Notstromgruppe
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Hauptverteilung ARA Burgdorf
Funktionstest Notstromgruppe
 Anlage herunterfahren
 Spannungsausfall simulieren
 Notstromgruppe startet und übernimmt Last
 Notstrombetrieb
 Anlage fährt hoch
 Spannungsrückkehr
 Notstromgruppe synchronisiert aufs Netz
 Netz übernimmt unterbruchsfrei die Last
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Notstromkonzept
USV Anlagen
 Dauerbetrieb (Netzfilter)
 Statischer Bypass
 ECO-Mode Betrieb (20ms)
 Manueler Pypass
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Notstromkonzept
USV Anlagen
 Anlagen existieren für jede Grössenordnung
 3x400VAC, 1x230VAC, 24VDC
 Planung und Dimensionierung
 Der Hersteller hilft gerne
 Der Unterhalt ist sehr wichtig
 Regelmässige Autonomiekontrolle
 Batteriewechsel
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Sichere Speisung für 24VDC
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Notstromkonzept
Notlicht Anlagen




Spezielle USV Anlagen
Automatische Lichtumschaltung Netz - Notnetz
Dort einsetzen wo sie vorgeschrieben sind
Leuchten mit Batterien (Unterhalt)
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Swiss Water
Pollution Control
Association
dei professionisti
della protezione
delle acque
Association suisse
des professionnels
de la protection
des eaux
Verband Schweizer
Abwasser- und
 Der Stromausfall ist ein relevantes Szenario mit dem gerechnet werden
muss
 Schäden im Einzugsgebiet und Gewässer, sowie auf der ARA selbst
müssen verhindert werden
 Notstromkonzept muss vom Verfahrens- und Elektroingenieur mit dem
Betrieb entwickelt und umgesetzt werden
 Die Auswirkungen sind auf jeder Anlage anders. Eine individuelle Lösung
ist erforderlich
 Es bleibt immer ein Restrisiko. Der letzte Entscheid zwischen Kosten und
Nutzen ist politisch
Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit
en Guete
Swiss Water
Pollution Control
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dei professionisti
della protezione
delle acque
Association suisse
des professionnels
de la protection
des eaux
Verband Schweizer
Abwasser- und

Notstrom, unterbrechungsfreie Stromversorgung USV

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