I. Einleitung Hochspannungs-Frequenzumrichter (FU) erfordern in industriellen Produktionsbereichen wie Energie, Chemie, Kohlebergbau und Metallurgie höchste Zuverlässigkeit. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Zuverlässigkeit von FU, wobei Wärmeabfuhr und Belüftung entscheidende Aspekte im Konstruktionsprozess darstellen. FU sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, darunter HLU-H, Direktreihenschaltung, Neutralpunkt-geklemmte Mehrpegel-FU und Kaskaden-FU. Der Wirkungsgrad dieser FU-Typen erreicht in der Regel 96–98 %. Aufgrund ihrer hohen Leistung erzeugen sie jedoch im Normalbetrieb erhebliche Wärmemengen. Um den ordnungsgemäßen Betrieb der Geräte zu gewährleisten und diese Wärme abzuführen, sind optimierte Wärmeabfuhr- und Belüftungssysteme sowie eine durchdachte Konstruktion und Berechnung zur Erzielung einer effizienten Wärmeabfuhr unerlässlich für die Verbesserung der Gerätezuverlässigkeit. Hochspannungs-FU weisen eine hohe Ausgangsleistung auf, wobei 4 % ihrer Leistungsverluste hauptsächlich als Wärme an die Betriebsumgebung abgegeben werden. Wird die Betriebstemperatur im Frequenzumrichterraum nicht umgehend und effektiv reguliert, gefährdet dies den sicheren Betrieb des Frequenzumrichters. Übermäßige Temperatur führt letztendlich zum Auslösen des Überhitzungsschutzes. Um optimale Betriebsbedingungen für den Frequenzumrichter zu gewährleisten, müssen Maßnahmen zur Temperaturkontrolle sowohl des Frequenzumrichters als auch der Umgebungstemperatur ergriffen werden. II. Kühlmethoden Basierend auf der Erfahrung mit Frequenzumrichtern werden umfassende Kühlsystemlösungen für verschiedene Anwendungsbereiche angeboten. Gängige Kühlmethoden sind: (1) Offene Kanalkühlung; (2) Geschlossene Klimaanlagenkühlung; (3) Geschlossene Luft-Wasser-Kühlung; (4) Wasserkühlung des Gerätegehäuses; (5) Kombinationen der oben genannten Methoden. 1. Offene Kanalkühlung 1.1 Kühlprozess: Kalte Luft strömt durch den Lufteinlassfilter des Frequenzumrichterraums in den Frequenzumrichter. Nach der Kühlung wird die warme Luft über den Kanalauslass des Frequenzumrichters abgeführt. 1.2 Installationsmethode Die Installation der offenen Kanalkühlung ist relativ einfach. Öffnen Sie einfach zwei Lüftungsöffnungen an der Wand des Wechselrichterraums, installieren Sie Filter und führen Sie den Luftauslasskanal, wie in Abbildung 1 dargestellt, durch die obere Abdeckung des Wechselrichterschranks nach außen. 1.3 Systemmerkmale (1) Einfache Konstruktion, geringer Wartungsaufwand; (2) Niedrige Kosten; (3) Betriebsstabilität abhängig von der Umgebung. 2. Klimatisierung (geschlossene Kühlung) 2.1 Auswahl der Kapazität Wählen Sie die Kapazität der Klimaanlage entsprechend der Wärmeentwicklung des Wechselrichters und der nutzbaren Fläche des Kontrollraums. 2.2 Installationsmethode Bei der Installation einer Klimaanlage im Wechselrichterraum sollte der Kontrollraum so klein wie möglich und gut abgedichtet sein, um eine Erwärmung durch hohe Außentemperaturen im Sommer zu vermeiden. Die genaue Anordnung der Geräte ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Klimaanlage kann je nach Gegebenheiten vor Ort auf beiden Seiten des Wechselrichters installiert werden. 2.3 Systemmerkmale (1) Schnelle und effiziente Kühlung (2) Kindersicherung zur Vermeidung von Fehlbedienungen (3) Weitwinkel-Luftzufuhr für eine gleichmäßige und angenehme Raumtemperatur (4) Schutz vor Kaltluft, für eine komfortable Luftzufuhr (5) Unabhängige Entfeuchtung (6) Start bei niedrigen Temperaturen und niedriger Spannung (7) Außengerät für den Betrieb bei hohen Temperaturen geeignet (8) Geschlossene Kühlung im Innenbereich (9) Hohe Kühlleistungsreserve 3. Geschlossene Luft-Wasser-Kühlung 3.1 Funktionsprinzip Das Luft-Wasser-Kühlsystem ist ein hocheffizientes, umweltfreundliches und energiesparendes Kühlsystem, dessen Anwendungstechnologie in China führend ist. Aufbau und Funktionsprinzip sind in Abbildung 3 dargestellt: Die vom Frequenzumrichter erzeugte Warmluft wird über den Luftkanal mit fest installierten Wasserkühlleitungen zum Kühler geleitet. Der Kühler ist mit kaltem Wasser mit einer Temperatur unter 33 °C gefüllt. Nachdem die Warmluft den Kühlkörper durchströmt hat, gibt sie Wärme an das kalte Wasser ab und wird als kalte Luft aus dem Kühlkörper ausgestoßen. Die Wärme wird durch das zirkulierende Kühlwasser abgeführt, wodurch sichergestellt wird, dass die Umgebungstemperatur im Frequenzumrichter-Steuerraum 40 °C nicht übersteigt. Der Luftkühler muss in einem geschlossenen System installiert werden. Um die Kühlwirkung zu optimieren, sollte der Platzbedarf des Geräts so gering wie möglich sein. Das dem Luftkühler zugeführte Wasser ist industrielles Kreislaufwasser. Zum Schutz des Geräts muss das Kreislaufwasser einen neutralen pH-Wert aufweisen und frei von Verunreinigungen sein, die Kupfer und Eisen korrodieren oder beschädigen könnten. Der Wassereintrittsdruck beträgt üblicherweise 0,2–0,3 MPa, die Wassereintrittstemperatur ≤ 33 °C. Die Wartung des Luftkühlers ist einfach und unkompliziert und erfordert in der Regel alle sechs Monate eine Wartung, einschließlich des Spülens der Kühlleitungen. 3.2 Aufbau und Installation: Ein System besteht aus einem Frequenzumrichter und zwei Luftkühlern; der Ausfall eines einzelnen Geräts hat keine wesentlichen Auswirkungen auf das System. Die genaue Anordnung der Geräte ist in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt. Der Luftkühler kann je nach den Gegebenheiten vor Ort an der Vorder- oder Rückseite des Frequenzumrichters installiert werden. [align=center] [/align] Reicht die Wasserversorgung vor Ort nicht aus, kann ein unabhängiges Kühlwassersystem bereitgestellt werden, um sich an die Gegebenheiten anzupassen. Diese Lösung ergänzt das bestehende Kühlsystem um einen unabhängigen mechanischen Kühlturm, eine Wasseraufbereitungsanlage, eine Druckerhöhungsstation usw., um den unabhängigen Kühlbedarf des Projekts zur Nachrüstung der Frequenzumrichteranlage vor Ort zu decken. Zudem wird eine gewisse Kühlwassermenge für das industrielle Kühlwassersystem vor Ort reserviert, um eine Reserve für zukünftige Anlagenerweiterungen zu schaffen. 3.3 Sicherheitsbewertung Die Anlage wird außerhalb der Wand des Hochspannungs-Frequenzumrichter-Verteilerraums installiert. Sie ist über den Luftkanal direkt mit dem Abluftanschluss auf dem Frequenzumrichterschrank verbunden. Dies verbessert die Betriebseffizienz des Kühlers und ermöglicht die direkte Kühlung der vom Frequenzumrichter abgegebenen Warmluft. Gleichzeitig wird das Risiko schwerwiegender Unfälle durch Brüche und Leckagen der Kühlwasserleitung im Hochspannungsraum vermieden, welche die Betriebssicherheit der Hochspannungsanlagen gefährden könnten. Um zu verhindern, dass sich an der Auslassseite des Luftkühlers Kondenswasser bildet und in den Raum gelangt, wurden Luftauslass, Windgeschwindigkeit und weitere Parameter des Luftkühlers so ausgelegt und berechnet, dass ein sicherer und stabiler Betrieb unter optimalem Druck gewährleistet ist. Zusätzlich ist an der Auslassseite des Luftkühlers eine Sprühplatte installiert, die verhindert, dass bei einem Leck Wasser in den Raum gelangt. So kann austretendes oder sich ansammelndes Wasser direkt nach außen abgeleitet werden. Die Komplettlösung des Kühlsystems reduziert effektiv die Ausfallrate des Hilfssystems und minimiert die Auswirkungen auf die Betriebssicherheit der Hauptanlage. 3.4 Systemmerkmale (1) Das Gerät ist einfach und schnell zu installieren. (2) Das Gerät zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer, geringe Ausfallrate und zuverlässigen Betrieb aus. (3) Die Betriebskosten des Geräts betragen nur ein Drittel bis ein Viertel der Kosten einer Klimaanlage mit gleicher Wärmeleistung. (4) Die luftdichte Kühlung im Innenraum sorgt für saubere und hygienische Luft; der Frequenzumrichter ist wartungsarm. (5) Eine Filterreinigung ist nicht erforderlich. (6) Im Falle eines Unfalls kann eine Belüftungskühlung eingesetzt werden, ohne die Anlagensicherheit zu beeinträchtigen. (7) Die Kühlleistung verfügt über eine Reserve. 4. Wasserkühlung des Anlagenkörpers: Aus Sicht der Wärmeabfuhr ist die Wasserkühlung ideal. Allerdings stellt das Wasserkreislaufsystem hohe Anforderungen an die Prozesse, erfordert eine komplexe Installation und einen hohen Wartungsaufwand. Zudem birgt ein Wasserleck Sicherheitsrisiken. Daher sollte in Situationen, in denen Luftkühlung das Problem lösen kann, auf Wasserkühlung verzichtet werden. 5. Vergleich der Kennzahlen und Betriebskosten des Kühlsystems: Die Kennzahlen und Betriebskosten verschiedener Kühlmethoden werden in der folgenden Tabelle verglichen: III. Fazit: Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Nord-Süd-Ausrichtung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Anlagensicherheit sowie gemäß dem Servicekonzept „Das Passendste ist das Beste“ bieten wir maßgeschneiderte Lösungen für Hochspannungs-Frequenzumrichter-Kühlsysteme, die den tatsächlichen Bedürfnissen der Anwender entsprechen und optimale Systemleistung, Sicherheit, Stabilität und hohe Wirtschaftlichkeit gewährleisten. Bei Hochspannungs- und Höchstleistungs-Frequenzumrichtern über 1600 kW bietet die Luft-Wasser-Kühlung weiterhin hohe Anpassungsfähigkeit und technische Vorteile. Das Projekt eines 2×3400-kW-Frequenzumrichters mit Saugzugventilator in einem Kraftwerk der Provinz Shanxi demonstrierte eindrucksvoll, dass die vollständig abgedichtete Luft-Wasser-Kühlung zu exzellenter Betriebsleistung und hoher Sicherheit führte und somit die Vorteile dieser Kühlmethode für Hoch- und Höchstleistungsanwendungen aufzeigte. Sie verbesserte die Sicherheit und Stabilität des Produkts signifikant und senkte gleichzeitig den Sekundärenergieverbrauch und die Wartungskosten erheblich, was die hervorragenden wirtschaftlichen Gesamtvorteile des Projekts unterstreicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung und Auswahl neuer, effizienter Wärmeabfuhrtechnologien für die Kühlung von Hochspannungs-Frequenzumrichtern eine wichtige Maßnahme zur Verbesserung der Anlagenzuverlässigkeit darstellt.