Bürstenmodelle
Erdungsbürsten mit Zahnbürstenform
Im Allgemeinen eignen sich die Bürsten von Typ L und Typ S für mechanische Antriebsgeräte und kleinen Turbinengeneratoren. Die Bürsten des Typs LW sind für Anlagen in zentralen Kraftwerken mit einer Leistung von 100 MW bis über 1.000 MW geeignet.
Von den kleineren Bürsten führt der Typ-L etwa viermal so viel Strom wie der Typ-S bei gleicher Abnutzungsrate der Borsten ab. Aus diesem Grund ist die Bürste vom Typ-L die wirtschaftlichste unter den kleinen Bürsten in Bezug auf die Amperestunden pro Dollar und hat somit das längste Austauschintervall für Borstenelemente.
Für Turbinen-Generatoren schlagen wir folgende Erdungsbürsten vor:
Typ-L Bürsten
Die Bürsten von Typ L sind große und schmale Erdungsbürsten, die sich für den Einsatz bei Turbomaschinen in der Prozessindustrie, wie z.B. bei Luft- und Gaskompressoren, Pumpen und Motoren eignen und dabei die elektrostatischen und elektromagnetischen Streuströme sicher ableiteten können. Diese Bürsten eignen sich auch für kleinere Turbinengeneratoren und Elektromotoren. Die Borstenelemente sind für bis zu 50 MW pro Bürste oder bis zu 4 A DC kontinuierlich für ein Jahr Lebensdauer ausgelegt.
Typ-LW Bürsten
Die Bürsten von Typ LW sind große und breite Erdungsbürsten, die einen extrem niedrigen Übergangswiderstand und somit eine lange Lebenserwartung haben. Ausgelegt sind sie für Hochstromanwendungen bis ≤100 A. Der Einsatzgebiet dieser Bürsten findet sich vor allem bei großen Rotorwellen z.B. bei Turbinengeneratoren oder bei Schiffspropellerwellen. Die Borstenelemente sind für Leistungen bis 500 MW oder bis zu 100 A DC kontinuierlich für einen Jahr Lebensdauer ausgelegt.
Typ-S Bürsten
Die Bürsten von Typ S sind ähnlich wie die Bürsten von Typ-L. Sie eignen sich besonders für kleine und schnelllaufende Turbomaschinen bei verfahrenstechnischen Anlagen, bei denen der Einbauplatz gering ausfällt und die Wellenströme auch gering sind. Aufgrund der geringeren Größe verbrauchen sich die Borstenelemente, bei gleicher Stromstäke, schneller als es bei der Typ-L Bürste der Fall wäre. Ausgelegt sind die Bürsten für bis zu 25 MW pro oder bis zu 1 A DC kontinuierlich für ein Jahr Lebensdauer des Borstenelements.
Die tatsächlichen Zahlen über die Lebensdauer von Borstenelementen variieren stark, sodass die Lebensdauer durch viele Faktoren bei der Installation beeinflusst werden. Einige Beispiele hierfür sind: Restmagnetismus in Wellen und Gehäusen, Aufbau und Zustand eines Motors oder Generators. Bei höheren Wellenströmen steigt auch gleichzeitig die Geschwindigkeit des Borstenabbrandes deutlich an, was jedoch noch nicht gut verstanden oder vorhersagbar ist.
Die Anzahl der benötigten Bürsten pro Turbinen-Generator-Einheit variiert je nach Maschinendesign und Betriebsanforderungen. Faustregel: Verwenden Sie eine Typ-LW-Bürste pro 250 MW, wobei es aber notwendig ist, die Bürste durch Experimentieren mit Shunt-Widerständen an den Streustromausgang anzupassen. Für einen 1.500-MW-Block bräuchte man beispielsweise sechs Bürsten. Selbst wenn nur eine Bürste benötigt wird (bei einer 250-MW-Maschine), so wird dennoch empfohlen zwei Bürsten zu verwenden, da zum einen ein ganzes Paar einen zuverlässigeren Schutz gewährleisten kann und zum anderen der Erdschutz nicht verloren geht, wenn eine der Bürsten aufgrund von Wartungszwecken entfernt werden muss. Außerdem eliminiert ein Paar Bürsten die Wahrscheinlichkeit von Funkenbildung, da im Falle von nur einer funktionierenden Bürste immer noch 1-2 V auf der Welle wäre. Bei der Installation können gepaarte Bürsten nebeneinander oder durchgehend auf derselben Schiene eingerichtet werden.
Plunger Type Brush
Die Erdungsbürste von Typ-A eignet sich besonders für den axialen Einbau gegen ein Wellenende oder einen Bund. Dies ist oft die einzige zugängliche Stelle bei Nachrüstungen vor Ort, insbesondere wenn die Erdungsbürste während des Betriebs der Maschine in die Endplatte des Lagergehäuses eingebaut werden soll. Diese Bürste kann aber auch für den radialen Wellenkontakt gut geeignet sein. Die Borstenelemente sind für bis zu 25 MW oder bis zu 1 A DC kontinuierlich für ein Jahr Lebensdauer ausgelegt.
Zusammengefasst bedeutet das, dass alle vier Arten von Wellenerdungsbürsten so montiert werden können, dass sie tangential, radial oder axial und in jeder Position in Bezug auf die Drehung, einschließlich auf dem Kopf stehend (z. B. gegen die Unterseite der Welle), eingebaut werden können.
Alle Bürstentypen sind je nach Einbaubedingungen in unterschiedlichen Standardlängen lieferbar. Derzeit ist die kürzeste Baugruppe 6″ (15,24 cm); die längste 20″ (50,8 cm) lang. Das Bürstenelement ist 0,6″ (1.524 cm) für Typ-L-, Typ-S- und Typ-A-Erdungsbürsten breit. Das Bürstenelement Typ LW ist hingegen 2,0″ (5,08 cm) breit.
Zusätzliche Erwägungen bei der Verwendung
Wichtiger Hinweis: Nur die Arm- und Gehäuselänge variiert für ein bestimmtes Modell innerhalb jedes Typs. Die Größe des Borstenelements und alle anderen Abmessungen bleiben gleich. Zum Beispiel verwenden alle Typ-L-Bürsten das gleiche Borstenelement.
Wenn der Arbeitszyklus eines Turbinengenerators häufiges Starten/Stoppen oder einen hohen Betrieb mit einer Nennleistung von 2/3 oder weniger beinhaltet, erzeugen viele Einheiten während eines solchen Betriebs deutlich mehr elektrischen Streustrom auf der Welle. Wie viel mehr das im Einzelfall jedoch ist, ist unvorhersehbar. Als grobe Richtlinie für solche Situationen empfehlen wir, nur 2/3 der oben genannten Nennleistung pro Bürstenrichtlinie zu verwenden. Andernfalls kann die Rate der Borstenabnutzung durch elektrischen Abbrand inakzeptabel hoch sein. Geräte mit modernen Erregersystemen erzeugen eher starke Wellenströme, ebenso wie bestimmte Bauarten einiger Hersteller von Generatoren.
Auch eine Zunahme des Restmagnetismus in einer Turbine oder einem Kompressor kann dazu beitragen, dass vermehrt Wellenströme entstehen, sodass es zu einer schnelleren Abnutzungsrate bei den Borstenelementen kommt. Reibungen, Blitzeinschläge in der Nähe, Schweißarbeiten, die in der Nähe des Geräts durchgeführt werden, wobei das Schweißgerät nicht ordnungsgemäß am Werkstück geerdet wird sowie Überspannungen sind Beispiele dafür, wie der Restmagnetismus in einer Turbomaschine zunehmen kann.
In ähnlicher Weise kann auch die Menge des elektrischen Wellenstroms aufgrund statischer Aufladung, während des Betriebs zunehmen, was auch zu einer erhöhten Abnutzungsrate der Borsten führen kann. Häufige Ursachen dafür sind verstopfte Gehäuse- und Rohrabläufe, Nassdampf bei Dampfturbinen, Wassertröpfcheninjektionen bei Gasturbinen zur Leistungssteigerung.
Im Falle von Turbomaschinen mit mechanischem Antrieb gelten die oben genannten Leistungsvorschläge pro Bürste in etwa auch für Turbokompressoren und andere Turbomaschinen, wie sie z. B. in petrochemischen Anlagen zu finden sind. Bei solchen Geräten ist es oft möglich, eine Schätzung der erforderlichen Größe und Anzahl der Erdungsbürsten zu erhalten, indem die Summe der Nennleistung aller potenziellen Fahrer in einem Zug (Turbinen, Expander, Motoren usw.) berechnet wird. Da der Schutz eines Zuges von Turbomaschinen mit mechanischem Antrieb ein kompliziertes Thema ist, empfehlen wir Ihnen, sich mit uns in Verbindung zu setzen, wenn Sie eine Wellenerdung für solche Geräte in Betracht ziehen möchten.
Der Maschinenbetrieb in explosionsgefährdeten Bereichen ist zudem ein Grund dafür, dass die Installation von Erdungsbürsten an beiden Enden einer Welle erfolgen sollte. Darüber hinaus wird empfohlen, überall dort, wo bereits Bürsten bei Maschinen (in der selben Rotorbahn) in solchen Umgebungen verbaut sind, diese durch den Einbau von zwei weiteren Erdungsbürsten an den Polen zu ergänzen (es gibt auch andere mögliche Minderungsmethoden).
Wichtig
Wir empfehlen Ihnen sich direkt an Sohre Turbomachinery® zu wenden, wenn ein Interesse daran besteht, Bürsten in explosionsgefährdeten Umgebungen zu installieren und zu betreiben.
Die Anzahl und das Modell einer Erdungsbürste, welche am besten für ein bestimmtes Gerät verwendet werden kann, hängt von der maximalen Menge des Spitzenstroms zur Erde sowie von physikalischen Einschränkungen ab. Die Höhe des Stroms ist schwer vorherzusagen, da sie von Faktoren wie der Stärke des Restmagnetismus in der Maschine abhängt, insbesondere im Rotor, Stator, Fundament und Rohrleitungen usw. Bei elektrischen Geräten ist auch die Bauweise oder der Zustand von Generator und Erreger wichtig. Die Zeichnungen: „Position“, „Anordnung“, „L-Installation“ und „A-Installation“ enthalten allgemeine Hinweise zum Anbringen von Bürsten sowie typische Installationskonfigurationen. Kontaktieren Sie uns unbedingt, wenn Sie Fragen zur genauen Installation haben möchten.
