Ein Portalkran fährt weiter als jede andere Maschine im Werk, und der Strom muss mitfahren. Trafo, Kabel, Trommel und Erde, gemessen auf der Fahrbahn statt auf dem Typenschild.
Der Portalkran ist die eine Maschine im Werk, bei der der Strom genauso weit reisen muss wie die Last. Das Hebezeug hebt zwanzig Meter. Die Fahrbahn kann dreihundert Meter lang sein. Fast alles, was bei diesen Maschinen elektrisch schiefgeht, geht irgendwo auf dieser Strecke schief, und fast nichts davon steht im Kranangebot.
Die Zahlen unten gelten für eine 100-Tonnen-Maschine auf einer 300-m-Fahrbahn, die Größe, die wir am häufigsten für Betonfertigteilwerke und Stahllagerplätze bauen. Sie zieht 204 A bei 400 V. Das sind drei Prozent Spannungsverlust auf 200 m eines 150-mm²-Kabels, sechs Prozent auf 400 m, und eine vierschichtige Kabeltrommel drückt dasselbe Kabel von 404 A auf 227 A, bevor Sie überhaupt an einen heißen Nachmittag gedacht haben. Bei sechs Prozent beginnen Umrichter beim Anheben auf Unterspannung auszulösen. Die gesamte elektrische Auslegung einer langen Fahrbahn läuft also darauf hinaus, diese eine Zahl unter etwa fünf zu halten.
Beginnen Sie mit der einzigen Zahl, die zählt und fast nie in einem Prospekt steht: dem Strom an der Stelle, an der das Fahrbahnkabel anschließt. Motortypenschilder geben ihn nicht her, weil sie pro Motor gelten, und ein Portalkran hat vier oder fünf davon.
Addieren Sie Hebezeug, Laufkatze und beide Seiten des Fahrwerks, dann rechnen Sie mit der üblichen Drehstrombeziehung um. Für eine 400-V-Maschine mit Leistungsfaktor 0,85 und Motorwirkungsgrad 0,90 ist der Divisor 530, der Strom ergibt sich also aus Kilowatt geteilt durch 530 mal tausend. Die Tabelle nutzt unsere eigenen Standardkonfigurationen, es sind also SIEC-Planungswerte und keine Katalogdaten — eine schwerere Maschine mit größeren Fahrwerksantrieben liegt darüber.
| Tragfähigkeit | Hebezeug | Laufkatze | Fahrwerk | Installiert | Strom bei 400 V |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 7.5 kW | 1.5 kW | 2 × 1.5 kW | 12.0 kW | 22.6 A |
| 10 t | 13.0 kW | 2.2 kW | 2 × 2.2 kW | 19.6 kW | 37.0 A |
| 16 t | 18.5 kW | 3.0 kW | 2 × 3.0 kW | 27.5 kW | 51.9 A |
| 20 t | 22.0 kW | 3.7 kW | 2 × 3.7 kW | 33.1 kW | 62.4 A |
| 32 t | 30.0 kW | 5.5 kW | 2 × 5.5 kW | 46.5 kW | 87.7 A |
| 50 t | 45.0 kW | 7.5 kW | 2 × 7.5 kW | 67.5 kW | 127.3 A |
| 100 t | 75.0 kW | 11.0 kW | 2 × 11.0 kW | 108 kW | 203.6 A |
Zwei Dinge fallen auf. Hundert Tonnen Tragfähigkeit bedeuten nur das Achtfache des Stroms von zwölf Tonnen, weil die Hubgeschwindigkeit mit steigender Tragfähigkeit sinkt. Und die Hälfte der Krankapazität eines Werks steckt in den Fahrwerksantrieben der großen Maschinen, was diejenigen überrascht, die annehmen, das Hebezeug dominiere.
Hafeningenieure gehen bei Portalmaschinen auf 6,6 kV oder 11 kV, und Käufer industrieller Portalkrane lesen das und fragen, ob sie es auch brauchen. Sie brauchen es fast nie, und der Grund ist Arithmetik, nicht Politik.
Eine veröffentlichte Trafostudie für Containerterminals rechnet dasselbe für ein Ship-to-Shore-Gerät mit 1.400 kVA, gespeist über 400 m. Bei 400 V zieht es 2.021 A, braucht vier parallele 240-mm²-Kabel je Phase und verliert bei Volllast immer noch etwa 9 Prozent. Bei 6,6 kV zieht dasselbe Gerät 122 A über ein einziges 95-mm²-Kabel und verliert 0,27 Prozent.
| Maschine | Installiert | Strom bei 400 V | Kabel über 400 m | Verlust bei Volllast |
|---|---|---|---|---|
| Industrieportalkran 100 t | 108 kW | 204 A | 1 × 150 mm² (6.0%) | 6.0% |
| Gleiches, eine Größe größer | 108 kW | 204 A | 1 × 240 mm² (4.3%) | 4.3% |
| STS-Containerkran | 1,400 kVA | 2,021 A | 4 × 240 mm² je Phase | 9.0% |
| STS, bei 6.6 kV | 1,400 kVA | 122 A | 1 × 95 mm² | 0.27% |
Lesen Sie das Kupfer, nicht die Spannung. Der Hafenkran braucht zwölf 240-mm²-Leiter je Phasengruppe, rund 26 kg Kupfer für jeden Meter Kai, und eine Trommel oder Schleifleitung, die das tragen kann. Unsere 100-Tonnen-Maschine braucht ein Kabel und etwa 3 kg. Mittelspannung ist kein Wert an sich; sie ist ein Weg, keine Vierteltonne Kupfer am Liegeplatz entlangzuziehen.
Wo der industrielle Fall tatsächlich kippt, ist eine Werft oder eine Mehrkranbucht, die von einer gemeinsamen Fahrbahnschiene gespeist wird, und wo der Trafo weit vom Kran entfernt stehen muss, weil am Fahrbahnende kein Platz ist. Beides verlängert das Kabel statt die Kapazität, und beides sollte ordentlich kalkuliert werden, bevor Sie eine Auslegung mit 6 Prozent akzeptieren.
Nicht die installierten Kilowatt. Ein Kran wartet in jedem Zyklus einen Teil der Zeit, und seine Antriebe laufen nie alle gleichzeitig mit voller Leistung. Der Trafo wird deshalb nach dem Effektivstrom über zehn Minuten dimensioniert und nicht nach der Summe der Typenschilder.
Die Containerterminal-Studie ist hier eindeutig: Bedarfsfaktoren von 0,40 bis 0,50 auf die installierte kVA sind für eine arbeitende Flotte normal, und Trafos werden dann mit dem 1,15- bis 1,3-fachen des Zehn-Minuten-Effektivwerts ausgelegt. Sie stellt außerdem klar, dass die Wicklung über die ganze Schicht unter ihrer Heißpunktgrenze bleiben muss, 98 °C für normale zyklische Lebensdauer nach IEC 60076-7, und nicht nur während der zwanzigsekündigen Hubspitze. Ein Gießharztrafo mit dreißig bis sechzig Minuten thermischer Zeitkonstante merkt diese Spitze kaum.
| Tragfähigkeit | Installiert | Einschaltfaktor | 10 min RMS | × 1.25 | Bestellen |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 12.0 kW | 0.45 | 6.4 kVA | 8.0 kVA | 10 kVA |
| 10 t | 19.6 kW | 0.45 | 10.4 kVA | 13.0 kVA | 15 kVA |
| 16 t | 27.5 kW | 0.48 | 15.5 kVA | 19.4 kVA | 25 kVA |
| 20 t | 33.1 kW | 0.50 | 19.5 kVA | 24.4 kVA | 25 kVA |
| 32 t | 46.5 kW | 0.50 | 27.4 kVA | 34.2 kVA | 40 kVA |
| 50 t | 67.5 kW | 0.55 | 43.7 kVA | 54.6 kVA | 63 kVA |
| 100 t | 108 kW | 0.55 | 69.9 kVA | 87.4 kVA | 100 kVA |
Unsere Einschaltfaktoren liegen etwas höher als die Hafenwerte, 0,45 bis 0,55 statt 0,40 bis 0,50, weil ein industrieller Portalkran oft die Arbeit einer ganzen Bucht macht: entladen, die Säge beschicken, zur Lackierlinie fahren. Hat Ihre Maschine eine echte Beanspruchungsgruppe A6 oder höher, nehmen Sie den oberen Wert und gehen eine Stufe höher. Das sind Planungswerte, keine Messdaten, und der ehrliche Weg, sie zu ersetzen, ist eine Woche Stromaufzeichnung an der fertigen Maschine.
Zum Preis: Ein Gießharztrafo in dieser Größenklasse ist nicht das Budgetproblem, das viele befürchten. Chinesische Werkpreise für 100-kVA-Gießharzgeräte liegen im niedrigen vierstelligen Dollbereich, und der allgemeine Richtwert für kleine Verteilungstrafos sind 18 bis 30 USD pro kVA. Teuer ist der Fehler: Ein Trafo, eine Nummer zu klein gekauft und in einem Stahlgehäuse bei 40 °C Umgebung betrieben, verbringt sein Leben an der Heißpunktgrenze.
Ja, und hier unterscheidet sich ein Kran von jeder anderen Last im Werk. Die Umrichter sind die Oberschwingungsquelle, die die Trafoauslegung bestimmt, und die Zahlen sind deutlich. Ein sechspulsiger Thyristor- oder Diodeneingang erzeugt 25 bis 35 Prozent Strom-THD. Zwölfpuls halbiert das. Ein Active Front End bringt es auf 4 bis 8 Prozent.
| Eingang | Strom-THD bei Volllast | Wirkung auf einen Standardtrafo |
|---|---|---|
| 6-Puls, ohne Drossel | 25–35% | 10–20% der nutzbaren Leistung gehen durch Wirbelstromerwärmung verloren; K-Faktor oder Abminderung nach IEEE C57.110 angeben |
| 6-Puls mit 4% Netzdrossel | etwa halbiert | Ein K-13-Gerät kommt ohne Abminderung aus; die günstigste Einzelmaßnahme an der Maschine |
| 12-Puls | Hälfte von 6-Puls | Braucht einen Phasenverschiebungstrafo oder zwei Umrichter; unter 100 kW selten sinnvoll |
| Active Front End | 4–8% | Standardtrafo genügt; bringt Rückspeisung, was am Hebezeug zählt |
Zwei praktische Folgen. Teilt der Kran sich einen Trafo mit irgendetwas Empfindlichem, einer Schweißbucht oder einer SPS-gesteuerten Linie, dann geht es bei der Oberschwingungsfrage nicht mehr um den Kran, sondern um den Nachbarn. Und hat der Standort bereits ein Notstromaggregat, denken Sie daran, dass die Oberschwingungsspannungsverzerrung umgekehrt proportional zur Netzimpedanz ist: Ein Notstromsatz lässt denselben Kran auf dem Papier deutlich schlechter aussehen als das Netz.
Wir legen die Umrichter auf die Maschine aus und den Trafo mit einem K-Faktor im Auftragsformular. Wenn Sie die vollständige Oberschwingungsbetrachtung statt der Trafosicht wollen, listet unser Portalkran-Datenblatt die Standard-Umrichteroptionen je Tragfähigkeit.
Der häufigste Spezifikationsfehler an einem langen Portal ist ein Leitungswagen, weil er der günstigste Meter Hardware im Katalog ist und der Käufer ihn an jedem Werkstattkran gesehen hat. Es ist auch das System, das irgendwo um 80 Meter herum aufhört zu funktionieren.
| Eigenschaft | Leitungswagen | Schleifleitung | Kabeltrommel |
|---|---|---|---|
| Praktische Fahrstrecke | 50–80 m, 150 m mit Zwischenaufhängungen | 500 m und darüber | 100 m Feder, 400 m und darüber motorgetrieben |
| Fahrgeschwindigkeit | bis 100 m/min | bis 300 m/min | 60 m/min Feder, 120 m/min Motor |
| Strom | 20–630 A | 50–2,000 A | 20–630 A Feder, 500–2,000 A Motor |
| Hardwarekosten | EUR 25–60 pro Meter; USD 60–180 installiert | EUR 60–200 pro Meter; USD 80–400 installiert | EUR 40–150 pro Meter |
| Lebensdauer | Kabel 3–8 Jahre | Leitung 15–20 Jahre, Schleifkohlen jährlich | Trommel 10–15 Jahre, Kabel 3–6 Jahre |
| Wartung | 6 Monate, Laufwagenlager und Klemmen | Jährlich, Abnehmer und Stöße | 6–12 Monate, Trommel und Schleifring |
| Staub und Hitze | Schlecht bei Staub, Kabellebensdauer sinkt über 60 °C | Gut; geschlossenes Profil bis 120 °C | Gut, geschlossene Trommel |
Der Übergang ist keine Geschmacksfrage. Unter 70 m funktionieren alle drei, und Sie sollten nach anderen Kriterien wählen. Zwischen 70 und 100 m braucht ein Leitungswagen Zwischenaufhängungen, was seinen Kostenvorteil meist zunichtemacht. Über 100 m ist nur eine Schleifleitung oder eine motorgetriebene Trommel praktikabel, und über 100 m/min Fahrgeschwindigkeit ist die Schleifleitung praktisch zwingend, weil die Leitungen des Leitungswagens zu schlagen beginnen und die Laufkatzenführung die Schläge abbekommt.
Auf einer 200-m-Fahrbahn im Betonfertigteilwerk kostet eine Schleifleitung vorne mehr und etwa ein Fünftel des Kabelersatzaufwands über zwanzig Jahre. Eine motorgetriebene Trommel ist günstiger zu installieren, besonders dort, wo entlang der Lagerstraßen kein Platz für Leitungsstützen ist, und sie ist die bessere Antwort, wenn die Fahrbahn in einigen Jahren verlängert oder neu verlegt wird. Beides ist vertretbar. Nicht vertretbar sind 200 m Leitungswagen und ein Wartungsbudget.
Weil die Wärme nicht wegkann. Ein Kabel auf dem Boden gibt Wärme an drei Seiten an die Luft ab. Vierzig Windungen desselben Kabels auf einer Trommel geben Wärme aneinander ab, und die inneren Lagen laufen so heiß, dass die Isolierung Jahrzehnte zu früh altert.
Die normative Behandlung ist wenig optimistisch. Nach DIN VDE 0298-4 ergibt ein Wickelkabel mit 352 A auf dem Boden und 370 A frei hängend noch 282 A mit einer Lage auf der Trommel, 172 A mit drei Lagen und 147 A mit fünf. Die im Bergbau verwendeten ICEA-Tabellen sind noch deutlicher: 85, 65, 45 und 35 Prozent für eine, zwei, drei und vier Lagen.
| Lagen auf der Trommel | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Faktor DIN VDE 0298-4 | 0.80 | 0.61 | 0.49 | 0.42 |
| Faktor ICEA | 0.85 | 0.65 | 0.45 | 0.35 |
| Kran 50 t, 127 A, nötige Bodenbelastbarkeit | 159 A | 209 A | 260 A | 303 A |
| Kran 100 t, 204 A, nötige Bodenbelastbarkeit | 255 A | 334 A | 416 A | 486 A |
Nehmen Sie den Umgebungsfaktor 0,89 für 40 °C dazu, denn ein Außenhof im Sommer ist keine 30-°C-Prüfzelle, und die 100-Tonnen-Maschine braucht auf vier Lagen ein Kabel mit 546 A Bodenbelastbarkeit. Das ist ein 300 mm² Dreileiter, der mit Mantel etwa 11 kg pro Meter wiegt. Vierhundert Meter davon sind 4,7 Tonnen auf einer Trommel, und damit ist die Trommel ein Bauprojekt und kein Zubehör.
An diesem Punkt müssen Elektro- und Maschinenbauingenieur zwangsläufig miteinander reden. Das Kabel, das den Spannungsfall löst, ist oft das Kabel, das die Trommel nicht tragen kann, und die Antwort ist entweder eine Schleifleitung, eine kürzere Trommel oder ein größerer Verlust.
Rechnen Sie mit der Standardformel inklusive Reaktanzanteil, denn ab 150 mm² ist der induktive Teil nicht mehr vernachlässigbar. Mit Werten nach IEC 60364-5-52 Anhang G, spezifischer Widerstand 0,0225 Ohm mm² pro Meter für Kupfer im Betrieb, 0,08 Milliohm pro Meter Reaktanz und Leistungsfaktor 0,85:
| Kran | Strom | Kabel | 100 m | 200 m | 400 m |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 22.6 A | 16 mm² | 1.2% | 2.4% | 4.8% |
| 20 t | 62.4 A | 50 mm² | 1.2% | 2.3% | 4.6% |
| 50 t | 127.3 A | 95 mm² | 1.3% | 2.7% | 5.4% |
| 100 t | 203.6 A | 150 mm² | 1.5% | 3.0% | 6.0% |
Die Auslegungsgrenze liegt bei 5 Prozent für eine Motorzuleitung aus einem öffentlichen Niederspannungsnetz, mit 3 Prozent Vorbehalt für Beleuchtung, und bei 8 Prozent, wenn die Anlage aus einem eigenen Trafo gespeist wird. IEC 60364-5-52 Anhang G erlaubt über 100 m hinaus zusätzlich 0,005 Prozent pro Meter, begrenzt auf 0,5 Prozent. Das klingt großzügig, bis man rechnet: Die Grenze ist bei 200 m erreicht, und sie rettet keine Auslegung mit 6 Prozent.
Die 400-m-Spalte entscheidet also über das Kabel. Eine 100-Tonnen-Maschine auf einer 400-m-Fahrbahn braucht 240 mm², um auf 4,3 Prozent zu kommen, und ab dieser Größe werden Muffen, Biegeradius und Trommelgewicht zum Projekt. Das ist der Moment, über den Trafostandort nachzudenken statt über die Kupferdicke.
Die Einspeiseposition ist kostenlose Auslegungsarbeit und bringt mehr als eine Kabelnummer. Der Spannungsfall ist proportional zur Länge, die der Strom tatsächlich zurücklegt. Mittig einspeisen halbiert ihn, zwei Einspeisepunkte dritteln ihn.
| Einspeisung | Wirksame Länge | 100 t, 400 m Fahrbahn | Was es kostet |
|---|---|---|---|
| Endeinspeisung | 100% | 6.0% bei 150 mm² | Günstigster Kabelweg, größtes Kabel |
| Mitteneinspeisung | 50% | 3.0% bei 150 mm² | Ein Kabelweg zur Fahrbahnmitte, oder eine in Feldmitte gespeiste Schleifleitung |
| Zwei Einspeisepunkte bei Dritteln | 33% | 2.0% bei 150 mm² | Zwei Trennschalter, verriegelt; eine Schleifleitung ist hier einfacher als eine Trommel |
| Drei Einspeisepunkte | 25% | 1.5% bei 150 mm² | Unterteilter Bus, geschützte Stöße, mehr zu prüfen |
Eine Mitteneinspeisung auf einer 400-m-Fahrbahn ist zwei Kabelnummern wert und kostet einen Graben und ein Stück Panzerkabel. Der Haken ist die Trennung: Jeder Einspeisepunkt braucht einen abschließbaren Trennschalter, und der Krankenschalter muss für jeden erreichbar sein, der an der Maschine arbeitet. Bei einer Schleifleitung sind die Einspeisepunkte zugleich Stöße, und an Stößen konzentrieren sich Spannungsfall und Korrosion.
Nein, und das ist die zweitteuerste Annahme in einem Exportauftrag. IEC 60038 legt die bevorzugten Nennwerte fest und hält, was für Käufer nützlich ist, auch fest, was im Feld noch existiert.
| System | Frequenz | Status | Wo es Ihnen begegnet |
|---|---|---|---|
| 230/400 V | 50 Hz | Bevorzugt | Großteil Europas, China, Naher Osten, überwiegend Asien und Afrika |
| 220/380 V | 50 Hz | Überholt, noch vorhanden | Ältere Anlagen in Asien, Teile Lateinamerikas |
| 240/415 V | 50 Hz | Überholt, noch vorhanden | Britischer Altbestand, Australien, Teile Afrikas und des Golfs |
| 277/480 V | 60 Hz | Bevorzugt | Industrie in Nordamerika |
| 347/600 V | 60 Hz | Bevorzugt | Kanada, Teile der US-Schwerindustrie |
| 400/690 V | 50 Hz | Bevorzugt | Große Werke, Bergbau, einige Häfen |
Die Umstellung von 220/380 auf 230/400 war nötig, um innerhalb von plus sechs minus zehn Prozent zu landen, und von 240/415 innerhalb von plus zehn minus sechs Prozent, mit einer Frist, die 2003 abgelaufen ist. Dreiundzwanzig Jahre später laufen noch viele Werke mit den alten Werten, weshalb die erste Frage bei jeder Anfrage eine gemessene Außenleiterspannung am Krananschlusspunkt sein sollte und keine nominelle.
Am Verbraucherende legt IEC 60038 die niedrigste zulässige Gebrauchsspannung für ein 230/400-V-System auf 196/340 V fest. Das ist die Untergrenze der Norm, kein Auslegungsziel. Schütze in Kranen sind weniger nachsichtig als die Norm: Ein Abfall von 15 bis 20 Prozent reicht, um sie zum Klappern zu bringen, und ein klapperndes Fahrwerksschütz an einem beladenen Portal ist der Weg zum Durchgehen.
Der Motor entscheidet. Das Drehmoment ist ungefähr proportional zum Quadrat von Volt pro Hertz, also müssen Nennspannung und Nennfrequenz als Paar gelesen werden, und genau hier gehen Exportaufträge schief, obwohl die Spannung nahe genug aussieht.
| Netz | Volt pro Hertz | Drehmoment gegen 400 V / 50 Hz Motor |
|---|---|---|
| 400 V, 50 Hz (Referenz) | 8.00 | 100% |
| 380 V, 50 Hz | 7.60 | 90% |
| 415 V, 50 Hz | 8.30 | 108%, aber der Kern ist gesättigt und läuft heißer |
| 480 V, 60 Hz | 8.00 | 100% Drehmoment, 20% mehr Drehzahl und Leistung |
| 440 V, 60 Hz | 7.33 | 84% |
| 400 V, 60 Hz | 6.67 | 69%, und das Hebezeug hebt seine Nennlast nicht |
Der umgekehrte Fall ist ebenso unangenehm und besser dokumentiert. US Motors veröffentlicht Abminderungsfaktoren für den Betrieb eines 60-Hz-Motors an 50 Hz: Bei 380 V liefert ein TEFC-Motor 0,80 seiner Nennleistung, bei 400 V 0,75 und bei 415 V 0,70. Ihr Rechenbeispiel ist ein Bedarf von 10 hp, vierpolig, 50 Hz, 380 V, der einen 15-hp-60-Hz-Motor verlangt. Die Drehzahl sinkt auf fünf Sechstel, was der Käufer am Portal merkt, weil die Fahrgeschwindigkeit die Taktzeit bestimmt.
Mit Frequenzumrichter wird der Motor vom Umrichter gespeist und nicht vom Netz, die Frequenz steht also in einem Parameter und die Fehlanpassung verschwindet weitgehend. Ganz verschwindet sie nicht: Bremsenspule, Schranklüfter, Steuertrafo und die Nocken der Endschalter sind weiterhin Netzgeräte. Wenn Sie aus China für ein 60-Hz-Land bestellen, sagen Sie es in der Anfrage und geben Sie an, für welche Frequenz der Steuerkreis gebaut werden soll.
Er braucht einen Erdungspfad, und die Schienen sind es nicht. Es ist dieselbe Argumentation wie bei der Radwegfrage am Schwenkkran, nur später schwerer zu beheben, weil der Schienenstoß am Portal eine verschraubte oder geklemmte Verbindung ist, die im Freien in Staub und Regen liegt.
Die chinesische Praxis ist am konkretesten und auch außerhalb Chinas wissenswert. GB 50057-2010 verlangt für ein Bauwerk der Kategorie 2 einen Erdungswiderstand von 4 Ohm oder besser, mit 10 Ohm für Wiederholungserdung. Schleifleitungen müssen an beiden Enden geerdet und alle 30 m entlang des Verlaufs mit dem Erdungsnetz verbunden werden. Schienenstöße müssen mit mindestens 16 mm² Kupfer überbrückt werden, jede Verbindung unter 0,03 Ohm, und ein Erdungsanschlusspunkt wird in Abständen von höchstens 25 m erwartet. Der Übergangswiderstand zwischen jedem Krankomponente und Erde muss 4 Ohm oder weniger betragen.
| Position | Anforderung | Quelle |
|---|---|---|
| Erdungswiderstand, Bauwerk Kategorie 2 | 4 Ohm oder weniger; 10 Ohm für Wiederholungserdung | GB 50057-2010 |
| Überbrückung der Schienenstöße | ≥ 16 mm² Kupfer, Verbindung unter 0,03 Ohm | GB 50057-2010 |
| Abstand der Erdungsanschlüsse | Schiene beidseitig geerdet, alle 25–30 m entlang | GB 50057-2010 |
| Blitzschutz-Erdungsdurchgang | Unter 10 Ohm; darüber mit ≥ 70 mm² am Erdungsnetz anschließen | UK CPA TIN 036, BS EN 62305-1 und -3 |
| Fundamenterder | Rundstahl ≥ 10 mm, oder verzinktes Band ≥ 30 × 3,5 mm | DEHN-Praxis Fundamenterder, EN 62305-3 |
| Ringerdermaschen bei vorhandener LPS | ≤ 10 × 10 m im Boden, Verbindungsnetz ≤ 20 × 20 m in der Platte | EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) |
Ob Sie eine Fangeinrichtung ergänzen, ist eine eigene Frage. GB 50057 schreibt sie für einen Kran im Freien nicht vor, verlangt aber, dass die Erdung gut ist und die Schienen zuverlässig geerdet sind. Ist der Kran das höchste Bauwerk auf einem offenen Hof, schützt eine Fangeinrichtung auf dem Endträger die eigenen Schränke und Umrichter der Maschine, und sie ist günstig gegenüber einem Umrichtertausch. Worüber die Normen einig sind: Kranstruktur und Schienen dürfen Teil des Erdungspfads sein, aber Sie dürfen sich nicht allein auf sie als Schutzleiter verlassen.
Drei Dinge beißen am Portal stärker als an einem Hallenkran, und alle drei betreffen Wasser und Fehlerstrom.
Zuerst die Gehäuseschutzart. IP54 ist der übliche Wert für Hallenkrane, IP55 ist im Freien das praktische Minimum, wo Regen und Kondensation zusammenkommen, und Küstenhöfe wollen IP65 und Edelstahlbeschläge. IEC 61439-1 macht die angegebene IP zu einem Teil der verifizierten Eigenschaften der Schaltgerätekombination, sie muss also am fertigen Schrank nachgewiesen werden und nicht aus den eingebauten Komponenten abgeleitet.
Zweitens der Fehlerstromschutzschalter. Ein Kran mit Frequenzumrichter kann im Fehlerfall glatten DC-Fehlerstrom erzeugen, und ein Gerät Typ AC oder Typ A sieht ihn nicht. Typ B ist die einzig richtige Wahl, und die übliche Empfehlung für Krane ist eine superimmunisierte Variante, weil gewöhnliche Typ-B-Geräte beim Ableitstrom des Umrichters ungewollt auslösen. Das 30-mA-Gerät mit Sofortauslösung gehört in die Endstromkreise für ortsveränderliche Betriebsmittel, nicht in die Kranversorgung: Ein Kran ist kein ortsveränderliches Gerät, und das Abschalten seiner Versorgung kann eine unkontrollierte Bewegung auslösen.
Drittens der Krankenschalter und die Trennvorrichtung, die IEC 60204-32:2023 ausführlich behandelt. Die Norm beginnt am Krankenschalter und schließt ausdrücklich Schleifleitungen und Leitungswagen außerhalb der Maschine ein, die Elektrifizierungsart liegt also im elektrischen Sicherheitsumfang und ist keine separate Baumaßnahme. Sie verlangt außerdem Trafoschutz gegen Überstrom und gegen übermäßige Temperaturerhöhung bei Kurzschluss der Sekundärseite, mit nur drei engen Ausnahmen vom Überstromschutz in den Sekundärleitungen des Trafos: ausreichender Leiterquerschnitt, Länge nicht mehr als 3 m und mechanischer Schutz.
Unten steht die Verteilung elektrischer Fehler über die Portalkrane, die wir in Betrieb genommen und gewartet haben, gruppiert nach Erstursache. Das sind unsere eigenen Servicedaten, keine veröffentlichte Statistik, und die Stichprobe ist klein genug, dass Sie sie als Rangfolge und nicht als Rate lesen sollten.
| Erstursache | Anteil | So sieht es vor Ort aus |
|---|---|---|
| Netzspannungsabweichung oder falsche Trafo-Anzapfung | 21% | Umrichter lösen unter Last auf Unterspannung aus; gemessene Spannung 5–8% unter Typenschild |
| Unterdimensionierte Schleifleitung oder verschlissene Abnehmer | 18% | Fahrwerk wird am entfernten Ende langsamer; Lichtbogen und Schwärzung an den Stößen |
| Überhitzung der Kabeltrommellagen | 17% | Weicher oder gerissener Mantel in den inneren Lagen; Geruch nach heißem Gummi nach langer Fahrt |
| Fehlende Überbrückung der Schienenstöße | 14% | Hohe Erdschleifenimpedanz; FI löst aus, wenn die Maschine nass ist |
| Falscher FI-Typ am umrichtergespeisten Kran | 12% | Unregelmäßige Fehlauslösungen, schlimmer bei feuchtem Wetter |
| Kondensation im Schrank und zu niedrige IP-Schutzart | 10% | Korrosion an Klemmen, Heizung ausgefallen, Wasserzeichen innen an der Tür |
| Phasenfolge und Steuerleitungen | 8% | Fahrwerk läuft rückwärts; Endschalter wirkt bei Inbetriebnahme auf der falschen Seite |
Beachten Sie, was nicht auf der Liste steht: Trafoausfall, Kabelausfall und Umrichterausfall, die drei Dinge, um die Käufer sich sorgen. Fast alles oben ist ein Inbetriebnahme- oder Auslegungsfehler, also mit einem Multimeter und einer einseitigen Checkliste vermeidbar, und fast nichts davon ist von einem Gewährleistungsfall gedeckt, weil die Maschine bei der Übergabe lief.
Die Reihenfolge unten richtet sich nach dem Nutzen pro Aufwand, von den Dingen, die nichts kosten, bis zu denen, die einen Trafo kosten. Die letzte Zeile ist ein bewusstes Gegenbeispiel.
| Maßnahme | Kosten | Wirkung |
|---|---|---|
| Reale Netzspannung messen und Trafo-Anzapfung setzen | Nur Ingenieurszeit | ±5% Spannung zurückgewonnen, beseitigt den größten Einzelfehler im ersten Jahr |
| Jeden Schienenstoß überbrücken und Wiederholungserdung ergänzen | USD 300–1,500 | Repariert den Erdungspfad und beendet FI-Auslösungen bei Nässe |
| Einspeisung in die Fahrbahnmitte verlegen | USD 2,000–8,000 | Halbiert den Verlust, entspricht zwei Kabelnummern |
| Fahrbahnkabel eine Nummer größer | USD 1,500–6,000 | 1,5 bis 1,7 Prozentpunkte weniger Verlust; vorher Trommelbelastbarkeit prüfen |
| 4%-Netzdrossel je Umrichterzuleitung einbauen | USD 200–600 | Halbiert den Strom-THD etwa und stellt Trafokapazität wieder her |
| Leitungswagen durch Schleifleitung ersetzen bei Fahrbahnen über 150 m | USD 4,000–20,000 | Beseitigt einen Kabelersatz alle 3–8 Jahre und das Problem des Schlagens bei hoher Geschwindigkeit |
| Einen größeren Trafo kaufen | USD 3,000–15,000 | Behebt keinen Verlust, der nachgelagert entsteht; behebt nichts Messbares, außer der Trafo ist tatsächlich überlastet |
Die letzte Zeile erwischt mehr Käufer als jeder andere Punkt auf dieser Seite. Ein Verlust von 6 Prozent am entfernten Ende einer 400-m-Fahrbahn entsteht durch die 400 m und nicht durch den Trafo, und keine kVA am nahen Ende ändern die Spannung am fernen Ende. Bestellen Sie den Trafo nach Effektivstrom, das Kabel nach Verlust und Abminderung und die Einspeiseposition nach Arithmetik.
Zehn Zeilen. Jede davon verändert den Preis, und keine davon ist eine Spezifikation, die ein Lieferant erraten kann.
Zeile eins spart das meiste Geld, und sie wird am häufigsten mit dem Wort „Standard" beantwortet. Es gibt keine Standardspannung. Es gibt die Spannung an Ihrer Niederspannungsverteilung, gemessen, an dem Tag, an dem die Maschine in Betrieb geht.
Etwa 63 kVA für eine 400-V-Maschine mit 67,5 kW installierter Leistung und einem Einschaltfaktor von 0,55. Das ergibt 43,7 kVA Effektivstrom über zehn Minuten und 54,6 kVA nach dem Faktor 1,25. Auf die nächste Normgröße aufrunden. Das ist deutlich kleiner, als die meisten Käufer erwarten, und der Grund ist, dass ein Kran keine Dauerlast ist: Er wartet in jedem Zyklus einen Teil der Zeit und läuft nie mit allen Antrieben gleichzeitig auf voller Leistung. Unser Auftragsformular für Portalkrane fragt die Beanspruchungsgruppe genau deshalb ab, damit diese Zahl berechnet und nicht geraten wird, und die Rechnung gehört mit dem Trafo ins Datenblatt.
Ja, mit einer Einschränkung. Das Drehmoment steigt um etwa 8 Prozent, weil Volt pro Hertz von 8,00 auf 8,30 geht, und der Motor läuft heißer, weil der Kern näher an der Sättigung liegt. Das ist normalerweise akzeptabel, da IEC 60038 einem 230/400-V-System bis 440 V an den Netzanschlussklemmen erlaubt. Setzen Sie die Trafo-Anzapfung auf die gemessene Spannung statt auf die Werkseinstellung, und prüfen Sie, ob Steuertrafo und Bremsenspulen für den höheren Wert ausgelegt sind.
Eines von beiden, und ein Leitungswagen ist bei dieser Länge keine Option. Über 100 m sind die praktikablen Optionen eine Schleifleitung, ausgelegt bis 500 m und darüber, oder eine motorgetriebene Kabeltrommel, ausgelegt bis 400 m und darüber. Wählen Sie die Schleifleitung, wo die Fahrgeschwindigkeit 100 m/min übersteigt, wo der Hof staubig ist oder wo mehrere Krane die Fahrbahn teilen. Wählen Sie die Trommel, wo kein Platz für Leitungsstützen ist, wo die Fahrbahn neu verlegt werden kann oder wo ein Steckanschluss an den Blockenden betrieblich nützlich ist.
Fast immer, weil das Gerät der falsche Typ ist. Ein Umrichter kann im Fehlerfall glatten DC-Fehlerstrom erzeugen, den Typ AC und Typ A nicht erkennen, und gewöhnliche Typ-B-Geräte lösen beim normalen Ableitstrom eines Umrichters mit langem Motorkabel aus. Bauen Sie ein superimmunisiertes Typ-B-Gerät ein, prüfen Sie die Selektivität mit dem vorgelagerten Gerät und verlegen Sie jeden 30-mA-Sofortschutz in die Endstromkreise für Handwerkzeuge statt in die Kranversorgung.
Nicht immer, aber er braucht immer einen definierten Erdungspfad. GB 50057-2010 schreibt für einen Kran im Freien keine Fangeinrichtung vor, verlangt aber einen Erdungswiderstand von 4 Ohm oder besser und eine zuverlässige Schienenerdung mit Stößen, die mit 16 mm² oder mehr überbrückt sind. Ist der Kran das höchste Bauwerk auf einem offenen Hof, ist eine Fangeinrichtung auf dem Endträger eine günstige Versicherung für Schränke und Umrichter, und der Erdungsdurchgang sollte unter 10 Ohm gemessen werden, mit einer Verbindung von mindestens 70 mm² zum Erdungsnetz des Standorts, wenn er es nicht ist.
Nur mit Abminderung, und die Abminderung ist erheblich. US Motors gibt 0,80 für einen TEFC-Motor bei 380 V an, 0,75 bei 400 V und 0,70 bei 415 V, was bedeutet, dass ein Bedarf von 10 hp einen 15-hp-Motor verlangt. Die Drehzahl sinkt auf fünf Sechstel, das Fahrwerk am Portal wird also langsamer und die Taktzeit ändert sich. Hat der Kran Frequenzumrichter, übernimmt der Umrichter die Motorseite, aber Bremsenspulen, Schranklüfter und Steuertrafo bleiben Netzgeräte und müssen für die richtige Frequenz bestellt werden.
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