Netzqualität bei Kranen: Was ein Einträgerlaufkran mit einem schwachen Netz macht, 1 bis 20 Tonnen

Geschrieben von Li Ming, Leitender Anwendungsingenieur bei SIEC Cranes. 29. Oktober 2026.

Ein 10-Tonnen-Einträgerlaufkran zieht 17,6 kW. Ein Hubwerksmotor und drei deutlich kleinere. Weniger als ein mittelgroßer Luftkompressor, weniger als ein einzelnes Schweißgerät. Liefern Sie diesen Kran in ein Werk, dessen einzige Versorgung ein 63-kVA-Dieselgenerator ist, und es besteht eine reelle Chance, dass das Hubwerk beim ersten Hub unter Last abschaltet, bei etwa der halben Nenntragfähigkeit, mit einem Fehlercode, den der Elektriker vor Ort als „Kran defekt" lesen wird.

Meistens ist es nicht der Kran. Der Kran ist eine nichtlineare Last, die an eine Quelle geschraubt ist, deren Impedanz zehn- bis zwanzigmal höher ist als die des Transformators, für den er ausgelegt wurde. Dieser Satz erklärt die meisten Störungen, zu denen ich gerufen werde, und die Arithmetik dahinter ist kurz genug für diesen Artikel.

Zwei Dinge machen es schlimmer, als es klingt. Einträgerlaufkrane zwischen 5 und 20 Tonnen ziehen 19 bis 49 A bei 400 V, womit die meisten von ihnen im Fenster von 16 bis 75 A liegen, in dem IEC 61000-3-12 Oberschwingungs-Emissionsgrenzen setzt. Und die Lösung, zu der Käufer zuerst greifen, ein größerer Generator, funktioniert nicht. Das kann ich anhand veröffentlichter Generatordaten zeigen statt anhand einer Meinung, und genau das tut der mittlere Teil dieses Artikels.

Quellen sind durchgehend gekennzeichnet. Normen und Herstellerdaten tragen eine Referenz. Die Kranleistungsdaten stammen aus einer veröffentlichten Spezifikationstabelle für Einträgerlaufkrane. Alles, was von uns berechnet ist, ist als Planungswert gekennzeichnet, denn keine öffentliche Erhebung erfasst einen 5-Tonnen-Kran an einem Generator in einer nigerianischen Fabrik.

Wie viel Leistung zieht ein Einträgerlaufkran von 1 bis 20 Tonnen tatsächlich?

Weniger, als die meisten Käufer erwarten, und genau deshalb überraschen die elektrischen Probleme. Die unten aufgeführten veröffentlichten Nennwerte gelten für Standard-Einträgerbrückenkrane über eine Spannweite von 7,5 bis 28,5 m, mit den drei Triebwerken separat ausgewiesen.

Tragfähigkeit	Kranfahren	Katzfahren	Hubwerk	Installierte Gesamtleistung	Kran-Vollaststrom bei 400 V	Direktanlauf des Hubwerks
1 t	2 x 0,8 kW	0,2 kW	1,5 kW	3,3 kW	6,2 A	19 bis 25 A
2 t	2 x 0,8 kW	0,4 kW	3,0 kW	5,0 kW	9,4 A	37 bis 49 A
3 t	2 x 0,8 kW	0,4 kW	4,5 kW	6,5 kW	12,3 A	55 bis 74 A
5 t	2 x 0,8 kW	0,8 kW	7,5 kW	9,9 kW	18,7 A	92 bis 123 A
10 t	2 x 1,5 kW	2 x 0,8 kW	13,0 kW	17,6 kW	33,2 A	160 bis 213 A
16 t	2 x 2,2 kW	2 x 0,8 kW	13,0 kW	19,0 kW	35,9 A	160 bis 213 A
20 t	2 x 2,2 kW	4 x 0,8 kW	18,5 kW	26,1 kW	49,3 A	227 bis 303 A

Die Leistungsdaten stammen aus einer veröffentlichten Spezifikationstabelle für Standard-Einträgerlaufkrane, Spannweite 7,5 bis 28,5 m. Die Ströme sind unsere eigene Rechnung bei 400 V mit Leistungsfaktor 0,85 und Wirkungsgrad 0,90, und die Startspalte wendet das Sechs- bis Achtfache des Vollaststroms an, das ABB für den Direktanlauf angibt, nachdem der Anfangsstromstoß vom Zehn- bis Zwölffachen abgeklungen ist.

Lesen Sie die letzten beiden Spalten zusammen. Ein 5-Tonnen-Kran ist eine Last von 18,7 A, die jedes Mal, wenn der Bediener hebt, zwei bis drei Sekunden lang 92 bis 123 A zieht. Ein 20-Tonnen-Kran ist eine Last von 49 A, die 227 bis 303 A zieht. An einem Versorgungstransformator ist das ein Rundungsfehler. An einem 63-kVA-Generator ist es der größte transiente Vorgang, den das Aggregat je erleben wird, und er tritt zehntausendmal im Jahr auf.

Was macht ein Direktanlauf mit einem Generator?

Er senkt die Spannung, und der Einbruch ist nicht klein. Die relevanten veröffentlichten Werte: Motoren sind so ausgelegt, dass sie einen momentanen Spannungseinbruch von 30 bis 35 Prozent durchstehen, bevor das Schütz abfällt, und planende Ingenieure setzen üblicherweise einen strengeren Grenzwert von 20 Prozent, um sicherzustellen, dass der Motor tatsächlich hochläuft (Kohler, Sizing Generators for Motor Starting). Hinweise für Baustellen nennen für Krane 15 bis 20 Prozent, weil Kransteuerschütze weniger nachsichtig sind als ein einfacher Motoranlasser. Darüber öffnet das Schütz mitten im Hub.

Der letzte Satz ist der, der Geld kostet. Ein Schütz, das unter Last abfällt, stoppt nicht nur den Hub. Es lässt die Last fallen, und die Bremse muss sie auffangen.

Welche Generatorgröße den Einbruch unter 20 Prozent hält, hängt davon ab, wie das Hubwerk anläuft. Direktanlauf braucht am meisten, Stern-Dreieck weniger, ein Sanftanlasser noch weniger und ein Umrichter am wenigsten – aber ein Umrichter bringt sein eigenes Problem mit, und das ist das nächste Kapitel.

Tragfähigkeit	Hubwerksmotor	Generator bei Direktanlauf	Generator bei Stern-Dreieck	Umrichter, mit Oberschwingungsreserve
1 t	1,5 kW	5 bis 6 kVA	4 bis 5 kVA	3 bis 4 kVA
5 t	7,5 kW	23 bis 26 kVA	15 bis 19 kVA	12 bis 14 kVA
10 t	13,0 kW	39 bis 46 kVA	26 bis 33 kVA	20 bis 24 kVA
16 t	13,0 kW	39 bis 46 kVA	26 bis 33 kVA	20 bis 24 kVA
20 t	18,5 kW	56 bis 65 kVA	37 bis 46 kVA	28 bis 34 kVA

Dies sind unsere Planungswerte, abgeleitet aus den Standardfaktoren 3 bis 3,5 mal Motorkilowatt für Direktanlauf, 2 bis 2,5 mal für Stern-Dreieck und 1,5 bis 1,8 mal für einen Umrichter, einschließlich eines Zuschlags von 10 bis 20 Prozent für die Oberschwingungserwärmung des Generators. Sie setzen voraus, dass der Kran die einzige Last ist. Kommt der Rest des Werks hinzu, wächst das Aggregat erneut.

Beachten Sie, was nicht in der Auslegungsgrundlage steckt: die gesamte installierte Kranleistung. Eine Auslegung auf die 26,1 kW Gesamtleistung eines 20-Tonnen-Krans überdimensioniert das Aggregat um etwa ein Drittel, weil die Kranfahr- und Katzmotoren nie im selben Augenblick wie ein belasteter Hubwerksanlauf laufen – und selbst wenn, sind es je 0,8 kW. Der größte Motoranlauf bestimmt die Größe. Alles andere ist Rauschen.

Was macht der Kran mit der Spannungskurve des Generators?

Hier wird der Umrichter vom Vorteil zum Risiko. Ein Sechspuls-Gleichrichter zieht Strom in kurzen Impulsen auf dem Scheitel der Welle, und dieser impulsförmige Strom fließt durch die Quellenimpedanz und drückt die Spannung ein. An einem Transformator mit einem Kurzschlussverhältnis um 100 ist die Delle unsichtbar. An einem Generator nicht.

Cummins veröffentlicht den Vergleich, und es ist das sauberste Zahlenpaar, das ich dazu gefunden habe. Derselbe Sechspuls-Umrichter mit 29 Prozent Strom-THD erzeugt 34 Prozent Spannungs-THD an einem Generatoraggregat mit 12 Prozent subtransienter Reaktanz, einem Kurzschlussverhältnis von 8. Hinter einem Transformator mit Kurzschlussverhältnis 100 erzeugt er 2,8 Prozent. Derselbe Umrichter, dieselbe Last, zwölfmal die Verzerrung – wegen der Quelle.

Rechnet man dieses Verhältnis andersherum, ist das Ergebnis unerfreulich. Die Spannungsverzerrung skaliert mit dem Kehrwert des Kurzschlussverhältnisses; um den IEEE-519-Grenzwert von 8 Prozent Spannungs-THD allein über die Quellenimpedanz zu erreichen, bräuchte man ein Kurzschlussverhältnis von etwa 34, also eine subtransiente Reaktanz nahe 3 Prozent. Standardgeneratoren liegen bei 8 bis 14 Prozent. Man kann sich mit Generatorkilovoltampere nicht freikaufen. Man bräuchte die vierfache Aggregatgröße und wäre immer noch am Rand.

Quelle	Kurzschlussverhältnis	Spannungs-THD durch einen Umrichter mit 29 Prozent THD	Gegenüber dem Grenzwert von 8 Prozent
Versorgungstransformator, stark	100	2,8 Prozent	bestanden mit Reserve
Generator, typischer Generator	8 (12 Prozent X"d)	34 Prozent, veröffentlicht	scheitert um das Vierfache
Generator, Option mit niedriger Reaktanz	12,5 (8 Prozent X"d)	etwa 22 Prozent, interpoliert	scheitert weiterhin
Generator, der bestehen würde	34 (etwa 3 Prozent X"d)	8 Prozent	kommerziell nicht verfügbar

Die ersten beiden Zeilen sind die veröffentlichten Werte von Cummins. Die letzten beiden sind unsere Interpolation über die von ihnen beschriebene Beziehung zum Kehrwert des Kurzschlussverhältnisses, weshalb sie als interpoliert und nicht als gemessen gekennzeichnet sind.

In der Praxis sieht ein Spannungs-THD von 34 Prozent an einem Generator nicht wie eine Zahl auf einem Messgerät aus. Es sieht aus wie ein Umrichter, der wegen Zwischenkreis-Überspannung abschaltet, eine SPS, die neu startet, klappernde Schütze und einen Elektriker vor Ort, der eine Woche lang völlig intakte Bauteile austauscht.

Welcher Grenzwert gilt eigentlich für meinen Kran?

Drei verschiedene Dokumente, und Käufern wird meist das falsche genannt.

IEEE 519-2022 setzt Grenzwerte für Spannungs- und Stromverzerrung am Verknüpfungspunkt. Es ist eine Systemnorm, angewendet auf die gesamte Installation, nicht auf einen einzelnen Umrichter. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil ein 10-Tonnen-Kran für sich genommen bequem innerhalb des TDD-Grenzwerts liegen kann, während das Werk insgesamt darüber liegt.

Sammelschienen-Spannung am Verknüpfungspunkt	Einzeloberschwingung	Gesamtoberschwingungsgehalt
V 1,0 kV oder darunter	5,0 Prozent	8,0 Prozent
1 kV bis 69 kV	3,0 Prozent	5,0 Prozent
69 kV bis 161 kV	1,5 Prozent	2,5 Prozent
Über 161 kV	1,0 Prozent	1,5 Prozent

Quelle: IEEE 519-2022, Tabelle 1, wiedergegeben vom PQ Blog. Die Spannungsgrenzwerte sind absolut, sie passen sich nicht der Größe des Kunden an.

Die Stromverzerrung ist die flexible Größe. Sie wird als gesamte Bedarfsverzerrung ausgedrückt, als Prozentsatz Ihres maximalen Bedarfsstroms und nicht des Momentanstroms, und der Grenzwert wird strenger, je schwächer die Quelle ist.

Kurzschlussverhältnis	2. bis 11. Oberschwingung	11. bis 17.	17. bis 23.	23. bis 35.	Über 35.	TDD-Grenzwert
Unter 20	4,0	2,0	1,5	0,6	0,3	5,0
20 bis 50	7,0	3,5	2,5	1,0	0,5	8,0
50 bis 100	10,0	4,5	4,0	1,5	0,7	12,0
100 bis 1000	12,0	5,5	5,0	2,0	1,0	15,0
Über 1000	15,0	7,0	6,0	2,5	1,4	20,0

Quelle: IEEE 519-2022, Tabelle 2, Systeme von 120 V bis 69 kV. Geradzahlige Oberschwingungen unterhalb der sechsten Ordnung sind auf die Hälfte dieser Werte begrenzt.

Hier ist der nützliche Teil. Ein 6-Puls-Umrichter ohne Drossel hat 101,5 Prozent Strom-THD. Bei Volllast entspricht das dem TDD, und gegenüber einem Grenzwert von 5 Prozent für eine schwache Quelle scheitert er um den Faktor zwanzig. Mit einer 5-Prozent-Netzdrossel sind es 33,9 Prozent, noch immer zu viel. Mit einem Netz-Oberschwingungsfilter sind es 4,9 Prozent, was besteht. Die Werte stammen aus der veröffentlichten Tabelle von Siemens für Umrichter-Eingänge, und sie sagen die Antwort in einer Zeile: Die Drossel ist am Generator nicht optional.

IEC 61000-3-12 ist das andere Dokument, und es ist das, das weiter unten in der Kette gilt. Es begrenzt den in öffentliche Niederspannungsnetze eingeleiteten Oberschwingungsstrom von Betriebsmitteln, die mehr als 16 und bis zu 75 A pro Phase ziehen. Das heißt: Die Größe des Krans entscheidet, ob es überhaupt anwendbar ist.

Tragfähigkeit	Kranstrom bei 400 V	Welche IEC-Emissionsnorm gilt
1 bis 3 t	6 bis 12 A	Unter 16 A, für das Betriebsmittel gilt IEC 61000-3-2
5 t	18,7 A	Innerhalb IEC 61000-3-12, 16 bis 75 A
10 t	33,2 A	Innerhalb IEC 61000-3-12, 16 bis 75 A
20 t	49,3 A	Innerhalb IEC 61000-3-12, 16 bis 75 A

Ein 20-Tonnen-Einträgerlaufkran liegt also genau im Band von 16 bis 75 A. Das ist kein Zufall, dort liegt der größte Teil dieses Marktes, und deshalb lohnt es sich, die EMV-Erklärung eines Umrichterherstellers vor der Unterschrift zu lesen und nicht erst, nachdem der Kran angekommen ist. IEC 61000-3-12 legt Grenzwerte je Ordnungszahl in einer Tabelle fest, und ob ein bestimmter Umrichter besteht, hängt davon ab, welche Tabellenzeile gilt und welche Drossel der Hersteller eingebaut hat. Fragen Sie nach der Erklärung. Es gibt sie, und Hersteller, die sie haben, schicken sie innerhalb einer Stunde.

Das dritte Dokument ist die Spezifikation Ihres Kunden, und dieses regiert tatsächlich. Eine typische öffentliche Kranausschreibung liest sich so: 380 V dreiphasig 50 Hz, Netzschwankung plus oder minus 6 Prozent bei der Spannung und plus oder minus 2 Prozent bei der Frequenz (Standard-Spezifikation EM-01-01 des Hong Kong Works and Services Department, ein gutes Beispiel). Strenger als beide Normen, und sie sagt dem Lieferanten genau, was der Kran durchstehen muss.

Warum löst der Kran immer wieder den FI-Schutzschalter aus?

Weil ein Umrichter aus Sicht einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung kein Motor ist, und weil jemand den falschen Typ eingebaut hat.

Die Anwendungsrichtlinie von Doepke ist da unmissverständlich. Mehrphasige Betriebsmittel mit Frequenzumrichtern – und Krane werden ausdrücklich genannt – dürfen nur an Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ B oder B+ betrieben werden, weil ein Fehler einen glatten DC-Fehlerstrom erzeugen kann, den eine Typ-A-Einrichtung nicht sieht. Die Alternativen sind ein Trenntransformator oder ein fester Anschluss. Typ AC oder Typ A an einem Kranumrichter ist eine Einrichtung, die entweder fehlauslöst oder nicht schützt – und an verschiedenen Tagen möglicherweise beides.

Die zweite Hälfte des Problems ist der Ableitstrom, der mit der Motorkabellänge wächst. Integrierte EMV-Filter in einem Umrichter sind typischerweise nur für 5 bis 10 Meter geschirmtes Motorkabel als gültig erklärt. Es werden auch Kabellängen von 50 bis 100 Metern genannt, aber die beziehen sich auf die kapazitive Last, die die Endstufe treiben kann, nicht auf die EMV-Konformität. Über etwa 10 Metern steigt der Ableitstrom deutlich, und der Hersteller muss gefragt werden, welche FI-Empfindlichkeit noch trägt.

Denken Sie jetzt an einen 20-Tonnen-Kran mit 25 Metern Spannweite und einer Festoon-Anlage. Das Hubwerk sitzt in der Mitte der Brücke, der Schaltschrank an einem Ende und die Fahrmotoren an beiden Enden. Kabellängen von 20 bis 30 Metern sind normal, noch bevor die Festoon-Anlage berücksichtigt ist. Das ist kein Fehler des Krans. Es ist eine physikalische Folge der Geometrie, und deshalb muss die Spezifikation dv/dt-Filter, geschirmtes Kabel und Typ-B-Einrichtung verlangen, statt es der Baustelle zu überlassen.

Noch einer, aus derselben Quelle, und er erwischt Leute, die alles andere richtig gemacht haben. Wenn die Schaltfrequenz des Umrichters zufällig mit der Resonanzfrequenz eines vorgeschalteten EMV-Filters oder einem Vielfachen davon übereinstimmt, kann der Filter schwingen und der Ableitstrom weit über das Normalmaß steigen, was die Einrichtung auslöst. Eine Änderung der Schaltfrequenz behebt das. Niemand findet das, indem er um 2 Uhr nachts ein Handbuch liest.

Ändert die Netzdrossel meine Rechnung für den Leistungsfaktor?

Ja, und stärker, als die meisten erkennen, weil der Leistungsfaktor, den ein Umrichter angibt, nicht der Leistungsfaktor ist, den der Zähler aufzeichnet.

Der Verschiebungsfaktor ist der Kosinus des Winkels zwischen Grundschwingungsspannung und Grundschwingungsstrom. Der Eingang eines Umrichters liefert etwa 0,96 bis 0,98, und das meint das Datenblatt, wenn es von hohem Leistungsfaktor spricht. Der wahre Leistungsfaktor schließt die Verzerrung ein, und die Beziehung ist einfach: Der wahre Leistungsfaktor ist der Verschiebungsfaktor geteilt durch die Quadratwurzel aus eins plus Strom-THD zum Quadrat.

Wenden Sie das auf die Stromverzerrungswerte von Siemens an, und das Bild ändert sich vollständig.

Umrichter-Eingang	Strom-THD bei Volllast	Verschiebungsfaktor	Wahrer Leistungsfaktor am Zähler
6-Puls, ohne Drossel	101,5 Prozent	0,98	0,69
6-Puls, 2 bis 3 Prozent Drossel	43,6 Prozent	0,98	0,90
6-Puls, 5 Prozent Drossel	33,9 Prozent	0,98	0,93
6-Puls mit Netz-Oberschwingungsfilter	4,9 Prozent	0,98	0,98
12-Puls	8,8 Prozent	0,98	0,98
Aktiver Netzstromrichter	1,3 Prozent	0,99	0,99

Die THD-Werte sind die veröffentlichten Zahlen von Siemens für den jeweiligen Eingang. Die Spalte Leistungsfaktor ist unsere Rechnung nach der Standardbeziehung, gerundet.

Ein Umrichter ohne Drossel hat einen wahren Leistungsfaktor von 0,69, während sein Datenblatt 0,98 angibt. Beide Aussagen sind wahr. Diese Lücke ist der Unterschied zwischen einem Versorgungsunternehmen, das Blindleistung berechnet, und einem, das es nicht tut.

Wie sich das auf einer Rechnung niederschlägt, hängt vom Tarif ab, und die Strukturen sind nicht subtil. Der Industriestarif von South Central Indiana REMC, gültig ab Februar 2024, erhöht die verrechnete Leistung immer dann, wenn der gemessene Leistungsfaktor bei Höchstlast unter 97 Prozent fällt, indem die erfasste Leistung mit 97 geteilt durch den gemessenen Leistungsfaktor multipliziert wird. Zusätzlich wird eine Gebühr für überschüssige Blindenergie von 0,01009 Dollar pro kVARh erhoben, sobald der Monatsdurchschnitt unter 95 Prozent fällt.

Setzen Sie Zahlen darauf. Ein Werk mit 80 kW Wirkleistungsbedarf, das 12 Dollar pro kW verrechneter Leistung zahlt:

Leistungsfaktor des Werks	Verrechnete Leistung	Monatliche Leistungskomponente	Mehr pro Jahr gegenüber 0,97
0,97	80,0 kW	960 Dollar	keiner
0,90	86,2 kW	1.034 Dollar	etwa 890 Dollar
0,69	112,5 kW	1.350 Dollar	etwa 4.680 Dollar

Unsere Rechnung nach der veröffentlichten Tarifformel, angewendet auf ein hypothetisches Werk. Es ist kein Angebot und es ist nicht Ihr Tarif. Aber die Größenordnung stimmt, und sie erklärt, warum eine 300-Dollar-Drossel an einem 15-kW-Umrichter die billigste elektrische Entscheidung am Kran ist.

Was passiert, wenn das Netz nicht 400 V bei 50 Hz liefert?

Hier wird ein Kran, der im Werk perfekt war, in einem anderen Land zum Garantiefall, und der Mechanismus ist ein einziges Verhältnis: Volt pro Hertz.

Der magnetische Fluss eines Induktionsmotors und damit sein Drehmoment werden durch die Versorgungsspannung geteilt durch die Frequenz bestimmt. Halten Sie das Verhältnis ein, und der Motor verhält sich wie erwartet. Ändern Sie es, und Sie ändern die Maschine.

Motor-Typenschild	Tatsächliche Versorgung	Volt pro Hertz	Verfügbares Drehmoment	Drehzahl	Bewertung
400 V, 50 Hz	400 V, 50 Hz	8,00	100 Prozent	100 Prozent	nenngerecht
400 V, 50 Hz	480 V, 60 Hz	8,00	100 Prozent	120 Prozent	in Ordnung, 20 Prozent mehr Leistung verfügbar
400 V, 50 Hz	400 V, 60 Hz	6,67	69 Prozent	120 Prozent	hebt die Nennlast nicht
400 V, 50 Hz	380 V, 50 Hz	7,60	90 Prozent	100 Prozent	grenzwertig bei Nennlast, Hubwerk beobachten
460 V, 60 Hz	400 V, 50 Hz	8,00	100 Prozent	83 Prozent	sättigt, läuft heiß, 17 Prozent langsamer

Das Drehmoment skaliert mit dem Quadrat des Verhältnisses, weshalb die dritte Zeile die gefährliche ist. Senken Sie das Verhältnis um 17 Prozent, behalten Sie 69 Prozent des Drehmoments, aber der Motor dreht auch 20 Prozent schneller, also braucht dieselbe Hubgeschwindigkeit mehr Leistung, als der Motor erzeugen kann. Der Ausfall ist nicht dramatisch. Das Hubwerk hebt einfach die Nennlast nicht, und es wird dabei heiß.

Der Trost ist, dass die meisten dieser Krane mit einem Umrichter geliefert werden, und ein Umrichter lässt das 50-/60-Hz-Problem verschwinden – solange er für den Motor programmiert ist und nicht für das Netz. Stellen Sie die Grundfrequenz und die Grundspannung des Umrichters auf das Typenschild ein, und er liefert das richtige Verhältnis Volt pro Hertz aus dem, was die Leitung ihm gibt. Der Haken ist, dass die Ausgangsspannung des Umrichters seine Eingangsspannung nicht überschreiten kann; ein 50-Hz-Motor, der bei Grunddrehzahl 400 V braucht, kann aus einem 380-V-Netz nicht versorgt werden, ohne 10 Prozent seiner Drehmomentkennlinie zu verlieren.

Und die Toleranzfrage ist wieder eine andere. IEC 60034-1 teilt die Versorgungsbedingungen in zwei Zonen. Zone A ist plus oder minus 5 Prozent Spannung bei plus oder minus 2 Prozent Frequenz, wo der Motor das Nenndrehmoment mit mäßiger Temperaturerhöhung liefert. Zone B ist plus oder minus 10 Prozent Spannung bei plus 3, minus 5 Prozent Frequenz, wo das Nenndrehmoment noch verfügbar ist, die Temperaturerhöhung aber höher liegt und der Betrieb kurz sein sollte. NEMA MG 1 ist auf dem Papier großzügiger mit plus oder minus 10 Prozent Spannung und plus oder minus 5 Prozent Frequenz, wobei die kombinierte Abweichung auf 10 Prozent begrenzt ist. Ein Kran, der acht Stunden am Tag in Zone B verbringt, ist ein Kran mit verkürzter Isolationslebensdauer, was immer die Norm erlaubt.

Bremswiderstand oder rückspeisefähiger Umrichter?

Bremswiderstand, bei einem Einträgerlaufkran. Ich zeige die Rechnung und dann den Fall, in dem es sich umdreht.

Das Absenken einer Last macht den Motor zum Generator. Die Energie muss irgendwohin. Ein Bremschopper leitet sie als Wärme in einen Widerstand. Ein rückspeisefähiger Netzstromrichter speist sie ins Netz zurück. Der technische Leitfaden von ABB rechnet ein 90-kW-Kranhubwerk durch beide Optionen: Chopper und Widerstand im Schrank für 7.500 Euro gegenüber einem IGBT-Netzstromrichter, der 2.000 Euro mehr kostet und 4.000 Euro Energie zurückgewinnt. Bei dieser Maschine gewinnt die Rückspeisung, und ABB empfiehlt sie für Krane.

Diese Maschine ist ein 90-kW-Hubwerk mit 20 Prozent Jahreseinsatzdauer und drei Minuten Bremsperioden. Ein Einträgerhubwerk hat 1,5 bis 18,5 kW, und die Energie pro Hub ist praktisch um das Massenverhältnis zum Quadrat kleiner, weil sowohl Masse als auch Höhe schrumpfen.

Tragfähigkeit und Hubhöhe	Energie pro Lastabwärtsfahrt bei 60 Prozent Last	Zurückgewonnen bei 65 Prozent	Jährliche Rückgewinnung, Gruppe A5	Wert bei 0,12 pro kWh	Amortisation bei 1.500 bis 3.000 Dollar Aufpreis
5 t, 6 m	0,049 kWh	0,032 kWh	384 kWh	46 Dollar	33 bis 65 Jahre
10 t, 6 m	0,098 kWh	0,064 kWh	766 kWh	92 Dollar	20 bis 38 Jahre
20 t, 9 m	0,294 kWh	0,191 kWh	2.292 kWh	275 Dollar	9 bis 16 Jahre

Unsere Rechnung. Angenommen werden 2.000 Betriebsstunden, 12 Hübe pro Stunde, die Hälfte davon mit Lastabwärtsfahrt, ein Wirkungsgrad der Rückspeisung im geschlossenen Kreis von 65 Prozent und ein Aufpreis von 1.500 bis 3.000 Dollar für einen rückspeisefähigen Netzstromrichter gegenüber Chopper und Widerstand in diesen Leistungsklassen.

Neun bis sechzehn Jahre bei einem 20-Tonnen-Kran sind kein Geschäftsfall, das ist ein Rundungsfehler bei einem zwanzigjährigen Anlagegut, das möglicherweise vorher ersetzt wird. Legen Sie also den Chopper aus und stecken Sie die Differenz in die Netzdrossel, die jede einzelne Stunde jeder Schicht etwas zurückbringt und nicht nur, wenn die Last herunterkommt.

Die Ausnahme ist es wert, genannt zu werden, weil der Exportmarkt dorthin tendiert. Wenn der Käufer bereits eine Leistungskomponente an einem schwachen Netz zahlt oder der Standort an einem Generator läuft, bei dem jede zurückgewonnene Kilowattstunde nicht verbranntem Diesel entspricht, liegt der Wert pro kWh beim Zwei- bis Dreifachen des Netztarifs, und der 20-Tonnen-Fall verschiebt sich in den Bereich von fünf bis acht Jahren. Fragen Sie, was der Strom tatsächlich kostet, bevor Sie es ausschließen. An einem Generatorstandort ist die Antwort meist nicht 0,12.

Was kostet die Lösung, und in welcher Reihenfolge sollte ich investieren?

Das Billigste zuerst, und das billige Ende erledigt den größten Teil der Arbeit. Die Kosten unten sind Richtwerte für einen Hubwerksumrichter von 13 bis 18,5 kW, was einen Einträgerlaufkran von 10 bis 20 Tonnen abdeckt. Es sind unsere Planungswerte aus Projektangeboten, keine Preisliste.

Maßnahme	Strom-THD danach	Wahrer Leistungsfaktor danach	Indikativer Preis	Wann sie die richtige Antwort ist
5-Prozent-Netzdrossel oder Zwischenkreisdrossel	33,9 Prozent	0,93	200 bis 600 Dollar	der Standard für jeden Exportkran
3-Prozent-Netzdrossel	43,6 Prozent	0,90	150 bis 450 Dollar	steifes Versorgungsnetz mit kurzer Leitung zum Schaltschrank
Passiver Netz-Oberschwingungsfilter	4,9 Prozent	0,98	1.200 bis 3.500 Dollar	Generatorversorgung oder ein vertraglich vereinbarter THD-Wert
Umrichter mit aktivem Netzstromrichter	1,3 Prozent	0,99	1.800 bis 4.500 Dollar Aufpreis	Rückspeisung ist ohnehin gewünscht, oder der Grenzwert ist streng
12-Puls mit Phasenschiebertransformator	8,8 Prozent	0,98	6.000 bis 15.000 Dollar	oberhalb von etwa 75 kW pro Umrichter, wo Drosseln nicht reichen
Aktivfilter am Verknüpfungspunkt	unter 5 Prozent an der Sammelschiene	nahe 1,0	4.000 bis 12.000 Dollar	Nachrüstung oder mehrere bereits installierte Umrichter
Überdimensionierung des Generators	unverändert	unverändert	15.000 bis 40.000 Dollar zusätzlich	nie, für Oberschwingungen. Sie senkt die Spannungsverzerrung, sie beseitigt sie nicht

Zwei Dinge zu dieser Tabelle. Das erste ist, dass die unterste Zeile die ist, die die meisten Käufer wählen, weil sie nach Ingenieurkunst klingt und nicht nach Zubehör – und sie ist das schlechteste Preis-Leistungs-Verhältnis der Liste. Das zweite ist, dass die oberste Zeile eigentlich gar keine Oberschwingungsmaßnahme ist. Eine Netzdrossel schützt den Umrichter vor Netztransienten und Kondensatorschaltungen, weshalb die Anwendungsnotiz von Pacific Gas and Electric eine 3-Prozent-Drossel als Standardpraxis gegen Fehlauslösungen durch Überspannung empfiehlt. Die Oberschwingungsreduktion kommt gratis dazu.

Wenn der Kran an einen Generator kommt, überspringen Sie die Liste und gehen direkt zur dritten Zeile. Ein passiver Filter kostet etwa so viel wie die Differenz zwischen einem 46-kVA- und einem 65-kVA-Aggregat, und er behebt das Problem, das das Aggregat nicht beheben kann.

Was gehört in den elektrischen Teil der Anfrage?

Zehn Zeilen. Jede davon hat uns oder einen Kunden irgendwann eine Woche gekostet.

1. Versorgungsspannung, Frequenz und gemessene Toleranz. Nicht der Nennwert. Ein Standort, der am Kranschaltschrank 355 V misst, ist ein anderer Kran als einer, der 400 V misst.

2. Versorgungsquelle und ihr Kurzschlussverhältnis. Versorgungstransformator mit kVA und Impedanz oder ein Generator mit kVA und subtransienter Reaktanz. Ohne die Reaktanz lässt sich die Oberschwingungsfrage nicht beantworten.

3. Anlaufverfahren des Hubwerks, als Anforderung formuliert. Direktanlauf, Stern-Dreieck, Sanftanlasser oder Umrichter. Überlassen Sie das nicht der Standardausführung des Lieferanten.

4. Spezifikation des Umrichter-Eingangs, mit Strom-THD bei Volllast. Eine Zahl, nicht das Wort „gefiltert". Fordern Sie die EMV-Erklärung nach IEC 61000-3-12 an, wenn der Kranstrom über 16 A liegt.

5. Ob eine Netzdrossel oder Zwischenkreisdrossel enthalten ist, und ihr Prozentwert. Was nicht auf der Zeichnung steht, ist nicht im Schaltschrank.

6. Motor-Typenschild passend zur tatsächlichen Versorgung. Volt pro Hertz, nicht nur Spannung. Diese Zeile verhindert die 60-Hz-Falle aus der Tabelle oben.

7. Beanspruchungsgruppe und Schaltspiele pro Stunde, je Triebwerk. Ein Hubwerk, das für 180 Schaltspiele pro Stunde bei 30 Prozent Einschaltdauer ausgelegt ist, ist ein anderer Motor als eines für 300 bei 50 Prozent, und der Preisunterschied ist real.

8. Bremsausführung. Chopper und Widerstand oder rückspeisefähig. Dazu die Belastbarkeit des Widerstands, wenn der Standort lange Abwärtsfahrten hat.

9. Erdung und Fehlerstromschutz. Typ-B- oder B+-Einrichtung, geschirmtes Motorkabel, maximale Kabellänge und ob ein dv/dt-Filter nötig ist. Legen Sie fest, wer was liefert.

10. Wer den Umrichter in Betrieb nimmt, und wogegen. Parametersatz im Werk mit dem Motor-Typenschild oder vor Ort mit der tatsächlichen Versorgung. Das ist die häufigste Lücke zwischen einem funktionierenden Kran und einem Kran mit einem Inbetriebnahmeprotokoll, das niemand nachvollziehen kann.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich einen Einträgerlaufkran an einem Generator betreiben?

Ja, und sehr viele werden so betrieben. Legen Sie den Generator nach dem größten Motoranlauf aus und nicht nach der Anschlussleistung, halten Sie den Spannungseinbruch unter 20 Prozent und bauen Sie eine Netzdrossel in den Hubwerksumrichter ein. Ein 10-Tonnen-Kran braucht 39 bis 46 kVA bei Direktanlauf des Hubwerks oder 20 bis 24 kVA bei Umrichterbetrieb. Was nicht funktioniert, ist einen nackten 6-Puls-Umrichter an ein 63-kVA-Aggregat zu schrauben und zu erwarten, dass die Spannungskurve innerhalb von IEEE 519 bleibt. Die Standard-Elektroausführung finden Sie in der Baureihe Einträgerlaufkran.

Warum braucht ein 17,6-kW-Kran einen 46-kVA-Generator?

Weil der Hubwerksmotor bei jedem Hub zwei bis drei Sekunden lang das Sechs- bis Achtfache seines Vollaststroms zieht und der Generator während dieser Zeit die Spannung halten muss. Der Generator wird nicht für die 17,6 kW Betriebslast ausgelegt, sondern für den transienten Vorgang. Ein Umrichter nimmt den größten Teil dieses Transienten weg, weshalb die umrichtergespeiste Spalte in unserer Tabelle weniger als die Hälfte des Direktanlaufwerts beträgt. Diese Einsparung bezahlt in der Regel den Umrichter.

Ist ein größerer Generator billiger als eine Netzdrossel?

Selten, und oft funktioniert es überhaupt nicht. Um die Spannungsverzerrung allein über die Quellenimpedanz zu senken, braucht man ein Kurzschlussverhältnis nahe 34, was einer subtransienten Reaktanz von etwa 3 Prozent entspricht. Standardgeneratoren liegen bei 8 bis 14 Prozent, man würde also die vierfache Aggregatgröße kaufen, um gerade am Rand des Grenzwerts zu bleiben. Eine 5-Prozent-Netzdrossel senkt den Strom-THD für ein paar hundert Dollar von 101,5 auf 33,9 Prozent und erledigt die Aufgabe bei jeder Generatorgröße.

Braucht der Kran eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ B?

Wenn er einen Frequenzumrichter hat, ja. Die Anwendungsrichtlinie von Doepke ist eindeutig: Mehrphasige Betriebsmittel mit Frequenzumrichtern, Krane ausdrücklich eingeschlossen, dürfen nur an Typ-B- oder B+-Einrichtungen betrieben werden, weil ein Fehler einen glatten DC-Fehlerstrom erzeugen kann, den eine Typ-A-Einrichtung nicht erkennt. Ein Trenntransformator oder ein fester Anschluss ist eine akzeptable Alternative. Eine Typ-AC-Einrichtung an einem Kranumrichter ist eine Fehlauslösung, die nur auf ihren Auftritt wartet.

Läuft ein 50-Hz-Kran an einem 60-Hz-Netz?

Der Motor ja, das Hubwerk vielleicht nicht. Halten Sie das Verhältnis Volt pro Hertz ein, und der Motor liefert dasselbe Drehmoment bei 20 Prozent höherer Drehzahl. Betreiben Sie einen 400-V-50-Hz-Motor mit 400 V bei 60 Hz, sinkt das Verhältnis von 8,00 auf 6,67, was 31 Prozent des Drehmoments kostet, und das Hubwerk hebt die Nennlast nicht mehr. Geben Sie den Motor für das vorhandene Netz an, oder setzen Sie einen Umrichter ein und stellen Sie dessen Grundspannung und Grundfrequenz auf das Typenschild ein.

Sollte ich einen rückspeisefähigen Umrichter für das Hubwerk kaufen?

Bei einem Einträgerlaufkran: nein. Die zurückgewonnene Energie eines 5-Tonnen-Krans in der Gruppe A5 beträgt etwa 384 kWh pro Jahr, das sind 46 Dollar, gegenüber einem Aufpreis von 1.500 bis 3.000 Dollar. Bei einem 20-Tonnen-Kran im Schwerlastbetrieb liegt die Amortisation am Netz bei neun bis sechzehn Jahren, was kein Geschäftsfall ist. Das dreht sich an Generatorstandorten, wo die zusätzliche Kilowattstunde Diesel ist, und bei Prozesskranen über 50 Tonnen, wo das durchgerechnete Beispiel von ABB selbst zeigt, dass sich die Rückspeisung rechnet. Stecken Sie das Geld zuerst in die Drossel.