Flüssigkeitsgekühlte Und Wassergekühlte Geräte Sinamics S120; Allgemeines - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

1.16 Flüssigkeitsgekühlte und wassergekühlte Geräte SINAMICS S120
1.16.1

Allgemeines

Die Geräte des modularen Antriebssystems SINAMICS S120 der Bauform Chassis sind sowohl in einer luftgekühlten
Ausführung als auch in einer flüssigkeitsgekühlten und einer wassergekühlten Ausführung verfügbar.
Die Geräte des modularen Antriebssystems SINAMICS S120 der Bauform Cabinet Modules sind in einer luftgekühlten
Ausführung und in einer flüssigkeitsgekühlten Ausführung verfügbar.
In diesem Abschnitt wird auf die Grundlagen der Flüssigkeitskühlung und Wasserkühlung sowie auf die flüssigkeits-
gekühlten und wassergekühlten Geräte der Bauform Chassis eingegangen. Die flüssigkeitsgekühlten Schrankgeräte
der Bauform Cabinet Modules, die auf den flüssigkeitsgekühlten Geräten der Bauform Chassis basieren, werden im
Kapitel „Projektierung der modularen Schrankgeräte SINAMICS S120 Cabinet Modules" beschrieben.
Die Flüssigkeitskühlung und die Wasserkühlung ermöglichen eine wesentlich effizientere Wärmeabfuhr als die Luft-
kühlung. Daher sind die flüssigkeitsgekühlten und wassergekühlten Geräte wesentlich kompakter als die leistungs-
gleichen luftgekühlten Geräte. Weil die in den Geräten anfallende Verlustleistung fast vollständig über die Kühl-
flüssigkeit bzw. das Kühlwasser abgeführt wird, sind je nach Schutzart des Schaltschrankes, in den die Geräte einge-
baut werden, keine oder nur sehr kleine Schranklüfter für die Abfuhr der Verluste der Geräteelektronik sowie der Strom-
schienen, Sicherungen und ein- bzw. ausgangsseitigen luftgekühlten Komponenten wie Drosseln und Filter
erforderlich. Dadurch sind die Geräte sehr leise. Aufgrund ihrer Kompaktheit und ihres sehr geringen Kühlluftbedarfs
bietet sich ihr Einsatz überall dort an, wo beengte Platzverhältnisse und/oder raue Umgebungsbedingungen herrschen.
Auch vollständig geschlossene Schaltschränke in Schutzart IP55 lassen sich realisieren. Bei vollständig geschlossenen
Schaltschränken in Schutzart IP55 ist die an die Luft abgegebene Verlustleistung der Geräteelektronik sowie die
Verlustleistung von Stromschienen, Sicherungen und ein- bzw. ausgangsseitigen luftgekühlten Komponenten wie
Drosseln und Filtern, über zusätzlich in den Schaltschrank einzubauende Lüfter in Kombination mit Luft/Wasser-
Wärmetauschern an die Kühlflüssigkeit abzuführen.
SINAMICS Flüssigkeitskühlung für einen eigenen, geschlossenen Kühlkreislauf für die SINAMICS-Geräte
Die flüssigkeitsgekühlten Geräte SINAMICS S120 stellen hohe Anforderungen an die Kühlmittelqualität und den
Kühlkreislauf wegen des verwendeten Kühlkreismaterials Aluminium. Dieses ermöglicht einen optimalen Wärmeüber-
gang in das Kühlmittel, ist aber chemisch relativ empfindlich. Lediglich einige wenige Geräte im unteren Leistungs-
bereich besitzen das chemisch robuste Kühlkreismaterial Edelstahl. Durch den Einsatz des chemisch empfindlichen
Aluminiums als Kühlkreismaterial bei den meisten Geräten ergeben sich folgende Anforderungen:
- Es ist eine hohe Qualität des als Kühlmittelbasis dienenden Kühlwassers erforderlich.
- Es sind zwingend Zusätze zum Kühlwasser erforderlich (Inhibitoren, Frostschutzmittel, Biozide).
- Es ist zwingend ein eigener, geschlossener Kühlkreislauf für die SINAMICS-Geräte erforderlich, so dass ein
Wasser/Wasser-Wärmetauscher zwischen umrichter- und anlagenseitigem Kühlkreislauf benötigt wird.
Die elektrischen Daten der flüssigkeitsgekühlten Geräte sind generell identisch mit denen der leistungsgleichen luft-
gekühlten Geräte (Bemessungsstrom, Überlastfähigkeit, werkseitig eingestellte Pulsfrequenz, Strom-Derating-Fakto-
ren bei Erhöhung der Pulsfrequenz, Möglichkeit der Parallelschaltung von bis zu vier gleichen Leistungsteilen und
Derating-Faktoren bei der Parallelschaltung).
Die maximale Zulauftemperatur des Kühlmittels in die SINAMICS-Geräte liegt relativ hoch und beträgt 45°C (ohne
Strom-Derating) bzw. 50°C (mit Strom-Derating).
SINAMICS Wasserkühlung für einen gemeinsamen Kühlkreislauf für Umrichter, Motoren und Anlage
Die wassergekühlten Geräte SINAMICS S120 stellen geringe Anforderungen an die Kühlmittelqualität und den Kühl-
kreislauf wegen des verwendeten Kühlkreismaterials Kupfer-Nickel (CuNi) im oberen Leistungsbereich und Edelstahl
im unteren Leistungsbereich. Diese Kühlkreismaterialien sind chemisch robust. Dadurch ergeben sich folgende An-
forderungen:
- Es ist eine geringe Qualität des Kühlwassers ausreichend.
- Es sind keine Zusätze zum Kühlwasser erforderlich (außer Frostschutz bei niedriger Umgebungstemperatur
und gegebenenfalls Biozide bei halboffenen Kühlkreisläufen).
- Es kann ein geschlossener oder ein halboffener Kühlkreislauf verwendet werden, der die SINAMICS-Geräte
gemeinsam mit den zugehörigen Motoren und anderen anlagenseitigen Komponenten versorgt.
Die elektrischen Daten der wassergekühlten Geräte sind NICHT generell identisch mit denen der leistungsgleichen
luftgekühlten Geräte, insbesondere die Überlastfähigkeit ist bei einigen Geräten geringer, siehe Katalog D 21.3. bzw.
Abschnitt „Aufbau der wassergekühlten Geräte Bauform Chassis".
Die maximale Zulauftemperatur des Kühlwassers in die SINAMICS-Geräte liegt eher niedrig und beträgt 38°C (ohne
Strom-Derating) bzw. 43°C (mit Strom-Derating). Dafür ist aber bei gemeinsamen Kühlkreisläufen keine Trennung und
damit kein Wärmetauscher zwischen umrichter- und anlagenseitigem Kühlkreis erforderlich.
Grundlagen und Systembeschreibung
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
Projektierungshinweise
213/562
© Siemens AG