Das aktuell vorherrschende Netz in Europa ist ein symmetrisches, dreiphasiges Wechselspannungsnetz mit einer Frequenz von 50 Hz und vier verschiedenen Spannungsebenen. Abbildung 1-a zeigt schematisch die vier Spannungsebenen. Die vorliegende Betrachtung beschränkt sich auf die Niederspannungsebene bis 1000 VAC bzw. 1500 VDC.
Abbildung 1‑a1
Trotz dem vorherrschenden AC-Netz gibt es insbesondere im Niederspannungsbereich eine Vielzahl von DCAnwendungen, die eine jeweils lokale AC/DC-Wandlung erfordern. Zur Reduzierung von Wandlungsverlusten und zur Unterstützung der Energiewende gibt es Bestrebungen die AC/DC-Wandlung lokal für ein vollständiges Subnetz anstatt für einzelne Anwendungen zu betreiben. Das betrifft sowohl den Gebäude- als auch den Industriebereich.
Wegweisende Pilotprojekte sind DCC+G2, DC-Sich3, DC-Schutzorgane4, DC-Industrie5 und DC-Industrie26.
Eine Vielzahl der DC-Anwendungen sind aus dem Alltag kaum noch wegzudenken. Dazu zählen vor allem Netzteile für Kommunikationselektronik wie z.B. batteriebetriebene Mobilfunkgeräte und Notebooks. Der elektrische Strom wird aus dem AC-Niederspannungsnetz zur Verfügung gestellt und durch einen meist leistungselektronischen Wandler in DC der Anwendung zugeführt.
Bislang sind DC-Netze vor allem in folgenden Bereichen zu finden:
Dass die direkte Versorgung einzelner Anwendungen mit Gleichstrom durch ein lokales DC-Netz auch im Industriebereich durchaus sinnvoll ist, soll an Abbildungen 2-a und 2-b verdeutlicht werden. Diese zeigen eine Photovoltaikanlage mit Energiespeicher zur Versorgung von Antriebssystemen. Der elektrische Gleichstrom aus dem Photovoltaikgenerator wird in einem Energiespeicher zwischengespeichert. Die einzelnen Anwendungen werden über einen gemeinsam DC-Bus direkt mit Gleichstrom versorgt und ggfs. überschüssige Energie kann durch einen bidirektionalen DC/ACWandler dem Niederspannungsnetz zugeführt werden. Statt der herkömmlichen mehrfachen Wandlung AC/DC/AC und AC/DC bzw. DC/AC wird durch eine neue DC-Topologie die Anzahl der Wandlungen und damit die auch die Summe der Wandlungsverluste reduziert. Zudem wird die Ausfallsicherheit erhöht und die Anschlussleistung reduziert. Das Projekte „DC Industrie“ tritt auf vielfältige Weise den Beweis an, dass neue Anwendungsgebiete von DC-Netzen wie z.B. im Maschinenbau sowohl ökonomisch als auch ökologisch zukunftsweisend sind.
Aktuelle Forschungsergebnisse werden beim ZVEI unter https://dc-industrie.zvei.org/ zusammengeführt. Weitere Anwendungsgebiete sind große LED-Beleuchtungsanlagen in gewerblich genutzten Gebäuden sowie die Kombination aus PV-Anlage, Energiespeicher und Ladepunkt als nachhaltige Stromversorgung für Elektrofahrzeuge.
Abbildung 2‑a7
PROFITEST PRIME
Als sicherstes Prüfgerat seiner Produktklasse erfüllt der PROFITEST PRIME die Sicherheitskriterien für CAT III bis 600 V sowie CAT IV bis 300 V und ist gemäß DIN EN 61557 / VDE 0413 zum Prüfen, Messen und Überwachen von Schutzmaßnahmen im Niederspannungsbereich bis AC 1000 V und DC 1500 V zugelassen. Erstmals lassen sich auch Schleifenmessungen in reinen DC-Netzen bis 850 V Nennspannung sowie bei allstromsensitiven Fehlerstromschutzschaltern durchführen.
Ebenso ist die messtechnische Überprüfung der korrekten Funktion von Isolationsüberwachungseinrichtungen möglich. Weitere Merkmale sind die Messung der niederohmigen Durchgängigkeit mit bis zu 25 A sowie die DC-Restspannungsmessung. Weil allein mit dem PROFITEST PRIME sowohl in 690 V AC- als auch in 850 V DC-Netzen geprüft werden kann reicht jetzt ein einziges Gerät, um neben Schaltschränken, Maschinen und Industrieanlagen auch die elektrische Sicherheit von Photovoltaik- und Windkraftanlagen sowie Ladestationen für die Elektromobilität zu testen. Besondere Flexibilität bietet der integrierte Akku, der bei fehlender Stromversorgung ausreichend Energie für bis zu
tausend Messungen bereitstellt.
METRACELL BT PRO
Der METRACELL BT PRO ist ein mobiles und multifunktionales Prüfgerat zur Evaluierung und Wartung von Batterieanlagen und unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) zum Beispiel in Rechenzentren und DC-Netzen in Industrieanlagen. Mit dem METRACELL kann die Spannung sowie der elektrische und elektrochemische Widerstand eines Batterieblocks erfasst werden. Entladetests sind durch Erfassung von Entladestrom und Spannungsverlauf möglich. Dabei speichert das Gerät bis zu 30.000 Datensätze, die mit der mitgelieferten Batteriemanagement-Software verwaltet und in Form von aussagefähigen Reports ausgegeben werden können. Der METRACELL BT PRO wird komplett mit Messzubehör, Ladenetzteil und Akkus im Transportkoffer geliefert.
1 https://de.wikipedia.org/wiki/Stromnetz#/media/Datei:Stromversorgung.svg
2 https://cordis.europa.eu/project/id/296108 2012 bis 2015
3 https://www.dke.de/de/arbeitsfelder/energy/dc-sicherheit 2012 bis 2014
4 4DC-Schutzorgane: Entwicklung eines neuen, integrierten Schutzkonzepts und neuer Schutzorgane für
zukünftige Niederspannungs-Gleichstromnetze
5 https://dc-industrie.zvei.org/ 2016 bis 2019
6 https://dc-industrie.zvei.org/ seit 2019
7 https://dc-industrie.zvei.org/publikationen/energiewende-trifft-industrie-4.0
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