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PTB entwickelt innovative Messtechnik für zukünftige Gleichstrom-Niederspannungsnetze

29.07.2020

Die PTB leistet durch messtechnische Entwicklungen im Bereich neuer mechanischer Schaltgeräte einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Die im Projekt „FASS – Fast And Selective Switching“ entwickelte Messtechnik ermöglicht die rückführbare Messung von transienten Schaltvorgängen und Energieflüssen in Niederspannungsnetzen bis 1500 Volt Gleichspannung.

 

 

 

Gleichstromnetze haben aus mehreren Gründen eine zunehmend hohe Bedeutung für die Energiewende. Zum einen gibt es immer mehr regenerative Energiequellen, die Gleichstrom produzieren, zum anderen ist eine zunehmende Zahl von Gleichstromnetzen zur Energieversorgung industrieller Verbraucher zu verzeichnen. Gleichstromnetze sind damit Kernsysteme für die Energiewende, sowohl im Bereich der Energieerzeugung (beispielsweise in Photovoltaikanlagen) als auch im Bereich der Elektromobilität. Die messtechnische Erfassung transienter Vorgänge, die z. B. durch das Abschalten des Stromflusses bewirkt werden, stellt insbesondere in Gleichstromnetzen eine große Herausforderung dar. Die PTB entwickelt im Projekt „FASS“ in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern innovative Messtechnik für die Erfassung von Strom- und Spannungsänderungen in solchen Netzen.


Stromerzeugungsanlagen können entweder über einen Umrichter an das konventionelle Wechselstromnetz angeschlossen werden oder zukünftig auch direkt über ein Gleichstromnetz verbunden werden. Im Falle eines Gleichstromnetzes wird die Energie aus den Erzeugungsanlagen entweder mit Hilfe eines zentralen Wechselrichters eingespeist oder direkt über das Gleichstromnetz zu den Verbrauchern geleitet. Letztere Variante kann in der Regel mit geringeren elektrischen Verlusten realisiert werden und stellt insbesondere im industriellen Bereich den wirtschaftlicheren Lösungsweg dar. Der prinzipielle Aufbau eines möglichen industriellen Gleichstromnetzes ist in der Abbildung dargestellt. Aufgrund des fehlenden Stromnulldurchgangs im Gleichstrombereich stellen Abschaltvorgänge für die Entwicklung von Schaltgeräten zurzeit noch große messtechnische Herausforderungen dar. Die im Projekt entwickelte neue Messtechnik ermöglicht eine zeitlich hochauflösende Messdatenerfassung und damit eine detailliertere Untersuchung von Schaltvorgängen. Im Falle von Gleichstrom-Schalteinrichtungen sind insbesondere Untersuchungen physikalischer Vorgänge in Lichtbögen und entsprechende Lichtbogenlöschverfahren von Interesse. Insgesamt unterstützen die Projektarbeiten damit die Entwicklung von neuen Schaltverfahren und Netzkomponenten.


Die PTB hat sich in dem Projekt zur Aufgabe gemacht, in den nächsten drei Jahren eine umfassende Strom- und Spannungsmesstechnik für das Projektkonsortium zu entwickeln. Dazu wird auch eine mobile Kalibriereinrichtung für die Prüflaboratorien der Projektpartner aufgebaut, zu denen neben dem Projektkoordinator E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH die TU Ilmenau sowie das Industriekonsortium des Kompetenzzentrums für Elektrische Kontakte Ilmenau „KEKI“ (bestehend aus den Unternehmen SIEMENS, Doduco und Heraeus) zählen.

 

Typische Komponenten und Messeinrichtungen eines Gleichstrom-Industrienetzes

Bild: Typische Komponenten und Messeinrichtungen eines Gleichstrom-Industrienetzes

 

 

Fachbereich 2.3 „Elektrische Energiemesstechnik“