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Projekt 'DC-Industrie' - Teil 2: Die Energieverteilung und Antriebstechnik im Gleichstromnetz

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Die Energieversorgung des DC-Netzes

1_Grafik zu möglichen Versorgern im DC-Netz und Erdungskonzepte Bildquelle: © LTI Motion

Bild 1: Mögliche Versorger im DC-Netz und Erdungskonzepte: Ungesteuerter Gleichrichter am geerdeten AC-Netz (oben) und Active-Front-End am isolierten AC-Netz (unten).

Das DC-Netz beinhaltet ein oder mehrere Versorgungsgeräte, die das offene DC-Netz aus dem AC-Netz mit Leistung versorgen. Die Antriebswechselrichter sind in logische Lastzonen zusammengefasst und mit Hilfe von schnellen halbleiterbasierten Schutzschaltern mit dem Netz verbunden (Anm. d. Red.: Das Schutzkonzept wird in einem weiteren Teil der Artikelreihe im Detail erläutert). Der Anspruch des Systemkonzepts von DC-Industrie ist, dass sich damit sowohl kleine, räumlich konzentrierte DC-Verbünde umsetzen lassen, als auch große beziehungsweise räumlich ausgedehnte Anlagen.

Bei kleinen DC-Verbünden sind kostengünstige, ungesteuerte Gleichrichter (Bild 1, oben) einsetzbar, die wie üblich am geerdeten AC-Netz betrieben werden. Gilt es eine ganze Produktionshalle zu versorgen, so können der Stromfluss und die DC-Spannung mit geregelten Versorgern – sogenannten Active-Front-End-Stromrichtern – geregelt werden. Dieser zusätzliche Freiheitsgrad wird für ein intelligentes Netzmanagement genutzt.

Ein AFE-Stromrichter erzeugt jedoch prinzipiell eine hochfrequente Gleichtaktspannung von den DC-Anschlüssen zum Sternpunkt des vorgelagerten AC-Netzes. Diese Gleichtaktverschiebung wird durch einen (auf der AC-Seite) vorgeschalteten Trenntransformator vermieden. Dieser ist ausgangsseitig nicht geerdet. Das Systemkonzept sieht für diesen Fall eine hochohmige und kapazitive Erdung des DC-Netzes – sprich ein sogenanntes ‚Quasi-IT-Netz‘ – vor (Bild 1, unten). Dieses Erdungskonzept liefert weitere Vorteile: Beispielsweise kann das DC-Netz beim Auftreten eines Erdfehlers für eine beschränkte Zeit weiterbetrieben werden. Auch der Parallelbetrieb mehrerer Einspeisegeräte ist problemlos möglich, sofern jedem Gerät eine unabhängige Sekundärwicklung zugeordnet ist. Bei der Versorgung eines großen DC-Netzes einer ganzen Werkshalle kann der ohnehin vorhandene Einspeisetransformator aus der Mittelspannung die Potenzialtrennung übernehmen; ein zusätzlicher Trenntransformator ist dann nicht nötig.