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Komponenten auf das DC-Netz vorbereiten

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Neue Systemkomponenten sorgen für mehr Leistung

Die veränderten Anforderungen in einem DC-Netz lassen sich heute noch nicht komplett erfüllen, weil an entsprechenden Produkten noch geforscht wird. Doch man hat das Potenzial erkannt und gerade über das Forschungsprojekt „DC-Industrie“ die Entwicklungen vorangetrieben.

In Zusammenarbeit mit der TU Ilmenau hat beispielsweise der Kabelspezialist Lapp bereits ein Portfolio an Ölflex-Leitungen vorgestellt, die sich explizit für den Einsatz mit Gleichstrom eignen. Da sich in den Forschungsarbeiten herausgestellt hat, dass bestimmte Isolationsmaterialen weniger gut für dauerhafte DC-Anwendungen geeignet sind, wurden je nach Leitungssystem eine PVC-Isolation für die feste Verlegung ohne mechanische Belastung, eine Isolation mit Spezial-PVC für die feste Verlegung und den gelegentlich flexiblen Einsatz sowie eine TPE-Isolierung für die dauernde Bewegung in Energieführungsketten und linear bewegten Maschinenteilen entwickelt. Entfernt man den Mantel, ist ein sichtbarer Unterschied bei diesen Kabeln zu erkennen: die andere Farbcodierung der Adern in rot, weiß und grün-gelb, die der 2018 aktualisierten Norm DIN EN 60445 (VDE 0197):2018-02 entspricht.

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Es wird sich allerdings nicht nur die Isolierung sondern auch das Kabel selbst ändern. Im Vergleich zum AC-Netz sind im Kabel weniger Adern zur Energieübertragung nötig – es entfallen je nach System ein oder zwei Leiter. So kann bei gleichem Kupfereinsatz der Leiterquerschnitt erhöht werden. Hinzu kommt, dass der vorhandene Leiterquerschnitt effizienter genutzt wird und Blindleistung entfällt. Insgesamt kann also entweder mehr Leistung übertragen werden oder man nutzt weniger Kupfer für die selbe Leistung.

Sichtbare Veränderungen werden auch Frequenzumrichter betreffen. Statt der klassischen Frequenzumrichter aus dem AC-Netz kommen rückspeisefähige Wechselrichter zum Einsatz, die die überschüssige Bremsenergie anderen Verbrauchern zur Verfügung stellen können. Bremswiderstände entfallen somit. Durch die erhöhte Zwischenkreisspannung auf DC 650 V erhöht sich die Ausgangsspannung, sodass auch eine höhere Ausgangsleistung geliefert wird. Einem DC-Netz ist eine zentrale DC-Einspeisung vorgeschaltet, in die sowohl Gleichrichter als auch Filter gegen harmonische Verzerrungen verlagert sind. Außerdem werden die Zwischenkreiskondensatoren entlastet und können somit kleiner ausgelegt werden. Schaltschrankgeräte

Energiesparpotenziale liegen über bisherigen Werten

Für die Motoren selbst sind die Unterschiede zunächst weniger deutlich. Da nur noch drehzahlgeregelte Antriebe eingesetzt werden können, steht den Motoren über den Wechselrichter allerdings eine höhere Spannung zur Verfügung, die sie nutzen können: So ist es möglich, bei gleicher Baugröße bis zu 20 % mehr Leistung zu erzeugen. Zukünftig ist es sinnvoll, neue Asynchronmotoren auf den Betrieb am Umrichter zu optimieren, um einen Betrieb oberhalb von 50 Hz zu ermöglichen. Das würde den Wirkungsgrad erhöhen und gleichzeitig Material einsparen.

Betrachtet man alleine die Komponenten, so bieten DC-Netze ein großes Einsparpotenzial beim Energieverbrauch und tragen damit zur CO2-Reduzierung bei. Der Kupferbedarf lässt sich für die Leitungen um bis zu 40 % senken und Lastspitzen werden durch Speicher reduziert, die sich günstig einbinden lassen. Durch die vereinfachten Umrichter lassen sich zusätzlich Systemkosten sparen. Auch Netzrückwirkungen durch Umrichter und zusätzliche Oberschwingungsfilter gehören der Vergangenheit angehören. Höhere Kosten können zunächst trotzdem entstehen, weil zum einen die DC-Versorgungstechnik installiert und zum anderen bei der Schutztechnik noch zu wenige Produkte verfügbar sind

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