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AC oder DC? – „Stromkrieg“ reloaded

: Lapp Austria


Ich glaube der größte Fehler meines Lebens war, dass ich nicht auf Wechselstrom umgestellt habe. So selbstkritisch äußerte sich Thomas Edison eines Tages gegenüber seinem Sohn. Heute, 86 Jahre nach seinem Tod, zeigt sich, dass der Erfinder der elektrischen Glühbirne doch nicht so falsch lag mit seiner Unterstützung der Gleichstromtechnik. Aufgrund mehrerer aktueller Entwicklungen erlebt diese alte Idee nämlich derzeit ein beeindruckendes Revival – auch in der Industrie. Von Sandra Winter, x-technik

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Mit der ÖLFLEX DC 130H hat Lapp ein neues Kabel im Programm, das eigens für Gleichspannungen bis 600 Volt ausgelegt ist.

Mit der ÖLFLEX DC 130H hat Lapp ein neues Kabel im Programm, das eigens für...

21 Unternehmen, vier Forschungsinstitute und der ZVEI verfolgen seit Mitte letzten Jahres ein gemeinsames branchenübergreifendes Ziel: Sie wollen die Energiewende in der industriellen Produktion umsetzen und mithilfe der Gleichstromtechnik für mehr Energieeffizienz sorgen. Dazu wurde in Deutschland das Forschungsprojekt DC-Industrie ins Leben gerufen. Dieses geht u. a. der Frage nach, wie Gleichspannungsnetze mit einer zentralen Wandlung als energiesparende Alternative – insbesondere für Antriebe – etabliert werden können. Denn Fakt ist, dass Elektromotoren zu den größten elektrischen Verbrauchern in der Industrie zählen, weshalb seitens der EU auch schon gehandelt wurde: Seit dem 1. Jänner 2017 gilt für Motoren mit einer Bemessungsleistung von 0,75 bis 375 kW die Energieeffizienzklasse IE3 und für den Betrieb mit Frequenzumrichtern als Alternative IE2 als Zugangsvoraussetzung für den europäischen Markt.

In der internationalen Norm IEC 60034-30-1 sind Wirkungsgradklassen von IE1 bis IE4 für Elektromotoren, die für Netzbetrieb ausgelegt sind, definiert. Diese sind für den Bemessungspunkt bei Nenndrehzahl und Nenndrehmoment eines Drehstrom-Asynchronmotors festgelegt. Da die Erfahrung zeigte, dass die Energieeffizienzregulierung einer Komponente nur in bestimmten Betriebsarten nachhaltig Energie spart, wird im Rahmen des DC-Industrie-Projekts an hocheffizienten Systemlösungen mit elektrischen Antrieben geforscht, die – und das ist das Besondere daran – auf einer veränderten Netzinfrastruktur mit Gleichspannungsnetzen basieren.

Im Kommen: DC-Inseln in einer AC-Welt

„Es würde sich beispielsweise anbieten, Motoren direkt über Gleichspannung statt über einen Gleichrichter zu versorgen. Dafür wäre ein Gleichspannungsnetz
mit 380 Volt ideal, weil die Zwischenkreisspannungen üblicherweise zwischen 350 und 400 Volt betragen. Auch ein wahlweiser Betrieb mit Gleich- oder Wechselspannung ließe sich leicht realisieren. Wobei die Vorteile gezielt gesetzter DC-Inseln in einer AC-Welt oder einer bewusst gewählten Koexistenz von DC und AC auf der Hand liegen: Geringere Umwandlungsverluste von Wechsel- zu Gleichspannung durch Einsatz eines großen zentralen Gleichrichters pro Fabrikhalle, reduzierte Oberschwingungen, vereinfachte Energierückgewinnung, Einsparung von Komponenten und geringerer Platzbedarf. Last but not least käme eine auf Gleichspannung ausgerichtete Netzinfrastruktur auch regenerativen, dezentralen Energiequellen wie Photovoltaikanlagen extrem entgegen“, erklärt Guido Ege.

Der Leiter Produktmanagement und Produktentwicklung bei der Lapp Gruppe ist sich sicher, dass all diese Potenziale, die die Gleichstromtechnik bietet, in Zukunft vermehrt genutzt werden. Und mit der ÖLFLEX DC 130H hat er bzw. Lapp sogar schon ein erstes, speziell für Gleichspannungen bis 600 Volt ausgelegtes Kabel im Produktportfolio parat: „Dieses wurde für einen konkreten Anwendungsfall konzipiert. Denn in Rechenzentren und Bürogebäuden erlebt der Einsatz von Gleichspannung ebenfalls eine Renaissance“, verrät er.

Bekennender AC/DC-Fan

Georg Stawowy, Vorstand für Technik und Innovation bei der Lapp Holding AG, outet sich ebenfalls als AC/DC-Fan – und das nicht nur in musikalischer, sondern vor allem in geschäftlicher Hinsicht. „Als Kabel- und Anschlussleitungsspezialist beschäftigen wir uns natürlich mit AC- und DC-Strömen. Während aber die Gleichstromübertragung im Hochspannungsbereich bereits bewährt und etabliert ist, sind auf der Niederspannungsseite noch etliche Fragen zu klären: Welche technischen und wirtschaftlichen Hürden gibt es zu meistern? Welche Sicherheitsmaßnahmen sind im Umgang mit Gleichstrom notwendig und sinnvoll? Welche Veränderungen wären bei einer Umstellung auf Gleichstrom nicht nur in den Netzen, sondern
auch bei den Verbrauchern einschließlich Komponenten nötig? Und, und, und... Aber eines steht fest: Die Erzeugung von Strom erfolgt zunehmend in Gleichstrom und der Verbrauch ebenfalls. Denn es gibt nicht nur in der Industrie, sondern auch in jedem einzelnen Haushalt eine Vielzahl von Geräten, die Wechselstrom mit hohem Aufwand gleichrichten und wandeln müssen“, zeigt sich der Vorstand der Lapp Holding davon überzeugt, dass bei der Verteilung elektrischer Energie ein Paradigmenwechsel bevorsteht.



Seiner Einschätzung nach gehe es mittlerweile nicht mehr darum, ob es zu einem vermehrten Einsatz von Gleichstromtechnik kommt, sondern nur noch darum, in welcher Ausprägung, in welchen Anwendungen und in welchem Tempo. Das ist auch der Grund, warum Lapp als assoziierter Partner beim DC-Industrie-Projekt mitmacht: „Als Technologieführer wollen wir Zukunftsthemen aktiv mitgestalten“, betont Georg Stawowy und er fügt ergänzend hinzu: „Wir werden zunehmend Entwicklungspartner. Unsere Kunden kommen immer öfter mit Fragestellungen, bei denen Kabel Teil des Systems sind und auch bei diesem Forschungsprojekt wollte man uns für die Realisierung konkreter Lösungen im Konsortium mit dabei haben.“

Gleichstrom-Leitungen reagieren auf Temperatureinflüsse

Ganz neu ist die Beschäftigung mit Leitungen für Gleichspannungsanwendungen nicht für Lapp. Das Stuttgarter Unternehmen realisiert immer wieder anspruchsvolle Lösungen in diesem Bereich. Bestes Beispiel dafür ist die Produktreihe ÖLFLEX SOLAR – Kabel, die zur Energieverteilung in Photovoltaikanlagen gedacht sind. „Durch unsere Mitwirkung am DC-Industrie-Projekt wollen wir die Anforderungen an Kabel und Leitungen für Gleichstrom besser verstehen“, sagt Guido Ege. Er weist darauf hin, dass es gewisse Unterschiede zwischen Gleich- und Wechselspannung gibt, die beim Kabeldesign zu berücksichtigen sind.

Erste Laborversuche, die in Zusammenarbeit mit Professor Frank Berger an der TU Ilmenau durchgeführt wurden, deuten darauf hin, dass die
durch Gleichstrom erzeugten elektrischen Felder ganz andere physikalisch-chemischen Wirkungen auf den Kunststoff des Kabelmantels haben als man es vom Wechselstrom gewohnt ist. „Aus dem Hochspannungsbereich wusste man bereits, dass die Wirksamkeit von Isolationsmaterialien bei Gleichstromanwendungen temperaturabhängig ist. Dieser Temperatureinfluss konnte jetzt auch in der Niederspannung nachgewiesen werden“, bestätigt der TU-Professor. Bekannte Modelle zur Alterung von Kabeln ließen sich vermutlich nicht 1:1 auf Gleichspannung übertragen. Weitere Versuche sollen nun Auskunft geben, ob umgebende Medien oder Biegeradien ebenfalls eine Rolle spielen beim Umgang mit Gleichstrom.


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