Die Implementierung von Gleichstromnetzen in industriellen Kontexten spielt eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Energiewende durch eine optimierte Energienutzung. Ziel ist es, die industrielle Produktion über verschiedene Branchen hinweg flexibler, intelligenter und energieeffizienter zu gestalten. Dies geschieht durch eine ganzheitliche Betrachtung des Gesamtsystems, in dem durch die koordinierte Interaktion aller Komponenten – darunter Versorger/Einspeiser, Schutzorgane, Antriebe, Speicher, PV-Anlagen usw. – Einsparungen erzielt werden. Jede einzelne Komponente und Teil-Lösung sind bereits auf ihre energetische Optimierung hin ausgerichtet. Durch ihr koordiniertes Zusammenwirken entsteht ein effizientes und flexibles Energieversorgungssystem auf Basis des Gleichstrom-Systemkonzepts. Dieses wurde im Rahmen von Kooperationsprojekten zur DC-System-Beschreibung weiterentwickelt. Durch die Integration des erlangten Wissens in die Open DC Alliance (ODCA) wird die kontinuierliche Verbreitung und Ausschöpfung der Potenziale sichergestellt. Weidmüller konzentriert sich auf die Entwicklung von Lösungen für DC-Microgrids (400 bis 800VDC) in industriellen Anwendungen. Planer, Anwender und Betreiber werden bei der Planung, dem Monitoring und der Koordination von DC-Hauptenergie und DC-Hilfsenergie unterstützt. Diese Unterstützung erfolgt durch die anwendungsorientierte Konditionierung mit DC-ready-Komponenten und -Systemlösungen. Die energetischen Potentiale von Gleichspannung als Hauptenergiespannung UN=650V liegen darin, dass sie helfen kann, die Einspeiseleistung des Energieversorgers um bis zu 50 Prozent zu verbessern und die kostspieligen Spitzenlasten um bis zu 30 Prozent zu reduzieren. Darüber hinaus führt die Verwendung von Gleichspannung zu einer effizienteren Ressourcennutzung, indem sie Einsparungen beim Leitermaterial, wie Kupfer, im Leitungsquerschnitt ermöglicht und die Anzahl der stromführenden Leiter um bis zu 50 Prozent verringert. Um das volle Potenzial von Gleichstromnetzen auszuschöpfen, ist es entscheidend, regenerative Energiequellen wie Photovoltaik (PV) und entsprechend ausgelegte Speicher einzusetzen. Dies geschieht in Verbindung mit einem präzisen Energiemanagement durch Leistungsflusssteuerung. Dabei ist die Einhaltung der gängigen Sicherheitsregeln, insbesondere der VDE0105, unerlässlich, um den Schutz von Personen und Maschinen zu gewährleisten.
Was ist anders im Vergleich zur AC-Planung?
Die etablierten Standards, Normen und Bedingungen behalten ihre Gültigkeit. Darüber hinaus adressiert die DC-System-Beschreibung als Quasi-Standard die ‚Lücken‘ bezüglich der Netzstrukturierung und der Bidirektionalität der meisten Funktionsbereiche im DC-Netz, welche als DC-Sektoren bekannt sind. Ein Leitfaden zur Auslegung von DC-Netzen bietet schrittweise Anleitungen, wie die Planung und Strukturierung durchgeführt werden können. DC-ready bedeutet, dass die VDE-Normen und der Quasi-Standard eingehalten werden, um Personenschutz, Anlagenschutz sowie Luft- und Kriechstrecken (Isolationskoordination) zu gewährleisten.
Wie geht man konkret bei Planung und Errichtung eines DC-Netzes vor?
Bevor ein DC-Netz implementiert wird, sind mehrere entscheidende Schritte erforderlich, um eine erfolgreiche Umsetzung zu gewährleisten:
- Vorbereitende Analyse: Umgebung und Anforderungsanalyse werden durchgeführt, um die Rahmenbedingungen und Anforderungen des geplanten DC-Netzes zu verstehen.
- Konzeptkonfiguration: Das Netz, die Erdung und die Energieversorgung werden konfiguriert, um ein fundiertes Konzept für das DC-Netz zu entwickeln.
- Varianten bemessen und auslegen: Verschiedene Varianten werden hinsichtlich Verbraucher- und Quellenbeschreibung, Sektorenaufteilung, Leitungen und Schutz/Selektivität sowie Funktionen und Betriebsweisen des Netzes bemessen und ausgearbeitet.
- Auswahl der Variante: Basierend auf den vorangegangenen Analysen und Konzepten wird die am besten geeignete Variante für das geplante DC-Netz ausgewählt.
Lösungen für die Funktionsbereiche im Schaltschrank
Weidmüller bietet ein breites Produktportfolio an bekannten und vertrauten Standardkomponenten, die bereits DC-ready sind. Diese Komponenten sind hinsichtlich der DC-Systemanforderungen für die Errichtung und den Betrieb von Gleichstromnetzen sorgfältig ausgewählt und geprüft. Ein Schwerpunkt liegt auf der Sicherheit von Personen und Maschinen. Besonders hervorzuheben ist die zweistufige Sicherheitsfunktion, die in den Steckverbindern implementiert wurde. Diese innovative Technologie ermöglicht eine Verriegelungsstufe-3, die sicherstellt, dass nur geschultes Fachpersonal das Stecken und Trennen von Verbindungen beabsichtigt vornehmen kann. Dadurch wird das Risiko unbeabsichtigter Störungen im Netzwerk minimiert und die Sicherheit erhöht. Im Bereich Schaltschrankausstattung bietet Weidmüller eine Vielzahl von Komponenten, die für die erfolgreiche Installation und den Betrieb von DC-Netzen unerlässlich sind. Dazu gehören unter anderem Reihenklemmen für die Einspeisung, Hilfsspannungsversorgung, Messtechnik sowie die Versorgung von Peripheriegeräten wie Switches und Router. Diese Standardfunktionsbereiche im Schaltschrank bieten eine solide Grundlage für eine zuverlässige und effiziente Stromversorgung. Abgerundet wird das Portfolio durch Tester, die bis 1.500V DC bei der Inbetriebnahme unterstützen. Weidmüller stellt darüber hinaus neue spezifische DC-Lösungen für den Schutz und die Vorladung von Kapazitäten in Gleichstromnetzen bereit. Hierzu gehören verschiedene Schutzkomponenten wie Trennschalter, Vorladesteuerung (PCU) und Überbrückungsschalter, die dazu beitragen, die Integrität des Netzwerks zu gewährleisten und eine sichere Betriebsumgebung zu schaffen. Diese Lösungen sind essenziell für den Schutz der angeschlossenen Geräte sowie für die Sicherheit des Bedienpersonals.
