Sicherungstechnik für Gleichstromnetze

14. Februar 2017, 14:48 Uhr
Sicherungstechnik für Gleichstromnetze. Bild: NEST-DC
Sicherungstechnik für Gleichstromnetze. Bild: NEST-DC
Die neuartigen Leistungs-Schutzschalter sind in der Lage, Gleichspannung schnell und sicher ein- und im Notfall auszuschalten. Dadurch lässt sich Energie aus regenerativen Quellen effizienter in Netze und Speicher einspeisen und die Netzstabilität verbessern. Außerdem sind kompaktere Elektrogeräte möglich. Die Forschungspartner sind Airbus, E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Infineon Technologies AG, Siemens AG sowie das Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen. Infineon hatte die Projektleitung inne.

Was selbst vielen Elektronikern nicht wirklich klar ist: Ohne adäquate Sicherungstechnik lassen sich Verteilnetze sowie Bordnetze (z. B. bei Elektromobilität) nicht auf Gleichspannung umstellen. Bislang gab es nur elektromechanische Schutzvorrichtungen, denen Tendenz zu Lichtbögen beim Schalten von Gleichspannungen hinderlich ist. Zudem sprechen elektromechanische Schutzvorrichtungen langsam an, sind schwer, wenig robust und teuer.

Die Projektpartner erforschten unter anderem neuartige Halbleiterbauelemente, wie den Over-Current-Blocking-Field-Effect-Transistor (OCB-FET). Für elektronische Leistungs-Schutzschalter wurden neue Aufbau- und Verbindungstechniken sowie neue Schaltungstopologien erarbeitet und getestet. Zu den Ergebnissen des Projekts gehören Demonstratoren im Bereich von Luftfahrt-Bordnetzen, Elektromobilität, Photovoltaik und Gleichspannungs-Verteilnetzen.

Im Projekt hat das IALB die Halbleiterstrukturen für den Einsatz im OCB-FET untersucht und simuliert. Zudem wurden die entwickelten Leistungs-Schutzschalter statisch und dynamisch vermessen sowie ihr thermisches Verhalten und ihre Zerstörungsgrenze getestet. Airbus definierte die Anforderungen aus Sicht von Luftfahrt-Anwendungen und erarbeitete eine geeignete Topologie. Diese wurde zusammen mit den Partnern als Demonstrator ausgeführt und getestet. Siemens untersuchte Aufbau und Verbindungstechnik der Leistungs-Schutzschalter. E-T-A definierte die Anforderungen für Industrieanwendungen. Zusammen mit den Partnern validierte E-T-A dafür ausgelegte Leistungs-Schutzschalter für Spannungsklassen bis zu 1.500 V.

NEST-DC...
...steht für „Neuartige elektronische Leistungs-Schutzschalter für Gleichspannung im Bereich der erneuerbaren Energien und Bordnetze“. Während der Projektlaufzeit investierten die Forschungspartner etwa 4,5 Millionen Euro. Projektstart war im Oktober 2013; die Laufzeit betrug drei Jahre. Die Bundesregierung hat das Ziel, Strom mit Hilfe innovativer Leistungselektronik in Zukunft effizienter zu nutzen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert auf der Grundlage des Rahmenprogramms IKT 2020 multidisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsprojekte zum Thema „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung“ (LES). NEST-DC wurde mit rund 2,1 Millionen Euro unterstützt.
 
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