Steuerung und Schutz
Das Herzstück der Steuerungs- und Schutzfunktion des Sace Infinitus ist eine mikroprozessorbasierte Auslöseeinheit, die sowohl die herkömmlichen ‚langsamen‘ LSIG-Schutzfunktionen (Überlastschutz, verzögerter Kurzschlussschutz, unverzögerter Kurzschlussschutz und Erdschlussschutz) im Millisekunden- und Sekundenbereich als auch einen schnellen Kurzschlussschutz im Mikrosekundenbereich bereitstellt. Darüber hinaus sichert sie das wichtige Zusammenspiel der Leistungselektronik und des elektromechanischen Trennschalters. Für die schnelle Strommessung – eine Voraussetzung und gleichzeitig auch Herausforderung in DC-Systemen – war die Entwicklung spezieller Stromwandler mit Hallsensoren erforderlich, deren Bandbreite groß genug ist, um Stromtransienten bis 80A/µs zu unterscheiden.
Schnelle Reaktion im Fehlerfall
Der Sace Infinitus ist in der Lage, Fehler binnen Mikrosekunden abzuschalten, aber wie macht er das? In DC-Systemen, in denen die Stromquellen in der Regel aus Wechselrichtern mit großen ausgangsseitigen DC-Kondensatorbänken bestehen, führt ein Kurzschluss an der Sammelschiene zu einem Fehlerstrom mit einer hohen Anstiegsrate (dI/dt), der von standardmäßigen elektromechanischen Leistungsschaltern nicht wirksam beherrscht werden kann. Das Sace Infinitus-Schutzsystem löst dieses Problem. Hier ist die Ausschaltzeit so kurz, dass der Fehlerstrom unterbrochen wird, bevor er mehr als den doppelten Wert des Nennstroms erreichen kann. In der Praxis führt diese schnelle Beherrschung des Fehlerstroms quasi zu einer sofortigen Trennung des Stromkreises. So ist der Sace Infinitus in der Lage, den Stromkreis in bemerkenswerten 20-50 µs zu trennen. Die induktive Energie des Netzes wird vom parallel zum Halbleiter angeordneten Metalloxidvaristor-(MOV-)Pfad absorbiert, bis der Strom den Wert null erreicht. In den meisten Anlagen liegt die Anstiegsrate des Fehlerstroms deutlich unter dem kritischen dI/dt-Wert, sodass der Halbleiter innerhalb seines SOA arbeiten kann. Bei solchen dI/dt-Raten ist das Abschaltvermögen nahezu unbegrenzt. Für die seltenen Fälle, in denen diese Grenze überschritten wird, verfügt der Sace Infinitus über eine interne Induktivität, die die dI/dt-Rate auf Werte innerhalb des SOA begrenzt.
Einsatz in der Schifffahrt
Die Vorreiterrolle bei der Anwendung der neuartigen DC-Netze hat das Segment der elektrischen Schiffsantriebssysteme übernommen, und ABB gehört zu den führenden Anbietern der erforderlichen Technik. Angesichts möglicher Energieeinsparungen von bis zu 20 Prozent werden mittlerweile immer mehr Schiffe mit DC-Verteilsystemen ausgelegt. In dem System verbindet ein Kuppelschalter die steuer- und backbordseitigen Teilnetze, was eine bestmögliche Nutzung der dieselelektrischen Stromerzeuger ermöglicht. Im Fehlerfall müssen die Teilnetze durch den Leistungsschalter geschützt werden, um einen Totalausfall zu verhindern und durch Trennung des fehlerhaften Teilnetzes die Betriebskontinuität sicherzustellen. In Situationen, in denen herkömmliche Technik aufgrund der hohen und schnell (im (Sub-)Millisekundenbereich) ansteigenden Kurzschlussströme an ihre Grenzen kommt, zeichnet sich der Sace Infinitus von ABB aus. Mit seinen geringen Verlusten, seiner schnellen, beinahe störlichtbogenfreien Stromunterbrechung eignet sich der Schalter, um eine Gefährdung von Menschen und Anlagen zu verhindern. In Anwendungen, in denen der Fehlerstrom nicht das einzige Problem darstellt, bietet er einen schnellen Schutz, der verhindert, dass die DC-Zwischenkreisspannung auf einen Wert abfällt, bei dem das System nicht mehr arbeitet, weil sich die Kondensatoren im DC-Zwischenkreis entladen. Der Leistungsschalter wird zudem mit der für Anwendungen in der Schifffahrt wichtigen DNV-Zertifizierung erhältlich sein.