Schneller prüfen

Ein weiterer Schritt in die Zukunft: Mit der neuen Einspeise­plattform für Prüfgeräte von HIGHVOLT steht erstmals ein leistungselektronisches Einspeisegerät zur Verfügung.

Text: Martin Buschendorf

Der technologische Fortschritt verändert unser Leben. Ferngespräche über die Telefonzelle oder ein Telefon mit Wählscheibe gehören längst der Vergangenheit an. Heutzutage nutzt fast jeder von uns ein Smartphone und möchte auf eine Vielzahl der Zusatzfunktionen nicht mehr verzichten. Ein weiteres Beispiel ist die Entwicklung vom Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zum elektrisch betriebenen Auto.

Auch innerhalb der Reinhausen Gruppe arbeitet keiner mehr am Reißbrett, um Laststufenschalter oder Prüftechnik zu entwerfen. Der technologische Fortschritt hat sich überall in der Industrie etabliert und klassische Systeme durch smarte ersetzt. HIGHVOLT als einer der weltweiten Technologieführer setzt auch für seine Produkte auf intelligente Lösungen. Die bisherige Spannungssteuerung über einen mechanisch betriebenen Regeltransformator wird sukzessive durch eine elektronische Einspeiseplattform, die sogenannte Electronic Power Source (EPS), ersetzt.

Aufgaben der Electronic Power Source

Um zu verstehen, was für ein großer Schritt das ist, wird kurz erläutert, was die Aufgaben der EPS sind, wie sie sich von der bisherigen Lösung unterscheidet und was die sich daraus ergebenden Neuerungen und Kundenvorteile sind. Um eine Prüfspannung von mehreren Hunderttausend Volt zu erreichen, wird die verfügbare Netzspannung über Transformatoren auf ein deutlich höheres Niveau transformiert. Das funktioniert ähnlich wie im Umspannwerk beim heimischen Energieversorger. Um dabei das zu prüfende Objekt nicht zu zerstören, ist eine Regelung der Ausgangsspannung notwendig.

Man bedient sich des Tricks, dass die Regelung gleich auf der Niederspannungsseite erfolgt und dann entsprechend dem Übertragungsverhältnis am Ausgang zu sehen ist. Einfach gesagt: Hat man ein System mit 500.000 Volt Maximalspannung an ein 400-Volt-Netz angeschlossen und stellt nun gerade einmal 200 Volt am Eingang ein, so ergeben sich 250.000 Volt am Ausgang. Analog ergeben sich bei 40 Volt am Eingang 50.000 Volt am Ausgang und so weiter.

Bisher hat man dafür einen sogenannten Regeltransformator verwendet. Dabei wird ein Stromabnehmer mithilfe eines mechanischen Antriebs über die Windungen gefahren und damit die Spannung von 0 bis 400 Volt justiert. Die Baugröße unterscheidet sich in Abhängigkeit von Anschlussleistung und Anschlussspannung deutlich. Das Versorgungsnetz wird asymmetrisch auf zwei von drei Leitern belastet.

Genau an diesen Stellen setzt die EPS an. Am Netz­anschluss sitzt eine leistungselektronische Schaltung, das sogenannte Active Frontend, das direkt von den Kollegen der MR PQ übernommen werden konnte. Die Wechselspannung aus dem Netz wird damit gleichgerichtet und in einen Zwischenkreis gespeist. Von da aus sorgt ein eigens dafür entwickelter Wechselrichter mit IGBTs als Halbleiterschalter für eine variable, fein justierbare Ausgangsspannung zwischen 0 und 690 Volt.

Die Netzbelastung wird gleichmäßig auf alle drei Phasen verteilt und der Regelvorgang wird, ganz ohne mechanisch bewegte Teile, deutlich präziser und schneller. Um nicht mehr viele verschiedene Designs verwalten zu müssen, sind der Gleichrichter und der Wechselrichter modular zusammenschaltbar und lediglich die Anzahl von immer gleichen Baugruppen führt zu einer adaptiven Skalierbarkeit.

Geringere Betriebskosten, verkürzte Prüfzeiten, leichte Erweiterbarkeit sowie einfache und schnelle Reparatur — die Vorteile sind mannigfaltig!

Für den Kunden ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen. Neben den bereits genannten, wie feinere und schnellere Spannungsregelung, kann nun überschüssige Energie im Resonanzkreis von entsprechenden Prüfsystemen ins Energieversorgungsnetz zurückgespeist werden. Besonders interessant ist die variable Systemfrequenz, die von 0 bis 500 Hertz eingestellt werden kann.

Unsere Kunden können damit — unabhängig vom eigenen Standort und der damit verbundenen Begrenzung durch die Netzfrequenz auf 50 oder 60 Hertz — Prüfungen für den gesamten Weltmarkt mit 50 Hertz und 60 Hertz durchführen. Außerdem können zusätzlich Frequenzvariationen genutzt werden, um den Prüfbereich zu erweitern oder um bisher nicht mögliche Spezialmessungen zum Aufspüren von Fehlern durchzuführen. Zusätzlich ermöglicht das System, harmonische Schwingungen aktiv zu kompensieren oder gezielt einzuprägen.

Modulares System

Ganz grundlegend bekommt der Kunde ein a priori erweiterbares System, das für die Zukunft gewappnet ist und — im Falle eines Falles — schnell und modular repariert werden kann und somit nach nur wenigen Stunden wieder einsatzfähig ist. Die Modularität ermöglicht es den Kunden, von Beginn an die volle Funktionalität zu nutzen oder jederzeit einfach nachzurüsten. Viele Eigenschaften, die heutzutage durch Zusatzkomponenten realisiert werden, sind in der EPS bereits integriert, wie beispielsweise eine Oberschwingungskompensation, Kurzschlusserkennung und die Schnellabschaltung.

Die Einführung der Einspeiseplattform erfolgt schrittweise. Zuerst werden die Anlagen mit einer einphasigen Ausgangsspannung für Wechselspannungsanlagen des Typs WP (transformatorbasiert) und WRM (basierend auf dem Resonanzprinzip) mit der EPS ausgestattet. Danach erfolgt die Adaption für GPM (modulare Gleichspannungsprüfmittel). Die Entwicklung der dreiphasigen EPS ermöglicht es, dass auch Transformatorprüfsysteme für Nieder- und Mittelspannungstransformatoren bald mit der neuen EPS angeboten werden. Die Funktionen des Systems werden dabei ständig erweitert.

Kundenvorteile

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung der EPS war das Erreichen eines niedrigen Störpegels. Prüfungen können nur dann durchgeführt werden, wenn der ogenannte Teilentladungs-Grundstörpegel deutlich geringer ist als das zu messende Signal. Die Experten von HIGHVOLT haben es geschafft, diesen Störpegel auf weniger als ein Picocoulomb zu reduzieren, der damit unter dem von herkömmlichen Einspeisungen liegt.

Trotz der umfangreichen Verbesserungen kostet es den Kunden bei der Anschaffung nicht mehr und spart ihm im Betrieb Kosten durch die Verkürzung der Prüfzeiten, die leichte Erweiterbarkeit sowie die einfache und schnelle Möglichkeit zur Reparatur—bei deutlich erhöhtem Funktionsumfang, den der Kunde entsprechend seinen Bedürfnisse anwählen kann.


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Martin Buschendorf ist für Sie da:
M.Buschendorf@highvolt.com

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