HybSchaDC - Ultraschneller und intelligenter rein elektronischer und hybrider LVDC-Schalter mit sicherer Trennung; Teilvorhaben: Entwicklung einer skalierbaren Plattform für DC Schaltgeräte zur Kombination mit Sammelschienentechnik in industriellen Anlagen

Abstract

Die Aufgabenstellung für Future Systems war es, einen Demonstrator für 500A, 800VDC zu entwickeln. Hierfür wurde zunächst der DC-Unterbrechungsvorgang genauer spezifiziert, um dies beim Demonstrator zu berücksichtigen. Diese Anforderungen wurden in einem Lastenheft dokumentiert. Darauf aufbauend wurden verschiedene leistungselektronische Schaltelemente geprüft und schließlich IGBTs ausgewählt. Future Systems hat sich für einen zweistufigen Überspannungsschutz entschieden. Dieser besteht in der ersten Stufe aus einem Varistor für transiente Überspannungen und in der zweiten Stufe aus parallelgeschalteten Triacs, welche über eine hardwarebasierte Trigger-Beschaltung und über ein Widerstandsnetzwerk weitere Varistoren zuschalten können. Durch die Modellierung des Schaltlichtbogens mithilfe des Mayr-Modells sowie dessen Umsetzung in LTspice und Simulink konnte bereits vorab geprüft werden, wie sich bestimmte Bauteile unter Last verhalten werden. Schließlich wurde das Konzept auf einer Platine umgesetzt. Aufgrund der hohen Ströme wurde sich dazu entschieden ein neues System der Dickschicht-Kupferplatten zu verwenden. Dadurch wird es möglich auch hohe Ströme über eine (relativ) schmale Leiterplatte zu führen. Hierbei kam es jedoch auf Seiten des Lieferenten zu einigen Fertigungsschwierigkeiten, was die Lieferung und damit den Aufbau des Demonstrators verzögerte. Schließlich konnte die bestellte Platine bestückt und in Betrieb genommen werden. Bei verschiedenen Tests bei Future Systems und bei Wöhner konnte diese bereits erfolgreich getestet werden. Bei den abschließenden umfangreichen Tests beim Projektpartner der Technischen Universität Ilmenau wurde schließlich der Demonstrator umfassend geprüft. Hierbei schaltete er maximale Ströme und Spannungen von 400A, 400V bei 1mH bzw. 300A bei 700V sowohl lichtbogenfrei als auch lichtbogenbehaftet. Es wurde von höheren Belastungen abgesehen, da thermisch und elektrisch bereits erste kritische Punkte erreicht wurden. Nichtsdestotrotz kann dies als sehr erfolgreicher Test des Demonstrators bewertet werden.