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Bild: Stephan Zabel, iStock
USV

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Modulare Mittelspannung

Text: Mike Umiker, ABB Automation Products
Eine sichere Stromversorgung ist für Anlagenbetreiber ein wichtiges Thema. Gerade wenn Standorte wachsen oder die größten Stromverbraucher quer übers Gelände verteilt sind, ist eine zuverlässige, günstige und modulare Mittelspannungs-USV hilfreich.

Sind Standorte aufgrund von Skalen­effekten gewachsen, erhöht sich auch ihr Bedarf an einer sicheren Stromversorgung – häufig in der Größenordnung von mehreren Dutzend Megawatt. Zudem sind die Produktionsbereiche mit dem größten Strombedarf oft weit über einen Standort verteilt. Entsprechend große Entfernungen müssen von der Stromverteilung bewältigt werden. Bisher waren DRUPS, dynamische rotierende USVs, die Regel der Mittelspannungs-USVs. Während bei einem solchen System der Strom für die Last mittels einer rotierenden Maschine erzeugt wird, nutzt die PCS100 MV UPS von ABB modulare leistungselektronische Wechselrichter. Da es keine beweglichen Teile gibt, wird ein solches Konzept auch als statische Lösung bezeichnet. Ihr Wirkungsgrad liegt bei 99,5  Prozent. Die Investitionskosten für ein statisches MS-System sind häufig niedriger als für ein rotierendes oder paralleles Niederspannungssystem. Denn bei hohen Leistungen erfordert ein solches System starke Leiter, große Schaltanlagen und mehrere Leistungsschalter. Deren Wartung kann die Instandhaltungskosten in die Höhe treiben, besonders wenn ein rotierendes System verwendet wird. In einem MS-System sind die Verluste geringer. Es wird außerdem weniger Platz für die Ausrüstung benötigt, da zur Übertragung der gleichen Leistung niedrigere Ströme erforderlich sind.

Durch den modularen Aufbau der Anlage von ABB kann die Niederspannungs-Schnittstelle zwischen dem Stromnetz und der Last einfach gegen MS-Komponenten ausgetauscht werden. Die Kernkomponenten der USV, wie die Niederspannungs-Leistungselektronik und der Batteriespeicher, bleiben die gleichen wie bei Niederspannungs-Anwendungen. MS-USVs sorgen anlagenweit für eine sichere Stromversorgung, Schutz vor Netzstörungen und – bei größeren Ausfällen – für eine Pufferzeit vor dem Umschalten auf eine lokale Stromerzeugung. Häufiger muss jedoch die USV den ankommenden Strom aufbereiten, also Spannungseinbrüche und kurzzeitige Phänomene beseitigen, die durch Störungen im externen Stromnetz verursacht werden. Dies geschieht mit einem Superkondensator als Energiespeicher. Denn mit ihrem geringen Platzbedarf bieten die Kondensatoren mit einer Leistungsdichte von 1000 kW/m² klare Vorteile.

Schützt ein MS-System kritische Anwendungen, wird die erforderliche Stromtragfähigkeit der Einspeisung reduziert. So bedeutet 1 MW in einem System mit 400/230 VAC eine Stromstärke von 1443 A pro Phase. Bei 15 kV beträgt dieser Strom für die gleiche übertragene Leistung nur 115 A. Das MS-USV-System kann außerdem zentralisiert werden. Dies hilft, die Bodenbelastung einzelner Stockwerke zu reduzieren und ermöglicht eine größere Freiheit bei der Raum­aufteilung – schließlich ist Platz einer der größten Kostenfaktoren in Rechenzentren und Produktionsstätten. Neben dem Platzbedarf spielen die elektrischen Verluste eine wichtige Rolle. Besonders bei langen Verteilungswegen, wie sie in großen Industrieanlagen und an weitläufigen Standorten wie Flughäfen zu finden sind, können erhebliche Verluste auftreten. Bei größeren Verteilungs­entfernungen nimmt der Einfluss des Kabels zu. Auch hier bietet der Betrieb mit Mittelspannung Vorteile. Skalierbarkeit und Modularität sind Schlüssel­merk­male der PCS100 MV UPS. Ausgehend von einer Grundnennleistung von 2 MVA kann das USV-System mit der sich entwickelnden Anlage mitwachsen. Neben der Energieverteilungseinheit (Energy Distribution Unit, EDU) sind auch die Wechselrichter modular ausgeführt; diese Redundanz sichert die Verfügbarkeit.

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