Forschungsvorhaben
Die zunehmende Verwendung von Gleichstrom für die Verteilung der elektrischen Energie stellt einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Ziele der Energiewende im Stromsektor dar. Schlüsseltechnologie zur Realisierung dieser zukünftigen effizienten Gleichstromnetze stellen geeignete Schaltgeräte dar, welche die neuen hohen Anforderungen erfüllen können. In diesem Projekt sollen daher hybride DC-Schaltgeräte (kurz: Hybridschaltgeräte) für Spannungen bis zu 1500 V konzipiert und entwickelt werden.
Anwendungsfelder für Hybride DC-Schaltgeräte
Ziel dieses Verbundprojektes ist die Entwicklung von hybriden und rein elektronischen Schaltgeräten, für Spannungen bis zu 1500 V, für definierte Marktsegmente in der DC-Infrastruktur. Die Hauptaspekte liegen hierbei in Schalt- und Schutzaufgaben in folgenden Bereichen:
- Industrieverteilsysteme
- DC-basierte Produktionsumgebungen
- Megawatt-Ladeparks
- Netzstützende Batteriespeichersysteme
- Kritische Infrastrukturen
Technologischer Hintergrund
Die zunehmende Integration von:
- stationären Batteriespeichersystemen
- Industrie-DC-Verteilnetzen
- Megawatt-Ladeinfrastrukturen
- dezentralen Energiequellen
erfordert leistungsfähige, hochselektive und zuverlässige Schutzkonzepte für Gleichstromnetze.
Im Gegensatz zu Wechselstromsystemen stellen Gleichstromnetze erhöhte Anforderungen an:
- schnelle und sichere Lichtbogenlöschung
- Kurzschlussdetektion ohne Nulldurchgang
- Selektivität bei hohen Fehlerströmen
- Schutz gegen gefährliche Körperdurchströmung
- thermische und elektromagnetische Stabilität
Forschungs- und Entwicklungsziele
HybSchaDC2 verfolgt einen integrativen Ansatz zur Entwicklung intelligenter Schalt- und Schutzgeräte durch:
1. Leistungselektronische und hybride Schaltkonzepte
- Kombination mechanischer und elektronischer Schaltelemente
- Minimierung von Schaltverlusten
- Reduzierung von Kontaktabbrand und Materialbelastung
2. Fehlerdetektion und Schutzalgorithmen
- Hochdynamische Strom- und Spannungsmesstechnik
- KI-gestützte Zustandsdiagnose
- Selektive Fehlerabschaltung in Teilnetzen
3. Lichtbogen- und Materialforschung
- Untersuchung des Einflusses von Magnetfeldern auf das Lichtbogenverhalten
- Analyse alternativer Schaltgase
- Ressourceneffizienter Einsatz silberbasierter Kontaktwerkstoffe
- Entwicklung nachhaltiger, recycelbarer Schaltkammern
4. Systemintegration und Monitoring
- Integration intelligenter Steuerungen
- Condition Monitoring auf Geräte- und Systemebene
- Bewertung von Netzstabilität und Betriebszuständen
Projektziel
Entwicklung und Validierung seriennaher Demonstratoren unter realen Betriebsbedingungen hinsichtlich:
- Abschaltvermögen
- Selektivität
- Effizienz
- Zuverlässigkeit
- Personensicherheit
- Ressourceneffizienz
HybSchaDC2 leistet damit einen substantiellen Beitrag zur technologischen Weiterentwicklung sicherer, leistungsstarker Gleichstromnetze als Schlüsselkomponente einer klimaneutralen Energieinfrastruktur