Solaranlage, Wallbox, E-Auto und Batteriespeicher sind keine Fremdworte? Dann sollte der energetische Schatz aus Eigenproduktion und Energieeffizienz doch zu heben sein! Mit einem neuen, multifunktionalen Schaltgerät wird der firmeninterne Umgang mit DC deutlich vereinfacht.
Industrielle Gleichstromnetze sind eine Möglichkeit, den weiter steigenden Energiekosten ein Schnippchen zu schlagen. Strom aus eigener Solaranlage, Rückgewinnung aus eigener Maschinenbewegung, direkt eingelagert in eigene Batteriespeicher und verbraucht in der eigenen Produktion. Die weit verbreitete Spaßbremse dabei ist der Wechselstrom. Denn wenn die hauseigenen Netze nur mit AC funktionieren, muss immer gewandelt werden. Und jede Wandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom und zurück kostet Energie, also Effizienz.
Phoenix Contact versteht sich als Vorreiter in Sachen Gleichstromtechnologie. Und geht mit gutem Beispiel und innovativen Lösungen voran. Das gute Beispiel trägt den Namen All Electric Society Factory und ist ein neues Produktionsgebäude auf dem Campus in Blomberg. Auf 18.500 Quadratmetern hat der hauseigene Maschinenbau Platz gefunden. Und eine der innovativen Lösungen ist eine davon entwickelte Druckmaschine, die den Phoenix Contact-Klemmen zu aufgedruckten Informationen und Logo verhilft. Die arbeitet direkt mit Gleichstrom aus dem im Gebäude etablierten Gleichstromnetz.
Damit sie dazu in der Lage ist, müssen ihr energetische Manieren beigebracht werden. Diesen Job verrichtet neben einer Reihe weiterer Neuentwicklungen der innovative Leistungsschalter ELR HDC. Sascha Garzke ist Produktmanager dieses Mehrzweckinstruments und auf Gleichstromanwendungen spezialisiert. Ihm zur Seite steht Tobias Lüke, ebenfalls ausgewiesener Experte, wenn es um DC geht. „Der Drucker selbst ist eigentlich ein Standardgerät“, erklärt Lüke den mannshohen Trumm, in dem der ELR HDC steckt. „Wir haben uns um seine Energieversorgung gekümmert und ihn empfänglich gemacht für die direkte Belieferung mit Gleichstrom aus dem hauseigenen DC-Netz. Abnehmer für den Gleichstrom sind die Antriebe, die Sensorik und die Steuerungstechnik für den Druckprozess.“
2024 wurde der Contracton ELR HDC erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. „Damals war die Aufmerksamkeit der Industrie auf Gleichstrom noch nicht so ausgeprägt, daher waren wir fast ein wenig zu früh“, beschreibt Sascha Garzke die Entwicklung. Drei Jahre hatte es gedauert, bis aus der ersten Idee ein fertiges Produkt wurde. Der ELR HDC war so neuartig, dass das Gerät in keine der bestehenden Normen eingeordnet werden konnte. „Wir waren weltweit die ersten, die so einen DC-Schalter in dieser Leistungsklasse und mit den Möglichkeiten vorgestellt haben.“
Bei der Gleichstromversorgung industrieller DC-Netze stellen die Schaltvorgänge eine besondere Herausforderung dar. Während beim Wechselstrom ein auch hier möglicher Lichtbogen nach spätestens zehn Millisekunden beim Nulldurchgang des Stroms automatisch erlischt, entwickelt sich beim Gleichstrom insbesondere beim Ausschalten ein stehender Lichtbogen, dessen zerstörerische Energie beherrscht werden muss. Strafverschärfend kommt dazu, dass Kurzschlussströme in DC-Netzen aufgrund der Netzarchitektur extrem schnell ansteigen. Und genau hier kommt der DC-Leistungsschalter Contactron ELR HDC zum Einsatz: moderne Halbleitertechnologie, die in Kombination mit DC-Relais lichtbogenfrei schaltet. So wird der im Gleichstrom heikle Schaltvorgang sicher und die Lebensdauer der beteiligten Bauteile deutlich verlängert.
Sascha Garzke erklärt: „Neben dem reinen Schalten von bis zu 55 A bei bis zu 810 V überwacht der Leistungsschutzschalter auch die wichtigsten Parameter. Überschreitet der Betriebsstrom den eingestellten Maximalwert, schaltet der ELR HDC zeitlich verzögert ab, bis hin zu einer sehr schnellen Kurzschlussabschaltung. Dank der eingesetzten Halbleiter in Mikrosekunden, und mit je drei Abschaltprozeduren, je nach Lastgröße. Und kommt es zu einer Unter- oder Überspannung im Eingang, schaltet das Gerät ebenfalls ab. Außerdem lädt der Leistungsschalter Kapazitäten im Ausgang auf die Eingangsspannung vor, sodass während des Einschaltens Stromspitzen vermieden werden.“
Man merkt dem studierten Wirtschaftsingenieur und Energietechniker die Begeisterung für „seinen“ Leistungsschalter an. Bevor Garzke vor fünf Jahren bei Phoenix Contact startete, war er lange im Sondermaschinenbau tätig. Er hat also quasi von Berufs wegen ein Faible für besondere Lösungen: „Der Contactron ELR HDC hat einen digitalen Ein-/Ausgang sowie eine Kommunikationsschnittstelle zur Einbindung in Netzwerkumgebungen. Anwender können die Geräteparameter bequem über das Netzwerk oder mit der Parametrierungssoftware ClipX Engineer von Phoenix Contact an ihre Anforderungen anpassen. Dazu schließen sie den Leistungsschalter per USB-C-Schnittstelle an ihr Notebook an und stellen die Geräteparameter einfach gemäß ihrer Anwendung ein. Über die Kommunikationsschnittstelle kann der Anwender zudem auch die Betriebsdaten erfassen.“
Gleichstrom-Experte Tobias Lüke zeichnet den Rahmen, in dem der ELC HDR seinen Einsatz finden soll: „Ursprünglich kam die Anregung zur Entwicklung aus dem Automobilbau, wo unser Kombigerät auch ausgiebig ausprobiert wurde. Aber mittlerweile bekommen wir Anfragen unter anderem aus der technischen Gebäudeausrüstung, aus der Fabrikautomation oder der Ladeinfrastruktur. Auch Rechenzentren sind ein großes Thema aufgrund ihrer nötigen extrem hohen Verfügbarkeit, die sichergestellt sein muss.“ Garzke ergänzt: „Wir sind überall dort am Start, wo Gleichstrom zum Einsatz kommen soll. Power to X etwa ist ein großes Feld, denn die Aufspaltung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff gelingt nur mit Gleichstrom. Und mittlerweile kommen viele Kunden jetzt mit Anwendungen auf uns zu, die ganz neue Anforderungen mitbringen, etwa viel höhere Leistungen. Da erreichen wir schon die Grenze der Niederspannungsrichtlinie, da beginnt dann die Mittelspannung.“
Die beiden Experten sind sich unisono einig: „In so gut wie allen Anwendungen des täglichen Lebens – ob gewerblich oder privat – dominiert Gleichstrom. Diese Tatsache, kombiniert mit der viel einfacheren Nutzung erneuerbarer Energien sowie höherer Wirkungsgrade, macht Gleichstromtechnologie zum wesentlichen Treiber für die Energieversorgung der Zukunft.“
Effizienz trifft Nachhaltigkeit trifft Sicherheit. Oder wie es Sascha Garzke schmunzelnd zusammenfasst: „Schützen, Überwachen, Schalten und Kommunizieren in Gleichstromnetzen. Alles mit einem Gerät. So muss das!“
Phoenix Contact Contracton ELR HDC
Phoenix Contact Arc Zero – die Lichtbogenbändiger
Phoenix Contact Gleichstromnetze
