Erregersysteme in Kraftwerken So lassen sich redundante Stromversorgungen gleichmäßig belasten

Redundant aufgebaute Stromversorgungen sorgen für Betriebssicherheit in Maschinen und Anlagen. Seit ABB Schweiz seine Produktlinie für Erregersysteme mit Redundanzmodulen von Murrelektronik regelt, bringt dies doppelten Nutzen: Eine deutlich geringere Verlustleistung und eine ausgewogene Inanspruchnahme beider Netzgeräte.

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Damit der Betrieb von Anlagen oder Maschinen auch im Falle eines Fehlers aufrecht erhalten bleibt, werden Stromversorgungssysteme oft redundant aufgebaut. Vollredundante Systeme, die komplett bis hin zum Verbraucher doppelt aufgebaut sind, verursachen aber hohe Kosten. Eine wesentlich günstigere Lösung sind deshalb teilredundante Aufbauten, bei denen nur Netzgeräte doppelt ausgeführt sind.

Zwei Netzgeräte müssen entkoppelt werden

Teilredundante Stromversorgungen werden häufig mit zwei gleich dimensionierten Netzgeräten aufgebaut. Jedes von ihnen ist in der Lage, auch einzeln den gesamten Nennstrom der Verbraucher zu liefern. Zwingend erforderlich bei einem solchen Aufbau ist dabei die Entkopplung der beiden Netzgeräte. Andernfalls bestünde die Gefahr, dass ein funktionierendes Gerät ein anderes, in dessen Ausgangskreis ein Kurzschluss vorliegt, speist und bei diesem ebenfalls ein Defekt auftritt.

In konventionellen Anlagen werden teilredundante Systeme mit Diodenmodulen aufgebaut, die die Netzgeräte voneinander entkoppeln. Tritt ein Fehler in einem Netzgerät auf, kann das andere unbeeinflusst weiterarbeiten und die Verbraucher weiter mit Energie versorgen. Ein Nachteil der Entkopplung mit Dioden besteht in der hohen Verlustleistung. Die Diodenspannung von 0,7 V sorgt bei einem Laststrom von 20 A für eine Verlustleistung von 14 W. Das schmälert die Effizienz der Anlage, verursacht einen höheren Aufwand für die Kühlung von Schaltschränken und reduziert durch Temperatureinwirkung die Lebenserwartung anderer Komponenten im Schaltschrank.

Ein weiteres Manko dieses Aufbaus: Die beiden Netzgeräte werden ungleichmäßig belastet. Weil die Lastströme durch das Diodenmodul nicht geregelt werden, liefert mitunter ein Netzgerät den ganzen Laststrom, während das andere im Leerlauf arbeitet. Die Lebensdauer des thermisch sehr belasteten Gerätes kann sich dadurch markant verkürzen.

Aktives Redundanzmodul reduziert die Verlustleistung

Das aktive Redundanzmodul MB Redundancy Balance von Murrelektronik trägt diesen Problemen Rechnung. Es arbeitet auf der Basis von MOSFETs-Technologie -was die Verlustleistung deutlich reduziert. Diese beträgt bei einer Belastung von 2 x 10 A und einem optimalen Abgleich der beiden Netzgeräte aufeinander nur noch 1,3 W. Das ist verglichen mit den 14 W Verlustleistung beim Einsatz herkömmlicher Diodenmodule eine beträchtliche Einsparung.

Gleichmäßig ausgelastete Redundanzmodule

Eine interne Regelung sorgt bei MB Redundancy Balance außerdem dafür, dass beide Netzgeräte jeweils die Hälfte des Laststromes liefern. So sind beide Komponenten gleichmäßig ausgelastet.

Wird beispielsweise ein Ausgangsstrom von 10 A benötigt, so steuern beide Netzgeräte jeweils 5 A dazu bei. Das erhöht deren Lebensdauer deutlich und ermöglicht es beispielsweise, Wartungsintervalle von Netzgeräten gezielt zu verlängern. Fällt doch eines der Netzgeräte aus, dann stellt das Modul von Murrelektronik nicht nur sicher, dass die benötigte Energie für den Weiterbetrieb der Anlage vorübergehend vom noch funktionierenden Netzgerät geliefert wird; die Komponente setzt auch eine Meldung an die Steuerung ab und ermöglicht somit einen gezielten Eingriff zur Fehlerbehebung.

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