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Netzrückspeisung

Wirkungsgrad über 96%

Regenerative Lasten

Die ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative zu konventionellen Lasten

Die neue Serie von elektronischen DC-Lasten mit Energierückgewinnung bietet neue Spannungs-, Strom- und Leistungswerte für eine Vielzahl von Anwendungen. Diese Geräte umfassen vier gängige Betriebsarten: Konstantstrom, Leistung, Spannung und Widerstand. Darüber hinaus bietet die FPGA-basierte Steuerschaltung zusätzliche Funktionen wie einen Funktionsgenerator, bei dem es sich einfach um eine tabellenbasierte Regelschaltung zur Simulation von nichtlinearen Innenwiderständen handelt. Auch die Reaktionszeiten für die Steuerung über analoge oder digitale Schnittstellen wurden dank der DSP-gesteuerten Hardware verbessert.

Mehrere Geräte sind in der Lage, parallel in einer Master-Slave-Konfiguration zu arbeiten, wodurch der Anwender die Lasten auch für Prüflinge nutzen kann, die möglicherweise höhere Leistungen benötigen. Diese Eingangsleistung kann in Schaltschränken somit auf bis zu 480 kW erweitert werden, um einen deutlich höheren Gesamtstrom zu erzielen. Auf Anfrage können aber auch noch höhere Leistungen realisiert werden. Es erscheint jedoch weder ökonomisch sinnvoll noch umweltfreundlich zu sein, die aufgenommene Eingangsleistung einfach abzuführen.

Regenerative Lasten bieten hier eine gute Alternative. Ihr AC-Netzanschluss kann auch als Ausgang für die Rückspeisung der zugeführten DC-Energie verwendet werden. Der Wirkungsgrad liegt bei bis über 96%. Die Energierückgewinnung ermöglicht es, die Energiekosten zu senken und teure Kühlsysteme zu vermeiden, wie sie andernfalls für konventionelle elektronische Lasten erforderlich sind, da diese eingehende Leistung in Wärme umwandeln.

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Die Vorteile der Produktreihe EA-ELR mit Netzrückspeisung

Das Prinzip der Netzrückspeisung

Die Funktionsweise einer regenerativen elektronischen Last lässt sich anhand von Abbildung 1 leicht erklären. Nehmen wir an, dass es sich bei dem zu testenden Gerät um eine Batteriezelle handelt, die etwa 3KW Strom verbraucht. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, wird die Gleichstromenergie in einen Gleichstromwandler eingespeist, der die Leistung so aufbereitet, dass sie für die nächste Stufe der Umwandlung verarbeitet werden kann.

Die letzte Stufe der Umwandlung besteht aus einem Wechselrichter, der die Gleichstromenergie in geeignete Wechselstromenergie umwandelt. Dafür muss die Wechselstromenergie so aufbereitet werden, dass sie den jeweiligen Spannungs- und Frequenzniveaus des lokalen Netzes entspricht.

Zu diesem Zeitpunkt wird die zurückgewonnene Energie in das Fabriknetz zurückgespeist und kann anschließend wieder von den Benutzern innerhalb des entsprechenden Industrie- oder Fabrikgeländes genutzt werden (interne Netzrückspeisung). Wenn die zurückgewonnene Energie höher ist als jene, die die Benutzer innerhalb des internen Netzes verbrauchen, wird diese Energie in das öffentliche Netz außerhalb des Geländes zurückgeführt.

Es könnte auch vorkommen, dass die Fabrik nicht an das öffentliche Netz angeschlossen ist und die Last beispielsweise eine Brennstoffzelle testet. In einem solchen Fall begrenzt die ELR die rückgewonnene Energie, sodass diese nur von den Benutzern innerhalb des hauseigenen Netzes verbraucht wird. Dadurch können sich die Geräte je nach Nutzung in einigen Jahren amortisieren.

Abbildung 1: So funktioniert die Netzrückspeisung

Abbildung 2: Der Umwandlungsprozess

Anschließen der elektronischen DC-Last an das Netz

Abbildung 3 zeigt den Prozess der Energierückgewinnung. In einer Produktionslinie mit hoher Leistungsaufnahme ist zu sehen, wie eine Energierückgewinnungslast als Teil der zu testenden Einheit Energie zurückspeist.

Der Pfeil, der von UUTS zur ELR Last führt, wird nach dem Zähler und in Reihe mit dem Hauptsicherungskasten angeschlossen, und die rückgewonnene Energie wird in das Werksnetz (Hausnetz) zurückgespeist.

Diese Anschlussart muss eingehalten werden, wenn das Gerät im Rahmen eines kontinuierlichen Testbetriebs eingesetzt werden soll. Die zurückgewonnene Energie wird dann in der Produktion, in Labors oder sogar in Bürogeräten genutzt.

Abbildung 3: Rückgewinnung von Energie

Sicherheitsverfahren vor Installation und Gebrauch

Vor der Installation und dem Gebrauch der Einheit gibt es mehrere Sicherheitsverfahren, die wie folgt aussehen. Das Gerät kann, je nach Modell, ein beträchtliches Gewicht haben. Daher muss der vorgeschlagene Standort des Geräts (Tisch, Schrank, Regal, 19″-Rack) in der Lage sein, das Gewicht ohne Einschränkung zu tragen.

  • Bei Verwendung eines 19″-Racks sind Schienen zu verwenden, die für die Breite des Gehäuses und das Gewicht des Geräts geeignet sind. Stellen Sie vor dem Anschluss an das Stromnetz sicher, dass der Anschluss wie auf dem Produktetikett angegeben erfolgt. Überspannung an der Netzspannung kann zu Geräteschäden führen.
  • Bei elektronischen Lasten: Stellen Sie vor dem Anschluss einer Spannungsquelle an den DC-Eingang sicher, dass die Quelle keine höhere Spannung als die für ein bestimmtes Modell spezifizierte erzeugen kann, oder installieren Sie Maßnahmen, die eine Beschädigung des Geräts durch Überspannung verhindern können.
  • Für elektronische Lasten mit Energierückgewinnung: Vor dem Anschluss des Wechselstromnetzes/-ausgangs an ein öffentliches Netz muss unbedingt geklärt werden, ob der Betrieb dieses Geräts am Zielort zulässig ist und ob die Installation von Überwachungshardware erforderlich ist.

Vorbereitung und Netzanschluss (AC)

Der Netzanschluss einer energierückspeisenden Gerätes erfolgt über eine Netzanschlussleitung auf der Rückseite des Gerätes. Um das Gerät an das Stromnetz anzuschließen, sind einige wichtige Punkte zu beachten:

  • Der Anschluss an das Wechselstromnetz darf nur von qualifiziertem Personal vorgenommen werden.
  • Der Aderquerschnitt muss für den maximalen Eingangs-/Ausgangsstrom des Gerätes geeignet sein (siehe Tabelle unten).
  • Vor dem Anschluss ist sicherzustellen, dass das Gerät durch den Netzschalter ausgeschaltet ist.
  • Vergewissern Sie sich, dass alle Vorschriften für den Betrieb und den Anschluss an das öffentliche Netz beachtet wurden und alle notwendigen Bedingungen erfüllt sind.

Geräte mit einer Bauhöhe von 2 Höheneinheiten sind mit einer 3-poligen Anschlussklemme (L-N-PE) ausgestattet. Größere Geräte haben eine 5-polige Klemme (L1-L2-L3-N-PE). Abhängig von der Nennleistung des Geräts wird der Stecker mit zwei oder drei Phasen + PE angeschlossen. Bei einer Anschlussleitung mit N-Leiter kann dieser im freien PIN (N) der Anschlussklemme fixiert werden. Die Anschlussleitung ist nach Anzahl der Adern und nach Querschnitt auszuwählen und entsprechend der Beschriftung auf der Klemme anzuschließen. Die untenstehenden Tabellen enthalten Anschlussdaten und Querschnitte.

Für den Netzanschluss sind die folgenden Phasen erforderlich (Φ)

Phasen L1, L2, L3 N PE
Querschnitt Imax Querschnitt Imax Querschnitt
Nennleistung Anschusstyp [mm2] [A] [mm2] [A] [mm2]
5 kW (Nenn) bei 380/400/480 V 3~ (L1, L2, L3, PE)* ≥1,5 16     ≥1,5
3 kW (reduziert) bei 208 V 3~ (L1, L2, L3, PE)* ≥1,5 16     ≥1,5
10 kW (Nenn) bei 380/400/480 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥4 28     ≥4
6 kW (reduziert) bei 208 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥4 28     ≥4
15 kW (Nenn) bei 380/400/480 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥4 28     ≥4
9 kW (reduziert) bei 208 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥4 28     ≥4
10 kW 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥10 40     ≥10
18 kW (reduziert) bei 208 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥10 61     ≥10
30 kW (Nenn) bei 380/400/480 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥10 61     ≥10
60 kW (Nenn) bei 380/400/480 V 3~ (L1, L2, L3, PE) ≥16 110     ≥16

* Anschluss von 2 Phasen L2 & L3 reicht aus
Phasen L1, L2, L3 N PE
Querschnitt Imax Querschnitt Imax Querschnitt
Nennleistung Anschusstyp [mm2] [A] [mm2] [A] [mm2]
1200 W (reduziert) bei 110/120 V 1~ (L, N, PE) ≥1 11 ≥1 11 ≥1
1500 W (Nenn) bei 208 V 2~ (L, N(L), PE)** ≥1 11 ≥1 11 ≥1
1500 W (Nenn) bei 230 / 240 V 1~ (L, N, PE) ≥1 11 ≥1 11 ≥1
1500 W (reduziert) bei 110/120 V 1~ (L, N, PE) ≥1,5 16 ≥1,5 16 ≥1,5
3000 W (Nenn) bei 208 V 2~ (L, N(L), PE)** ≥1,5 16 ≥1,5 16 ≥1,5
3000 W (Nenn) bei 230 / 240 V 1~ (L, N, PE) ≥1,5 16 ≥1,5 16 ≥1,5

** Phase 2 an N-Klemme

Tabelle 1: Minimaler Querschnitt und maximaler Strom, Geräte mit Bauhöhe > 2 HE

Tabelle 2: Minimaler Querschnitt und maximaler Strom, Geräte der Bauhöhe 2 HE

Abbildung 4: Beispiel für ein Netzanschlußkabel mit 4 Adern

Abbildung 5: Beispielkonfiguration eines AC-Kabels

Es ist bekannt, dass je länger die Anschlussleitung ist, desto höher wird der Spannungsfall durch den Leitungswiderstand. Wenn der Spannungsfall zu hoch ist, könnte die Last einen niedrigen Spannungsfehler ableiten. Daher sollten die Netzkabel so kurz wie möglich gehalten werden.

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