Gleichstrom-Steckverbinder ArcZero: Wenn der Funke nicht überspringen soll

Anbieter zum Thema

PHOENIX CONTACT Deutschland Gm

Schulz-Electronic GmbH

ept GmbH

MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Der Charme eines Gleichstromnetzes liegt in spürbaren Effizienzverbesserungen, steigenden Wirkungsgraden und vereinfachter Installation. Dem gegenüber steht das erhöhte Sicherheitsrisiko. Beim Verbinden und Trennen unter Last können gefährliche Lichtbögen entstehen. Was müssen DC-Steckverbinder können?

Selbst wenn aus der Steckdose Wechselstrom herauskommt: Die meisten Elektronikgeräte und Produktionsmaschinen arbeiten mit Gleichstrom. Diese Aussage mag angesichts globaler AC-Netze überraschen. Wer aber genau hinschaut, entdeckt im privaten wie gewerblichen Umfeld vorwiegend Gleichstrom. Mit diesem Bild vor Augen erscheint es schon merkwürdig, dass die Gleichstromtechnik spätestens mit dem Aussterben von Gleichstrommotoren in der Fabrik aus dem Bild gefallen ist. Aber Gleichstrom kommt zurück – in Gestalt intelligenter DC-Grids innerhalb einer stromgeführten Energiewende.

Mit Gleichstrom in die Zukunft

Viele Länder auf der ganzen Welt haben den gemeinsamen Vorsatz, ihren Netto-CO₂-Ausstoß auf Null zu reduzieren. Um dieses Ziel zu realisieren, ist einerseits der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien und deren Speicherung notwendig. Andererseits spielt die Steigerung der Energieeffizienz eine entscheidende Rolle. Dabei reichen die Potenziale von der Modernisierung von Kraftwerken über energieeffiziente Motoren und energieeinsparende Industrieprozesse bis hin zur energetischen Sanierung von Gebäuden und dem Einsatz energieeffizienter Geräte.

Bildergalerie

In den Anfangsjahren elektrischer Energienetze verbrauchten vor allem Beleuchtung und kleinere Elektromotoren elektrischen Strom.

Heutzutage gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte, aber ein Trend zeichnet sich deutlich ab: Der Anteil an Gleichstrom-Verbrauchern nimmt kontinuierlich zu. Vor einigen Jahren waren Glühlampen beispielsweise die Standardbeleuchtung, aber energieeffiziente LED-Beleuchtungen ersetzen diese zunehmend.

Auch der steigende Bedarf an IT-Infrastruktur wie Mobilfunknetzen oder Rechenzentren erfordert letztendlich Gleichstrom.

Und was ist mit Elektromotoren? Um ihre Effizienz zu steigern, werden sie häufig mit einem Umrichter betrieben, der ebenfalls Gleichstrom im Zwischenkreis verwendet. Dies gilt auch für die Energieerzeugung. Wenn beispielsweise ein Generator Wechselstrom aus Wind- oder Wasserkraft erzeugt, wird auch hier ein Gleichstrom-Zwischenkreis benötigt, um präzise 50 Hz für die Einspeisung ins Netz zu erzeugen. Darüber hinaus liefert die Photovoltaik direkten Gleichstrom aus ihren Modulen.

Es wird deutlich, dass der Einsatz von Gleichstrom sowohl bei der Energieerzeugung als auch beim Energieverbrauch immer wichtiger wird und in verschiedenen Bereichen der Gesellschaft eine zentrale Rolle spielt.

Anforderungen an DC-Steckverbinder

Verdrängt der Gleichstrom den Wechselstrom, ändern sich auch die Anforderungen an die eingesetzten Komponenten. Schutzkonzepte können nicht immer eins zu eins aus Wechselspannungs-Systemen übernommen werden und das Netzverhalten unterscheidet sich auch deutlich. Kurzschlussströme können stark variieren, Erdungskonzepte müssen angepasst werden, Netzstrukturen werden dezentraler und Spannungsbereiche und Quellen werden vielfältiger, nur um ein paar Aspekte zu nennen.

Ein entscheidender Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom ist dabei der Lichtbogen bei Schalt- und Trennvorgängen. Bei Wechselstromanwendungen oszillieren Strom und Spannung und es kommt somit 100-mal in der Sekunde zu Nulldurchgängen mit Polumkehr. Es können sich daher nicht so leicht stabile Lichtbögen ausbilden, wie das bei Gleichstrom der Fall ist. Daher sind in letzterer Netzform die Schäden an Kontakten und Gehäusen tendenziell größer und es besteht ein größeres Risiko für den Bediener.

Die Ingenieure in Blomberg führen seit mehreren Jahren verschiedene Versuchsreihen im Produktbereich der Geräte- und Feldanschlusstechnik an bestehenden Steckverbindern durch, um DC-Lichtbögen genauer zu verstehen. Es wurden diverse Technologien und Prototypen für ein sicheres Stecken und Trennen von Steckverbindungen in Gleichstromnetzen entwickelt. Diese Untersuchungen bleiben keine Theorie, sondern finden in der Praxis Anwendung. Das Resultat ist der neue Steckverbinder für Gleichstromnetze: ArcZero (Bild 3).

ArcZero zähmt den Lichtbogen

Das besondere Feature steckt im Inneren des DC-Steckverbinders. Eine elektronische Schaltung, direkt im Steckverbinder verbaut, löscht aktiv den Lichtbogen. Diese Lösung schützt den Anwender und sorgt für das gleiche Sicherheitsniveau, welches wir heute von AC-Steckverbindern kennen.

Das schnelle Unterbinden des Lichtbogens durch die integrierte Elektronik minimiert den Verschleiß und bildet damit die Basis für die Langlebigkeit des Steckverbinders.

Durch das sichere Verbinden und Trennen unter Last können ausgewählte Anlagenteile, z. B. für den Teiletausch oder bei einer Wartung, sicher abgeschaltet werden, während die übrige Anlage weiter in Betrieb bleibt. Stillstandszeiten gehören durch diese hohe Verfügbarkeit der Vergangenheit an.

Verpackt ist das Ganze in ein langjährig etabliertes und erprobtes Gehäusekonzept. Mit Schutzarten bis IP69, einer hohen Schlagfestigkeit bis IK08 und einer langfristigen Outdoor-Eignung kann der Steckverbinder seine Stärken in vielen Einsatzbereichen ausspielen, egal ob drinnen oder draußen. End- und Verteilstromkreise bis 20 A und 400 V respektive 800 V können mit dem Steckverbinder ArcZero verbunden werden.

Dabei bleibt die Bedienung intuitiv einfach. Werkzeug ist nicht erforderlich, denn Anwender müssen keine Tasten oder Schalter betätigen. Für besondere Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit sorgt die große Zahl möglicher Steckzyklen.

Fazit: Gleichstromanwendungen setzen sich immer mehr im Markt durch, denn sie bringen viele Vorteile mit sich wie die Reduktion von Wandlungsverlusten. Aber: Das Verbinden und Trennen unter Last kann einen Lichtbogen erzeugen, der Gefahr für Leib und Leben bedeutet.

Mit dem Gleichstrom-Steckverbinder ArcZero schafft Phoenix Contact eine Lösung, die den Bedienenden sicher und zuverlässig vor dem gefährlichen Lichtbogen schützt.

Dies macht die Handhabung bei Installation und Wartung denkbar einfach: Muss im Wartungsfall ein Gerät ausgetauscht werden, kann das einfach unter Last erfolgen. Bedienende sparen sich das Freischalten der kompletten Anlage. Das bedeutet weniger Stillstand, eine hohe Anlagenverfügbarkeit und noch mehr Effizienz. Die Sicherheit ist uneingeschränkt gegeben. (kr)

* Andreas Beck ist Senior Specialist Product Management – Product Marketing Connectors for New Energies bei Phoenix Contact in Blomberg.

(ID:49684190)