Ohne Gefahr von Lichtbögen: Auch unter Last ist sicheres Verbinden und Trennen möglich (Quelle: Phoenix Contact)
Selbst wenn aus der Steckdose Wechselstrom herauskommt: Die meisten Elektronikgeräte und Produktionsmaschinen laufen 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. Die Realisierung dieses Ziels erfordert einerseits den verstärkten Ausbau erneuerbarer Energien und deren Möglichkeit zur Speicherung. 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.
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 – zunehmend 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 dieser Netzform die Schäden an Kontakten und Gehäusen tendenziell größer und es besteht ein größeres Risiko für den Bediener.
Phoenix Contact führt seit mehreren Jahren verschiedene Versuchsreihen im Produktbereich der Geräte- und Feldanschlusstechnik an bestehenden Steckverbindern durch, um DC-Lichtbögen genauer zu verstehen. Es wurden verschiedene Technologien und Prototypen für ein sicheres Stecken und Trennen von Steckverbindungen in Gleichstromnetzen entwickelt. All diese Untersuchungen bleiben keine Theorie, sondern finden in der Praxis Anwendung. Das Resultat ist der neue Steckverbinder für Gleichstromnetze: ArcZero.