IGBTs / HGÜ / HVDC - Neue Aufgaben für die Messtechnik
Die steigende Nutzung erneuerbarer Energien stellt die Energiebranche vor zahlreiche Herausforderungen. Eine der Schlüsseltechnologien bei der Umstrukturierung der Energienetze ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ, engl. HVDC oder High Voltage Direct Current). Sie ermöglicht eine verlustarme Überbrückung der großen Entfernungen zwischen den Energieerzeugern und Verbrauchern bei gleichzeitiger Minimierung der unumgänglichen Auswirkungen auf die Umwelt. Darüber hinaus vereinfacht sie die Kopplung asynchroner Wechselstromnetze (z. B. innerhalb von Smart Grids). In dieser vergleichsweise jungen Technologie steckt noch viel Optimierungspotential, welches es zu erforschen und auszuschöpfen gilt. Hierfür bedarf es spezieller Messhardware und -software, welche die besonderen Anforderungen im Hochleistungsumfeld erfüllt.
Die SATURN Transienten Rekorder Familie von AMOtronics wurde speziell für diesen Einsatzzweck optimiert und ermöglicht hochgenaue Messungen elektrischer Größen im Bereich weniger KHz bis GHz. Durch Einsatz von Lichtwellenleiterübertragung ist das Saturn System optimal für Hochspannungs- und Hochstromanwendungen geeignet (s. Kasten).
Verschiedene Bauformen und variable Eingangs-, Ausgangs- und Trigger-Module ermöglichen sowohl handliche mobile Systeme als auch vielkanalige 19"-Einbaulösungen. Die Systeme sind optimal gerüstet für den Anschluss nahezu beliebiger Sensoren, einschließlich HV-Tast-Köpfen und Rogowski-Spulen. Neu in der Saturn Familie ist der Sequencer. Er ermöglicht parallel zur Datenerfassung eine hochgenaue Steuerung von komplexen Testanlagen, wie sie in Laboratorien für Niederspannung, Mittelspannung und Hochspannung zum Einsatz kommen (s. Kasten).
Die optimal auf den Transienten-Rekorder-Einsatz abgestimmte Software „Saturn Studio II" ermöglicht eine einfache Konfiguration der Hardware. Zusätzlich bietet sie umfangreiche Funktionen für die interaktive oder komplett automatisierte Datenanalyse und Berichterstellung. Über GPIB- oder Ethernet-Schnittstelle kann Messhardware anderer Hersteller angeschlossen werden. Auf diese Weise können vorhandene ältere Messsysteme integriert und unter einer modernen Softwareoberfläche weiter genutzt werden.
Mit der Saturn Studio II Professional Edition haben Anwender selbst die Möglichkeit, wiederkehrende Abläufe von der Messung bis hin zur Berichtsausgabe zu automatisieren. Bei Bedarf können eigene Bedienoberflächen gestaltet werden, welche die Bediener des Messsystems Schritt für Schritt bis zum Ergebnis führen. So sparen die Endanwender wertvolle Zeit und Bedienfehler können von vorn herein vermieden werden.
Mit AMOtronics als Partner erhalten Kunden alles aus einer Hand, angefangen von zuverlässiger Hardware, optimal auf die Anwendung abgestimmter Software bis hin zu Schulungen, Support und speziellen Auftragsentwicklungen.
Sequencer zur Ansteuerung von Testanlagen
In Testlaboren müssen während einer Messung oftmals Schalter, Leistungsschütze, Relais, IGBTs, MOSFETs etc. in einer bestimmten Abfolge angesteuert werden. Hierzu dient der neue SATURN Sequencer von AMOtronics, welcher sowohl als eigenständiges Gerät als auch integriert in einem SATURN Transientenrekorder zum Einsatz kommen kann.
Der Sequencer bietet 16 digitale Ausgänge, welche in Gruppen zu 8 Ausgängen wahlweise als BNC- oder Lichtwellenleiteranschlüsse ausgeführt werden können. Letztere bieten eine störungsresistente Isolierung gegen hohe Spannungen und Ströme und ermöglichen die Überbrückung größerer Entfernungen zur Testanlage.
Das Steuerprogramm zur Beschaltung der Ausgänge wird über eine komfortable Bedienoberfläche in der SATURN Studio II-Software erstellt. Neben einer rein sequentiellen Abarbeitung werden auch Schleifen und Fallunterscheidungen (Verzweigungen) unterstützt. Neben digitalen Eingängen können auch die aktuell mit dem Saturn-System gemessenen analogen Signale überwacht und so auf nahezu beliebige Ereignisse reagiert werden.
Die Taktung des Steuerprogramms erfolgt mit einer Genauigkeit von 10ns wahlweise über einen internen Taktgeber oder bei AC-Anwendungen z. B. synchron zum externen Generator (16 2/3Hz, 50/60Hz, 400 Hz ...)
Gefahrlos messen bei Hochspannung
In Gefahrenumgebungen zu messen, wie bspw. bei Hochspannungsversuchen, stellt eine besondere Herausforderung dar. Zum Schutz von Personal und Technik dient in der Regel eine faseroptische Übertragungsstrecke mittels Lichtwellenleiter zwischen den Sensoren und dem Messsystem. Hierfür gibt es unterschiedliche Lösungsansätze. Allen Ansätzen gemeinsam ist, dass die Messsignale zunächst analog mit einem geeigneten Sensor (HV-Tastkopf, Rogowski-Coil etc.) erfasst und digitalisiert werden. Das digitalisierte Signal wird mit Hilfe des Lichtwellenleiterkabels optisch zum Empfänger übertragen. Bei der Weiterverarbeitung unterscheiden sich die verschiedenen Lösungsansätze. Eine Möglichkeit ist, das optische Signal auf der Empfängerseite wieder in analoge Signale zurückzuwandeln. Diese analogen Signale können dann wieder an die Messeingänge eines handelsüblichen Oszilloskops oder Messsystems angeschlossen werden, wo sie erneut digitalisiert und gespeichert werden. Die Rückwandlung in analoge Signale und die erneute Digitalisierung durch das Messsystem erzeugen jedoch zwangsläufig zusätzliche Störungen in den Messdaten und Genauigkeitsverluste.
Bei den Messsatelliten der SATURN Transientenrekorder-Familie der AMOtronics werden die vom Sensor erfassten Daten ebenfalls digital über Lichtwellenleiter an das SATURN-Basissystem übertragen. Im Unterschied zu obiger Lösung werden sie jedoch direkt im digitalen Speicher des Basissystems abgelegt. Durch Vermeidung von Rückwandlung und doppelte Digitalisierung sind auch in Gefahrenumgebungen hochgenaue Messungen möglich.
Die zugehörige SATURN Studio II-Software bietet zudem Module für genormte Datenanalysen und Berichte (IEC 60060-1, IEC 60060-2, IEC 61083-1, IEC 61083-2, STL u.a.), welche neben der Minimierung von Fehlern dabei helfen, Zeit und Kosten zu sparen.
