Robuste Antriebe machen die Stromversorgung sicher

In der Energieverteilung spielen vor allem Sicherheit und Verlässlichkeit eine entscheidende Rolle. Das betrifft alle Komponenten im Schalterbau, insbesondere jedoch die Antriebssysteme für Mittel- und Hochspannungsschalter. „Vor allem bei Ereignissen wie Kurzschluss, Erdschluss, Fehlerstrom oder Überlast, die unter anderem in kommunalen Umspannwerken oder in der Bahntechnik vorkommen können, sind zuverlässige Motoren gefragt, um die Funktion der Schalter sicherzustellen“, erklärt Christian Skaletz, Projektmanager bei Groschopp. „Auch bei Wartungsarbeiten spielen sie eine wichtige Rolle, denn zum Schutz des Personals müssen oft ganze Bereiche im Netz sicher abgeschaltet werden können.“

In jedem Fall müssen beim Auslösen eines Schaltvorgangs die Kontakte schnell und definiert voneinander getrennt werden – und zwar unabhängig von der externen Stromzufuhr, Netzspannung oder Umgebungsbedingungen. Um mehrfach schalten zu können, wird ein Energiespeicher benötigt – häufig in Form einer mechanisch vorgespannten Feder. Nach dem Schaltvorgang wird die Feder wieder mithilfe von robusten Elektromotoren gespannt. Weitere Möglichkeiten, mechanisch Energie zu speichern, sind die Nutzung eines Öldruck- oder Plattenfederspeichers.

Der Schalterbau benötigt leistungsstarke und kompakte Antriebe, die zu hundert Prozent zuverlässig laufen, selbst wenn sie über einen Zeitraum von mehreren Monaten nicht zum Einsatz gekommen sind und dann plötzlich direkt in den Überlastbetrieb gehen müssen. „Wir entwickeln bereits seit vielen Jahrzehnten kundenspezifische Motoren für die Energieverteilung, die in verschiedenen Anwendungen der Nieder,- Mittel- und Hochspannung – also in einer breiten Range bis etwa 200 kV – zum Einsatz kommen“, erzählt Skaletz. „Damit lassen sich Dreifachschaltungen zum Beispiel in Vakuumschaltern, Erdungstrennschaltern sowie in Stufenschaltern für Trafos sicher umsetzen.“

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Redaktion Automation NEXT

Robuste und kostengünstige Gleichstrommotoren

Groschopp bietet Kommutatormotoren mit Gehäuse oder als Einbauvariante an. Die KE-Baureihe des Herstellers wurde speziell für elektrische Schaltanlagen im Mittel- und Hochspannungsbereich konzipiert, sie können jedoch auch in Consumer-Produkten integriert werden ebenso wie in der industriellen Automatisierung. Die bürstenbehafteten Gleichstrommotoren zeichnen sich durch ihre hohe Qualität und lange Lebensdauer aus. Durch ihre robuste Bauweise und Reparaturfähigkeit eignen sie sich ideal für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen. DC-Motoren der KE-Baureihe können als Reihenschluss- oder Universalmotor mit lastabhängiger Drehzahl, als drehzahlsteifer Nebenschlussmotor sowie als Doppelschlussmotor produziert werden.

In der Schalttechnik werden im Hoch- oder Mittelspannungsbereich vor allem Reihenschlussmotoren verwendet, da sie einfach und recht kompakt aufgebaut sind, kurzfristig massiv überlastet und sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden können. „Wie der Name schon sagt, sind bei Reihenschlussmotoren die Anker- und Erregerwicklungen in Reihe geschaltet“, erklärt Skaletz. „Beim Anlauf steigen die Kennlinien im Stator und im Rotor im gleichen Maße an, daher eignen sie sich ideal für Anwendungen, bei denen hohe Anlaufmomente gefordert sind.“

Ohne Antriebselektronik regelbar

Der Reihenschlussmotor weist darüber hinaus ein selbstregulierendes Verhalten auf, denn die Drehzahl hängt stark von der Last ab. Im Schaltbetrieb können diese Motoren bei geringer anfänglicher Kraft sehr schnell arbeiten, zum Beispiel um eine Feder zu spannen – und mit zunehmendem Widerstand können sie die Geschwindigkeit wieder reduzieren, um die nötige Drehmomentkraft zu entwickeln. „Viele Elektromotoren erfordern einen hohen Steuerungsaufwand und sind damit für Anwendungen im Schalterbau zu komplex“, erläutert Skaletz. „Unsere KE-Motoren benötigen hingegen keine externe Leistungselektronik, daher sind sie in vielen Anwendungen eine wirtschaftliche Option.“

Die Gleichstrommotoren der KE-Baureihe sind außerdem zum Teil einpolig reversierbar, was die einfache Durchführung nachträglicher Umbauten und Änderungen ermöglicht. Auch Anpassungen in Bezug auf Flansch und Welle sowie Motorfuß sind realisierbar. „Unser umfassendes Antriebsportfolio für die Energieverteilung zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität und vielfältige Anpassungsmöglichkeiten aus“, betont Christian Skaletz. „Außerdem entwickeln wir unsere Kommutator-Motorentechnologie stetig weiter – die Ausgangsbasis bilden die Wünsche unserer Kunden.“

Alternative permanenterregte Motoren

PMDC-Motoren sind permanenterregte Gleichstrommotoren, bei denen das Statorfeld durch Magnete erzeugt wird. Die Kennlinie ist bei dieser Motorenart so ausgelegt, dass die Drehzahl immer gleichbleibt, unabhängig von der Kraft, die dem Motor abverlangt wird. Sie weisen ein vergleichbares Verhalten wie Nebenschlussmotoren auf, bieten jedoch ein höheres Anlaufmoment. Ein weiterer Vorteil ist, dass permanenterregte Motoren in der Regel kleiner sind als fremderregte Motoren, bei denen das äußere Magnetfeld von einem Spulenpaket erzeugt wird. Sie zeichnen sich zudem durch eine sehr hohe Güte der Regelbarkeit aus.

Vor allem bei Anwendungen in der Niederspannungsverteilung kann der Einsatz von permanenterregten Motoren sinnvoll sein, da sie kompakt sind und effizient arbeiten. Bei hoher Überlastung können sie jedoch an ihre Grenzen kommen, daher ist es wichtig, dass der Kunde gegebenenfalls zusätzliche Schutzmaßnahmen im Rahmen eines durchdachten Sicherheitskonzepts umsetzt, da sonst ein Motorschaden die Folge sein kann. In Umspannwerken oder bei der Stromverteilung in städtischen Netzwerken könnte das schlimmstenfalls zu weitreichenden Stromausfällen führen.

„Bei der Auswahl der Motorentechnologie kommt es darauf an, genau auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu achten“, so Skaletz. „Letztlich entscheidet der Kunde anhand einer Vielzahl von Faktoren selbst, welche für ihn die passende Antriebstechnik ist – vor allem in Hinblick auf Leistungsanforderungen, Bauraum und Sicherheitsaspekten.“ Groschopp bietet eine umfassende Beratung, unterstützt den Schalterbau bei der Auswahl passender Antriebslösungen und entwickelt bei Bedarf maßgeschneiderte Lösungen, die individuellen Bedürfnissen gerecht werden.

Trends in der der Energieverteilung

Der Trend in der Antriebstechnik geht aktuell in Richtung der besonders kompakten und leistungsfähigen permanenterregten Motoren. Sie bieten insbesondere bei Anwendungen, in denen der Bauraum begrenzt ist, einige Vorteile. Ein weiteres Zukunftsthema sind jedoch auch bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC), die aufgrund ihrer Wartungsfreiheit und besseren Leistung immer häufiger in modernen Schaltanlagen zum Einsatz kommen. „Um uns hier noch breiter aufzustellen und unsere Kunden in Zukunft optimal zu unterstützen, werden wir auch diese Technologien kontinuierlich weiterentwickeln“, betont Skaletz.

„Doch unabhängig davon, für welche Motorentechnologie sich der Kunde letztendlich entscheidet: Eine langlebige, zuverlässige und leistungsstarke Antriebstechnik ist ein entscheidender Faktor für eine sichere und effiziente Energieverteilung.“ Das heißt: In allen Bereichen – ob Nieder-, Mittel- oder Hochspannung – zahlt sich Qualität immer aus, um teure Ausfälle zu vermeiden und die Betriebssicherheit der gesamten Schaltanlage sowie der damit zusammenhängenden Infrastruktur zu gewährleisten.