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Simulationen und Messungen in Prüfinstituten helfen, potenzielle Fehlerquellen aufzuspüren, Designverbesserungen zu realisieren und die notwendigen Zertifizierungen zu erlangen. Die Aufgaben sind dabei vielfältig und reichen von Untersuchungen der elektromagnetischen Verträglichkeit über das Netzanschlussverhalten bis hin zur Simulation von Umwelteinflüssen. Hier kommen programmierbare Netzgeräte zum Einsatz, die sich durch einen modularen Aufbau flexibel an ganz unterschiedliche Szenarien anpassen lassen.
Wie zum Beispiel im 22.000 m² großen TÜV Austria Technology & Innovation Center in Wien. Hier betreibt der unabhängige und einzige österreichische TÜV als Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungsunternehmen (vgl. Kasten »Über die TÜV Austria Group«) seit 2021 ein modernes Labor zum Prüfen von Komponenten der AC- und DC-Ladeinfrastruktur für Elektromobilitätsanwendungen (Bild 1). In zwei Labor-Bereichen lassen sich umfangreiche Untersuchungen rund um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und das Netzanschlussverhalten unterschiedlicher Komponenten durchführen. »Da unsere Kunden nicht vorhersehbar sind und wir oft in beiden Bereichen parallel prüfen, müssen wir bei der Leistungsbereitstellung sehr flexibel sein«, erläutert Klaus Alberer (Bild 2), der beim TÜV Austria für den Bereich E-Mobility Innovation zuständig ist.
TÜV Austria ist ein österreichisches, unabhängiges Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungs-Unternehmen mit über 3200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 64 Unternehmen und 34 Ländern. Die österreichische Unternehmensgruppe erwirtschaftet einen Umsatz von mehr als 290 Mio. €. Das Lösungsspektrum der unabhängigen TÜV Austria Group reicht u.a. von IoT, Robotics, KI-Zertifizierung und Lösungen im Bereich der erneuerbaren Energien (Wasserstoff, Windkraft, Photovoltaik…) über Aufzugstechnik, Anlagensicherheit, Werkstoffprüfung bis hin zu Medizin- und Elektrotechnik, Umweltschutz, Industrie 4.0, Personen-, System- und Produktzertifizierungen (www.tuv.at).
Variable Anschlussleistungen
Bereits heute variieren die Anschlussleistungen beträchtlich. Im AC-Bereich sind aktuell 11 kW bis 22 kW üblich; der Standard sieht bis zu 80 kW vor. Bei der DC-Versorgung geht der Weg von aktuell 350 kW in Richtung 500 kW oder gar bis hin zu 1 MW Ladeleistung. »Da zudem die Prüfungen sehr vielschichtig sind, müssen unsere Anlagen sehr flexibel sein und sich effizient nutzen lassen, auch was die Energieversorgung betrifft«, fährt Klaus Alberer fort.
Auf der Suche nach den passenden Netzgeräten kontaktierten die Österreicher die Stromversorgungsspezialisten der Ing. Fischer GmbH (vgl. Kasten). In deren Vertriebsportfolio fanden sich schnell entsprechende Lösungen. »Hinzu kam aber auch die kompetente Beratung und partnerschaftliche Zusammenarbeit, denn es genügte nicht nur die passenden Komponenten zu finden, sondern eine funktionierende Gesamtlösung für unsere Aufgabenstellung«, betont Klaus Alberer. So ließ sich das Großprojekt mit insgesamt 778 kW Leistung und AC- oder DC-Ausgang innerhalb von nur 12 Monaten installieren und in Betrieb nehmen.
Die Ing. Erhard Fischer GmbH aus Weissenbach bei Mödling in Österreich beschäftigt sich seit ihrer Gründung im Jahr 1982 schwerpunktmäßig mit dem Vertrieb von Stromversorgungen und hat in den Jahren ihres Bestehens das Vertriebsprogramm stetig erweitert.
Zum umfangreichen Vertriebsportfolio gehören heute nicht nur Präzisions-Stromversorgungen für Industrie und Forschung, sondern auch flexible Heizfolien aus unterschiedlichen Materialien für ein optimales Thermomanagement sowie robuste Messtechnik für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Mehr Infos finden Sie auf der Internetseite unter www.ing-fischer.at.
Zentrale AC- und DC-Leistungsversorgung
Die zentrale Leistungsversorgung besteht aus acht TC.ACS 50-kVA-Netzsimulatoren (Bild 3) und sieben bidirektionalen Netzgeräten der G5-Serie der Regatron AG. Die Netzsimulatoren sind als 3-Phasen-Wechselstromquellen mit 4-Quadranten-Betrieb ausgelegt und bieten ungewöhnlich viele Programmierfunktionen. Sie arbeiten mit hoher Schaltfrequenz, einem weiten Grundfrequenzbereich von DC bis 1000 Hz und einer hohen Modulationsbandbreite von 5 kHz. Damit kann für Simulationen eine harmonische Verzerrung bis zur 100. Harmonischen bei 50 Hz oder zur 83. Harmonischen bei 60 Hz mithilfe eines komfortablen Fourier-Werkzeugs exakt reproduziert werden. Das System kann zudem einfach und umfassend an die verschiedenen Untersuchungen für EMV- und Netzanschlussverhalten angepasst werden.
Prinzipiell sind drei Betriebsarten wählbar. Die Leistungsverstärker können als programmierbarer Netzsimulator, ferngesteuerter 4Q-Wechselspannungsverstärker oder als elektronische Wechselstromlast mit programmierbarer RLC-Lastimpedanz arbeiten. Zudem wird die Wirkleistung effizient in das 3-Phasen-Netz zurückgespeist. Die Ing. Fischer GmbH hat die Geräte inklusive Wasserkühlung mit allem notwendigen Zubehör wie Messgeräten, Umschalteinheiten, Sicherheitseinrichtungen und Displays in kompakten Schränken verbaut. Dem Prüfinstitut steht damit eine schlüsselfertige Lösung zur Verfügung.
Hinzu kommt die umfangreiche Applikationssoftware von Regatron (Bild 4), so gibt es beispielsweise fertige Pakete für unterschiedliche EMV-Prüfungen. Aber auch alle anderen Parameter für verschiedene Testszenarien lassen sich schnell und einfach einstellen, angefangen von Variationen der Grundsystemspannungen und -frequenz sowie Einstellungen der Phasenbeziehung, über Spannungsabfälle im gesamten Netzwerk oder einzelne Abfälle pro Phase, Flicker sowie Über- und Unterspannungen bis hin zu Spannungsunsymmetrien. Zudem kann man auch überlagerte harmonische und interharmonische Spannungen oder Phasenwinkel definieren.
Gleiches gilt auch für die bidirektionale DC-Stromversorgungsserie G5. Auch sie bieten umfangreiche Softwareunterstützung und wurden mit den entsprechenden Mess- und Überwachungseinheiten in kompakten Schränken verbaut (Bild 5). Bei hohen Leistungen bis 54 kW bieten die Stromversorgungen große Regeldynamik, einen Auto-Ranging-Faktor von 3 sowie einstellbare Ausgangsfilterzeitkonstanten. »Für die Ladesäulen-Seite ließen sich für unsere Prüfszenarien die entsprechende Software der Comemso electronics GmbH integrieren«, ergänzt Klaus Alberer.
Flexible Verschaltung und modulare Erweiterungen
Sowohl die AC- als auch die DC-Stromversorgungen sind modular aufgebaut, skalierbar und lassen sich nachträglich ergänzen, falls der Leistungsbedarf steigt. Zudem bieten sie variable Verschaltungsmöglichkeiten: Seriell, parallel und auch ein Mix-Betrieb ist möglich. Das macht die Leistungsverteilung sehr flexibel (Bild 6). Im TÜV Austria Technology & Innovation Center gibt es vier Abgabe-Punkte: zwei für das EMV-Labor und einen für den Bereich, in dem das Netzanschlussverhalten getestet wird (E-Labor).
Der vierte Abgabepunkt wird zukünftig die 2700 m² große Prüffläche versorgen, wovon dann etwa 300 m² für Klima- und Umweltsimulationen genutzt werden »Die Leistungsverteilung ist dadurch sehr flexibel«, fasst Klaus Alberer zusammen. »Bei Bedarf lassen sich auch einmal die AC-Netzteile als DC-Quelle nutzen. Uns hat zudem noch ein weiteres Argument überzeugt: Die Ing. Erhard Fischer GmbH bietet lebenslangen Support, hat uns also nicht nur bei der Konzeption und Inbetriebnahme unterstützt, sondern ist mit Rat und Tat auch heute zur Stelle, wenn im laufenden Betrieb Probleme auftreten oder wir Beratung brauchen.«
