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Langlebig: HH-Sicherungen mit ICS-Technologie
Auf der Cired 2021 im Detail vorgestellt: Sicherungen, die weniger schnell altern – dank ICS (Improved Cycle Stability)!
Die ICS-Technologie von SIBA war der Cired 2021 einen Slot im Vortragsteil wert. Kein Wunder, sorgt die ICS Technologie doch dafür, dass damit ausgerüstete Sicherungen deutlich länger halten: In Tests mit definierten Ladezyklen hielten ICS-Sicherungen über 40 mal mehr Zyklen aus als klassische Sicherungen. SIBA hatte die Technik gemeinsam mit Windkraftanlagenbetreibern, Schaltanlagenherstellern und externen Forschungspartnern entwickelt. In der Kooperation sind die Partner der Frage nachgegangen, warum Windkraftanlagen-Sicherungen seit etwa 2011 weltweit abweichendes Verhalten zeigen und unerwartete Ausfälle aufgetreten waren.
Das Problem: Vorzeitiges Abschalten
Seit rund zwei Jahrzehnten sind die regenerativen Energien auf dem Vormarsch, sie und ihre Komponenten wie Transformatoren müssen genauso effizient und effektiv geschützt werden wie die Systeme konventioneller Energieversorgung. Dafür stehen bewährte Sicherungslösungen bereit, die auch im regenerativen Bereich zum Einsatz kamen. Allerdings hat sich gezeigt, dass nach etwa acht bis zehn Jahren manche Sicherungen ganz unerwartet abschalteten, ein Verhalten, das sich mit konventioneller Sicherungstheorie nicht erklären ließ. Zusammen mit Windenergieanlagenbetreibern und Schaltanlagenherstellern startete SIBA eine tiefergehende Analyse.
Die Ursache: Materialermüdung
Relativ bald war klar, dass es sich um einen schleichenden Prozess handeln musste, der den Schmelzleitern zusetzte: Die Engstellen der Schmelzleiter öffneten sich nämlich, ohne dass irgendein Schmelzvorgang erkennbar war (Bild 1). Gemeinsam mit einem externen Forschungsinstitut untersuchten die SIBA-Experten die Schmelzleiter metallurgisch genauer. Heraus kam, dass die Engstellen eine weniger homogene kristalline Feinstruktur (Bild 2) hatten als die nicht verengten Stellen – das machte sie anfälliger, bei den mechanischen Belastungen durch die vielen für regenerative Energie typischen Ladezyklen zu brechen.
Die Testentwicklung: Spezielle Zyklen
Aber was tun? Schließlich sorgte das System aus definierten Engstellen ja dafür, dass die Sicherung ihren elektrischen Dienst tut und bei bestimmten Strömen abschaltet. Hier griffen die SIBA-Experten auf die Erfahrungen bei HH—Sicherungen für den Motorschutz zurück. Denn dort gibt es ebenfalls viele Ladezyklen. Die Motoren müssen oft ein- und ausgeschaltet werden, dabei entstehen hohe und lang anhaltende Einschaltströme.
Jedoch unterscheiden sich die Ladyzyklen-Profile von Motoren und Windenergie-Transformatoren. Daher mussten die Entwickler zunächst einmal Testparameter und -methoden entwickeln, die zu den Bedingungen passten, die in den Windenergieanlagen zu vorzeitigem Abschalten führten. Dies geschah meist rund um typische Schaltvorgänge in der Nähe des minimalen Ausschaltstroms (Imin). Die Ströme der Testzyklen wurden daher dort angesiedelt, ihre Pulszeit und ihre Höhe aber so abgestimmt, dass die Sicherungen gerade so möglichst viele Zyklen halten ohne zu schmelzen.
Die Testreihen: ICS gegen Klassik
Die Experten prüften mit dieser Testumgebung dann Sicherungseinsätze mit klassischen flachen und solche mit wellenförmig konstruierten Schmelzleitern und variierten dabei die Parameter. Die Sicherungen mit den neuen wellenförmigen Schmelzleitern (Bild 3) mussten parallel dazu allerdings auch Tests nach den einschlägigen Normen bestehen, denn die elektrischen Eigenschaften sollten ja die gleichen sein. Wie sich zeigte, beeinflusste die Wellenform weder die Zeit/Strom-Charakteristik noch den Widerstandswert.
Das Ergebnis: Mindestens 30-mal mehr Zyklen
In den zyklischen Testreihen aber unterschieden sich die Sicherungen mit dem neuen ICS-Schmelzleiter deutlich – und in der angestrebten Weise. Sie hielten deutlich mehr Zyklen aus als die Sicherungen mit klassisch designten Schmelzleitern. Vor allem, je näher der Teststrom dem durchschnittlichen Schmelzstrom kam.
Insgesamt zeigten die Tests, dass ICS-Sicherungen mindestens 30-mal mehr Zyklen meistern als klassische Sicherungen, bevor sie schmelzen. Dies gilt für Bedingungen, die denen nachempfunden sind, die zu vorzeitigem Abschalten von Sicherungen für Windenergieanlagen geführt hatten. Die SIBA-Experten weisen darauf hin, dass sich die Ergebnisse auf andere Belastungsfälle, insbesondere solche mit sehr kurzen Belastungszyklen, nicht ohne weiteres übertragen lassen. Doch auch dann dürften ICS-Sicherungen Vorteile bringen – auch wenn natürlich jede Windenergieanlage ihre Besonderheiten hat.
