Mit Sicherheit geprüft

Automatisierte Prüfanlage für PV-Zentralwechselrichter

Neue Produkte werden bereits in der Prototypenphase zahlreichen Tests unterzogen. Theoretische Berechnungen und Simulationen können Entwicklungsprozesse zwar beschleunigen, Prüfungen jedoch nie ersetzen. Das Schalksmühler Unternehmen Soma hat sich auf die Entwicklung von Prüf- und Automationssysteme spezialisiert und zählt namhafte Firmen aus der Automobil-, Elektrogeräte-, Schaltgeräte- und Photovoltaikindustrie zum Kundenkreis. Für die KOSTAL Industrie Elektrik GmbH entwickelte Soma eine automatisierte Prüfeinrichtung für Photovoltaik-Zentralwechselrichter (ZWR) bis 250 KW. Eaton Produkte sind in diese Lösung integriert und somit Bestandteil der Prüfanlage.

Bereits 1983 entwickelte Soma – damals für „Klöckner-Moeller“ – automatisierte Prüfanlagen für unterschiedliche Eaton Geräte wie PKZ, RMQ, DIL, NHI, RHI und Schütze großer Leistung. Somit lag es beim Projekt „Wechselrichter-Prüfanlage“ nahe, sich mit Eaton in Verbindung zu setzen, um Details für die Netzsimulation zur geplanten Prüfanlage auszuarbeiten. Gegenüber Prüfanlagen für die Automobilindustrie, wo Prüfspannungen zumeist Werte von 24V nicht überschreiten, erfordern solche für ZWR, mit bis zu 1000VDC und Strömen von einigen hundert Ampere, neue Wege beim sicheren Betreiben einer Prüfeinrichtung.

Der Prüfkreis
Zur Prüfung eines ZWR gilt es eingangsseitig (DC) eine PV-Großanlage mit einer Strangspannung bis 1000 V und einen Ausgangsstrom bis 500A nachzustellen. Ausgangsseitig (AC) speist der ZWR ins Niederspannungsnetz ein und zwar mit einer Einspeisespannung von 400V bzw. 525V. Bis 350A pro Phase kann der ausgangsseitige Strom vom ZWR betragen. Die PV-Anlage wird durch einen luftgekühlte Gleichspannungsversorgung, mit integrierter Spannungs- und Stromkonstantregelung, nachgestellt. Die Netznachstellung erfolgt, indem der ZWR AC-seitig wieder in den Gleichrichter einspeist und so den Energiekreis schließt. Die Verlustleistung resultiert lediglich aus Gleichrichter und ZWR. Ein Leistungsschalter NZM3-315A übernimmt die netzseitige Energieeinspeisung in den Prüfkreis.

Der Prüfling
Prüflinge sind ZWR der KOSTAL Industrie Elektrik GmbH. ZWR wandeln Gleichstrom einer PVAnlage in Wechselstrom um – zur Einspeisung ins öffentliche oder private Stromnetz. Geprüft werden sollen zehn Gerätevarianten: Ausgehend vom kleinsten Wechselrichter PIKO40, für PV-Eingangsleistungen von 42 kW, bis hin zum PIKO155, für Leistungen bis 155kW. Alle Geräte sind ohne Trafo aufgebaut und erreichen Wirkungsgrade von über 98 Prozent. Vor dem Versand wird jedes Gerät umfangreich geprüft. Relevante Prüfkriterien sind etwa die thermische Erwärmung (Beharrungstemperatur) einzelner Bauteile, bei zulässiger Umgebungstemperatur von 60°C des ZWR (IP55). Ebenso geprüft werden die Kondensatoren im ZWR und das Verhalten bei 100-Prozent-Lastabwurf. Es folgen Prüfungen verschiedener Stromnetze hinsichtlich Spannung, Strom und Frequenz.

Automatisiert parametrieren via Profibus DP
Die Einspeisung vom ZWR ins „Stromnetz“ übernimmt, je nach ZWR-Leistung, ein Kompaktleistungsschalter NZMN2 oder NZMN3 mit elektronischem Auslöser. Damit diese den Anlagen- und Kabelschutz gleichwie das Prüfpersonal stets zuverlässig sichern, werden die Kurzschluss- und Überlastauslöser der Leistungsschalter automatisch parametriert – entsprechend der Leistung des zur Prüfung anstehenden ZWR. Im Prüfalltag gewährleistet dies korrekt angepasste Auslöseparameter für die angeschlossenen Kabelquerschnitte. Die Praxis im Einzelnen: Je nach ZWR-Leistung wird dieser mit den erforderlichen Kabelquerschnitten an die Einspeiseklemmen des „Stromnetzes“ angeschlossen. Zusätzlich enthält jedes Energiekabel eine Signalleitung, die mit einer E/A-Baugruppe verbunden ist. Die Information, um welchen Kabelquerschnitt es sich handelt, bekommt der angeschlossene IPC über die Signalleitung.
In der Projektsoftware sind, entsprechend den Kabelquerschnitten, die Überlast- und Kurzschlussparameter der Leistungsschalter hinterlegt, die nun automatisiert – via Profibus DP – übertragen werden.
Ein Data Management Interface (DMI-Modul) mit Feldbusanschaltung (NZM-XDMI-DPV1) dient der Kommunikation via Profibus DPV1 von Eaton Kompaktleistungsschaltern und der SPS. Mit dem Softwaremodul NZM-XPC-DTM (Device-Type-Manager) und der FDT-Rahmensoftware (FDT-Navigator) stehen folgende Funktionen bereit: Erstens Diagnose, Überwachung, Parametrierung und Schaltung – jeweils aus der Ferne. Zweitens Anzeige von Leistungsschalterstellung (Ein/Aus/Ausgelöst), Phasenströme sowie Parameter-, Status- und Diagnosedaten. Drittens Vorgabe der Auslöseparameter und viertens Belegung der DMI- Ein- und Ausgänge, verwendbar für die Ansteuerung der Leistungsschalter-Fernantriebe.
Unerlässlich sind protokollierte Prüfergebnisse. Hierfür eignen sich bestens die Diagnosefunktionen der NZM Leistungsschalter, womit sich zehn Diagnosen als Historie auslesen und anzeigen lassen: Datum/ Uhrzeit, Phasenzustand, Auslöseursache und verwendete Parameter zum Zeitpunkt des Diagnoseereignisses. Außerdem können alle Projekt- und Onlinedaten in eine XML-Datei exportiert und dem Prüfprotokoll hinzugefügt werden.

Fazit:
„Beim Projekt Wechselrichter-Prüfanlage betraten wir nicht alltägliches Terrain“, so Wolfgang Thater, Vertrieb & Projektierung bei Soma. „Denn einerseits galt es, Spannungen bis 1000V und Ströme bis 500A zu beherrschen und andererseits mussten wir für das Prüfpersonal höchstmögliche Sicherheit beim Bedienen gewährleisten. Dank der intensiven Zusammenarbeit mit den Eaton Produktspezialisten meisterten wir alle technischen Hürden erfolgreich.

Unternehmen: www.soma.de
Produkte: Leistungsschalter NZM
Data-Management Interface DMI
Leistungsschütze DIL

Die heute in Schalksmühle ansässige SOMA GmbH ist 1973 gegründet worden. Seit 1983 gehört das Unternehmen zur KOSTAL-Gruppe und entwickelt Prüf- und Automationssysteme. In der Prüftechnik reicht das Spektrum von Spezifikationsprüfsystemen für den Laboreinsatz, über Analyse- und Gewährleistungsprüfsysteme für entwicklungs- und fertigungsbegleitende Prüfanwendungen, bis hin zu vollautomatisierten End-of-Line Prüfsystemen. In der Automationstechnik bietet SOMA Lösungen an, die sich von flexiblen Handarbeitsplätzen über maßgeschneiderte Rundtakt- oder Lineartransferanlagen bis zu vollautomatisierten Montageanlagen mit flexibel einsetzbaren Prozessmodulen erstrecken. Seit Anfang 2009 zählen auch Komponenten und Systeme zum Handling und dem Dosieren von industriellen

Bildunterschriften:
Bild1: EM_SOMA-5267_cmyk.jpg
Das Entwicklungsteam der Wechselrichter Prüfanlage
Frank Landwehr von der KOSTAL Industrie Elektrik GmbH, Wolfgang Thater, Frank Berges, Marc Schell von der SOMA GmbH und Thomas Körfer von KOSTAL Industrie Elektrik GmbH (v.l.n.r.).

Bild2: Montage_S21_01_cmyk.jpg
Die Einspeisungsanschaltung der Prüflinge zur Netzsimulation
Entsprechend der angeschlossenen Kabelquerschnitte werden automatisch die Auslöseparameter der Leistungsschalter eingestellt

Bild3: EM_SOMA-5286_cmyk.jpg
Einer der Prüflinge
Kostal Zentralwechselrichter PIKO105, 110kW

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