Gelijkstroom in de industrie

Elektrische aandrijvingen zijn de grootste energieverbruikers. Enorme besparingen kunnen gedaan worden door de omschakeling naar DC (Direct Current). De industrie, onderzoeksinstellingen, federaties en normalisatie-instituten slaan de handen in elkaar om de toekomst van de energievoorziening te waarborgen.

De energierevolutie: velen associëren deze term met de energietransitie die momenteel gaande is door in te zetten op alternatieve energie in plaats van energie opgewekt via fossiele brandstoffen. Maar weinig mensen beseffen dat duurzame energie niet enkel ligt in de opwekking, maar ook en vooral in de besparing en optimalisatie aan de verbruikerskant.

En hier is de invloed van de industrie een belangrijke factor. In geïndustrialiseerde landen vloeit 45% van de opgewekte stroom naar de (proces)industrie. Elektrische aandrijvingen nemen daar 70% van in. Vandaar dat aandrijvingen de belangrijkste hefboom zijn voor energiebesparing. En ook al zorgen frequentieregelaars al voor een optimalisatie in verbruik, ze staan niet echt bekend om hun efficiëntie. Er gaat namelijk bij het gelijkrichten en moduleren veel energie verloren. Bovendien zijn de ongewenste neveneffecten van de vermogenelektronica belastend en verstorend voor het net (harmonischen), kabels (oververhitting) en de motor (schade aan lagers, assen en motorwikkelingen).

DC voeding voor drives

Het alternatief: motoren direct voeden met DC in plaats van via een gelijkgerichte AC (Alternate Current) spanning. Ideaal zou zijn om, naast de wisselspanning, ook een gelijkspanning aan te bieden via een DC bus. De grootte van die spanning moet in de richting van 600 V zitten, aangezien de DC link bij gelijkrichting rond de 570 V is (bij 400 V ingangsspanning)

De voordelen zijn duidelijk:

  • Minder omzettingsverliezen van AC naar DC door centralisatie
  • Stabiele grid (power quality) door onderdrukking van harmonischen
  • Minder componenten (minder conversie) dus ook plaats besparing
  • Makkelijkere koppeling en integratie van decentrale energiebronnen (vb. PV-systemen)
  • Overtollige en recuperatieve energie (vb. remenergie) kan opgeslagen worden in batterijsystemen.

Onderzoek

Duitsland, als industriële motor van Europa, zet zwaar in op DC in de industrie. Een grootschalig onderzoek, geïnitieerd vanuit de overheid, is opgezet samen met industriële partners (Siemens, Bosch Rexroth, Daimler), onderzoeksinstellingen zoals Fraunhofer IPA en andere belanghebbende partijen waaronder LAPP. Het doel is om een intelligent, open DC netwerk voor industriële toepassingen te maken met speciale aandacht voor de aandrijvingen.

LAPP ontwikkelt en produceert kabels specifiek voor geleiding van DC stromen en levert een grote bijdrage in dit breed gedragen onderzoek.

Standaardisatie is nodig

Het spreekt voor zich dat standaardisatie noodzakelijk is voor industriële applicaties. Op verschillende niveaus (fabrikanten, installateurs, operatoren, onderhoudstechnici) is er weinig kennis en bewustwording om op een veilige manier met DC om te gaan. Daarom is er een roadmap opgesteld met concrete aanbevelingen en inzichten:

  • Standaardisatie van beveiligingstoestellen
  • Geharmoniseerde EMC normen voor DC
  • Segregatie van AC en DC circuits
  • Eenduidige kleurcodering en identificatie voor DC kabels
  • Bepaling van de verschillende spanningsklassen
  • Installatierichtlijnen.

Exemplarisch is de problematiek van connectoren. Hoe kunnen we er voor zorgen dat deze bij een DC verbinding veilig kunnen worden gescheiden? Bij AC is dat een evidentie wegens de periodieke nuldoorgang, voor DC heb je andere ‘middelen’ nodig.

DC kabels

Bij LAPP denken en handelen we op 2 fronten: de connectoren, maar vanzelfsprekend ook de kabels. In principe zijn kabels voor AC ook geschikt voor DC. Er is geen imminent gevaar. Niemand heeft echter enig idee wat er op langere termijn gebeurt met de isolatie onder permanente of intermitterende DC spanning. Labotesten, uitgevoerd door Prof. Frank Berger van de TU Ilmenau in samenwerking met LAPP, wijzen uit dat de elektrische krachtvelden van DC een ander fysisch-chemisch effect hebben op de isolatie. Dit zou kunnen leiden tot een versnelde veroudering van de kabel waardoor de Arrheniusvergelijking zoals we die nu kennen, niet meer kan toegepast worden. De huidige verouderingstesten worden niet onder belasting uitgevoerd, en dat zou in het licht van bovenstaande niet meer betrouwbaar zijn. Bijkomend moet de invloed van externe factoren (contact met andere stoffen, klimatologische factoren, mechanische belasting) ook nog onderzocht worden.

LAPP kabels

Kabels voor DC toepassingen zijn niet nieuw voor LAPP. In dit domein hebben we al een ruime expertise opgebouwd dankzij de opkomst van decentrale energieopwekking. Denk maar aan de ÖLFLEX® SOLAR portfolio en de laadkabels ten behoeve van de elektrificatie van het wagenpark. LAPP zal ook voor industriële toepassingen een specifiek kabelpakket op de markt brengen in het DC bereik.