Hochspannungs-Stromübertragung der zuverlässigen Art
Üblicherweise werden in spannungsgeführten Stromrichtern IGBT-Module (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, Insulated Gate Bipolar Transistor) für Spannungsschaltanwendungen eingesetzt. Ein Kurzschluss in Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode verursacht hohe Spannungsspitzen, die zum Versagen von stackingfähigen IGBT führen, was Stromausfälle und erhebliche Verluste nach sich zieht. Im Rahmen des durch die EU finanzierten Projekts "Universal failsafe IGBT package for robust power transmission" (UNIPACK) entwickelte man einen spezifischen Ausfallsicherungsmechanismus (Fail-Safe-Mechanismus), der bei Kurzschluss ausfällt, wodurch die Kontinuität der Stromübertragung bei allen Anwendungen aufrechterhalten wird. Das ausfallsichere IGBT-Modul kann bei 4,5 kV und 900 Ampere betrieben werden. Im Projekt verwendete man Formgedächtnislegierungszusammensetzungen (Shape Memory Alloy, SMA) für die ausfallsicheren Komponenten sowie transiente Flüssigphasen-Verbindungsmaterialien wie etwa Nanosilber. Weitere Erfolge waren die Entwicklung von Prüfständen zur Charakterisierung der SMA-Zusammensetzungen und des VSC-Bauelements. Bei der UNIPACK-Technologie handelt es sich um ein Nachrüstprodukt. Neben dem Markt für neue Geräte eröffnet dieser Faktor gleichermaßen den Markt für Ersatzteile und Wartung. Das universelle Design des UNIPACK-Bauelements ermöglicht den Betrieb in stackingfähigen wie auch nicht stackingfähigen Anwendungen. Etliche verschiedene Stromübertragungs- und -verteilungsanwendungen dürften von der UNIPACK-Technologie profitieren. Dazu zählen Chopperwandler für Gleichstrom-Traktionsmotorantriebe (DC), Spannungszwischenkreisumrichter für Wechselstrom-Motorantriebe (AC) und Gleichrichter für AC/DC-Umwandlung bei der Schienentraktion. Die UNIPACK-Technologie soll für das dringend nötige Vertrauen sorgen, indem eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bei geringstmöglichen Verlusten gewährleistet wird. Gleichermaßen soll das effiziente Schalten von Hochspannungen die verstärkte Nutzung von Energie aus erneuerbaren Energiequellen wie beispielsweise Offshore-Windparks mit geringeren Verlusten sowie Risiken eines Stromausfalls ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Hochspannung, Stromübertragung, spannungsgeführter Stromrichter, Insulated Gate Bipolar Transistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, Ausfallsicherungsmechanismus, Fail-Safe-Mechanismus
