Rogowski-Spulen bieten Performance und Genauigkeit für intelligente Stromnetze

Die Elektrifizierung verändert Industrien und Märkte in rasantem Tempo, aber der ständig wachsende Bedarf an zuverlässiger Stromversorgung beweist, dass wir intelligentere Methoden brauchen, um den Stromfluss zu handhaben. Intelligente Netze und intelligente Zähler sind wichtige Elemente für die Austarierung von Angebot und Nachfrage, und nicht-ferromagnetische Spulen zur Strommessung bieten viele Vorteile bei der Entwicklung von Anwendungen für einen wachsenden Markt.

Das unaufhörliche Wachstum von Rechenzentren ist ein wichtiger Faktor für die Stromnachfrage, die bis 2030 voraussichtlich mehr als 9 % des jährlichen Stromverbrauchs in den USA ausmachen wird, verglichen mit 4 % heuteⁱ. KI befeuert dieses Wachstum und den daraus resultierenden Strombedarf ebenso wie die Zunahme des elektrifizierten Transports, eine staatlich subventionierten Umstellung auf elektrische Heizung und Kühlung und einem anhaltenden Wirtschaftswachstum.

Investitionen in neue Kraftwerke und alternative Energiequellen sind für die Deckung der Nachfrage von entscheidender Bedeutung, aber das löst nicht die Engpässe und umwälzenden Störungen, unter denen die traditionellen Energienetze leiden. Ähnlich wie das Konzept der dezentralen Datenverarbeitung (Edge Computing) gehen auch intelligente Stromnetze von einem zentralisierten Modell zu einem hochgradig verteilten Netz über. In einem intelligenten Stromnetz fließt die Energie in alle Richtungen und reagiert in Echtzeit auf Energiequellen mit schwankenden Erzeugungsmengen.

Eine genaue Strommessung ist für die Bewältigung dieser Schwankungen sowie für die Fehlererkennung und die Überwachung der Energieabnahme unerlässlich. Außerdem macht sie ein effizienteres Energiemanagement im Stromnetz möglich, wie z. B. Programme zur Lenkung der Abnahme, die eine Verteilung der Last bewirken und Kunden dazu ermutigen, ihre Abnahme auf Perioden außerhalb der Spitzenzeiten zu verlagern. Darüber hinaus bietet die Stromerfassung mit intelligenten Zählern eine präzise Messung am Endpunkt, die nicht nur eine genauere Abrechnung ermöglicht, sondern Verbrauchern auch hilft, den eigenen Energieverbrauch zu kontrollieren.

Die Rolle der Rogowski-Spulen in der intelligenten Energieversorgung

Es gibt mehrere Methoden zur Messung von Strom in intelligenten Stromnetzen und Zählern, die jedoch alle Vor- und Nachteile haben.

Shunt-Widerstände zum Beispiel sind hochpräzise und preiswert, erfordern aber eine Isolierung und reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen. Stromwandler erfordern ebenfalls eine Isolierung von Hochspannungsprimärkreisen, sind jedoch groß und haben Frequenzbeschränkungen.

Hall-Effekt-Sensoren ermöglichen eine kontaktlose Messung. Sie sind klein und eignen sich sowohl für AC- als auch für DC-Messungen. Sie sind jedoch im Allgemeinen teurer und weniger genau als Shunt-Widerstände.

Rogowski-Spulen messen Strom auch ohne direkten elektrischen Kontakt und bieten eine höhere Genauigkeit als Hall-Effekt-Sensoren. Bei den Rogowski-Spulen wird häufig Kunststoff für den Kern verwendet, der flexibler und leichter ist als ferromagnetische Kerne. Sie bieten eine bessere Leistung für Hochstromanwendungen und zeichnen sich durch ein flexibles Design, einen breiten Frequenzbereich und geringere Kosten als Stromwandler aus.

Da Rogowski-Spulen auf nicht-ferromagnetischen Kernen basieren, verringern sie die durch magnetische Sättigung verursachten Fehler und unterstützen einen größeren Strommessbereich. Sie lassen sich leicht um Leiter herum installieren, eignen sich daher für räumlich begrenzte Anwendungen und sind ideal für die Nachrüstung.

Optionen mit hoher Genauigkeit und Frequenz

Pulse Electronics, ein Unternehmen von Yageo, bietet die Rogowski-basierten AC-Strommessspulen der Serie RC an, die sich hervorragend für intelligente Stromnetze und Zähler eignen.

Die Spulen der Serie RC sind für anspruchsvolle Bedingungen konstruiert und unterstützen einen breiten Strombereich. Das Fehlen ferromagnetischer Kerne bedeutet, dass es keine Energieverluste durch Wirbelströme und Hystereseschleifen oder die typische nichtlineare Beziehung zwischen einem Magnetfeld und der magnetischen Flussdichte gibt. Sie versprechen auch eine außergewöhnliche Performance bei Breitbandfrequenzen.

Die Serie RC ist in drei Größen erhältlich, von denen jede drei Empfindlichkeitsstufen sowie abgeschirmte und nicht abgeschirmte Optionen bietet:

Die Spulen RC01 (Abbildung 1) sind kompakt und leicht, wiegen etwa 7 Gramm und eignen sich für Anwendungen mit Platz- und Gewichtsbeschränkungen. Sie sind in Ausführungen mit 100 MV/KA, 200 MV/KA und 300 MV/KA erhältlich.

Abbildung 1: Die kompakte Spule RC01 mit Rogowski-Technologie zur Strommessung ist für Anwendungen mit begrenztem Platz und/oder Gewicht konzipiert. (Bildquelle: Pulse Electronics)

Die Spulen RC03 (Abbildung 2) bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Größe und Performance für eine Vielzahl von Anwendungen in der Industrie. Sie wiegen etwa 23 Gramm und sind in Versionen mit 200 MV/KA, 400 MV/KA und 600 MV/KA erhältlich.

Abbildung 2: Mit einem ausgewogenen Verhältnis von Größe und Performance erfüllen die Spulen RC03 die Anforderungen an die Strommessung über ein breites Spektrum von Industrieanwendungen. (Bildquelle: Pulse Electronics)

Die Spulen RC05 (Abbildung 3) wiegen etwa 48 Gramm und sind robuster für eine höhere Haltbarkeit. Sie sind in Ausführungen mit 150 MV/KA, 300 MV/KA und 450 MV/KA erhältlich.

Abbildung 3: Die robusten und langlebigen Spulen RC05 sind für anspruchsvolle Umgebungen und Anwendungen konzipiert. (Bildquelle: Pulse Electronics)

Fazit

Die unstillbare Nachfrage nach Energie wird den Bedarf an intelligenten Stromnetzen und Zählern weiter vorantreiben. Die Rogowski-basierten AC-Strommessspulen der Serie RC von Pulse Electronics bieten optimale Performance und Zuverlässigkeit für eine Reihe von Anwendungen in unterschiedlichen und anspruchsvollen Umgebungen mit einer Vielzahl von Größen und Empfindlichkeitsoptionen.

[1] Powering Intelligence: Analyzing Artificial Intelligence and Data Center Energy Consumption (Strom für Datenverarbeitung: Analyse des Energieverbrauchs von künstlicher Intelligenz und Rechenzentren), 24. Mai 2024. EPRI.