Systemaufbau & Funktion

Das EPplus System besteht aus drei Hauptkomponenten:

 

Steuerschrank (1)

Im Steuerschrank ist die gesamte Mess- und Steuerelektronik und die Übertragungstechnik eingebaut. Alle wesentlichen Bauteile sind Standardkomponenten von Herstellern wie ABB, Siemens, Schneider und Carlo Gavazzi etc. Eine speziell entwickelte übergeordnete Steuerung und Software steuert und regelt das System.

 

Modifizierter Trenntransformator (2)

Der Trenntrafo ist das Herzstück des Systems. Durch eine technische Veränderung des Transformators verliert er die galvanische Trennung. Im System wird er mit dem Leistungsschalter und der Steuerung verbunden.

 

Leistungsschalter ABB Emax2 (3)

Der Leistungsschalter hat zwei wesentliche Funktionen. Neben der Sicherheitsfunktion kann dieser während dem laufenden Betrieb geschaltet werden.


Die Grundlage für die Entwicklung des Systems lag in der Audio- und Akustik-Technologie. Verzerrungen sind Nebengeräusche, die im Akustikbereich unerwünscht sind, die aber mit Filtertechnologien direkt am Verbraucher eliminiert werden können. Dafür werden Transduktoren-Regelungen eingesetzt, die eine optimale Ton- und Bildübertragungsqualität  gewährleisten.

Ähnlich wie im Audio- und Akustikbereich haben wir in der Übertragung der elektrischen Energie und bedingt durch neue Verbrauchertypen, vermehrt Störungen auf dem elektrischen Netz und somit eine schlechtere Stromqualität, was letztlich zu Energieverlusten und unnötigen Kosten führt. Die Erkenntnisse aus dem Audio- und Akustikbereich und die neuen Bedingungen im elektrischen Netz waren auch die Basis für die Forschung und Entwicklung. Mit dem Ziel, eine Optimierung der Energieübertragung im Netz zu erreichen.

 


Basis Trenntransformator

 

Als Basis wurde ein galvanisch getrennter Trenntransformator mit einer Sekundäre Wicklung (Braun) und primärer Wicklung (Grün) entwickelt. Dabei ist die Kombination und Zusammensetzung der eingesetzten Materialien entscheidend. Nur mit der richtigen Kombination von Gewicht, den eingesetzten Materialien und dem Wicklungsverhältnis erreichen wir die nötige Wirkung.

Ein Vergleich mit handelsüblichen Trenntransformatoren oder sonstigen ähnlichen Transformatoren ist somit völlig ausgeschlossen. Unter dem Patent  Pub. No: US2014/0145519 AI am Pub. Date: May 29, 2014 PCT/IT2011/000275. wurde das BYPASS-System zusammen  Trenntransformator patentiert.

 


Die erste Modifikation des Trenntransformators

Die erste Modifikation des Trenntransformators:

Die sekundäre Wicklung L1 /IN (2) wird mit der primären Wicklung (3) mit einem Kupferkabel verbunden. Das gleiche wird auch an L2/IN und L3/IN gemacht. Dadurch verliert der Trenntransformator seine galvanische Trennung. Insgesamt gibt es jeweils vier Verbindungskabel (5) auf der primären Wicklung, die nach unterschiedlichen Windungsanzahlen wieder aus dem Trafo (6) geführt werden. Der Hauptschalter (1) und der Leistungsschalter ABB Emax2 (4) sind nicht in Betrieb.


Die zweite Modifikation

Im Steuerschrank werden herkömmliche, dreiphasige Leistungsschütze eingebaut. Die Schützenreihe (7/8/9) bestehen jeweils aus 4 Stück dreiphasigen Leistungsschützen die mit den Kabeln von den primären Wicklungen verbunden werden. Beispiel Schützenreihe (7)  Schütz KM4 wird mit der primären Wicklung mit der größten Windungsanzahl verbunden. Der Ausgang von KM4 wird mit dem KM13 Schütz (10) verbunden. So bekommt jede Wicklung seinen Schütz. Der Schütz (10) bildet am Schluss den Sternpunkt und schliesst den Kreis von L1, L2, L3.


Phase 1 / Einschalten der Stromzufuhr Hauptschalter

Nachdem der Hauptschalter (1) geschlossen, und die Steuerspannung eingeschaltet wird, schalten die Schützen (4,8,12) ein. Gleichzeitig überprüft die programmierte PLC Software das System auf Fehler. Sämtliche Kabelverbindungen und eingebauten Teile werden auf Funktion und Sicherheit überprüft. Da der Leistungsschalter ABB Emax2 (2) aus Sicherheitsgründen in umgekehrter Weise funktioniert, sind die Kontakte zu diesem Zeitpunkt immer noch geschlossen und deaktiviert. In der Bypass-Funktion steht der Leistungsschalter deshalb auf dem Status EIN. Der gesamte Strom (i) fließt deshalb nur über den Leistungsschalter ABB Emax2 (2) zu den Verbrauchern. Nach wie vor ist das System nicht aktiv und hat keine Wirkung auf den Stromfluss. Der Schütz (10) ist immer noch offen.


Phase 2 / Emax-2 Schalter wird geöffnet

Nach dem die Funktion SAVING ON eingeschaltet wurde und die Software erneut alle elektrischen Parameter prüft, schaltet sich der BYPASS Schalter (2) EIN und geht in Funktion (Kontakte offen). Erst jetzt fließt der gesamte Strom und die Last zu 100%  über die sekundäre Seite (Braun) von (L1/L2/L3-IN) zu (OUT) und zu den Verbrauchern. Der Leistungsschalter  ABB Emax2 (2) ist jetzt für das SYSTEM in Betrieb und steht im Status in umgekehrter Funktion auf AUS. Das System ist noch nicht in Betrieb, die primäre Wicklung (Grün) hat noch keine Wirkung und der Schütz (10) ist immer noch offen.


Phase 3 / Leistungsschütz (Sternpunkt) wird geschlossen

Letzte und wichtigste Phase. Nachdem der BYPASS Schalter (2) in Funktion ist, und die Kontakte offen sind, prüft die Software nochmals alle elektrischen Parameter bevor der Leistungsschütz (10) den Kontakt und damit den Sternpunkt schliesst. An der Verbindung von der primären (Grün) zur sekundären Wicklung (IN/Braun) liegt eine Spannung von 230V an. Durch die Induktion der primäre zur sekundäre Wicklung fliesst nun einen Anteil Strom der durch die primäre Wicklung mit dem größten Windungsverhältnis zum Schütz (4/8/12). Über den Schütz (10) werden alle Phasen (L1/L2/L3) kurzgeschlossen und bilden somit einen neuen Sternpunkt.  Die ursprünglich galvanisch getrennte primäre und sekundäre Seite verliert durch das Einschalten des Systems die galvanische Trennung und wirkt jetzt wie ein Transduktor.

 

 


Detailansicht / System in Betrieb Stufe 1

Beim Aktivieren des Systems entsteht eine  Induktivität. Durch die unterschiedlichen Windungsverhältnisse der Wicklung verändert sich das Delta der Spannung zwischen der sekundären Seite (Braun) zur primären Seite (Grün). Das Delta (Spannung) x (Nennstrom) ergibt die Voltampere (VA) auf der primären Seite (Grün). Diese Voltampere dividiert durch die angelegte Spannung auf der primären Seite (Grün) ergibt den Strom (i2). Genau dieser veränderte Stromanteil, der durch die Induktion des Magnetfeldes entsteht, wird auf die primäre Seite (Grün) übertragen und fließt wieder über den Knotenpunkt  (Kirchhoffsches Gesetz) zurück ins Netz zu den Verbrauchern. Je nachdem, welches Windungsverhältnis auf der primären Seite (Grün) durch schalten des Schützes aktiviert ist, verändert sich auch die damit verbundene Induktivität und somit auch der Stromanteil (i2). Das Beispiel zeigt Schütz (4) ist mit der grössten Wicklung auf der primären Seite verbunden (Stufe 1).

 

 


Detailansicht / System in Betrieb Stufe 3

Je größer der Rückkopplungsstrom (Stromanteil  i2) ist, desto größer sind die Veränderungen aller elektrischen bekannten Größen. Diese Grafik zeigt EPplus-System auf Stufe 3 von 4. Messprotokoll mit einer Auflösung von  100’000 Messpunkte pro Sekunde, zeigen zwei Momentaufnahme Cur I und Cur II.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Kirchhofsches Gesetz, Knotenregel

Der Rückkopplungsstrom (Stromanteil i2) kann  je nach eingestellter   Stufe  4% bis 9%  des Nennstroms betragen. Dieser Stromanteil i2 der in Opposition zum Nennstrom zurück ins Netz fließt, verändert unerwünschte Nebengeräusche und verbessert die  Stromqualität. Aktiv- oder Passivfilter haben ähnliche Wirkungen, werden aber bewusst auf bekannte vorhandene Verzerrungen abgestimmt und benötigen dafür zusätzliche elektrische Energie.

Die kirchhoffschen Regeln werden im Rahmen  der elektrischen Schaltungstechnik bei Netzwerkanalysen  verwendet. Sie unterteilen sich in zwei grundlegende und zusammenhängende Sätze, den Knotenpunktsatz und  den Maschensatz, und beschreiben jeweils den Zusammenhang zwischen mehreren elektrischen Strömen und zwischen mehreren elektrischen Spannungen in einem Netzwerk. In einem Knotenpunkt eines elektrischen Netzwerkes ist die Summe des zufließenden Stromes gleich mit der Summe des abfließenden Stroms. Auch in unserem Fall wird diese Regel angewendet, der Stromanteil i1 und i2 müssen gleich viel wie i3 ergeben. Der Unterschied liegt aber daran, dass i2 neu durch unsere Induktion zwischen der primären und sekundären Seite induziert wird, und so in  einer Gegenrichtung zurück zum Knotenpunkt fliesst. In dem Moment wo das System aktiv ist, verändert sich der gesamte Stromfluss weil i2 in Opposition dagegen wirkt.