Aspekte der Energieeffizienz bei Auslegung und Ausführung von Schaltschränken

Abstract

This thesis addresses the question of energy efficiency in technical design and Construction of switchgear cubicles. The analysis focuses on parameters like the power supply, engineering and efficiency in use. First of all, there will be analyzed different types of power supplies to investigate if the classic equipment of a cabinet consisting of a large power supply is more economical and efficient than a supply enclosing several smaller power supplies which can operate independently. Many control cabinets are not used all the time at a constant nominal power. Starting from this point, it is analyzed whether a cabinet can be induced into a standby mode by consuming less power and therefore being more economical and more ecological. Each Power supply has a different efficiency curve reaching its maximal potential at the nominal Power that it can deliver. Depending on the consumption of the control cabinet, a specific number of power supplies can be switched on to deliver exactly the required power. This process can have a major impact of the consumption and optimization of the switchgear cubicles. This investigation will help identify the better operating mode. In addition, depending on the load curve, there will be presented form which point on such a mode of operation makes sense. Once the entire system has been designed and built, there will be a discussion regarding the efficiency and the cost in the design of the control cabinet. Therefore, this paper follows to answer questions like how does a power supply have to be cooled? Would an active cooling make sense? In this regard, the latter one is used as starting point for the cabinet design. Consistently, to inspect the performance of the cabinet and to validate the proposed power supply, during the stimulations the entire system will be examined.

Das Thema dieser Diplomarbeit umschließt eine Analyse der Energieeffizienz bei der Auslegung und Ausführung von Schaltschränken in der Automatisierung. Die Analyse basiert hauptsächlich auf Parametern wie die Versorgung und den Aufbau des Schaltschrankes, zusätzlich wird auch dessen Effizienz und die Kosten in der Anwendung ermittelt. Die Hauptthematik besteht anfangs darin die Versorgung des Schaltschrankes zu analysieren. Viele Schaltschränke werden an einem Tag nicht durchgehend mit Nennleistung betrieben. Dementsprechend wird analysiert ob es Sinnvoll ist Schaltschranke in einen Standby-Modus zu versetzt, in dem sie weniger Leistung verbrauchen und daher sparsamer sowie ökologischer sind. Daher stellt sich die Frage ob eine Energieversorgung mit mehreren leistungsschwächeren Stromversorgungen möglich ist, ohne dabei an Funktionalität zu verlieren und gleichzeitig die Kosten zu reduzieren. Abhängig vom Verbrauch des Schaltschrankes, kann eine bestimmte Anzahl von Stromversorgungen zugeschaltet werden, um die benötigte Leistung zu liefern und dabei den besten Wirkungsgrad auszunutzen. Dies wird helfen um zu entscheiden welcher der Betriebsmodi kostengünstiger ist. Jede Stromversorgung hat eine eigene Wirkungsgradkurve, diese unterscheiden sich im optimalen Wirkungsbereich. Das Hauptziel wird sein einen optimalen Verlauf herauszufinden, sodass je nach Lastkurve einzelnen Stromversorgungen den maximalen Wirkungsgrad erreichen. Nachdem das gesamte System entworfen und aufgebaut ist, wird die Effizienz des Schaltschrankaufbaues behandelt. Dies bezüglich stellen sich folgende Fragen: Wo wird die Stromversorgungen im Schrank platziert? Können mehrere Stromversorgungen parallel verschaltet werden? Wie viele Stromversorgungen können parallel ohne Störungen Arbeiten? Werden Sie einen ausreichenden Wirkungsgrad aufweisen? Wobei letzteres als Ausgangspunkt für das Schaltschrank Design dienen wird. Demgemäß wird das gesamte System während der durchgeführten Simulationen betrachtet, um das Verhalten des Schaltschrankes zu beobachten und die Versorgung mit mehreren Stromversorgungen zu validieren.