Kann man Hochvolt-Gleichstrom in Gleichstrom mit niedriger Spannung umspannen?
Konkret: Gibt es DC-DC-Wandler, die z.B. die 320 kV einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (Unterseekabel) in Gleichstrom mit nur wenigen Volt umwandeln können?
Oder muss man technisch bedingt immer den Weg HVDC ➔ HVAC ➔ AC mit niedriger Spannung ➔ DC mit niedriger Spannung gehen?
4 Antworten
Selbst DC/DC Wandler gehen intern immer den Weg über AC.
Bei so hohen Spannungen hat man das Problem, dass Halbleiter nur eine begrenzte Sperrspannung erreichen können und man muss da sehr viele Dioden bzw. Transistoren in Reihe schalten.
Geht es um eher geringe Leistungen, kann man eine Ladungspumpe einsetzen. Hier werden viele Kondensatoren zwischen Parallel- und Serienschaltung umgeschaltet. Natürlich gibt es auch hier das Problem, dass die "Schalter" die hohen Spannungen auch beim ausschalten sicher trennen können. Auch braucht man bei so hohen Spannungen sehr viele Kondensatoren um eine sehr niedrige Spannung erzeugen zu können. Man müsste also "viele hundert" Kondensatoren in Serie an der HVDC aufladen und dann einzeln bzw. parallel entladen.
Werden nur sehr kleine Leistungen benötigt, lässt sich der Prozess der Ladungspumpe aber auch mechanisch erreichen ohne eine Menge an Bauteilen verwenden zu müssen. Dazu baut man einen offenen (bzw. in diesem Fall Schutzgasgefüllten) Plattenkondensator für die HVDC in den man mechanisch weitere Plattensätze einführt. Die nehmen durch das Feld eine Ladung an die man dann ableiten kann. Genauer gesagt will sich dieses Plattenpaar im Feld aufladen, kann das aber nur wenn ein Stromkreis zwischen den Platten geschlossen ist. Das Plattenpaar muss dann aber um weitere Ladungen aufnehmen zu können wieder mechanisch entfernt werden oder ggf. gedreht werden. Ohne das äußere Feld hat man es dann mit einem geladenen Kondensator zu tun den man dann wieder entladen kann. Statt rein<->raus kann man auch um 90° drehen so dass das Feld der HVDC seine Wirkung verliert.
Bevor es Halbleiter mit hohen Sperrspannungen gab hat man bei HGÜ (Hochspannungs Gleichstrom Übertragung) Motoren und Generatoren verwendet. Hier hat man dann auf der Hochspannungsseite zum Einspeisen mehrere im Mast übereinander eingebaute Gleichstromgeneratoren verwendet die vom Boden aus über einen isolierten Antriebsriemen von einem Wechselstrommotor angetrieben wurden. Umgekehrt sassen im Mast Gleichstrommotoren die einen Wechselstromgenerator am Boden angetrieben haben.
Mit einem einzigen DC-DC-Wandler vermutlich eher nicht, aber mit einer Kaskade wäre das sicherlich möglich. Das Problem von Hochspannungs-Gleichstrom ist aber unter anderem, dass er schwierig auszuschalten ist (im Vergleich zu AC gibt es keinen Nulldurchgang, beim ausschalten kann ein Lichtbogen entstehen, der nicht von selbst wieder erlischt).
Abgesehen davon arbeiten auch die meisten DC-DC-Wandler intern mit einer Wechselspannung.
Ja. Meines Wissens nach ist HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Es wird damit also kein Stromnetz aufgebaut, sondern dient dem verlustärmeren Stromtransport über lange Distanzen. Dort wird er in AC gewandelt und ins Stromnetz eingespeist.
Naja. Ich wüsste nicht dass es etwas vergleichbar einfaches wie einen Trafo bei Wechselspannung gibt. Die einfachste Möglichkeit ist (wie es auch bei älteren Straßenbahnen oder Loks in anderen mit Gleichstrom elektrifizierten Eisenbahnnetzen zur Regelung der Fahrstufen gemacht wird) Widerstände vor den eigentlichen Verbraucher zu schalten, wobei natürlich die tatsächlich verfügbare Spannung stark abhängig vom Widerstand des Verbrauchers, den man anschließen möchte. Andere Geräte arbeiten meines Wissens über Thyristoren, die die Hochvoltspannung (wie letztendlich auch Umformer, die Wechselspannung erzeugen) an und abschalten wobei durch Glätten der pulsierenden Spannung über Kondensatoren wieder eine annähernd konstante geringere Spannung herauskommt (auch das Prinzip wird bei Eisenbahnfahrzeugen zur Leistungsregelung angewandt). Ob es jedoch bei der Umwandlung von 320kV auf wenige Volt technisch so gemacht wird bezweifle ich, da man ja die Spannung von Unterseekabeln in der Regel ohnehin in HVAC umwandelt, um sie ins normale Stromnetz einzuspeisen, von dem man dann mit vorhandener einfacher Technik (also Trafo) auch Kleinspannung abgreifen kann
Was ist Strom und was Spannung. Dein Titel ist da nicht so ganz richtig.
Lauten müßte der Titel:
Kann man Hochvolt-Gleichspannung in Gleichspannung mit niedriger Spannung umspannen?Strom ist der Tranport, meist durch Elektronen, von Ladungen.
Spannung ist die treibenden Kraft für den Ladungstranport.
Kann die Kritik nur bedingt annehmen, selbst der VDE spricht in diesem Zusammenhang von "Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung" (vgl. https://www.vde.com/de/fnn/aktuelles/2020-08-18-hgue-hinweis)
Dass ein sehr entscheidender Unterschied zwischen Strom und Spannung besteht ist richtig und wichtig, aber ich denke was ich mit meiner Frage herausfinden wollte, wurde auch mit dem von mir gewählten Fragentitel klar.
Spannender fände ich noch eine weitergehende Antwort, kennst du dich mit DC-DC-Wandlern aus?
Vielen Dank dir! :)
Das heißt also, auch wenn man einen leistungshungrigen Verbraucher an solch eine HVDC-Leitung anschließen wollte, der technisch bedingt Gleichspannung benötigt (z.B. ein großes Netz an Elektrolyseuren), würde man heutzutage den Umweg über AC gehen, da dies die effizientere, billigere – und mit heutigem Stand der Technik auch einzig praktikable – Lösung ist?