Für Wechsel- und Gleichstromsysteme
Mersen stellt neue Generation von Highspeed-Sicherungen vor
Immer komplexer werdende elektrischer Infrastrukturen ziehen einen tiefgreifenden Wandel der Schutztechnik nach sich. Eine Entwicklung, die zum einen getrieben wird durch den rasanten Ausbau von Hyperscale- und Edge-Rechenzentren.
Zum anderen die zunehmende Integration erneuerbarer Energien ins Stromnetz. In beiden Fällen lautet die Forderung: effizientere, widerstandsfähigere und anpassungsfähigere elektrische Infrastrukturen.
Elektrifizierung, Dezentralisierung und der rasante Ausbau erneuerbarer Energien erfordern eine Umgestaltung der Stromversorgungsarchitekturen. Leistungselektronik, Batteriespeichersysteme und dezentrale Erzeugung sind keine Nischentechnologien mehr – sie spielen mittlerweile eine zentrale Rolle in industriellen Prozessen, der Mobilität und der Energieversorgung. Dieser Wandel stellt beispiellose Anforderungen an Schutzgeräte: Über ihre traditionelle Rolle hinaus müssen Sicherungen nun nicht nur unter dynamischen Betriebsbedingungen hohe Leistung gewährleisten. Sie sollen auch empfindliche Halbleiter schützen und Effizienzziele auf Systemebene unterstützen. Elektrischer Schutz wird so zu einem zentralen Innovationsfaktor und ist nicht länger nur ein sekundärer Konstruktionsparameter.
Von linearen Systemen zu hybriden Architekturen
Elektrische Systeme haben sich von einfachen, linearen Strukturen zu komplexen Architekturen mit mehreren Energiequellen entwickelt. Darin müssen Netzversorgung, erneuerbare Energieerzeugung und Energiespeicherung nahtlos zusammenarbeiten – unterstützt durch mehrere Ebenen von Wandlern und Wechselrichtern. Während die Wechselstrom-Infrastruktur nach wie vor dominiert, arbeiten viele Technologien wie etwa Photovoltaikmodule, Batterien und elektronische Lasten von Natur aus mit Gleichstrom. Systeme sind daher oft auf mehrere Umwandlungsstufen zwischen Wechselstrom- und Gleichstrombereichen angewiesen.
Umwandlungen verursachen Verluste und erhöhen die thermische Belastung sowie die Komplexität: Jede Stufe stellt eine potenzielle Fehlerquelle dar. Für Systementwickler, die Effizienz und Zuverlässigkeit verbessern wollen, hat die Reduzierung der Umwandlungsschritte Priorität. Eine Option ist die Einführung von Gleichstrom-Verteilungsarchitekturen, die Wechselstromnetze entweder ergänzen oder teilweise ersetzen. Diese hybriden Umgebungen bringen jedoch neue Herausforderungen mit sich – insbesondere im Bereich des elektrischen Schutzes.
Warum sich der Gleichstromschutz grundlegend unterscheidet
So erfordert der Schutz von Gleichstromkreisen einen grundlegend anderen Ansatz als der Schutz von Wechselstromsystemen. In Wechselstromsystemen erleichtert der natürliche Nulldurchgang des Stroms das Löschen des Lichtbogens während der Fehlerunterbrechung. Gleichströme bieten diesen Vorteil nicht, was das Lichtbogenmanagement erheblich anspruchsvoller macht.
Ein wirksamer Gleichstromschutz beruht daher auf einer präzisen Steuerung der Lichtbogenbildung und -löschung sowie auf optimierten Sicherungsmaterialien und -geometrien. In hybriden Wechselstrom-/Gleichstromsystemen ergibt sich zusätzlich die Herausforderung, zwei unterschiedliche Schutzkonzepte innerhalb einer einzigen Architektur zu vereinen. Bislang bedeutete dies den Einsatz separater Sicherungstechnologien für Wechselstrom- und Gleichstromschaltungen – ein Ansatz, der die Anzahl der Komponenten erhöht, die Konstruktion verkompliziert und die Logistik erschwert.
Auch Ladestationen für Elektrofahrzeuge werden durch die neuen Sicherungen geschützt.
Eine neue Sicherungsplattform für die AC/DC-Konvergenz
Bei der neuen Hochgeschwindigkeits-Sicherungsreihe von Mersen handelt es sich dagegen um eine einheitliche Lösung, die sowohl unter Wechselstrom- als auch unter Gleichstrombedingungen eingesetzt werden kann. Durch die Zusammenführung von Wechselstrom- und Gleichstromschutz in einer einzigen Plattform vereinfacht sich die Komponentenauswahl, reduziert sich der Lagerbedarf und es wird eine anwendungsübergreifende Standardisierung ermöglicht. Für OEMs und Systemintegratoren bedeutet dies kürzere Entwicklungszyklen und besser skalierbare Designs.
Um diese Doppelfunktionalität zu erreichen, ist ein ausgewogenes Design erforderlich. Zum einen muss das Sicherungselement über ein breites Spektrum von Betriebsbedingungen hinweg eine konstante Leistung liefern. Zum anderen hat die interne Architektur sowohl in Wechselstrom- als auch in Gleichstromumgebungen ein kontrolliertes Lichtbogenverhalten sowie eine schnelle Unterbrechung zu gewährleisten.
Entwickelt für die Leistungselektronik
Konzipiert wurde die neue Sicherungsreihe speziell für die Anforderungen moderner leistungselektronischer Systeme. Deren Halbleiterelemente können selbst durch kurzzeitige Fehlerereignisse starken thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Ein entscheidender Leistungsparameter ist daher die Fähigkeit der Sicherung, die Durchlassenergie (I²t) zu begrenzen. Ihr Design kombiniert schnelle Unterbrechungseigenschaften mit niedrigen I²t-Werten und reduziert so die Fehlerenergie erheblich und trägt zum Schutz empfindlicher leistungselektronischer Geräte bei. Dies erhöht nicht nur die Robustheit des Systems, sondern verlängert auch die Lebensdauer der Geräte.
Da die Produktreihe eine große Bandbreite an Nennströmen und Nennspannungen abdeckt, eignet sie sich für vielfältige Anwendungen – das Spektrum reicht von industriellen Antrieben bis hin zu Hochleistungs-Energieumwandlungssystemen. Durch das quadratische Gehäusedesign werden nicht nur eine hohe Leistungsdichte und ein geringerer Innenwiderstand erzielt, sondern auch eine verbesserte thermische Leistung. So ist eine kompaktere und effizientere Systemauslegung möglich.
Der von Photovoltaikanlagen erzeugte Strom muss in der Regel in netzkompatiblen Wechselstrom umgewandelt werden. Lokale Gleichstromnetze machen diesen Schritt überflüssig.
Flexibilität bei der Auslegung und globale Integration
Ein weiterer Vorteil liegt in der Vielseitigkeit der Sicherungsplattform. Dank der Konformität mit den wichtigsten internationalen Normen (wie etwa IEC, UL) ist die Produktreihe weltweit ohne zusätzliche Zertifizierungshürden einsetzbar. Dies ist besonders wertvoll für OEMs, die mehrere Märkte bedienen.
Aus Sicht des Systemdesigns vereinfacht die duale AC/DC-Fähigkeit die Architektur. Durch den Einsatz einer einzigen Sicherungstechnologie entfallen parallele Schutzstrategien und die technische Komplexität wird reduziert. Zudem werden modulare und skalierbare Designs ermöglicht – eine Anforderung, die in Bereichen wie Energiespeicherung und EV-Infrastruktur immer wichtiger wird.
Hervorzuheben sind auch die betrieblichen Vorteile: Weniger Teilenummern bedeuten eine vereinfachte Beschaffung, geringere Lagerbestände und eine effizientere Logistik. In Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen führen diese Vorteile zu Kosteneinsparungen und einer verkürzten Markteinführungszeit.
Zuverlässigkeit durch Konstruktion und Fertigung
Neben der Leistung bleibt die Zuverlässigkeit eine entscheidende Anforderung – insbesondere in Anwendungen, in denen Ausfallzeiten nicht in Frage kommen. Innovative Fertigungsprozesse und strenge Qualitätskontrollen gewährleisten eine gleichbleibende Leistung der Sicherungen. Ein wichtiger Punkt ist auch die lückenlose Rückverfolgbarkeit während des gesamten Fertigungsprozesses: Sie schafft Vertrauen für den Einsatz in systemkritischen Anwendungen.
In Rechenzentren entstehen Umwandlungsverluste durch die Umwandlung des Wechselstroms aus dem Netz in den für den Betrieb der Geräte erforderlichen Gleichstrom.
Breites Anwendungspotenzial
Die neue Sicherungsplattform ist auf die Anforderungen einer Vielzahl von Branchen ausgelegt:
Erneuerbare Energien: Zuverlässiger Schutz von PV-Wechselrichtern und Gleichstromkreisen bei stetig steigenden Systemspannungen
Energiespeichersysteme: Sicherer Betrieb sowohl während Lade- als auch Entladezyklen bei effektiver Abschwächung von Hochenergiefehlern
Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge: Vereinfachter Schutz über Wechselstrom-Eingangs- und Gleichstrom-Ausgangsstufen hinweg
Industrielle Anwendungen: Verbesserter Schutz für Antriebe, USV-Systeme und Stromversorgungen in komplexen Hybridarchitekturen
Kombinationen aus Wechselstrom- und Gleichstrom-Teilsystemen: Sie profitieren von einem einheitlichen kompakten Schutzkonzept, das die Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert.
Die nächste Generation elektrischer Systeme vorantreiben
Mit der zunehmenden Elektrifizierung werden die Anforderungen an Schutztechnologien weiter steigen. Effizienz, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit sind nicht mehr optional, sondern grundlegende Konstruktionskriterien. Mit seinem neuen Sortiment an Hochgeschwindigkeits-AC/DC-Sicherungen beweist Mersen seine Fähigkeit, diese Trends zu antizipieren und praktische, leistungsstarke Lösungen zu liefern.
In einer Branche, in der jeder Prozentpunkt an Effizienz und jede Steigerung der Zuverlässigkeit zählt, sind solche Innovationen nicht nur schrittweise Verbesserungen: Sie sind wesentliche Bausteine für die Zukunft der Energieversorgung und Elektrifizierung.
