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Heitec entwickelt und fertigt

Volle Power mit Steuerelektronik für HGÜ-Anlagen

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Dass Heitec nicht nur komplexe Elektroniksysteme entwickeln kann, sondern die Baugruppen sowie Gehäuse- und Systemtechnik auch zuverlässig fertigt, stellte die Firma jüngst für eine hochverfügbare Komplettlösung zur Steuerung von HGÜ-Anlagen unter Beweis.

Das System soll für die unterbrechungsfreie Energieversorgung sorgen. Die Steuerung der Leistungsmodule der Anlage erfolgt über Glasfaserkabel. HGÜ wird als verlustärmere und stabilere Alternative zu herkömmlichen Drehstrom-Hochspannungsleitungen vor allem beim Transfer elektrischer Energie über große Distanzen eingesetzt.

Der Auftrag beinhaltete neben dem gesamten Entstehungsprozess auch die Unterstützung eines langen Produktlebenszyklus, also Konzeption, Spezifikation, Implementierung bis hin zu Verifikation und Serienproduktion sowie Teile- bzw., falls erforderlich, Obsoleszenzmanagement für die nächsten Jahre – angesichts der aktuell herausfordernden Lieferkettenthematik ein wichtiger Punkt des Vertragswerkes. Das Ziel: eine kostenoptimierte Realisierung der Anlage und eine lange Lebensdauer zum Schutz der Investition.

Ein System für den Einsatz in der Prozesssteuerung eines so wichtigen Bereiches muss nach Auskunft von Roland Chochoiek, Executive Vice President von Heitec, entsprechend hohe Anforderungen in puncto Funktionalität, Echtzeitfähigkeit, Durchsatz sowie Ausfallsicherheit erfüllen. Zu den Entwicklungszielen gehörten daher eine hohe Rechenleistung, parametrierbare Steuerungs- und Regelungshardware sowie der gleichzeitige Betrieb von Regelungshardware und die simultane Betriebsfähigkeit einer großen Anzahl von Power-Modulen. Neben den Design- durften auch die Fertigungs- und Wartungskriterien nicht vernachlässigt werden, immer unter Einbindung nicht nur der technischen, sondern auch der kommerziellen Optionen. Für eine möglichst kostengünstige Realisierung wurde daher die Integration möglichst vieler Standard­elemente angestrebt.

Das Projekt war laut Chochoiek mit mehreren Herausforderungen verbunden, von denen eine darin bestand, die vollständige Signalintegrität zu jeder Zeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer hohen Datenübertragungsrate zu gewährleisten. Um die Vorgabe Hochverfügbarkeit zu erreichen, wurde ein Redundanzmodell konzipiert, mit sehr hohen Ansprüchen an Mechanik, Hardware, FPGA und Software. Alle aktiven Komponenten, Steckkartenarchitektur und Stromversorgung wurden auf Hand-over-Funktionalität ausgelegt. Der Mechanik kam die Aufgabe zu, diese Redundanzkonzepte proaktiv zu unterstützen, um die Funktionalität des Gesamtsystems zu gewährleisten.

Heitec entschloss sich zur Nutzung von Technologien, die auch in bereits vielfach bewährten Standard-Architekturen zum Einsatz kamen, in ihrem jeweiligen Einsatzteilbereich die beste Wahl darstellen und dennoch miteinander synergetisch harmonieren. Bei der Konzeptionierung der Basis-Systemarchitektur nahm Heitec Anleihen bei ATCA (Advanced Telecommunications Computing Architecture), einem in der Telekom-Industrie bewährten Standard, der explizit auf Hochverfügbarkeit ausgerichtet ist und sich in vielen harten Telekomanwendungen bei hohen Datenraten bewährt hat. Für maximale Zuverlässigkeit spielen selbst Details wie Stecker eine große Rolle. Die Wahl fiel hier daher auf bereits im CompactPCI-Standard erprobte Steckverbinder. Das System selbst wurde in einem 19-Zoll-Chassis untergebracht. Auch hier wurde auf für sehr anspruchsvolle EMV-Anforderungen geeignete Gehäusetechnik-Komponenten aus dem Produkt-Portfolio von Heitec zurückgegriffen.

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HGÜ-Steuerungssystem von Heitec
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Eine weitere Projektsäule beschreibt Chochoiek folgendermaßen: »Beim Design nicht nur die Fertigbarkeit, sondern auch die Wartbarkeit beachten – also über Design for Manufacturing hinaus Design for Maintenance zu betreiben. Dazu zählen u.a. die unmissverständliche Codierung der Steckplätze, um eine fehlerhafte Bedienung auszuschließen, eine unkomplizierte Verschraubung für schnellen Zugang und eine durchdachte Kabelführung.«

Bei hoher Packungsdichte und vielen aktiven Komponenten mit hoher Verlustleistung ist ein effizientes Lüftungskonzept ein sehr wichtiges Kriterium. Basierend auf zahlreichen thermischen Simulationen wurde in das System ein redundantes Lüfterdesign integriert. Bei Ausfall eines Lüfters sorgt ein spezielles Klappensystem dafür, dass die erzeugte Luft der anderen Lüfter nicht entweicht, sondern der Restdruck bestehen bleibt und dass dennoch eine gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit pro Slot erbracht und das System effektiv entwärmt wird.

Zur gelungenen Umsetzung eines hochverfügbaren Systems gehören nicht zuletzt Risikoanalyse und Validierung. Vor Inbetriebnahme wurde die Verifikation der Funktionalität der einzelnen Module/Baugruppen durchgeführt, gefolgt von den Systemtests. Den Abschluss bildeten Compliance-Tests für EMV, Vibration, Temperatur (Umwelterprobung) bzw. Tests zur Erreichung internationaler Zertifizierungen (CE, FCC; UL, FM) inkl. der notwendigen Dokumentation.


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