Spannungsqualität und Resilienz in zukünftigen Schiffsbordnetzen Impedanz und supraharmonische Effekte in AC-, DC-und Hybridnetzen
Philipp Wagner, M.Sc., FKpt, Helmut-Schmidt-Universität − Universität der Bundeswehr, Hamburg
Die elektrische Energieversorgung an Bord durchläuft einen Wandel. Immer mehr Systeme werden elektrifiziert, häufig mit Leistungselektronik, Batteriespeichern oder Brennstoffzellen. Diese Technologien erhöhen die Effizienz und eröffnen neue Freiheitsgrade im Schiffsentwurf, erzeugen jedoch zugleich ein deutlich komplexeres und dynamischeres Netzverhalten. Spannungen und Ströme enthalten heute ein breiteres Spektrum an Verzerrungen als noch vor wenigen Jahren. Besonders relevant ist der Frequenzbereich oberhalb von 2 kHz, in dem ein Großteil der modernen Umrichter arbeiten, und den etablierten Normen nur unvollständig abbilden. Genau dort entstehen Resonanzen, die kleine Stromanregungen in erhebliche Spannungsänderungen überführen können und unvorhergesehene Probleme verursachen können.
Parallel rückt ein Begriff in den Mittelpunkt, der häufig missverstanden wird: Resilienz. Gemeint ist nicht zusätzliche Redundanz, sondern die Fähigkeit eines Bordnetzes, auf Störungen anpassungsfähig zu reagieren, Funktionen aufrechtzuerhalten und sich nach Fehlern wieder zu stabilisieren. In hybriden AC/DC-Netzen wird dieses adaptive Verhalten entscheidend, da Veränderungen im Frequenzbereich, oberhalb der klassischen Normgrenzen, unmittelbare Auswirkungen auf Schutzprinzipien, Auslegung, Filterkonzepte und Interkompatibilität haben.
Ein Schwerpunkt des Beitrags liegt auf Feldmessungen auf 6 unterschiedlichen Schiffstypen, die das reale Frequenzverhalten moderner Bordnetze erfassen. Messmethodik erfasst Spannungsqualität über den gesamten Frequenzbereich bis 150 kHz und stellt sie zeit- bzw. zustandsabhängig und frequenzabhängig als 3D-Spektrum dar. Aus den Messdaten lässt sich der Zusammenhang zwischen frequenzabhängiger Impedanz und Strom- und Spannungsoberschwingungen ableiten, wodurch erkennbar wird, wann Schaltfrequenzen auf Resonanzstellen treffen und welche Schaltzustände und Anlagenkonstellationen besonders kritisch sind.
Aus den erhobenen Messungen wird im Beitrag abgeleitet, dass eine integrierte Bewertung, die Oberschwingungen, frequenzabhängige Impedanzen und deren Bedeutung für die Systemresilienz
