Nicht stören und sich nicht stören lassen… Geregelte Industrie-Stromversorgungen gewährleisten störungsfreien Betrieb des zweitgrößten Radiotelesk

In einem Tal bei Bad Münstereifel-Effelsberg in der Eifel betreibt das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (kurz MPIfR) seit 40 Jahren das mit einem Reflektordurchmesser von 100m immer noch zweitgrößte vollbewegliche Radioteleskop der Welt (Bild 1). Dessen hochempfindliche Systeme für die Erfassung und Auswertung von Radiowellen nutzen Wissenschaftler aus aller Welt zur Erforschung astronomischer Objekte und Zusammenhänge. Im Fokus stehen dabei Ziele wie Sternentstehungsgebiete, Supernova-Überreste und Pulsare, interstellare Gase und Gasnebel, das galaktische Zentrum, Radiogalaxien, Quasare. Das 3.200t schwere Radioteleskop ist in der Azimutachse (horizontale Drehung) auf einem Schienenkranz von 64m Durchmesser und in der Elevationsachse (vertikale Neigung) in einem 90°-Winkel motorisch verfahrbar. So kann es auf eine Winkelsekunde genau auf praktisch jeden Punkt am Himmel ausgerichtet und diesem automatisch nachgeführt werden. Dabei fängt eine ausgeklügelte Konstruktion aus Haupt- und (Gregory-)Subreflektor selbst schwächste Signale ein, um diese gebündelt verschiedensten Auswertesystemen zuzuführen. Bitte nicht stören.. Voraussetzung für störungsfreien Betrieb des riesigen und dabei hochsensiblen Gesamtsystems sind auch zuverlässige Stromversorgungen, die hier ganz spezielle Anforderungen erfüllen müssen. Grundvoraussetzung ist, dass der Messbetrieb nicht durch elektromagnetische Abstrahlung beeinflusst wird. Um eventuelles Störrauschen in Richtung Teleskop zu verhindern, sind die Fensterscheiben der Laborräume mit einer Kupferschicht bedampft, die für eine Dämpfung von 30dB der selbst erzeugten elektromagnetischen Signale sorgen. Alle neuen Komponenten werden vor einem Einsatz geprüft, ob sie diese Grenze einhalten. Wenn nicht, sind zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen erforderlich. Ganz und gar nicht beherrschbare Störquellen müssen in einem hermetisch gekapselten Faraday-Raum installiert werden. Beides will man möglichst vermeiden, weil es aufwändig, teuer und der verfügbare Platz endlich ist. …und nicht stören lassen Mindestens ebenso wichtig ist die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit aller Komponenten, da diese zum Teil an Stellen verbaut sind, die im laufenden Messbetrieb nicht mehr bzw. auch sonst nicht eben einfach zugänglich sind. Insbesondere in der sogenannten Primärfokuskabine (Bild 2), die nur in zwei bestimmten Stellungen des Reflektors (7- und 90°-Stellungen) betreten werden kann. Auch an verschiedenen anderen Anlagenteilen wäre ein Ausfall einer Stromversorgung im laufenden Betrieb für die wissenschaftlichen Messungen fatal und mitunter kostspielig. Deshalb setzt das MPIfR mehr und mehr auf zuverlässige und leistungsstarke, geregelte Stromversorgungen der Sitop-Reihe von Siemens. Wo es auf absolute Verfügbarkeit ankommt, sind die Geräte unterbrechungsfrei bzw. redundant aufgebaut. Für jede Aufgabe eine optimale Standard-Lösung So sorgen mittlerweile Sitop-Geräte verschiedener Baureihen in unterschiedlichen Konfigurationen für dauerhaft zuverlässigen Betrieb der gesamten Automatisierungs- und auch der Kommunikationstechnik im und um das Teleskop. Angefangen beim einfachen, platzsparenden \’Sitop compact\‘ über Varianten im klassischen Simatic-Design bis zum flexibel ausbaubaren \’Sitop modular\‘; in ein- und dreiphasiger Ausführung mit Ausgangsströmen von 5 bis zu 40A. Bei Bedarf mit Meldekontakt, Redundanz-, Selektivitäts- oder Diagnosemodul oder wartungsfreier, neuerdings kondensatorgepufferter unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV). Auch DC/DC-Wandler sind im Einsatz, sodass sämtliche Anforderungen mit Produkten \’aus einer Hand\‘ abgedeckt werden. Durch die Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit der industriebewährten Sitop-Geräte muss der Betreiber keine Kompromisse mehr eingehen. Wie z.B. mit einer selbstgebauten, Trafo-gestützten Lastspannungsversorgung aus den 1980er Jahren, die eine Ausgangsspannung von 28V lieferte. Das ist für heutige LED-Anzeigen und andere Komponenten auf Dauer nicht förderlich, weil es die Lebensdauer verkürzt und auch unnötig Energie verbraucht. In Zukunft liefern hier geregelte Netzteile der Baureihe \’Sitop modular\‘ (Bild 3) eine konstante Ausgangsspannung von 24V in engen Toleranzen. Die neue Lastspannungsversorgung im sogenannten E(lektro)-Haus des Radioteleskops setzt sich zusammen aus mehreren Netzteilen zur Hauptversorgung über eine USV und eine entsprechende Notstromversorgung (NV) über ein Dieselaggregat. Sollte die Hauptversorgung doch einmal unterbrochen werden, übernimmt automatisch die USV die Versorgung, bis das Dieselaggregat angelaufen ist. So wird die ungestörte Funktion der wichtigsten Aggregate aufrechterhalten. Zudem ist die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom mit den neuen Geräten effizienter, da die primär getaktete Stromversorgung einen höheren Wirkungsgrad hat. Bei den dreiphasigen Sitop-Geräten PSU300M, die zur Versorgung von 96 Aktuatoren für die automatische Nachführung des Subreflektors vorgesehen sind, beträgt dieser dank ausgeklügelter Schaltungstechnik 93%. Das reduziert die Wärmeentwicklung im Schaltschrank, spart Energie und auch Platz – weil geringere Verluste eine kompaktere Bauweise zulassen. Außerdem könnte (im bisher noch nicht eingetretenen Fall der Fälle) ein defektes Standard-Gerät schneller ersetzt werden als eine Sonderlösung. Redundant aufgebaut und direkt aus der Niederspannungshauptversorgung gespeist sind die Sitop-Geräte für die Versorgung der Feststellbremsen. Damit ist ein \’Fallen\‘ der Bremsen bei voller Verfahrgeschwindigkeit praktisch ausgeschlossen, das sonst gravierende Auswirkungen auf die gesamte Konstruktion haben könnte. Wo unterbrechungsfreie Stromversorgung gefordert ist, setzt das MPIfR neuerdings auf wartungsfreie, kondensatorgepufferte Geräte des Typs Sitop UPS500S (Bild 4). Diese haben im Vergleich zu herkömmlichen Blei-Gel-Akkus eine deutlich höhere Lebensdauer, auch bei erhöhten Einsatztemperaturen von bis zu 60°C. Eine der ersten Anwendungen ist ein neues Brandmeldesystem, wobei die 24V-Versorgung solange aufrecht erhalten werden muss, bis die Sicherheitssteuerung an die Zentrale gemeldet hat, dass die Leistungsversorgung tatsächlich abgeschaltet ist, sodass ohne weitere Gefahren gelöscht werden kann. \’Einbauen und vergessen\‘