Geräteschutzschalter sichern die Verfügbarkeit Schutz auch bei langen Leitungswegen - wirautomatisierer

Geräteschutzschalter sichern die Verfügbarkeit

Schutz auch bei langen Leitungswegen

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Industrielle Anwendungen werden immer häufiger mit einer Steuerspannung von 24 VDC betrieben. Dabei steigen die Anforderungen an 24-VDC-Stromversorgungen – wie etwa zunehmende Leistungsfähigkeit bei abnehmender Größe. Das Schutzschalterkonzept muss daran angepasst werden. Die Abschaltkapazität von Geräteschutzschaltern liegt deutlich unter 5 kA – beispielsweise bei 600 A. Der erforderliche Kurzschluss-Auslösestrom kann dennoch bei rund 200 A liegen. Den Anforderungen entsprechend bietet Phoenix Contact ein abgestimmtes Programm an Geräten.
DER AUTOR Peter Ketler ist staatl. gepr. Techniker Elektrotechnik und Produkt-Manager Netz- und Signal-Qualität Trabtech bei Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg ( www.phoenixcontact.de/circuit-breaker)
Was ist dabei zu beachten? Die Technik der Schaltnetzteile wird stetig weiterentwickelt, sie bietet viele Vorteile für den Einsatz in Steuerungen. Bei einem Wirkungsgrad von mehr als 93 % bleibt die Ausgangsspannung konstant. Allerdings müssen auch die Nachteile berücksichtigt werden: wird der Nennstrom einer Stromversorgung überschritten, bricht die Versorgungsspannung bis auf einige Volt ein – der Ausfall einzelner Gerätegruppen oder ganzer Anlagen ist die Folge.
Kennlinie bestimmt den Auslösestrom
Um Geräte zuverlässig zu schützen und im Fehlerfall selektiv abzuschalten, ist ein geeignetes Schutzgerät erforderlich – im Idealfall ein Geräteschutzschalter je Strompfad. In ihrem Auslöseverhalten unterscheiden sich die Schutzschaltertechnologien je nach zu schützendem Gerät. Der Auslösestrom, den die jeweilige Auslösetechnik bestimmt, hängt von der Kennlinie ab. Um einen Geräteschutzschalter sicher auszulösen, ist das 1,25-fache des Nennstroms bei einem elektronischen Schutzschalter und bis zum 15-fachen des Nennstroms bei einem thermomagnetischen Schutzschalter erforderlich. Wichtig dabei ist, dass die eingesetzte Stromversorgung den Auslösestrom bereitstellen kann und dass der Leitungswiderstand den Stromfluss nicht begrenzt.
Eine 24-VDC-Planung beginnt mit der Auswahl einer geeigneten Stromversorgung. Diese muss auf den Leistungsbedarf der geplanten Verbraucher abgestimmt sein und eine zusätzliche Leistungsreserve bieten. Es sollte nicht mehr als 80 % des Nennstroms verplant werden, damit im Fehlerfall ein Kurzschlussstrom geliefert wird. Der Sekundärstrom wird auf einen Block von Schutzschaltern gelegt, um den Strom auf mehrere Strompfade aufzuteilen und die Verbraucher abzusichern. Entsteht ein Fehler durch einen Kurzschluss, schaltet der Geräteschutzschalter selektiv ab.
Voraussetzung hierfür ist die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung. Kann sie den erforderlichen Strom nicht liefern, bricht die Spannung ein. Durch die Unterspannung an den Verbrauchern können ganze Anlagenteile ausfallen, und der Fertigungsprozess wird unterbrochen.
Wahl des richtigen Schutzschalters
Für eine entsprechende Stromreserve kommt man um hochwertige Stromversorgungen nicht herum. So stellen die Stromversorgungen vom Typ Quint Power mit SFB-Technik (Selective-Fuse-Breaking-Technology) den bis zu 6-fachen Nennstrom für 12 ms sicher. Sie können damit einen Schutzschalter in wenigen Millisekunden auslösen. Die hohe Stromreserve verhindert einen Spannungseinbruch an allen weiteren Verbrauchern.
Leitungsschutzschalter mit B-Charakteristik schützen Leitungen in Gebäuden. Für den Industrie-Einsatz sind diese LS-Schalter oft überdimensioniert, da die geeigneten Stromstärken von unter 6 A nicht zur Verfügung stehen. Als Ersatz dienen LS-Schalter mit C-Charakteristik, die jedoch erheblich später auslösen. Der viel höhere Strom, den eine gezielte Auslösung erfordert, wird oft durch einen zu hohen Leitungswiderstand begrenzt. Dieser Fehler wird häufig bei der Projektierung von Anlagen gemacht. Für ein zuverlässiges Sicherungskonzept ist die richtige Dimensionierung ein wichtiger Punkt.
Bei der Auswahl eines passenden Geräteschutzschalters muss der Nennstrom des Verbrauchers als Grundlage berücksichtigt werden. So wird beispielsweise bei einem Strom von 1 A der nächst höhere Stromwert ausgewählt – in diesem Fall ein Geräteschutzschalter mit 2 A. Erreicht der Anlaufstrom des Verbrauchers den Auslösebereich der Kennlinie, wird ein Schutzschalter mit einem noch höheren Nennstrom gewählt – 3 A wäre hier richtig.
Welcher Schutzschalter für welchen Zweck?
Für Geräte mit einem konstanten Nenn- und Anlaufstrom kann ein Schutzschalter mit einer flinken Kennlinie ausgewählt werden. Gängig ist hier die F1-Kennlinie der Geräteschutzschalter von Phoenix Contact – der Strombereich liegt zwischen dem 2- und 4-fachen des Nennstroms. Die geringe Toleranz einer F1-Kennlinie vereinfacht die Planung.
Verbraucher mit hohen Anlaufströmen erfordern Kennlinien, die beim Vielfachen des Nennstroms liegen, um Fehlauslösungen zu vermeiden. Die SFB-Kennlinie der Geräteschutzschalter von Phoenix Contact ist deutlich schmaler als übliche Kennlinien. Sie liegt beim 6- bis 10-fachen des Nennstroms, und der Auslösestrom ist geringer als bei der C-Charakteristik. Dadurch können die Distanzen zwischen Stromversorgung und Verbraucher um etwa 30 % länger sein, ohne dass der Auslösestrom begrenzt wird.
Elektronische Schutzschalter von Phoenix Contact bieten eine aktive Strombegrenzung und lassen maximal den 1,25-fachen Nennstrom passieren. Die Leitungen und Geräte werden deutlich weniger belastet. Die maximalen Leitungslängen sind um ein Vielfaches länger als bei thermomagnetischen Schutzschaltern.
Welche Schutzschalter gelten nach welcher Norm?
Leitungsschutzschalter – auch Miniature Circuit Breaker (MCB) genannt – gelten nach der DIN EN 60898-1. Die Norm beschäftigt sich mit Leitungsschutzschaltern für Gebäudeinstallationen und gibt die technischen Kennwerte dafür vor. Der Leitungsschutzschalter hat mit 5 kA und mehr eine hohe Abschaltkapazität. Seine Aufgabe besteht darin, die elektrischen Leitungen in der Gebäudeinstallation bei Kurzschluss und Überlastung abzusichern, um so vor Kabelbrand zu schützen. In der Regel wird ein 16-A-Schutzschalter mit einer B-Charakteristik eingesetzt. Der Leitungsquerschnitt wird entsprechend abgestimmt, damit er der möglichen Belastung standhält. Eine Fernmeldemöglichkeit bieten die LS-Schalter meist über einen Hilfsschalter, der sich seitlich anbauen lässt.
Bei den MCBs handelt es sich um thermomagnetische Schutzschalter, die den Strom-pfad im Fehlerfall galvanisch trennen. Leitungsschutzschalter sind auf eine Nennspannung von 230 VAC ausgelegt, für den Einsatz in DC-Anwendungen entspricht die Kennlinie nicht dem Auslöseverhalten. Dafür ist ein Korrekturfaktor zu berücksichtigen, der je nach Hersteller beim 1,2- bis 1,4-fachen des Nennstroms liegt, was zu einer deutlich späteren Auslösung führt.
Hohe Verfügbarkeit
Geräteschutzschalter sind für den Einsatz in Niederspannungsschaltanlagen konzipiert. Für Geräteschutzschalter gilt die Norm DIN EN 60934. Aus der Norm gehen die technischen Voraussetzungen für Schutzgeräte hervor, die erforderlich sind, um Leitungen und Geräte zuverlässig zu schützen. Die Hersteller von Geräteschutzschaltern bieten Nennstromstärken von circa 0,5 bis 16 A in unterschiedlichen Auslösecharakteristiken an. So kann der Anwender die Schutzeinrichtung ganz an die Bedürfnisse seiner Anlage anpassen und damit eine hohe Verfügbarkeit erreichen. Ein entsprechendes Fernmeldekonzept ist Mindestvoraussetzung für eine Anlage mit hoher Verfügbarkeit. Geräteschutzschalter bieten bereits ab Werk eine Fernmeldemöglichkeit. Im Fehlerfall wird schnell reagiert – und der Fertigungsprozess wird nach kurzer Unterbrechung fortgesetzt. Für elektronische Schutzschalter ohne galvanische Trennung gilt derzeit keine IEC- oder EN-Norm. Hierfür wird die UL 2346 zu Grunde gelegt.
Schutzschalter – Produkte und Lösungen
Mit dem Schutzschalterkonzept von Phoenix Contact kann der Anwender längere Leitungswege erreichen, um weiter ins Anlagenfeld zu gelangen – ohne dabei auf eine selektive Absicherung zu verzichten. Die unterschiedlichen Auslösecharakteristiken (F1, SFB, M1) und die feinen Nennstromabstufungen (0,5 bis 16 A) bieten eine individuelle Anpassung an jede Applikation. Das einheitliche und steckbare Gehäusekonzept lässt sich bequem erweitern, ohne den Betrieb der Anlage zu unterbrechen. Zunächst werden weitere Basiselemente aufgerastet. Dann werden an die Länge angepasste Brücken eingesteckt. Schließlich wird der entsprechende Schutzschalter ausgewählt und eingesteckt. Das Stromverteilungssystem lässt sich schnell aufbauen und erweitern. Geräte und Leitungen werden so zuverlässig geschützt.

PRAXIS PLUS
Elektronische Geräteschutzschalter werden häufig in der Kommunikations- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Je nach Variante lassen sie sich mechanisch oder elektrisch einschalten bzw. fernsteuern. Sie erlauben ein ortsunabhängiges Monitoring durch Überwachungs- und Fernmeldekonzepte, sind dank aktiver Strombegrenzung auch zuverlässig bei hohen Leitungswiderständen aufgrund langer Leitungen und sichern eine hohe Anlagenverfügbarkeit durch ihre kompakte Bauform mit feinen Nennstromabstufungen. Das steckbare Gehäusekonzept ermöglicht eine einfache Installation. Elektronische Schutzschalter eignen sich besonders gut im Anlagen- und Maschinenbau, bei einer Versorgungsspannung von 24 VDC.

INFO-TIPP
Für elektronischen Schutzschalter ohne galvanische Trennung gilt derzeit keine IEC- oder EN-Norm. Hierfür wird die UL 2346 zu Grunde gelegt. Das bedeutet auch, dass Maschinen und Anlagen problemlos in die USA exportiert werden können. Das UL-Prüfzeichen ist der vorgeschriebene Nachweis, dass ein Produkt amerikanischen und kanadischen Sicherheitsanforderungen entspricht. Informationen gibt die Seite:
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