Schutzschalter stellen die Energie- und Netzversorgung durch USV-Anlagen sicher

Spannungsausfälle wirksam verhindern

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Das Thema Energiesicherheit spielt in der Industrie eine zunehmend wichtige Rolle und wird entsprechend intensiv diskutiert. Die Energiewende sowie der wachsende Anteil erneuerbarer Energien unterstützen diese Entwicklung. Zur Produktion von Gütern, zur Erzeugung und Verarbeitung von Daten sowie zur Kommunikation wird Energie benötigt. Bleiben jedoch aufgrund von Stromausfällen ganze Anlagen stehen oder gehen gar wichtige Daten verloren, tritt meist ein erheblicher Schaden ein. Der Einsatz einer AC-USV-Anlage kann hier Abhilfe schaffen. Dabei sorgt die Electronic Breaker Unit von E-T-A für die sichere Abschaltung der Verbraucher im Kurzschlussfall.

Nach Informationen von E-T-A in Altdorf

Durch den Einsatz einer USV lassen sich Ausfälle vermeiden. So argumentieren zumindest viele Industrieunternehmen. Auch deshalb ist der Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung aus der Chemie-, Pharma-, oder Automobilindustrie, aus der Energie- und Gebäudetechnik aber auch aus der Telekommunikation nicht mehr wegzudenken. USV-Anlagen stellen die Energiesicherheit bei Netzausfall oder Netzschwankung sicher und schützen vor Datenverlust ̶ möchte man meinen…
Das Dilemma
Bei allen Vorteilen hat der Einsatz von AC-USV-Anlagen auch seine Schattenseiten. Neben hohen Investitionskosten besteht vor allem die Problematik darin, dass die zur Verfügung gestellte Ausgangsleistung aus technischen Gründen begrenzt ist. Deshalb kann die USV über den Nennstrom hinaus nur einen begrenzten Überstrom liefern. Bei Überlast ist deshalb zuerst die Spannungsqualität beeinträchtigt.
Bei zu hoher Belastung durch einen Kurzschluss wird die maximale Belastungsgrenze der USV schnell überschritten. Die gesamte USV schaltet aus Gründen des Eigenschutzes ab. In diesem Fall ist die ursprüngliche Funktion der Anlage, die Energie sicherzustellen, nicht mehr erfüllt. Bei einem einzigen fehlerhaften Lastkreis ist also auch für alle anderen Verbraucher die Energieversorgung gestört. Dies kann einen Anlagenstillstand sowie undefinierte Zustände mit allen damit verbundenen Gefahren zur Folge haben. Ein sekundärer Überstromschutz ohne Selektivität begünstigt diese Situation. Häufig kommen konventionelle Schutzschalter bzw. Leitungsschutzschalter zum Einsatz. Diese reagieren in dieser Überlastsituation zu langsam, nur unzuverlässig oder gar nicht. Grund dafür ist die Tatsache, dass ein herkömmliches Schutzelement einen relativ hohen Strom zur Auslösung benötigt. Die USV-Anlage kann jedoch nur einen spezifiziert begrenzten Strom liefern.
Um einen Leitungsschutzschalter mit einer Kennlinie in C-Charakteristik und einem Nennstrom 10 A binnen 10 ms sicher auszulösen, müsste die Stromversorgung aber mindestens 100 A bereitstellen (Der Auslösestrom entspricht bei der C-Charakteristik dem Zehnfachen des Nennstroms). Im Umkehrschluss folgt daraus, dass die USV alleine nicht für die Energiesicherheit sorgen kann. Die hohen Investitionskosten für eine Anlage sind so also nicht gerechtfertigt, nur eine USV, die wirklich Energiesicherheit bietet, zahlt sich im Fehlerfall aus.
Scheinbar optimale Lösung
Wird der benötigte Ausgangsstrom einer USV zur Auslösung thermisch-magnetischer Schutzsysteme nicht erreicht, so kommt häufig fälschlicherweise eine überdimensionierte Anlage zum Einsatz. Dies hebt neben wesentlich höheren Anschaffungskosten auch die Folgekosten um ein Vielfaches. Die Mehrkosten setzen sich zusammen aus den Wartungskosten für die ebenfalls größere benötigte Batteriekapazität sowie den jährlichen Kosten für die Verlustleistung. Bei einer überdimensionierten USV sinkt in der Regel der Wirkungsgrad durch die geringere Auslastung. Technisch scheitert die Lösung oftmals auch an langen Leitungen, die zusätzlich durch den Leitungswiderstand den maximalen Strom einer USV-Anlage begrenzen.
Das wird an einem Beispiel deutlich: Bei einer Betriebsspannung von 230 V und einer Leitungslänge von 200 m sowie einem Querschnitt von 1,5 mm² und einem Leitungswiderstand von 2,38 Ohm ist der maximale Strom auf 96,6 A begrenzt, sodass der Leitungsschutzschalter mit C-Charakteristik nicht mehr zuverlässig auslösen kann. Die Verwendung geringerer Nennströme oder von Leitungsschutzschaltern mit flinker B- oder A-Kennlinie erscheint im ersten Moment erfolgsversprechend. Dies führt jedoch oft zu fehlerhaften Auslösungen bei Vorgängen wie dem Einschalten von Schaltnetzteilen bzw. großen Kapazitäten. Zu Energiesicherheit trägt auch dies nicht bei.
Lösung für die stabile Energieversorgung
Mit dem Schutzschalter Typ EBU (Electronic Breaker Unit) bietet E-T-A eine Komponente, die die Energieversorgung im Industrieunternehmen durch AC-USV-Anlagen sicherstellt. Der Schutzschalter für 230 VAC besteht aus einem Leitungsschutzschalter, der für Kurzschlussabschaltungen von bis zu 10 kA zugelassen ist sowie einer integrierten Elektronik, die die Mess- und Auswerteaufgaben übernimmt. Das Produkt ist in den Nennströmen 6, 10 und 16 A mit den Charakteristiken B und C verfügbar und wird direkt am Abgang der jeweiligen USV betrieben.
Der Schutzschalter des Typs EBU hat eine Baubreite von 54 mm. Mit Hilfe eines Einstellpotentiometers lässt er sich mit wenigen Handgriffen auf die Leistungsfähigkeit der jeweiligen USV-Anlage und die vorliegenden Lastbedingungen anpassen. Im Fehlerfall löst er zuverlässig aus, und zwar nur im betroffenen Lastpfad. Alle weiteren Versorgungsstränge bleiben davon unberührt. Einschaltvorgänge und damit verbundene höhere Einschaltströme werden toleriert. Für den Anwender bedeutet dies einen störungsfreien Betrieb und eine zusätzlich spürbare Kostenreduzierung. Die Anpassung an die USV sowie die Einstellung der Selektivität erfolgen durch Einstellung des USV-Nennstroms am EBU. Dieser Wert findet sich im Datenblatt der USV. Zur Überlastabsicherung wird der Last-Nennstrom an der Unit angepasst.
Ein Drittel kleiner
Durch den Einsatz von Schutzschaltern des Typs EBU lassen sich USV-Anlagen etwa um ein Drittel kleiner dimensionieren, und die jährlichen Energiekosten sinken dadurch um etwa 40 %. Der Typ EBU amortisiert sich somit schnell und sorgt zusätzlich für eine deutlich höhere Verfügbarkeit von Anlagen. Die Energiesicherheit im AC-USV-Bereich ist damit stabil sichergestellt und die hohen Anschaffungskosten einer USV-Anlage sind gerechtfertigt.
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