Immer mehr Installationen sollen immer höher verfügbar sein. Bei der 24-V-DC-Versorgung gibt es hier einige technische Besonderheiten zu beachten. Dabei ist eine umfassende Betrachtung unerlässlich – vom Netzteil über die Absicherungen bis hin zur Potentialverteilung.
Versorgen und Schützen
Bei Anlagen mit hoher Verfügbarkeit spricht man zum einen vom Versorgen und zum anderen vom Schützen. Beim Versorgen ist es unerlässlich, auf hochwertige Komponenten zu setzen, um einen reibungslosen Betrieb über einen langen Zeitraum zu ermöglichen. Beim Schützen der Anlage geht es darum, die unterschiedlichen Komponenten und Leitungen zuverlässig vor Beschädigungen oder gar Ausfall zu schützen. Dabei umfasst der Begriff Schützen verschiedene Fehlerfälle, die im laufenden Betrieb auftreten können. Hierzu zählen Themen wie Überspannungsschutz, Überstromschutz, Kurzschlussschutz – aber auch der Anlauf von Lasten kann sich als störend herausstellen, denn diese benötigen während des Startvorgangs teilweise mehr als den 10-fachen Nennstrom. Unter Schützen fällt auch eine Pufferung der Versorgungsspannung, denn durch die Pufferung wird ein Spannungseinbruch verhindert.
Vor Überspannung schützen
In jeder Anlage sollte an den passenden Überspannungsschutz gedacht werden. Wird der Schutz falsch oder gar nicht konzipiert, kann es zu Ausfällen in der Anlage kommen, kostspielige Reparatur-Maßnahmen sind dann häufig die Folge. Daher ist es sinnvoll, Überspannungsschutz-Geräte von Typ 1+2 sowie Typ 3 einzusetzen.
Zur Versorgung in Schaltanlagen haben sich getaktete Schaltnetzteile als Standard etabliert. Sie liefern stets eine konstante Spannung bei einem hohen Wirkungsgrad. Darüber hinaus bieten sie hilfreiche Zusatzfunktionen – wie etwa den Power Boost für einen zuverlässigen Anlauf von Lasten oder zur Abdeckung eines plötzlich erhöhten Strombedarfs beim Zuschalten weiterer Lasten.
In weitläufigen Anlagen kann als Ergänzung noch ein DC/DC-Wandler zum Einsatz kommen – um andere Spannungsebenen zu erzeugen, um abgefallene Spannung aufzufrischen und diese somit zu stabilisieren, oder um unterschiedliche Anlagenteile voneinander zu entkoppeln. Durch die Entkopplung werden unerwünschte Rückwirkungen verhindert, die durch Schalthandlungen entstehen. Rückspeisungen in andere Maschinenteile können so ebenfalls verhindert werden.
Pufferung und Redundanz
Eine Energiepufferung hilft dabei, die Systemspannung auch in kritischen Situationen aufrecht zu erhalten. Denn im Falle eines Spannungseinbruchs kann die Versorgung des gesamten Systems nicht mehr sichergestellt werden. Die Pufferung wirkt diesem Spannungseinbruch entgegen und versorgt das System zusätzlich mit der gespeicherten Energie. Der Anwender kann so die Anlage in einen sicheren definierten Zustand fahren.
Die Anlagenverfügbarkeit wird deutlich erhöht, wenn man die Versorgung redundant aufbaut. Dazu werden zwei voneinander entkoppelte Stromversorgungen parallelgeschaltet. Die Entkopplung erfolgt dann mit einem aktiven Redundanzmodul oder mit einem Diodenmodul. Dann kann eine Stromversorgung komplett ausfallen – und die Versorgung der Anlage läuft über die zweite Stromversorgung weiter. Wichtig hierbei ist, dass jede Stromversorgung unter 50 % ausgelastet ist, um im Fehlerfall zu übernehmen. Aktive Redundanzmodule haben eine deutlich geringere Verlustleistung und bieten darüber hinaus erweiterte Diagnose- und Meldefunktionen. So wird die gesamte Anlage rechtzeitig durch eine Stromversorgung mit Energie versorgt. Der Austausch der defekten Stromversorgung erfolgt dann ohne Unterbrechung des Betriebs.
Schützen und Verteilen
Für einen sinnvollen Schutz sollten die Stromkreise hinter einer Stromversorgung aufgeteilt und nach Möglichkeit selektiv abgesichert werden. Dadurch werden die einzelnen Verbraucherkreise geschützt – sie können im Fehlerfall separat abgeschaltet werden. Wichtig ist dabei der Schutz der Versorgungsspannung. Diese darf bei einem Fehler im laufenden Betrieb nicht einbrechen. Der Schutz erfolgt häufig bereits mittels elektronischer Sicherungen. Diese benötigen gegenüber handelsüblichen Leitungsschutzschaltern einen viel geringeren Strom im Fehlerfall – somit lösen sie sicher aus. Parallele Stromkreise können ihren Betrieb weiterhin ohne Beeinträchtigung fortsetzen.
Mit Geräten in unterschiedlichen Bauformen bietet Phoenix Contact hier für jede Anwendung den passenden Schutz. So kann ein flexibler Schutz etwa mit modularen einkanaligen Schutzschaltern erreicht werden. Hier kann die genaue Anzahl an Schutzkreisen schnell und einfach gesetzt werden. Einen passenden Schutz bieten auch die kompakten mehrkanaligen Geräteschutzschalter, die schnell installiert und nahezu ohne Verkabelungsaufwand in Betrieb genommen werden. Für einen sicheren Anlagenbetrieb spielt beim Schutzschalter auch die Firmware im Hintergrund eine wichtige Rolle.
Intelligente Firmware schafft neue Möglichkeiten
Weil intelligente Software auf geringste Stromänderungen reagieren kann, ist der Anlagenbetrieb heute deutlich besser planbar. Und weil der mögliche Strom im Fehlerfall geringer ist, kann die Reserve der Stromversorgung ideal darauf abgestimmt werden. Mittels moderner Messverfahren analysiert die Firmware die Ströme viel präziser – so können Anlagenbetreiber und Service-Techniker abhängig vom jeweiligen Strom immer angemessen und frühzeitig reagieren. Unterschieden werden dabei folgende Ströme: normaler Betriebsstrom, Auslastung von 80 %, Überlast sowie Kurzschluss. Wird eine Kapazität erkannt, so wird sie zuverlässig gestartet, obwohl sie einem Kurzschluss ähnlich ist. Diese Funktionen bieten die elektronischen Geräteschutzschalter von Phoenix Contact, die den Anlagenbetrieb mittels intelligenter Stromanalyse sichern.
Absichern und Schützen
In der Anlagenautomatisierung finden sich zudem zahlreiche unterschiedliche Verbraucher. Für den zuverlässigen Betrieb müssen die Schutzschalter jeweils an die zu schützenden Verbraucher angepasst werden. Elektrische Geräte unterscheiden sich jedoch oft erheblich, so dass in der Vergangenheit recht unterschiedliche Kennlinien für den effektiven Schutz erforderlich waren. Das lag mitunter daran, dass mechanische Schutzschalter eingesetzt wurden, die hohe Auslöseströme erfordern. Sicher ausgelöst wurde dann erst beim 8- bis 15-fachen Strom.
Seitdem elektronische Schutzschalter zum Standard geworden sind, erfolgt die Auslösung deutlich präziser. Ein wichtiger Grund dafür ist, dass Ströme gemessen und analysiert und Fehlerströme als solche erkannt werden. Dadurch kann eine sichere Auslösung bereits im Bereich vom 1,1- bis zum 2-fachen des Nennstroms erfolgen. Die Auslegung der Anlage ist somit deutlich einfacher, eine Überdimensionierung ist nicht mehr erforderlich. Und die Leistung der Stromversorgung kann erheblich besser verplant werden. (co)
Weitere Informationen zu elektronischen Geräteschutzschaltern:
hier.pro/lXZph
Weitere Infos zum Thema Überspannungsschutz:
hier.pro/YagGf
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Zuverlässiges Stromversorgungssystem
In den letzten Jahren ist der Wunsch nach höherer Verfügbarkeit deutlich gestiegen. Daher wird auch das 24-V-DC-Versorgungssystem bei der Planung heute viel genauer betrachtet. Auch wenn nahezu alle Installationen den Anspruch an eine maximal hohe Verfügbarkeit gemein haben, sind die technischen Details der 24-V-Versorgung spezifisch. Hier ist eine ganzheitliche Betrachtung unerlässlich – vom Überspannungsschutz über die ausgewählte Stromversorgung und die Auswahl aus verschiedenen Absicherungen bis hin zur Potentialverteilung. Ein fundiertes Verständnis der zahlreichen Ansätze – mit Themen wie Redundanz, Energiepufferung und Selektivität bei der Absicherung der Lastpfade – ermöglicht es dem Anwender, die für ihn beste Gesamtlösung auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zusammenzustellen.
