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Spezial Elektrisch Automatisieren

Stromversorgung – Eine zuverlässige Stromversorgung muss Schutz vor Überlastung und Kurzschluss bieten, durch konstante Spannung hoch verfügbar sein, Fehler erkennen und darauf reagieren.

10. November 2015

Die wichtigsten Voraussetzungen für den zuverlässigen Betrieb einer Maschine oder Anlage sind die richtige Auslegung der elektrischen Komponenten und eine zuverlässige Spannungsversorgung, schließlich dürfen keine Störungen den Betrieb aufhalten, wenn die Maschinen 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche laufen sollen.

Eine wichtige Rolle für den störungsfreien Betrieb spielt dabei auch die richtige Versorgungsspannung der einzelnen Verbraucher. Wenn sie nämlich von der zulässigen Betriebsspannung abweicht, können Verbraucher ausfallen, und die Maschine stoppt ungeplant. Wenn es im laufenden Prozess zur Überlastung kommt, bricht die Spannung ein, und die Anlage kann nicht mehr zuverlässig betrieben werden. Zudem können einzelne Verbraucher durch hohe Einschaltströme den Betrieb der Anlage stören oder beeinträchtigen.

Verhindert werden kann eine Überlastung, wenn der Verbraucherstrom aktiv begrenzt wird. Oft erfolgt dabei eine ungewollte Abschaltung, und ein Fachmann muss die Maschine wieder in Betrieb nehmen. In der Folge wird der ausgelegte Nennstrom erhöht, um die Anlage wieder in Betrieb zu nehmen. An die Auswirkungen im Fehlerfall wird dabei jedoch selten gedacht – nämlich eine Überlastung der Stromversorgung und ein damit einhergehender Spannungseinbruch und Ausfall anderer Verbraucher.

Abhilfe schafft hier der Einsatz geeigneter Schutzgeräte. Auf diese Weise bieten elektronische Schutzschalter viele unterschiedliche Möglichkeiten, den Anlagenbetrieb zu überwachen. Sie erkennen Fehler frühzeitig und eröffnen Optionen zum Gegensteuern – von der einfachen Meldung bis zur gezielten punktuellen Abschaltung.

Dies erhöht die Anlagenverfügbarkeit, und die Verbraucher werden im Fehlerfall nicht in Mitleidenschaft gezogen. Außerdem kann man damit zurückliegende Ereignisse erkennen, wie etwa Überlast, Kurzschluss oder Spannungsabweichungen. Dies erleichtert wiederum eine eventuelle Fehlerdiagnose.

Einen erweiterten Schutz bieten die elektronischen mehrkanaligen Geräteschutzschalter vom Typ CBM (Circuit Breaker Multichannel) von Phoenix Contact: So lassen sich etwa die zulässigen Ströme im Bereich von 0,5 bis 10 Ampere DC stufenweise verändern, was den größten Teil der eingesetzten Verbraucher abdeckt. Eine elektronische Verriegelung verhindert dabei ein versehentliches Verändern der eingestellten Ströme. So erfordert eine Veränderung des Wertes eine explizite Bestätigung durch längeres Drücken des Tasters »Kanal«.

Assistent erleichtert Auswahl

Die Auswahl des optimalen Nennstromes für den Betrieb der Anlage erleichtert dabei ein integrierter Nennstrom-Assistent. Dazu wird der Kanalstrom zunächst auf 10 Ampere eingestellt und anschließend stufenweise heruntergedreht. Liegt der fließende Strom höher als 80 Prozent des ausgewählten Werts, signalisiert die entsprechende LED dies durch Blinken in Gelb-Grün. Dann wird der Stromwahlschalter um eine Stufe erhöht und mittels Taster bestätigt. Die Stromversorgung sollte auf die Summe der eingestellten Ströme ausgelegt werden und für den Fehlerfall eine Stromreserve zur Verfügung stellen.

Im Betrieb signalisiert die LED »Kanal« mit grünem Licht, wenn der Strom zwischen 0 und 80 Prozent des eingestellten Werts liegt. Erhöht sich der Strom auf einen Wert zwischen 80 und 110 Prozent, wird dies elektrisch ausgegeben und durch ein gelbes Leuchten signalisiert. Der Kanal bleibt im Betrieb, das Signal dient als Vorwarnung.

Den Überlastfall im Bereich von 110 bis 130 Prozent signalisiert das Gerät durch alternierendes Blinken in Gelb und Rot. Die Abschaltung erfolgt dann nach einer Verzögerung von 30 Sekunden. Als Kurzschluss wird der Strom erkannt, wenn er bei über 130 Prozent liegt, bei 150 Prozent wird der Strom dann aktiv begrenzt, um andere Verbraucher vor Spannungseinbrüchen zu schützen. Die Abschaltung erfolgt im Kurzschlussfall nach 20 Millisekunden.

Schwankungen entgegenwirken

Steuerungen in Maschinen werden zwar heute meist mit 24 Volt DC betrieben, allerdings arbeiten die einzelnen Verbraucher mit unterschiedlichen Betriebsspannungsbereichen. Darum treten Spannungsschwankungen auf, und es kann geschehen, dass einige Verbraucher noch problemlos arbeiten, andere aber in ihrer Funktion bereits gestört sind oder ganz ausfallen. Hierbei können riskante Anlagenzustände eintreten, etwa wenn bewegliche oder drehende Anlagenteile durch Sensoren oder Endschalter gestoppt oder abgeschaltet werden müssen und die Funktion eines Sensors durch Spannungsabweichungen gestört ist.

Solche ungewollten Anlagenzustände vermeidet der Geräteschutzschalter vom Typ CBM durch eine definierte Abschaltung, wenn der Betriebsspannungsbereich von 18 bis 30 Volt DC unter- oder überschritten wird. Eine Unter- bzw. Überschreitung dieses Bereichs signalisiert dabei die LED »DC OK« mit gelbem bzw. rotem Licht. Beide Fehlerfälle werden zudem über die Sammelmeldung elektrisch signalisiert. Darüber hinaus signalisiert die LED »DC OK« durch gelbes oder rotes Blinken über zurückliegende Spannungsabweichungen. Die Fehlerdiagnose und -suche kann somit schneller und gezielter erfolgen.

Der Geräteschutzschalter erkennt also unterschiedliche Fehler und Zustände in elektrischen Anlagen und unterscheidet zusätzlich zwischen verzögerter oder unverzögerter Abschaltung, abhängig von unterschiedlichen elektrischen Faktoren. Wird hingegen erkannt, dass es sich um eine Last mit hoher Eingangskapazität handelt, wird nicht abgeschaltet. Aufgrund des Grenzwerts von 75.000 µF lassen sich dabei auch größere Lasten problemlos einschalten.

Durch eine potenzialfreie Signalisierung lässt sich der Geräteschutzschalter CBM problemlos in die Diagnose jeder Maschine einbinden. Die fehlerhaften Bereiche sowie die Art des Fehlers werden über leuchtende oder blinkende LEDs am Gerät angezeigt. Weil dabei auch zwischen Unter- oder Überspannung unterschieden wird, vereinfacht sich die Diagnose erheblich, und auch die Standzeit wird deutlich reduziert. bt

Auf einen Blick

Elektronische Schutzschalter erkennen Fehler frühzeitig und eröffnen Optionen zum Gegensteuern. Zudem lassen sich zurückliegende Ereignisse wie Überlast, Kurzschluss oder Spannungsabweichungen erkennen. Eine eventuelle Fehlerdiagnose wird somit einfacher und schneller.

Erschienen in Ausgabe: 08/2015