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Zweifacher Schutz vor K.O.

Text: Veit Brämer, Block Foto: IdealIntent, Block
Elektronische Schutzschalter haben im Vergleich zu konventionellen Leitungsschutzschaltern den Vorteil, dass 24V-Stromkreise auch bei hohen Leitungswiderständen überwacht und selektiv abgesichert werden. Dem gegenüber stehen jedoch oft erhöhte Kosten.

Bei der Auswahl geeigneter Schutzschalter gilt es, die Anforderungen an 24V-Stromkreise in unterschiedlichen Maschinen und Anlagen zu berücksichtigen. So gibt es viele Applikationen, die mit klassischen Leitungsschutzschaltern ausgerüstet sind, jedoch aufgrund der Vorteile elektronischer Lösungen auf dem Prüfstand stehen. Für diese Anwendungen steht der wirtschaftliche Aspekt im Fokus. Dem gegenüber stehen Anlagen wie beispielsweise komplexe Fertigungsstraßen mit empfindlichen elektronischen Geräten, die bereits bei kurzen Spannungseinbrüchen der 24V-Versorgungsspannung mit einer Fehlfunktion oder einem ungewollten Neustart reagieren.

Block bietet mit den Baureihen Power Mini und Power Compact elektronische Schutzschalter in zwei Ausstattungen, die sich im Wesentlichen durch die verwendete Abschaltcharakteristik unterscheiden: Economy mit sogenannter thermomagnetischer Kennlinie und Basic mit integrierter Strombegrenzung. Alle Module sind mit zwei, vier oder acht Ausgangskanälen erhältlich.

Absicherungskonzepte im Vergleich

Die im industriellen Umfeld üblichen klassischen Leitungsschutzschalter trennen den fehlerhaften Stromkreis elektromagnetisch oder thermisch über ein Bimetall. Zur Auslösung innerhalb weniger Millisekunden benötigt der Elektromagnet allerdings einen höheren Strom, als der eigentliche Nennstrom des Leitungsschutzschalters. Eine schnelle Abschaltung ist erforderlich, um benachbarte Stromkreise vor zu langen Spannungseinbrüchen zu schützen. Moderne Stromversorgungen stellen dank kurzzeitiger Leistungsreserven einen sehr hohen Kurzschlussstrom zur Verfügung. Dieser für die magnetische Schnellauslösung notwenige Strom kann allerdings nur fließen, wenn der Leitungswiderstand es zulässt. Bei langen Leitungen und geringen Querschnitten ist die leistungsstärkste Stromversorgung aufgrund des Ohm�??schen Gesetzes wirkungslos. Durch den hohen Leitungswiderstand fließt ein so geringer Strom, dass die Sicherung erst verspätet oder im schlimmsten Fall gar nicht auslöst. Die elektronischen Schutzschalter mit thermomagnetischer Kennlinie weisen keine aktive Strombegrenzung auf. Die Auslösezeit ist von der Höhe des Überstromes abhängig. Der Strom wird jedoch so genau gemessen, so dass ein vergleichbar hoher Auslösestrom wie für eine magnetische Schnellauslösung bei klassischen Leitungsschutzschaltern nicht notwendig ist. Trotz der gewünschten Schnellabschaltung bei hohen Kurzschlussströmen besteht in der Praxis die Herausforderung, auch Verbraucher mit hohen Anlaufströmen zuverlässig einzuschalten. Dafür bieten diese elektronischen Schutzschalter eine verbesserte Performance. Pro Ausgang können selbst unter schwierigen Einschaltbedingungen (kurze Leitungen bei maximalem Leitungsquerschnitt) mehr als 50 000 µF an Kapazität bei einer Eingangsspannung von 24 V zuschaltet werden. Bei klassischen Leitungsschutzschaltern sowie bei elektronischen Lösungen mit thermomagnetischer Kennlinie kann bei einem Kurzschluss die 24VDC-Versorgungsspannung bis zur Abschaltung des fehlerhaften Pfades kurzzeitig einbrechen. Die Höhe und Dauer des Spannungseinbruchs ist vom Leitungswiderstand und der Überstromfähigkeit der speisenden Stromversorgung abhängig. Nur elektronische Schutzschalter mit aktiver Strombegrenzung verhindern zuverlässig einen Spannungseinbruch an nicht betroffenen Stromkreisen. Im Bereich des 1,1- bis 1,7-fachen des eingestellten Nennstromes beträgt die Auslösezeit typischerweise fünf Sekunden. Die aktive Strombegrenzung greift ab dem 1,7-fachen Nennstrom und führt zu einer selektiven Abschaltung des fehlerhaften Stromkreises ohne Rückwirkung auf übrige Kreise. Neben der Stromüberwachung wird ebenfalls die Eingangsspannung überprüft. Um sensible Verbraucher vor Unterspannung bei einer kurzzeitigen Überlastung der Stromversorgung zu schützen, werden bei einer kritischen Versorgungsspannung von unter 20 V alle Stromkreise, die in diesem Moment über 100 Prozent des eingestellten Nennstromes führen, sofort selektiv abgeschaltet. Die Anlagenverfügbarkeit wird so erhöht.

Ferndiagnose und Steuerung

Die elektronischen Schutzschalter bieten im Verbund mit einer SPS die Möglichkeit, über je einen digitalen Ein- und Ausgang beliebige Ausgangskanäle aktiv ein- oder auszuschalten, ausgelöste Stromkreise wieder zurückzusetzen sowie zeitgleich den aktuellen Status jedes Ausgangs abzufragen. Die Einzelkanalauswertung durch nur zwei Leitungen spart bei einer hohen Anzahl an Stromkreisen im Vergleich zu Leitungsschutzschaltern mit Hilfsschalter Platz, vereinfacht die Steuerung, reduziert den Verdrahtungsaufwand und senkt die Kosten.

Schmale Kanalbreite für mehr Platz

Die bis zu acht integrierten Ausgangskanäle werden zeitversetzt und lastabhängig zugeschaltet. Sobald der einstellte Auslösestrom eines Ausgangskanals unterschritten ist, wird der nächste zeitoptimiert zugeschaltet. Der Einschaltstrom der gesamten Anlage wird nivelliert, das Netzteil muss nicht überdimensioniert werden. Der Auslösestrom lässt sich für jeden Ausgangskanal mit einem von vorn bedienbaren Stromwahlschalter stufig einstellen. Der weite Einstellbereich ermöglicht eine Reduktion der Typenvielfalt. So deckt ein Gerät den Stromkreisbedarf für unterschiedliche Applikationen ab. Die Bauweise von 5,25 mm pro Ausgang beim achtkanaligen Modul ermöglicht eine Platzersparnis auf der Normschiene, die für Erweiterungen der Anlage verwendet werden kann oder den Einsatz kleinerer Schaltschränke ermöglicht. Die Push-In-Anschlusstechnik der Geräte ermöglicht eine leichte und schnelle Installation. Die hohe Vibrationsfestigkeit trägt dazu bei, dass alle Schutzschalter die Zulassung nach Germanischen Lloyd erhalten. Zusätzlich werden die Geräte nach der UL 508 sowie nach der international anerkannten Zulassung UL 2367 als Solid State Overcurrent Protector zertifiziert.

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