24 V DC Komponenten wirksam abzusichern ist nicht ganz „ohne“. Platz sparend und sicher sollte die Lösung sein – dabei noch wirtschaftlich und auf die individuellen Bedürfnisse angepasst. Daher setzt einer der weltweit größten Chemiekonzerne zur Absicherung der DC 24 V Ebene Lösungen von E-T-A ein. Unabhängig ob Schaltnetzteil oder Batterie-Spannungsversorgungen – die Vorteile des Systems hinsichtlich Sicherheit und selektive Absicherung auch bei hohen Kapazitäten sowie langen Leitungswegen überzeugen, denn bei dem Gesamtsystem standen Sicherheit und Platzersparnis im Mittelpunkt.

Elektronische Schaltnetzteile sind immer mehr auf dem Vormarsch. Allerdings schützen diese bei einem Kurzschluss erst einmal sich selbst, d.h. das Schaltnetzteil setzt im Falle eines Falles die Ausgangsspannung nahezu auf Null und versorgt somit sämtliche angeschlossenen Verbraucher nicht mehr mit der erforderlichen Energie. Das System ist in dieser Situation nicht selektiv abgesichert und die einzeln gewählten Schutzelemente brachten nicht den gewünschten Erfolg. Anlagenstillstand oder Fehlfunktionen sind die Folgen.

Isolationprobleme von Leitungen können eine weitere Fehlerquelle darstellen. Mit herkömmlichen Absicherungssystemen ist ein Isolationsfehler kaum oder nur schwer zu finden. So ausgelöste Kurzschlüsse bewirken eine Reduktion der Versorgung durch das Schaltnetzteil. Gerade intelligente Anlagenteile, wie z. B. Feldrechner, PLC-Systeme, Visualisierungssysteme xx oder Mikrocontroller werden dann nicht ausreichend mit Energie versorgt und schalten in den Stopp- bzw. Störungsmodus. Selbst wenn die Spannungsversorgung nach kurzer Zeit wieder gewährleistet ist, stehen Teile der Anlage oder der gesamte Prozess nicht mehr zur Verfügung. Die Anlage muss gewartet und „resetet“ werden, was hohen Aufwand und Kosten verursacht.

Auch im Schaltschrank ist in solch einem Fall ein Fehler selten direkt feststellbar. Denn wenn hier Leitungsschutzschalter eingesetzt waren, stand ihnen nicht genug Energie zum Auslösen zur Verfügung. Das Schaltnetzteil hatte sich vor der hohen Energie durch Abschaltung selbst geschützt. Batteriegepufferte Systeme sind ebenfalls mit Vorsicht zu genießen. Denn die Leitungswiderstände, sowie die Innenwiderstände der Leitungsschutzschalter werden oft bei der Systemauslegung nicht bedacht oder es liegen in der Planungsphase keine klaren Angaben der Gegebenheiten vor. So sinken unter Umständen im Kurzschlussfall die Versorgungsspannungen auf einen Pegel, den das System nicht deutlich interpretieren kann. Es kommt zu Fehlfunktionen bzw. zur Abschaltung. 

Wie sehen heutige Verbraucher meist aus? Wir reden schon lange nicht mehr von „rein“ ohmschen Lasten. Vielmehr finden wir immer öfter Elektronik-Komponenten als Verbraucher oder in Verbrauchern implementiert. Das bedeutet extreme kapazitive Lasten, die nicht von flinken Schutzschaltern auf thermisch-magnetischer Basis abzusichern sind. Solche Schutzelemente bewerten Einschaltspitzen als Kurzschluss oder extreme Überlast und lösen somit direkt aus. Die Last ist in solch einem Fall nicht „ aufschaltbar“. 

Geringer Platzbedarf und effiziente Nutzung mit System

Einer der weltweit größten Chemiekonzerne setzt daher zur Absicherung der DC 24 V Ebene Lösungen von E-T-A ein. Bei dem Gesamtsystem standen Sicherheit und Platzersparnis im Mittelpunkt. Der Einsatz der Stromverteilersysteme SVS oder Modul17Plus und elektronischen Schutzschaltern mit galvanischer Trennung gewährleisten dabei höchsten Sicherheitsstandard und effektive 24 V DC Versorgung in nur 50 cm breiten und 2 m hohen Schaltschränken, die extra für diese Anforderungen entwickelt wurden.

Die Einspeisung hoher Ströme aus den batteriegestützten Netzteilen erfolgt über mehradrige Kabel mit einem Aderquerschnitt von 120 mm² in sechs voneinander unabhängigen Stromkreisen. Über einzelne Stromverteiler, bestückt mit den hydraulisch- magnetischen Schutzschaltern 8345 (Abb. 1), werden die Lasten mit hohem Energiebedarf versorgt (bis 35 mm²). Eine weitere Ebene mit elektronischen Schutzschaltern vom Typ ESS20 (Abb. 2) oder ESX10 und einem Anschlussquerschnitt von 16 mm² pro Ader sorgt für die selektive Absicherung der Versorgung.

Dem Ganzen übergeordnet ist ein Überwachungs- bzw. Fehlermeldesystem, das jede einzelne Stromkreisgruppe summarisch überwacht und Ausfälle bzw. Abschaltungen sofort potenzialfrei meldet. Die Sicherungselemente sind steckbar, so dass vor Ort schnell und einfach die Stromstärke an die gegebenen Bedingungen angepasst werden kann – ohne eine einzige Leitung zu lösen. 

Besondere Eigenschaften

Die elektronischen Schutzschalter sind mit einer Vielzahl von Zusatzfunktionen wie LEDAnzeige und integriertem Signalkontakt ausgestattet. Die Geräte werden mit festen Nennströmen zwischen 0,5 A und 10 A (ESS20) bzw. zwischen 0,5 A und 12 A (ESX10 /ESX10T) ausgeliefert. Der Typ ESS 20 mit galvanischer Trennung – gemäß UL1077 auch als Electronic Supplementary Protector einsetzbar – sorgt für eine echte Lastkreisabtrennung zwischen fehlerhaftem Lastkreis und Spannungsquelle und damit für hohe Sicherheit. 

Ist keine galvanische Trennung erforderlich, kommt der elektronische Sicherungsautomat ESX10 oder ESX10T für Tragschienenmontage zum Einsatz. Hohe Einschaltspitzen kapazitiver Lasten sind für beide Geräte kein Problem. Sie tolerieren Einschaltströme von Kapazitäten bis zu 20 000 μF, lösen aber bei Kurzschluss innerhalb von 100 ms aus und geben eine Fehlermeldung ab. Bei Überlast schalten die Automaten typischerweise bei 1,1 x Nennstrom nach fünf Sekunden ab und gewährleisten so sicheren Anlagenschutz und hohe Systemverfügbarkeit. 

Die integrierte Strombegrenzung der Geräte schützt also zuverlässig und verhindert den Spannungseinbruch des DC 24 V Schaltnetzteils. Sogar längere Leitungswege sind mit dieser technisch ausgereiften Absicherungslösung beherrschbar. Durch die UL-Zulassung der Komponenten sind diese auch „mit Sicherheit“ für den weltweiten Einsatz geeignet.