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Galvanische Trennung verhindert Rückspeisungen

Erhöhter Schutz bei der 24-V(DC)-Absicherung
Galvanische Trennung verhindert Rückspeisungen

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Prozesstechnische Anlagen verfügen häufig über eine Vielzahl verschiedener Schalträume und -schränke sowie Unterverteilungen. Wegen der langen Betriebszeiträume kommt es oft zum Umbau oder zur Erweiterung der Anlagen. Dabei ist die Auswahl der richtigen Versorgungspotenziale für GND und die Versorgungsspannung nicht immer eindeutig und einfach feststellbar. Deshalb wählen viele Konstrukteure eine elektronische Lösung bei der Absicherung der 24-V(DC)-Stromverteilung.

Der elektronische Schutzschalter ESS30-S bietet in Kombination mit dem Stromverteilungssystem Modul 18plus eine flexible und sichere Lösung für Anwendungen in der Prozessautomation. Die Vorteile elektronischer Absicherung gegenüber den früher verwendeten thermisch-magnetischen Sicherungsautomaten überwiegen deutlich. Bei der Verwendung von Schaltnetzteilen beschränkt sich der zur Verfügung gestellte Strom üblicherweise auf das 1,5-Fache des Nennstroms. In der Regel kommen in Schaltschränken Schaltnetzteile mit einem Nennstrom von 10 bis 40 A zum Einsatz. Das bedeutet: Bei einem Kurzschluss kann der maximal fließende Strom kurzzeitig einen Wert von 15 bis 60 A betragen. Dieser ist für die schnelle magnetische Abschaltung des thermisch-magnetischen Schutzschalters nicht ausreichend. Die Folge ist eine Überlastung des Netzteils. Dieses schützt sich in diesem Fall selbst und regelt die Ausgangsspannung automatisch herunter. Das Resultat ist ein Spannungseinbruch an allen angeschlossenen Geräten und nicht nur am betroffenen Stromkreis. Somit führt ein Fehler an einem einzigen Gerät zu einem Ausfall ganzer Anlagenteile. Der elektronische Schutzschalter ESS30-S schützt das Netzteil vor Überlastung und verhindert so ein Übergreifen des Fehlers auf die gesamte Anlage.

Die aktive Strombegrenzung beschränkt den Strom bei einem Kurzschluss oder Überstromereignis auf das 1,2-Fache des Nennstroms. So entsteht keine Überlastung des Netzteils und ein Zusammenbruch der gesamten Versorgungsspannung lässt sich vermeiden. Im Kurzschlussfall kommt es bei diesem Gerät nach 150 ms zu einer elektronischen Abschaltung. Die galvanische Trennung des Stromkreises geschieht nach 5 s.

Vorteil durch galvanische Trennung

Herkömmliche elektronische Sicherungsautomaten haben üblicherweise keine galvanische Trennung. Ein Power-Mosfet trennt hier den Lastkreis bzw. schaltet diesen durch. Ist er leitend, ermöglicht seine Niederohmigkeit den Stromfluss durch den elektronischen Sicherungsautomaten. Ist der Power-Mosfet gesperrt, so ist dieser hochohmig und verhindert dadurch den Stromfluss. Diese Hochohmigkeit des Mosfets verhindert allerdings auch im gesperrten Zustand nicht das Fließen eines kleinen Leckstroms. Darüber hinaus ist in jedem Halbleiterschalter eine Inversdiode integriert. Diese Diode ermöglicht bei einem verketteten Fehler in der Lastebene eine direkte Rückspeisung von der Lastebene in die 24-V(DC)-Spannungsebene. Eine zusätzliche galvanische Trennung im elektronischen Sicherungsautomaten verhindert eine derartige Rückspeisung. Dieses galvanisch trennende Schaltelement liegt in Reihe zum Power-Mosfet. Kommt es zu einem Kurzschluss, so trennt der Mosfet den Stromkreis zuerst elektronisch und schützt dadurch das Schaltnetzteil gegen Überlastung. Dieses geschieht innerhalb von 150 ms. Im elektronischen Schutzschalter befindet sich zusätzlich ein mechanisches Schaltelement. Dieses öffnet den Lastkreis im Fehlerfall innerhalb von 5 s. Somit entsteht eine Luftstrecke, und es kommt zur galvanischen Trennung des Stromkreises. Gefährliche Anlagenzustände lassen sich dadurch vermeiden und eine fehlerhafte Rückspeisung auf die Ebene der 24-V(DC)-Steuerspannung ausschließen.

Die Modularität von Anlagen wird in den kommenden Jahren an Bedeutung gewinnen. Dadurch werden die Wichtigkeit der Stromverteilung und die Verdrahtung im Feld in den Fokus rücken. In den Anlagen sind in Kabelkanälen oder Schleppketten manchmal viele Leitungen gemeinsam verlegt. Eine Unterteilung der unterschiedlichen Spannungsebenen wird zwar gefordert, oft kommt es aber nicht dazu. Eine Rückkopplung der 230/400-V(AC)-Lastspannung auf die Steuerspannungsebene kann aber katastrophale Folgen haben. Der ESS30-S schränkt durch seine galvanische Trennung den Fehler auf den entsprechenden Stromkreis ein. Er verhindert einen Schaden in der gesamten Anlage. So bietet er ein deutliches Plus an Sicherheit und erhöht die Anlagenverfügbarkeit. Chemieunternehmen fordern immer häufiger neben der elektronischen Absicherung auch die galvanische Trennung in ihren Anlagen. Kommt es aufgrund der Leckströme zu einem Glimmen der Statusanzeige am Sicherungsautomaten, kann dies zu Verunsicherungen des Servicepersonals und in einem konkreten Fall zu einem Austausch der verwendeten Geräte führen. Seit diesem Zeitpunkt vertraut jenes deutsche Chemieunternehmen nur noch den elektronischen Sicherungsautomaten mit galvanischer Trennung.

Perfekte Stromverteilung

Der ESS30-S bietet mit seiner Kombination aus der aktiven Strombegrenzung und der galvanischen Trennung ein ideales Gerät für den Einsatz in der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Er vereint die Vorteile des elektronischen Sicherungsautomaten mit dem Mehrwert der galvanischen Trennung. Durch diese Funktion ist der ESS30-S nach der DIN EN 60934 als Geräteschutzschalter zugelassen. In Verbindung mit dem Modul 18plus bildet er ein modulares und flexibles Stromverteilungssystem, dessen Mehrwert in der Flexibilität und dem reduzierten Verdrahtungsaufwand liegt. Das System beinhaltet auch ein Einspeisemodul. Damit sind Einspeisungen mit bis zu 80 A möglich. Das Schienensystem verbindet alle Module miteinander. Aufgrund der Steckbarkeit ist der Austausch eines elektronischen Schutzschalters jederzeit problemlos möglich und Anpassungen sind mühelos zu realisieren.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0618eta

Halle 11.0, Stand C43


Autor: Thomas Kramer

Geschäftsfeldmanager,

Sparte Automation &

Process Control

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