DC-24-V-Systeme in Chemieanlagen

Üblicherweise existiert bei Großanlagen eine redundant aufgebaute DC-24-V-Einspeisung. So können auch beim Ausfall der Energieversorgung auf der AC-400-V-Seite die laufenden Prozesse sicher kontrolliert werden. Die beiden ausfallsicheren DC-24-V-Potenziale werden über große Batteriebänke mit Ladeeinrichtung realisiert. Große Leistungsdioden entkoppeln die beiden Spannungsebenen und stellen auch im Servicefall eine stabile Steuerspannung sicher. Bei batteriegepufferten Systemen ist zu berücksichtigen, dass im Fehlerfall durchaus Kurzschlussströme von mehr als 1000 bis 1500 A auftreten können, abhängig von den Impedanzverhältnissen im Lastkreis.

Bei zentralen Anlagenkonzepten wird die Stromverteilung in großen Schaltschränken oder auch in offenen Schaltgestellen aufgebaut. Bei der großen Anzahl von Stromkreisen ermöglichen Schutzschalter mit integrierten Hilfskontakten (Öffner und Schließer) und einer kleinen Baubreite einen sehr kompakten Aufbau der Stromverteilung. Steckbare Geräte sind seit vielen Jahrzehnten ein unverzichtbarer Bestandteil, da Servicearbeiten und kleine Anlagenerweiterungen einfach und störungsfrei im laufenden Betriebes durchgeführt werden können.

Der Schaltschrank SBG-T006 von E-T-A ermöglicht beispielsweise eine sehr flexible, platzsparende und strukturierte Stromverteilung. Bis zu neun Power-D-Box-Module in 19”-Einschubtechnik können darin übersichtlich untergebracht werden. Die Module sind in verschiedenen Funktions- und Bauarten verfügbar für redundante Dioden-Einspeisung, für Haupt- und Unterverteilungen der verschiedenen DC-24-V-Ebenen und für den selektiven Staffelschutz über steckbare Schutzschalter mit unterschiedlichen Leistungsdaten. Die Hauptverteilung der beiden redundanten Einspeisungen erfolgt über hydraulisch-magnetische Schutzschalter 8340-T mit Nennstrom 50 A. Die daran angeschlossenen Lasten werden je nach Anforderung mit den steckbaren elektronischen Schutzschaltern ESS20/ESX10 oder den thermisch-magnetischen Geräten 2210-S selektiv abgesichert. Durch seine Flexibilität kann das System in den unterschiedlichsten Anlagenkonfigurationen mit bis zu 180 Einzelstromkreisen eingesetzt werden. Alle Signalkontakte der Schutzschalter werden über diverse Meldeschleifen zusammengefasst und sind koppelbar. Dies schafft im Überstromfall eine schnelle Reaktionsmöglichkeit der Steuerung und ermöglicht ein gezieltes Eingreifen der Instandhaltung, um die Störungen des Produktionsprozesses zu minimieren. Zwischenzeitlich sind auch fernsteuerbare, elektronische Schutzschalter verfügbar, die eine Steuerung der Anlage z. B. das Zurücksetzen oder das gezielte Ein- und Ausschalten über Bussysteme wie Profibus-DP ermöglichen.

Mit seinen zehn Steckplätzen ist das Stromverteilungssystem SVS18-10 für die redundante Absicherung von DC-24-V-Lasten in der Prozessindustrie ausgelegt, die von primär getakteten Stromquellen versorgt werden und bis zu 25 A Dauerstrom liefern. Der SVS18 ist direkt auf Hutschiene aufrastbar, die DC-24-V-Einspeisung erfolgt über zwei getrennte Spannungspotenziale U1 bzw. U2, die untereinander gebrückt und gleichzeitig für weitere SVS18-Module durchgeschleift werden können. Jeder Steckplatz hat im Lastabgang L+ jeweils zwei Redundanzdioden integriert, die zur möglichen Leistungserhöhung bereits werksseitig über eine Steckbrücke parallel geschaltet sind. Je Steckplatz können diverse Steuerungskomponenten mit einer Stromaufnahme von maximal 6 A verdrahtet werden.

Die redundante Absicherung der beiden Steuerungen, der I/O-Baugruppen und der zusätzliche Feldgeräte oder Busmodule übernehmen hier die elektronischen Schutzschalter ESS20. Die integrierte Strombegrenzung beim 1,8-fachen Nennstrom bewirkt auch bei Kurzschluss oder Überlast in einem Lastkreis eine stabile DC-24 V-Steuerspannung .

Seit 1.7.2003 müssen Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen die EG-Richtlinie 94/9/EG erfüllen. Diese Produkt-Richtlinie wird häufig als Atex bezeichnet. Hier unterscheidet man die Gerätegruppe I für den Bergbau und die Gerätegruppe II für alle anderen Bereiche, bei Explosionsgefahr durch Gas oder durch Staub.

Die neuen Atex-Geräte ESX10 und ESX10-T der Gerätekategorie 3G betreffen den Einsatz für die Ex-Zone 2. Dies ist ein Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine gefährlich explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auftritt. Durch eine Herstellererklärung oder eine EG-Baumusterprüfbescheinigung sowie eine interne Fertigungsüberwachung und Endkontrolle wird hier die Einhaltung der relevanten Normen dokumentiert.

Bei größeren Anlagen sind im Feldbereich auch zusätzlich Automatisierungskomponenten in kleinen dezentralen Steuerkästen untergebracht. Eine spezielle Atex-Version für Ex-Zone 2 erweitert die Produktpalette der elektronischen Sicherungsautomaten ESX10 (steckbar auf Stromverteiler Modul 17plus) und ESX10-T (für direkte Hutschienenmontage) gezielt für Anwendungen in der Prozesstechnik in den Bereichen Chemie, Erdöl und Gas. Die platzsparenden Geräte ESX10-T sind für Gerätenennspannungen DC 12 V oder DC 24 V verfügbar und ermöglichen eine optimale Absicherung der Lasten (Steuerung, Sensoren, Messumformer, Magnetventile etc.), die von Schaltnetzteilen oder batteriegepufferten Stromversorgungen gespeist werden. Mit einer Baubreite von nur 12,5 mm bietet der ESX10-T ein ausgeklügeltes Stromschienen-Konzept. Die Einspeisung sowie der Lastanschluss an den gesicherten Plus- und den 0-V-Leiter erfolgen über Schraubklemmen bis zu 10 mm² direkt an den Geräten. Die Schraubklemme besteht aus einer hochfesten Kupferlegierung und ist nach dem patentierten Reakdyn-Prinzip konzipiert. Sie garantiert somit einen sicheren Leiteranschluss.

Die selektive Lastabsicherung des ESX10-T mit festen Nennströmen von 0,5 bis 12 A schaltet bei Überlast oder Kurzschluss im Lastkreis ohne Rückwirkung auf die DC-Versorgung ausschließlich den fehlerhaften Strompfad ab. Dies verhindert, dass bei einem Fehler in einem einzigen Lastkreis die Spannung einbricht und gleich alle am Schaltnetzteil angeschlossenen Verbraucher ausfallen und eventuell sogar ein Anlagenstillstand ausgelöst wird. Das Gerät begrenzt den Kurzschlussstrom auf das 1,3- bis 1,8-fache des ausgewählten Nennstromes und schaltet den fehlerhaften Stromkreis nach 100 ms ab. Einschaltspitzen hingegen werden zugelassen – kapazitive Lasten mit mehr als 20 000 µF sind kein Problem. Bei Überlast schaltet der Sicherungsautomat bereits ab dem 1,1-fachen des Nennstromes nach 3 s ab, was mit herkömmlichen Leitungsschutzschaltern bei großen Leitungslängen nicht möglich ist.

Neben den Standard-Versionen mit potenzialfreiem Signalkontakt gibt es spezielle ESX10-Versionen mit elektronischem Statusausgang und Steuer-/ bzw. Reset-Eingang. Dies bedeutet beim Einsatz in dezentralen IP 65-Systemen im Feldbereich, dass z. B. im Überstromfall der elektronische Sicherungsautomat auch über ein entsprechendes Fernsteuersignal wieder zurückgesetzt werden kann, ohne dass ein Techniker einen teilweise sehr langen Fußmarsch zurücklegen muss. Weitere Ex-Zulassungen wie UL 1604 Class I Div 2 und CSA 22.2, No: 213 sowie die gleichzeitige Zulassung für Industrieanwendungen nach UL 508 und UL 2367 machen die ESX10-Geräte fit für einen weltweiten Einsatz in der Prozessindustrie.

Halle 11.1, Stand F16

prozesstechnik-online.de/cav0512463