Elektronische Absicherung von USV-Anlagen

Um einem Ausfall vorzubeugen, investieren Unternehmen in teure USV-Anlagen. Dabei ist gar nicht sicher, ob sie in der Lage sind, ihre Aufgaben zuverlässig und umfassend zu erfüllen. Dies hängt mit der begrenzten Ausgangsleistung einer USV zusammen. Kommt es zu einem Fehler, so überschreitet der Kurzschlussstrom sehr schnell die Belastungsgrenze der USV, da er deutlich höher ist als der maximal zulässige Strom der USV.

Um sich selbst nicht zu gefährden, geht eine entsprechend überlastete USV-Anlage sofort in die Abschaltung. Die Folge: Keine einzige der angeschlossenen Lasten ist mehr versorgt. Die Abschaltung geht also weit über den problematischen Pfad hinaus. Die USV wird ihrer Aufgabe nicht mehr gerecht, sie kann die Energiesicherheit nicht mehr sicherstellen. Die Konsequenzen sind gefährliche, teure und unter Umständen auch langwierige Anlagenstillstände und sogenannte undefinierte Zustände. Wenn wie in der Chemie- und Prozessindustrie kontinuierliche Abläufe entscheidend sind, müssen derartige Zustände auf jeden Fall vermieden werden.

Wie werden USV-Anlagen normalerweise abgesichert? Häufig geschieht dies mithilfe konventioneller Leitungsschutzschalter. Durch die Kennlinie, die diesen Geräten zugrunde liegt, reagieren sie vergleichsweise langsam und bieten dadurch wenig Zuverlässigkeit. So bedarf es mindestens 100 A, um einen 10-A-Leitungsschutzschalter mit einer C-Kennlinie schnell auszulösen. Steht dieser Strom nicht zur Verfügung, dauert die Auslösung entsprechend länger. Unter Umständen kommt es zu gar keiner Auslösung. Abhilfe schafft an dieser Stelle nur eine entsprechend große USV-Anlage. Sie stellt den regulären Betrieb sicher, versorgt die verbundenen Lasten und kann auch auf Fehlerereignisse reagieren. Eine derart überdimensionierte Anlage bedeutet allerdings auch einen spürbaren Anstieg der Investitionen. Hinzu kommen auch höhere Kosten für die Wartung und den Betrieb einer zu groß geplanten Anlage. Die nicht optimierte Dimensionierung führt zu höheren Verlustleistungen und einem schlechteren Wirkungsgrad. Damit sinkt die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Mithilfe der Electronic Breaker Unit EBU von E-T-A lässt sich dieses Dilemma lösen. Die EBU kombiniert einen Leitungsschutzschalter nach EN 60947-2 mit einem speziell für die Absicherung von USV-Anlagen entwickelten elektronischen Zusatzmodul. Der Leitungsschutzschalter selbst ist in der Lage, einen Kurzschlussstrom von bis zu 10 000 A sicher abzuschalten. Der chipgesteuerte Part lässt sich an die Gegebenheiten der jeweiligen USV-Anlage anpassen und für die Nutzung optimieren.

Die EBU gibt es für die Nennströme 6, 10 und 16 A sowie die Charakteristika B und C. Die korrekte Projektierung der Anlage und die Auswahl der zu verwendenden Geräte funktioniert durch die Einstellbarkeit des Produktes problemlos. Grundsätzlich dient der vom USV-Hersteller geforderte Leitungsschutzschalter als Grundlage bei der Auswahl des jeweiligen EBU-Typs.

Anschließend erfolgt die Anpassung der EBU auf den Nennstrom der USV-Anlage und die vorliegende Last. Dies sorgt im Fehlerfall für eine zuverlässige Auslösung – und zwar ausschließlich im betroffenen Lastkreis.

Die USV-Anlage schaltet also nicht komplett ab und sichert den – speziell in der Chemieindustrie so zentralen – Dauerbetrieb der nicht betroffenen Lastkreise. Gleichzeitig verhindert die EBU dadurch undefinierte Anlagenzustände. Dies geschieht mithilfe des zusätzlichen Elektronik- und Softwaremoduls. Es misst kontinuierlich den Strom und die Spannung der Last. Die programmierten Algorithmen erlauben es dem Gerät, Muster zu erkennen und im Fehlerfall sicher abzuschalten. Die EBU ermöglicht somit die genaue Anpassung der USV-Anlage an die Notwendigkeiten und verringert so Überdimensionierungen. Letztlich führt der Einsatz der EBU zu einer massiven Kosteneinsparung, da die jährlichen Energiekosten um bis zu 40 % sinken und sich die Anlage um rund ein Drittel kleiner dimensionieren lässt.

Halle 11, Stand A69

www.prozesstechnik-online.deSuchwort: cav0317eta

Technischer Hintergrund der Absicherung mithilfe der EBU ist die Verschiebung der Leitungsschutzschalter-Kennlinie. Im Bild links liegt die Kennlinie der Leitungsschutzschalter außerhalb der Kennlinie der USV-Anlage. Die Folge: Im Fehlerfall kann die USV-Anlage nicht den notwendigen Strom zur Auslösung des Leitungsschutzschalters liefern. Ergo löst das Schutzelement überhaupt nicht oder höchstens verspätet aus, wodurch wiederum die USV-Anlage aufgrund der Überlastung komplett abschaltet. Damit fallen auch sämtliche angeschlossene Verbraucher aus.

Das Elektronik- und Softwaremodul EBU verschiebt nun die Kennlinie des Leitungsschutzschalters in den Arbeitsbereich der USV-Anlage (Bild rechts). Die EBU sichert im Fehlerfall die USV-Anlage und schaltet nur den fehlerhaften Lastkreis ab.

Geschäftsfeldmanager Industrie,

E-T-A