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Die Absicherung der Stromverteilung wandelt sich

Vom zentralen zum dezentralen Aufbau
Die Absicherung der Stromverteilung wandelt sich

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Die Anforderungen an den Anlagenbau und die Konzeption der Produktionseinrichtungen haben sich in den letzten Jahren deutlich verändert. Neben der Anlagenverfügbarkeit und einer gleichbleibend hohen Qualität der zu produzierenden Produkte rücken die Flexibilität und die Datenerfassung immer stärker in den Vordergrund. Das verändert die Konstruktion dieser Anlagen und hat auch einen erheblichen Einfluss auf die Stromversorgung der elektrischen Komponenten.

Chemieanlagen wurden in der Vergangenheit in der Regel von zentralen Schalträumen aus versorgt. Die großzügig dimensionierten Räume boten ausreichend Platz für alle Geräte und das große Raumvolumen sorgte gleichzeitig für eine hinlängliche Kühlung der Komponenten. Das Thema
Erwärmung spielte somit so gut wie keine Rolle. Dieser Umstand erleichterte die Planung und auch die Erweiterung der Anlagen. Große Batteriebänke oder Transformatoren versorgten die Komponenten der gesamten Anlage. Kilometerlange Kupferleitungen prägten das Bild der 24-V(DC)-Stromverteilung. Lediglich der Spannungsabfall auf den Zuleitungen stellte ein Problem dar und auch die effektive Absicherung der unterschiedlichen Verbraucher
im Feld war eine nicht zu unterschätzende Herausforderung.

Verlagerung ins Feld

Betrachtet man den modernen Anlagenbau, so zeigt sich aktuell eine Verlagerung der Steuerungskomponenten ins Feld. Dadurch lassen sich Messdaten schneller erfassen und gleichzeitig wird der zeitnahe Zugriff auf die Steuerungskomponenten ermöglicht. Dieser dezentrale Ansatz auf der Steuerungsebene führt in Konsequenz auch zu einem dezentralen Ansatz der 24-V(DC)-Stromversorgung – mit den damit verbundenen Vor- und Nachteilen.

Der größte Vorteil einer dezentralen Stromverteilung ist die Nähe zum Prozess und die dadurch wesentlich kürzeren Leitungslängen. Dies erlaubt eine bessere Steuerung der Produktionsabläufe und verringert die notwendige Verdrahtung, was Materialkosten spart und die Installationszeiten reduziert. Aber wie so oft im Leben, gibt es kein Licht ohne Schatten. Die dezentralen Schaltschränke bieten andererseits nur wenig Platz, sodass per se kleine, kompakte und modulare Geräte gefragt sind. Und auch die Temperaturentwicklung der Komponenten in den Schaltschränken bzw. Verteilerboxen muss im Gegensatz zu früher viel intensiver betrachtet werden. Den entscheidenden Faktor stellt hier die Verlustleistung der einzelnen Geräte und die damit verbundene Wärmeabstrahlung dar.

Individuell dank modularem Aufbau

Stromverteilungssysteme wie Modul 18plus von E-T-A sind exakt auf die Anforderungen dezentraler Anlagen in der Prozessindustrie zugeschnitten. Sie bieten die richtige Kombination aus Modularität und Flexibilität bei der Konstruktion der 24-V(DC)-Stromverteilung. Das Stromverteilungssystem Modul 18plus setzt sich aus drei Modulen zusammen. Das Einspeisemodul verfügt über Push-in-Anschlüsse, an die Leitungen mit einem Leitungsquerschnitt von bis zu 16 mm2 angeschlossen werden können. Dadurch ist die Verteilung von bis zu 80 A über das gesamte System möglich. An dieses Einspeisemodul reiht der Anlagenbetreiber die Anschlussmodule an. Der Maximalausbau besteht aus 30 aneinandergereihten Modulen. Es ist möglich, jedes Anschlussmodul mit einem maximalen Laststrom von 20 A zu betreiben. Diese große Bandbreite sorgt für eine ideale Verteilung der verwendeten Lasten. Jedes Anschlussmodul verfügt über jeweils zwei abgesicherte Klemmen für die Loads sowie über zwei Anschlussklemmen für null Volt und Funktionserde. Dadurch ist eine klare Zuordnung der unterschiedlichen Verbraucher zu den jeweiligen Sicherungsautomaten gewährleistet.

Das Signalmodul rundet das System ab. Jeder Sicherungsautomat verfügt über einen Signalkontakt, der den Status überträgt. Alle verwendeten Sicherungsautomaten sind in Reihe geschaltet. Sollte ein Sicherungsautomat auslösen, wird dieses mithilfe des Signalmoduls erfasst und gemeldet. Ein Prozessleitsystem kann diesen Kontakt überwachen und entsprechend visualisieren. Dadurch erhält der Anlagenbetreiber einen schnellen Überblick über den Status seiner 24-V(DC)-Stromverteilung.

Steckbare Sicherungsautomaten

Durch die Steckbarkeit des Stromverteilungssystems kann der Konstrukteur auf die Gegebenheiten seiner Anlage gezielt eingehen. Dabei sind verschiedene elektronische Sicherungsautomaten für die unterschiedlichen Anwendungen verfügbar.

E-T-A hat den elektronischen Sicherungsautomaten ESX10 für die speziellen Anforderungen von explosionsgefährdeten Bereichen entwickelt. Er verfügt über diverse Zulassungen, die für die Atex-Zone 2 gültig sind. Dies erlaubt auch den Einsatz von dezentralen Lösungen und sichert die 24-V(DC)-Stromverteilung ideal ab. Die verfügbaren Stromstärken liegen im Bereich von 0,5 bis 16 A und sind mit den Zulassungen nach Atex, IECEx und ISA international einsetzbar. Um der steigenden Nachfrage nach elektronischen Sicherungsautomaten auch mit höheren Stromstärken gerecht zu werden, hat E-T-A das Portfolio um die 16-A-Variante erweitert. Dieser Sicherungsautomat entspricht den Anforderungen bei der Absicherung der Ein- und Ausgabebaugruppen der Prozessleitsysteme.

Die Steckbarkeit unterstreicht die Flexibilität des Systems. Bei Anwendungen im normalen industriellen Umfeld sind die beschriebenen Zulassungen nicht notwendig. In diesem Fall kann z. B. ein elektronischer Sicherungsautomat mit galvanischer Trennung verwendet werden. Dieser trennt bei einem Kurzschluss oder einer Überlast den Stromkreis nicht nur elektronisch, sondern auch zusätzlich galvanisch durch einen mechanischen Kontakt. Bei den üblichen elektronischen Sicherungsautomaten trennt ein Power-Mosfet den Lastkreis. Dieser ist im Normalbetrieb niederohmig und wird im ausgelösten Zustand hochohmig. Diese zusätzliche Funktionalität bietet dem Anwender einen erweiterten Schutz. Im Kurzschlussfall schaltet der Sicherungsautomat im ersten Schritt den Lastkreis elektronisch ab. Nach weiteren fünf Sekunden trennt er dann den Lastkreis zusätzlich galvanisch. Dafür wird ein Bimetall bestromt, das zum Mosfet in Reihe geschaltet ist. Durch die Erwärmung verformt sich das Bimetall und trennt den Lastkreis zusätzlich durch eine Luftstrecke. Das verhindert gefährliche Rückspeisungen auf der 24-V(DC)-Ebene und erhöht die Anlagensicherheit.

Fazit

Der Wechsel vom zentralen zum dezentralen Aufbau der Anlagen in der Prozessindustrie bietet viele Vorteile. Es darf aber auch nicht verschwiegen werden, dass die Konstrukteure mit neuen Herausforderungen konfrontiert sind. Die Nähe zur Anlage und dem Prozess hat Auswirkungen auf die verfügbare Größe der Schaltschränke und möglicherweise auch auf die Sicherheitsanforderungen. Die Wärmeentwicklung der Geräte und auch die kompakte Bauform gewinnen an Bedeutung. Diese sind bei der Auswahl der verwendeten Komponenten der
24- V(DC)-Stromverteilung zu berücksichtigen. Das Modul 18plus wird aufgrund der kompakten Bauform und des modularen Aufbaus diesen Anforderungen gerecht. Zusätzlich bietet die Steckbarkeit eine große Flexibilität bei der Wahl der verwendeten Sicherungsautomaten.

E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Altdorf


Autor: Thomas Kramer

Business Development
Manager,

E-T-A



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