Flexible Stromverteilung in der chemischen und petrochemischen Industrie

Versorgungssicherheit bis ins Feld

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In den letzten Jahren haben sich Aufbau und Konzeptionierung der Anlagen in der Chemieindustrie deutlich verändert. Der zentrale Schaltschrank ist einem modularen Aufbau gewichen. Dies bringt Verbesserungen, aber auch neue Herausforderungen mit sich. Gerade der Bereich der 24-V(DC)-Stromverteilung macht diese neuen Anforderungen besonders deutlich.

Beim zentralen Aufbau der gesamten Stromversorgung spielt der Faktor der Schaltschrankgröße zumeist keine Rolle. Die Schalträume werden großzügig geplant und ermöglichen eine problemlose Erweiterung der bestehenden Anlage. Dies verändert
sich durch den modularen und dezentralen Ansatz. Der steigende Anteil der Automatisierungskomponenten in den chemischen Produktionsanlagen führt zu mehr Intelligenz im Feld. Dadurch verringert sich der Verdrahtungsaufwand. Kilometerlange Kupferleitungen, die früher üblicherweise vom Schaltschrank zu den Komponenten verlegt wurden, entfallen. Dies hat einen entscheidenden Einfluss bei der Planung der 24-V(DC)-Stromverteilung. Die verwendeten dezentralen Schaltschränke müssen sich in die Produktionsanlage einfügen und bieten dadurch nur ein begrenztes Platzangebot. Darüber hinaus steigen auch die Ansprüche in Hinblick auf das Temperaturverhalten der eingesetzten Geräte.

Es gilt daher, die Temperaturentwicklung
im Betrieb und unter den unterschiedlichen Anlagengegebenheiten besonders zu berücksichtigen. Die Verlustleistung der Geräte und die damit verbundene Wärmeabstrahlung ist ein entscheidender Faktor. Hier bietet das Stromverteilungssystem von E-T-A eine maßgeschneiderte Lösung.

Dezentrale Stromverteilungen

Die Verwendung von Sockelsystemen bietet dem Konstrukteur ein großes Maß an Flexibilität. Im Gegensatz zu Sicherungsautomaten zum direkten Aufschnappen auf die Hutschiene, lassen sich steckbare Sicherungsautomaten im Betrieb ohne Rückwirkungen auf die Gesamtanlage austauschen. Dies gewährleistet das modulare Stromverteilungsmodul 18plus. Das System besteht aus einem Einspeisemodul für bis zu 80 A. Die Anschlussmodule, auf die sich die Sicherungsautomaten stecken lassen, werden daran angereiht.

Die maximale Anzahl der verwendbaren Anschlussmodule beträgt 30 Geräte. Für jeden Kanal stehen zwei Anschlussklemmen für den Lastabgang, für GND und Funktionserde zur Verfügung. Die direkte Anordnung der Anschlussklemmen unterhalb des Sicherungsautomaten erleichtert die Zuordnung der Lastabgänge und verringert dadurch Fehler bei der Zuordnung der entsprechenden Kanäle. Den Abschluss des Systems bildet das Signalmodul. Dies bildet über alle Sicherungsautomaten eine Sammelsignalisierung. Dadurch erhält der Anwender eine Anzeige, wenn einer der Sicherungsautomaten ausgelöst hat, was eine schnelle Fehlerdetektion ermöglicht. Die Steckbarkeit der Geräte erlaubt einen problemlosen Austausch der verwendeten Sicherungsautomaten. Kommt es zu einer Anpassung der Anlage und der Nennstrom des vorgesehenen Sicherungsautomaten reicht nicht mehr aus, kann dieser sehr einfach ausgetauscht werden. In diesem Fall ist nur darauf zu achten, dass der verwendete Leitungsquerschnitt der Anschlussleitung noch der Absicherung entspricht.

Anforderungen durch Schaltnetzteile

Der Einsatz modularer und dezentraler Lösungen in der Chemieindustrie bringt die Verwendung von Schaltnetzteilen mit sich. Dies reduziert die langen Zuleitungen für die 24-V(DC)-Stromversorgung. Gleichzeitig muss aber der Konstrukteur das sich verändernde Verhalten bei der Stromversorgung seiner Anlage berücksichtigen. Im Gegensatz zu den früheren Lösungen für die 24-V(DC)-Stromversorgung wie Transformatoren oder Batteriebänke sind die heutigen Schaltnetzteile wesentlich empfindlicher bei Kurzschlüssen oder Überlastereignissen. Bei einer Überlastung des Schaltnetzteils kann dieses in der Regel den 1,5-fachen Nennstrom zur Verfügung stellen. Üblicherweise kommen in der Chemieindustrie Netzteile von 20 bis 40 A zum Einsatz. Das bedeutet, das Schaltnetzteil kann kurzzeitig einen maximalen Strom von 30 bis 60 A zur Verfügung stellen. Wird dieser maximale Strom überschritten, so regelt es selbstständig die Ausgangsspannung herunter. Dieses führt zu einem Spannungseinbruch an allen angeschlossenen Geräten und somit zu einem Ausfall aller versorgten Verbraucher, die von diesem Netzteil gespeist werden. Der Ausfall ganzer Anlagenteile kann dabei die Folge sein.

Die bisher zur Absicherung verwendeten Leitungsschutzschalter werden diesen Anforderungen nur begrenzt gerecht. Sie schützen zwar die Zuleitungen zu den Verbrauchern vor zu hohen Strömen, verhindern allerdings nicht den Spannungseinbruch der Schaltnetzteile bei einem Kurzschluss. Dieses Verhalten kann bei der Betrachtung der Kennlinie eines thermisch-magnetischen Schutzschalters nicht verwundern. Der vom Schaltnetzteil zur Verfügung gestellte maximale Strom reicht nicht aus, um eine magnetische und somit schnelle Abschaltung sicherzustellen. Die Folge ist die bereits beschriebene Herunterregelung der Ausgangsspannung.

Galvanische Trennung der Lastkreise

Die Lösung für diese Problematik ist die Verwendung von elektronischen Sicherungsautomaten. Dabei gibt es die Unterscheidung zwischen rein elektronischen Sicherungsautomaten und elektronischen Schutzschalter mit einer zusätzlichen galvanischen Trennung. Bei einem elektronischen Sicherungsautomaten trennt ein Power-Mosfet die Verbindung zur angeschlossenen Last. Dabei wird der Mosfet hochohmig und trennt die Verbindung elektronisch. Vor dem Abschalten des Lastkreises greift allerdings die aktive Strombegrenzung. Diese begrenzt den möglichen Strom auf das 1,2-fache des Nennstroms. Dies verhindert eine Überlastung des Schaltnetzteils und gewährleistet die fehlerfreie Stromversorgung der angeschlossenen Verbraucher.

Diese Begrenzung beträgt z. B. im Kurzschlussfall 150 ms. Nach dieser Zeit schaltet der Sicherungsautomat den Lastkreis ab. Bei einem elektronischen Sicherungsautomaten mit galvanischer Trennung wird darüber hinaus der Lastkreis nach weiteren 5 s noch zusätzlich galvanisch getrennt. Dafür wird ein in Reihe geschaltetes Bi-Metall bestromt und trennt den Lastkreis mit einer Luftstrecke. Gefährliche Rückspeisungen auf die Ebene der 24-V(DC)-Steuerspannung sind dadurch auszuschließen. Dies erhöht die Anlagensicherheit im Bereich der 24-V(DC)-Stromverteilung deutlich und gewährleistet eine höhere Anlagenverfügbarkeit ebenso wie sichere Prozesse.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cavPC119eta


Autor: Thomas Kramer

Geschäftsfeldmanager,

E-T-A




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