Der Ausfall einer Steuerung in der chemischen Industrie kann zu sehr hohen Kosten oder gar zu Störfällen führen, die Mensch und Umwelt gefährden. Daher setzen Anlagenplaner bei sensiblen Applikationen auf redundante Stromversorgungen. Hierbei werden primärseitig zwei Stromversorgungen parallel betrieben, sodass bei Ausfall einer Stromversorgung die zweite die Last vollständig übernehmen kann. Dazu sind die Stromversorgungen so dimensioniert, dass der gesamte Strombedarf der angeschlossenen Lasten in allen Betriebszuständen von nur einem Modul abgedeckt wird.
Die Stromversorgungen werden mithilfe einer passiven Diode oder eines aktiven Leistungshalbleiters (Mosfet) entkoppelt, sodass ein Kurzschluss in einer defekten Stromversorgung oder den Leitungswegen nicht dazu führt, dass die Versorgungsspannung am Verbraucher einbricht.
Konsequent getrennt bis zur Last
Auf der Hannover Messe 2017 hat Phoenix Contact eine neue Generation von aktiven Redundanzmodulen vorgestellt. Die Quint-S-Oring-Module – wobei S für „single“ steht – wurden für Anwender entwickelt, die höchste Anforderungen an die Verfügbarkeit der Versorgungsspannung stellen.
Das Quint-S-Oring-Redundanzmodul ist zusammen mit Anwendern aus dem Bereich der Prozessautomatisierung entstanden. Ziel war es, die sehr hohe Verfügbarkeit der Oring-Module bis zum maximal Möglichen zu steigern. Durch die konsequente Trennung der Strompfade und damit auch die Trennung der verschiedenen Potenziale bis zur Last werden auch bei Ausfall eines Redundanzmoduls die angeschlossenen Verbraucher sicher versorgt. Auch Service-Einsätze und Wartungen beeinträchtigen die kontinuierliche Spannungsversorgung nicht.
Standard- oder Plus-Variante
Angeboten werden die Quint S-Oringe in zwei Varianten, einer Standard- sowie einer Plus-Variante, die speziell für den Einsatz in prozesskritischen Anwendungen konzipiert wurde. Die Geräte laufen an einer Spannung zwischen 12 und 24 V. Da dies im SELV-Bereich liegt, sind sie somit berührungefährlich. Der Nennstrom der Geräte beträgt 40 A bei 60 °C und 45 A bei 40 °C. Weiterhin sind die Geräte auf den sogenannten Boost-Mode der Quint-Stromversorgungen abgestimmt und können daher 60 A für 5 s sowie 215 A für 15 ms tragen. Das Quint-S-Oring kann in einem Temperaturbereich zwischen -40 bis +70 °C betrieben werden. Die Module besitzen eine Baubreite von nur 32 mm, was es noch erlaubt, Leitungsquerschnitte von bis zu 16 mm2 anzuschließen.
Beide Varianten verfügen über einen Relaiskontakt und eine Status-LED, die ein Monitoring der Leitungswege und des Gerätezustands ermöglichen und diese dann melden und anzeigen. Dies ermöglicht Fehler im System frühzeitig zu erkennen und beim nächsten Serviceeinsatz zu beheben.
Die Plus-Variante der S-Oring-Module enthält zudem einen Überspannungsschutz (Over Voltage Protection OVP), der am Eingang auftretende statische Überspannungen, die größer als 30 V sind, begrenzt. Damit wird in dem Fall, dass die einspeisende Stromversorgung eine zu hohe Spannung ausgibt, eine Überspannung am angeschlossenen Verbraucher vermieden.
Außerdem besitzt die Plus-Variante eine Schutzlackierung der Platine. Diese ist wichtig bei aggressiven Umgebungsbedingungen, wie sie bei dem Betrieb in Ex-Bereichen (Zone 2) auftreten können. Marinezulassungen sowie Atex- und IECex-Zulassungen sind aktuell beantragt.
Der Einsatz von Mosfet-Leistungshalbleitern bietet Vorteile aufgrund der niedrigen Verlustleistung gegenüber konventionellen Dioden. Bei 40-A-Geräten beträgt die Verlustleistung in einer Diode etwa 24 W, bei einem Mosfet nur 6 W. Dies macht sich im Betrieb durch eine verlangsamte Gerätealterung und niedrigere Schaltschranktemperaturen bemerkbar.
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Autor : Christoph Manegold
Corporate Communications, Phoenix Contact
Fehlerquellen : Darauf sollten Sie achten
Um die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls auf ein Minimum zu reduzieren, gilt es, sämtliche möglichen Fehlerquellen zu berücksichtigen. Nachfolgend sind deshalb neun potenzielle Ursachen für Störungen in einem redundanten Stromversorgungsaufbau beschrieben:
1. Fehler in einer Phase der primärseitigen Spannungsversorgung
2. Kurzschluss oder Kabelbruch in der zuführenden Leitung zur Stromversorgung
3. Ausfall einer Stromversorgung
4. Kurzschluss zwischen Stromversorgung und Redundanzmodul
5. Kabelbruch zwischen der Stromversorgung und dem Redundanzmodul
6. Interner Defekt im Redundanzmodul
7. Kabelbruch zwischen dem Redundanzmodul und der Last
8. Kurzschluss zwischen einem Redundanzmodul und der Last
9. Laststrom ist zu hoch für eine Stromversorgung
Mögliche Fehlerquellen im Aufbau der Stromversorgung
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