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Strom gesichert verteilt

Praxisgerechte Ausführung des DC-24-V-Netzes
Strom gesichert verteilt

Höchste Anlagenverfügbarkeit ist nur möglich, wenn alle am Prozess beteiligten Komponenten optimiert sind. Dies gilt auch für die DC-24-V-Steuerebene und damit verbundene Stromverteilungen. Die pharmazeutische Industrie hat hier ganz klare Anforderungen.

Viele Lastkreise, weitläufige Anlagen mit langen Leitungen, höchste Verfügbarkeit der Produktionseinrichtungen und eine möglichst kompakte und flexible Ausführung sind die wichtigsten Anforderungen. E-T-A hat dazu erprobte Lösungen parat.

Grundsätzlich unterscheiden sich die Stromverteilungssysteme zunächst durch ihren mechanischen Aufbau: Zum einen gibt es die klassischen 19“-Baugruppenträger (PDB = Power Distribution Box). Zum anderen sind heute auch flexible Systeme erhältlich, die sich sowohl auf die Montageplatte im Schaltschrank, als auch – durch Drehen der Montageflansche um 180° – in einen 19“-Rahmen montieren lassen (PDM = Power Distribution Modul).
Dies kommt dem Anwender zugute, der noch ältere Anlagen mit 19“-Gestellen im Einsatz hat, aber bei neuen Aufbauten bereits auf die konventionelle Schaltschranktechnik setzt. Die PDMs sind flexibel einsetzbar und reduzieren die Variantenvielfalt und somit die Logistik beim Anwender. Für den Einsatz als 19“-Einschub ist optional eine Rückwand erhältlich, die den Zugriff von hinten verhindert.
Ausführung der PDMs
Die PDM-Systeme verfügen jeweils über 30 Kanäle, jeder Lastkreis hat ein eigenes Sicherungselement. Die Verteilung kann standardmäßig je nach Ausführung mit bis zu 100 A versorgt werden. Bei hohen Anforderungen an die Anlagenverfügbarkeit ist es jedoch sinnvoll, die Lasten redundant aus zwei unabhängigen Quellen zu versorgen. Deshalb besitzt eine PDM-Variante zwei Eingänge, die über integrierte Entkopplungsdioden zusammengeführt auf die Lastkreise verteilt werden. Dies erspart dem Anwender den Aufwand für die separate Montage und Verdrahtung der Dioden. Dabei kommen Leistungsdiodenpaare für bis zu 80 A zum Einsatz. Rückseitig montierte Kühlkörper leiten deren Verlustwärme ab.
Anschlussklemmen für große Leitungsquerschnitte von 16 bis 35 mm², die auf der Vorderseite zugänglich sind, erlauben dem Benutzer entsprechend kräftige Kabel für die großen Ströme anzuschließen. Die Lastanschlussklemmen befinden sind in der Regel direkt unterhalb der Schutzschalter und bieten Anschlussmöglichkeiten für den Plus- und Minuspol bei bis zu 4 mm² großen Leiterquerschnitten. Zum Einsatz kommen hier typischerweise Schraub- oder Federkraftklemmen oder solche mit der komfortableren Push-In-Technologie. Dabei steckt der Nutzer die Leiter, versehen mit Aderendhülsen, einfach ohne Werkzeug ein.
Durch ein Kabelmanagementsystem mit Rangierösen, unterhalb des Verteilers angeflanscht, lassen sich alle Zu- und Ableitungen waagrecht zu den seitlichen vertikalen Kabelschächten im Schaltschrank führen. Die Leitungen sind auf Höhe der Anschlussklemmen montiert und können leicht nach rechts oder links rangiert werden. Für den Anwender entfällt somit der meist tiefer liegende und dadurch unhandliche Kabelkanal.
Fehler verlässlich gemeldet
Fehlermeldungen ans Leitsystem erfolgen über die zu Sammelmeldungen gebündelten Signalkontakte der einzelnen Schutzschalter. Durch die Reihenschaltung der Öffner (im „Ein“-Zustand geschlossen) wird auch die Meldeschleife auf Unterbrechungen sowie das Anstehen der Versorgungsspannung überwacht. Der Nutzer erhält zusätzliche Informationen über den Fehlerfall. Hier muss jedoch das Fehlen eines Schutzschalters (z. B. bei Reservesteckplätzen) durch das Einstecken von Signalbrücken kompensiert werden. Die kostengünstigere Parallelschaltung der Öffner (im „Ein“-Zustand geöffnet) toleriert das „Fehlen“ eines Schutzschalters. Der Stromkreis wird dabei allerdings auch nicht überwacht.
Aber auch in Anlagen mit vielen langen Anschlussleitungen ist eine zuverlässig funktionierende Absicherung der Einzelverbraucher oder Verbrauchergruppen sicherzustellen. Es gilt, einen Fehler, zum Beispiel Kurzschluss, in einem einzelnen Endgerät oder in der Leitung dorthin, sofort zu erkennen, zu bewerten und abzuschalten. Und zwar bevor dieser Fehler Rückwirkungen auf parallele Verbraucher oder das übergeordnete System hervorruft.
Natürlich muss dieser Fehler auch lokalisiert und gemeldet werden, um folgenschwere Störungen, Stillstände oder gar Schäden an Mensch und Maschine zu verhindern. Die Weitläufigkeit von Anlagen mit sehr langen Leitungen sorgt dafür, dass Kurzschlüsse am Endverbraucher häufig nicht als solche erkannt werden. Normale Sicherungen und Schutzschalter lösen nicht aus. Parallel betriebene Stromkreise werden gestört.
Im schlimmsten Fall bleibt der Fehler sogar unbemerkt bestehen. Dies kann dann zu erheblichen Schäden (beispielsweise Bränden) führen – ganz besonders im Bereich der eigentlich „harmlosen“ DC-24-V-Versorgung. Wenn ein Sicherungselement bei einem Kurzschluss nicht auslöst, so ist das in diesem Fall kein Mangel des Sicherungselementes. Es ist physikalisch begründet durch die Kennlinie von Standardschutzschaltern, den hohen Leitungswiderstand langer, dünner Kabel, und die begrenzte Leistung der speisenden Quelle. So kommt der Stromfluss, der für eine schnelle Auslösung nötig wäre, nicht zustande.
Schutzschalter schaffen Abhilfe
Abhilfe schaffen hier elektronische Schutzschalter, wie sie E-T-A in den verschiedensten Bauformen und Ausführungen zum Einsatz in den oben genannten Stromverteilungssystemen anbietet. Diese benötigen zur Auslösung einen weitaus kleineren Überstrom als herkömmliche Geräte. Sie bewerten mittels exakter Messung des Stromverlaufs die aktuelle Situation und führen die nötigen Reaktionen aus. Dazu zählen das strombegrenzte Laden von Kapazitäten, das Akzeptieren zeitlich begrenzter Anlaufströme bis hin zur sofortigen Abschaltung bei vorliegendem Kurzschluss. Auch eine galvanische Abtrennung der Last ist möglich. Auf diese Weise trennt das Schutzelement bei Vorliegen eines „echten Fehlers“ stets nur den betroffenen Lastkreis von der Versorgung. Dies verhindert das ansonsten stattfindende Zusammenbrechen der Versorgungsspannung und somit die Rückwirkung auf andere Teile in der Anlage: Ein solches System schaltet Fehler selektiv ab.
Die Stromverteilungssysteme sind modular und lassen sich schnell und einfach auf besondere Bedürfnisse beim Anwender anpassen:
  • Spannungsüberwachung mit Relaisausgang
  • Anzeige der Stromaufnahme des Systems
  • Aufteilung der Lastkreise auf getrennte Stromkreise oder Potenziale
  • Fernsteuer- und Resetfunktionen
Auch die Anschaltung an Bussysteme wie Profibus, Profinet, I/O-Link und andere gängige Kommunikation lassen sich mit dem Control-Plex-System realisieren. Dies erweitert den Funktionsumfang um ein Vielfaches.
Die erweiterten Wartungsfunktionen und die Fehleranalyse entlasten das Servicepersonal, verkürzen die Fehlersuche, bzw. vermeiden präventiv Stillstandszeiten durch ungewollten Ausfall.

Dieter Arenz
Applikationsspezialist,E-T-A Elektrotechnische Apparate
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