Um Schaltschränke in explosionsgefährdeten Bereichen in der pharmazeutischen Industrie abzusichern, müssen besondere Vorschriften eingehalten werden, da dort brennbare Stoffe wie Gase, Flüssigkeiten, Dämpfe oder Stäube austreten können. Verbinden sich diese Stoffe mit Luft, können explosive Gemische entstehen, die sich dann entzünden und Personen oder Sachmittel gefährden können.
Eine Kapselung ist z. B. bei der Verwendung eines thermisch-magnetischen Schutzschalters notwendig. Löst der Schutzschalter aufgrund eines Kurzschluss- oder Überstromereignisses aus, öffnet sich der mechanische Kontakt des Automaten. Ein Funke oder sogar ein Lichtbogen können dabei entstehen. Die freigesetzte Energie reicht möglicherweise aus, um ein vorhandenes Gemisch zu entzünden und eine Explosion zu verursachen. Da es wichtig ist dies zu verhindern, kann auf die Kapselung nicht verzichtet werden. Dies erhöht den Aufwand und die damit verbundenen Kosten.
Normgerechte Absicherung
Genau hier setzt der für diesen Bereich ertüchtigte elektronische Sicherungsautomat ESX10 an. Der Sicherungsautomat ist für die DC-24 V-Spannungsebene verwendbar und verfügt über die Zulassungen Ex II 3G Ex ec IIC T4 Gc und Ex II 3G ec nC IIC T4 Gc, die für die Atex-Zone 2 gültig sind. Die höchstzulässige Oberflächentemperatur beträgt bis zu 135 °C und gilt für Gas, Nebel und Dämpfe. Bei einem Kurzschluss- oder Überstromereignis trennt der ESX10 den Lastkreis elektronisch mit einem integrierten Power-Mosfet. Dabei entsteht kein Funke, sodass sich ein vorhandenes Gemisch nicht entzünden kann. Das hilft dabei, die unterschiedlichen nationalen und internationalen Normen einzuhalten. Im Einzelnen sind das die Atex-Richtlinie für die Europäische Union, der NEC (National Electrical Code) für den amerikanischen Markt und darüber hinaus die Iecex für den asiatischen Bereich.
Elektronischer Überstromschutz
Heute versorgen zumeist Schaltnetzteile moderne Schaltschränke mit Strom. Ihre Vorteile sind die Platz- und Gewichtersparnis und ihr hoher Wirkungsgrad. Sicherungen schützen die angeschlossenen Verbraucher. Dafür verwenden Anlagenbetreiber häufig thermisch-magnetische oder auch elektronische Sicherungsautomaten. Die verwendeten Schaltnetzteile können in der Regel bei einem Kurzschlussfall kurzfristig das 1,5-fache des Nennstroms bereitstellen. Ein 20-A-Schaltnetzteil kann somit kurzfristig bis zu 30 A zur Verfügung stellen. Dieser maximal mögliche Strom ist bei der Absicherung mit einem thermisch-magnetischen Sicherungsautomaten zu beachten. Seine Auslösegeschwindigkeit ist abhängig von seiner Kennlinie. Sie hat einen magnetischen Anteil für die sehr schnelle und einen thermischen Bereich für die langsame Reaktion. Für die schnelle Auslösung des Schutzschalters ist das 7,5- bis 15-fache seines Nennstroms notwendig. Das bedeutet, dass bei einem C6A-Sicherungsautomaten ein Strom von 45 A bis 90 A fließen muss. Da aber das Netzteil nur maximal 30 A zur Verfügung stellen kann, ist eine magnetische Auslösung des Sicherungsautomaten nicht möglich. Das Resultat wäre eine Überlastung des Gerätes, das eine automatische Herunterregelung der Ausgangsspannung zur Folge hätte. Somit würden alle an das Schaltnetzteil angeschlossenen Verbraucher nicht mehr versorgt. Dadurch wäre der Ausfall nicht auf das vom Kurzschluss betroffene Gerät beschränkt, sondern alle vom Netzteil versorgten Geräte würden in Mitleidenschaft gezogen.
Der elektronische Sicherungsautomat ESX10 bietet dort eine sinnvolle Alternative. Nicht nur, dass er im Gegensatz zum herkömmlichen thermisch-magnetischen Schutzschalter die Zulassungen für den Ex-Bereich besitzt, er sichert auch die Verbraucher selektiv ab. Das bedeutet, dass sich nur der im Fall eines Kurzschlusses oder einer Überlast betroffene Verbraucher selektiv abschaltet. Die anderen angeschlossenen Verbraucher sind weiterhin versorgt. Das begrenzt den Bereich der Fehlersuche und unterstützt die schnelle Wiederinbetriebnahme. Darüber hinaus verfügt der ESX10 über eine aktive Strombegrenzung, die den maximal fließenden Strom auf das 1,15-fache des Nennstroms begrenzt. Bei dem bereits verwendeten Beispiel eines 6-A-Gerätes wäre dies ein maximaler Laststrom von 6,9 A. Nach typischerweise 100 ms erfolgt dann die Abschaltung des betroffenen Sicherungsautomaten. Die anderen am Schaltnetzteil angeschlossenen Verbraucher sind von keiner Beeinträchtigung betroffen. Der Sicherungsautomat bietet mit seinem Nennstrombereich von 0,5 bis 16 A eine große Bandbreite und ermöglicht dadurch die passende Absicherung für jede Last.
Stromverteilungsmodule
Das Modul 18plus ist ideal für die Stromverteilung in der pharmazeutischen Industrie geeignet. Die Steckbarkeit der Sicherungsautomaten ESX10 ermöglicht deren Austausch und vereinfacht die Konstruktion der 24-V(DC)-Stromverteilung. Dabei können Anlagenbetreiber Steckplätze als Reserven vorsehen, die anschließend bei der Inbetriebnahme oder auch bei einer Anlagenerweiterung verwendbar sind. Das erhöht die Flexibilität bei der Anlagenplanung und erleichtert spätere Anpassungen. Das Stromverteilungssystem besteht aus einem Einspeisemodul, an das sich ein Leitungsquerschnitt von bis zu 16 mm² anschließen lässt. Das ermöglicht die Einspeisung und Verteilung von bis zu 80 A. An das Einspeisemodul sind bis zu 30 Anschlussmodule anreihbar. Sie bilden die Sockel für die steckbaren Sicherungsautomaten. Das Anschlussmodul besitzt eine Stromtragfähigkeit für die Ausgangsklemmen von maximal 20 A und ist dadurch für die Absicherung von Lasten der 24-V(DC)- Ebene bestens geeignet. Den Abschluss bildet das Signalmodul, das eine Gruppenmeldung für alle gesteckten Sicherungsautomaten erzeugt. Dieses Signal ist als „Schließer“ realisiert und kann zur Auswertung an eine übergeordnete Steuerung angeschlossen werden.
Komplette 24-V(DC)-Stromverteilung
Die Kombination aus dem Modul 18plus und dem elektronischen Sicherungsautomaten ESX10 ist geeignet, um Schaltschränke im Ex-Bereich nach Atex, Iecex und ISA (class I division 2) abzusichern. Die Steckbarkeit der Sicherungsautomaten erleichtert die Anlagenkonstruktion und ermöglicht die schnelle Anpassung an sich ändernde Anlagenkonfigurationen. Die aktive Strombegrenzung limitiert den Laststrom im Fall eines Kurzschlusses oder im Überlastfall und sorgt dadurch für die notwendige Selektivität. Das reduziert die Stillstandzeiten sowie Anlagenverfügbarkeit und stellt die hohe Qualität der zu produzierenden Güter sicher. Ein Aspekt, der in der pharmazeutischen Industrie von hoher Bedeutung ist.
E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Altdorf
Autor: Thomas Kramer
Business Devolpment
Manager,
E-T-A
