Sprache auswählen

24-Volt-Absicherung neu gedacht.

 12. Januar 2022
Dynamisch? Sicher!

Für einen reibungslosen Anlagen- oder Maschinenbetrieb ist eine zuverlässige Absicherung der 24-Volt-Versorgung grundlegend. Ganz gleich, ob es sich um empfindliche Verbraucher wie Steuerungen, sicherheitskritische Einrichtungen oder robuste elektromechanische Komponenten handelt: Die Folgen von Kurzschlüssen oder Überlast müssen abgesichert werden. Wo früher klassische Leitungsschutzschalter zum Einsatz kamen, sorgen heute häufig elektronische Sicherungen für viele weitere Vorteile. Die elektronische Sicherung von morgen geht aber noch einen Schritt weiter: Sie wird dynamisch!

Ihre Vorteile:

  • Dynamische und automatisierte Anpassung des Auslösestroms auf die aktuelle Lastsituation
  • Zuverlässige Auslösung im Fehlerfall
  • Verhinderung einer Überdimensionierung des Netzteils

Mit fortschreitender Automatisierung von Produktions- und Prozessanlagen steigt der Anteil der Verbraucher, die mit 24-Volt-Gleichspannung betrieben werden: Steuerungen, Sensoren und Elektromotoren. Häufig sorgen Schaltnetzteile in diesen Stromkreisen für die Stromversorgung. Um die Auswirkungen von Überlast- und Kurzschlussströmen zu begrenzen – Schaltnetzteile regeln bei Überschreiten des Nennwerts ab und angeschlossene Verbraucher fallen aus – werden einzelne oder mehrere Komponenten mit Leitungsschutzschaltern abgesichert. Doch herkömmliche thermisch-magnetische Sicherungsautomaten benötigen einen hohen Überstrom, damit sie zuverlässig auslösen. Der notwendige Abschaltstrom kann dabei mitunter über dem vom Netzteil maximal zur Verfügung gestellten liegen, was eine zügige und sichere Abschaltung im Fall eines Kurzschlusses unmöglich macht. Zusätzlich sorgen kapazitive Lasten, lange Leitungen oder das gleichzeitige Anlaufen mehrerer 24-Volt-Verbraucher für weitere Herausforderungen bei der Stromversorgung und -absicherung.

Alleskönner elektronische Absicherung?

Elektronische Sicherungen (ECB – Electronic Circuit Breakers), die Halbleiter als Schaltelemente nutzen und den Strom kontinuierlich messen, sprechen wesentlich sensibler auf Stromwertveränderungen an. Diese Schutzschalter reagieren, sobald der Ausgangsstrom den konfigurierbaren Nennstrom überschreitet. Die Auslösezeit ist abhängig von der Größe des Überstroms. Ein Mikroprozessor übernimmt die Verarbeitung und Berechnung der Auslösezeit sowie das Auslösen des Halbleiterschalters. Bei sekundärseitigen Überströmen schalten sie präzise und schnell ab. Elektronische Sicherungen sind überdies in der Lage, den Strom ab einem bestimmten Wert, zum Beispiel dem 1,3- oder 1,5-Fachen des Nennstroms innerhalb eines definierten Zeitraums abzuschalten. Bei angelegten kapazitiven Lasten werden Einschaltspitzen somit störungsfrei abgearbeitet. Das sensiblere Ansprechverhalten sowie die aktive Strombegrenzung verlängern auch die maximale Leitungslänge, an der eine elektronische Sicherung eingesetzt werden kann.

Nicht zuletzt bietet dieser Sicherungstyp einen wesentlichen Vorteil bei der Dimensionierung des Netzteils: Im Gegensatz zu herkömmlichen Leitungsschutzschaltern reicht ein geringerer Puffer der Ausgangsleistungsdimensionierung zum maximalen Überlastbereichs des Schaltnetzteils. Ein Teil des Überlastverhaltens stellt z. B. der Konstantstrommodus oder das PowerBoost-Verhalten dar. Denn da traditionelle Leitungsschutzschalter hohe Überströme benötigen damit sie bei Kurzschluss auslösen, muss das Netzteil entsprechend überdimensioniert ausgelegt werden. Darauf kann beim Pro-2-Netzteil verzichtet werden. „Der Gesamtstrombedarf kann unter Umständen ein Vielfaches des im Normalbetrieb benötigten Stroms betragen“, erklärt Frank Sellke, Business Development Manager für Interconnection- und Interface-Produkte bei WAGO. „Diese Überdimensionierung verursacht Kosten und benötigt darüber hinaus mehr Platz im Schaltschrank.“

Intelligentes Lastmanagement wird dynamisch

Die Eigenschaften und Vorteile eines elektronischen Schutzschalters vereint die WAGO Stromversorgung Pro 2 durch ihre Kommunikationsmöglichkeit sowie der einfachen und vielseitigen Parametrierung der Geräte. Durch das aufsteckbare Kommunikationsmodul ist die Stromversorgung Pro 2 über standardisierte Protokolle nicht nur jederzeit in der Lage, Auskunft über aktuelle Daten wie Grund- oder Spitzenlast auszugeben. Im laufenden Betrieb kann die Konfiguration der Stromversorgung im Millisekundenbereich verändert werden. Parameter wie Überlastverhalten, Ausgangsspannung oder der Auslösewert der ECB-Funktion können angepasst werden.

Damit ergeben sich im Zusammenspiel mit einer angeschlossenen Steuerung völlig neue Möglichkeiten: die dynamische Absicherung von Lastkreisen! Die Funktionsweise ist so simpel wie genial: Hängen mehrere Verbraucher an einem Lastkreis, verursachen die unterschiedlichen kapazitiven und induktiven Lasten bei An- und Ausschaltervorgängen erhebliche Stromschwankungen. Diese können auch bei elektronischer Absicherung nur durch Überdimensionierung und gestaffelte Schaltzeiten beherrscht werden. „Anders bei Verwendung der Pro 2: Ihr Sicherungskennwert kann dank der Kommunikationseigenschaften automatisch an die aktuelle Stromlast angepasst werden,“ so Florian Kothe, der als Business Development Manager für Interface-Produkte bei WAGO tätig ist. „Die SPS, die das An- und Abschalten der Verbraucher steuert, teilt hierfür der Stromversorgung mit, welcher Lastwert in den kommenden 20 Millisekunden zu erwarten ist. Entsprechend stellt sich der Wert mit einem konfigurierbaren Puffer von 3 bis 5 % ein.“ Das Ergebnis: Die Absicherung erfolgt zu jedem Betriebszeitpunkt sicher und zuverlässig – ohne Überdimensionierung!

Die SPS, die das An- und Abschalten der Verbraucher steuert, teilt [...] der Stromversorgung mit, welcher Lastwert in den kommenden 20 Millisekunden zu erwarten ist.

Florian Kothe, Business Development Manager für Interface-Produkte bei WAGO

Schadensereignisse voraussehen

Neben noch höherer Wirtschaftlichkeit ergeben sich weitere Vorteile, die man auf den ersten Blick von einem Netzgerät nicht erwarten würden: Dieses dynamische, sehr fein ansprechende Sicherungsszenario kann vorausschauende Wartungsstrategien unterstützen. Da der Nennwert stets dynamisch knapp über dem zu erwartenden Strom gehalten wird, werden spürbare Laststromabweichungen aufgedeckt. Nimmt zum Beispiel ein angeschlossener Motor statt der erwarteten 4 nun 4,5 Ampere Strom auf, kann dies auf ein mechanisches Problem hindeuten – beispielsweise ein beginnendes Blockieren der Welle aufgrund mangelnder Schmierung, eine Unwucht etc. Ein solches, sich anbahnendes Schadensereignis ist dank der Strommessfunktionalität der Pro 2 detektierbar.

Dabei kann die Pro 2 sogar so konfiguriert werden, dass vor Überschreiten des dynamischen Sicherungskennwerts eine konfigurierbare Vorwarnschwelle zur Ausgabe einer Meldung führt. Dementsprechend bekommen Bedien- oder Wartungsmannschaften den sich anbahnenden Fehler nicht erst durch Auslösen der Sicherung – und damit womöglich durch Unterbrechung des Prozesses – mit, sondern per Systemmeldung angezeigt. „So kann diese dynamische Lösung nicht nur zu mehr Sicherheit im Maschinen- und Anlagenbetrieb beitragen, sondern ermöglicht neben einem smarten Leistungsmanagement auch besser planbare Wartungen, längere Betriebszeiten und damit eine optimierte Betriebseffizienz“, fasst Business Development Manager Sellke die Vorteile für den Anwender zusammen.

Über die Autoren:

Frank Sellke arbeitet seit 1994 in Minden bei WAGO. Er hat als technischer Berater angefangen und ist derzeit im Business Development für Interconnection- und Interface-Produkte tätig. Im Rahmen seiner Karriere hat er Kunden und Kolleginnen/Kollegen in fast 50 Ländern besucht. Er schätzt besonders, dass WAGO gern neue Wege beschreitet und man mit persönlichen Stärken und Vorlieben und als Teil eines fantastischen Teams an solchen Innovationen teilhaben kann.

Florian Kothe ist Business Development Manager für Interface-Produkte bei WAGO und bildet die Schnittstelle zwischen Produktmanagement, Marketing und Vertrieb. Seit er als Student an einer Betriebsbesichtigung des Stammsitzes in Minden teilgenommen hatte, wusste er, dass WAGO in Sachen Arbeitgeber erste Wahl sein würde. Und seit 2018 genießt er das Arbeitsumfeld und die individuellen Entwicklungsmöglichkeiten, die WAGO bietet.
mm-39564_gwa_tech-report-application-12-bdi_frank_sellke_003_2000x1125.jpg

So kann diese dynamische Lösung nicht nur zu mehr Sicherheit im Maschinen- und Anlagenbetrieb beitragen, sondern ermöglicht neben einem smarten Leistungsmanagement auch besser planbare Wartungen, längere Betriebszeiten und damit eine optimierte Betriebseffizienz.

Frank Sellke, Business Development für Interconnection- und Interface-Produkte

Power
kommuniziert jetzt!

Die WAGO Stromversorgung Pro 2 – der Schaltschrank ist im Wandel, denn die Anforderungen an ihn steigen kontinuierlich – und das in Quantität und Qualität. Die zunehmende Vernetzung, steigende Energiekosten und wachsende Individualisierung erfordern, dass es im Schaltschrank kleiner, sparsamer, schneller und flexibler zugehen muss.