Überspannungsschutz Aktive elektronische Geräteschutzschalter

Autor / Redakteur: Peter Ketler / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Die Auslegung der elektrischen Komponenten und eine konstante Spannungsversorgung sind das Wichtigste für den zuverlässigen Betrieb einer Anlage. Durch den Einsatz der richtigen Schutzgeräte – dazu zählen auch elektronische mehrkanalige Geräteschutzschalter – wird die Anlagenverfügbarkeit erhöht und die Verbraucher werden im Fehlerfall nicht in Mitleidenschaft gezogen.

Firma zum Thema

Bild 1: Automatisierte Anlagen fertigen heute am laufenden Band – elektronische mehrkanalige Geräteschutzschalter sichern den Betrieb ab und erhöhen die Verfügbarkeit.
Bild 1: Automatisierte Anlagen fertigen heute am laufenden Band – elektronische mehrkanalige Geräteschutzschalter sichern den Betrieb ab und erhöhen die Verfügbarkeit.
(Bild: Phoenix Contact)

Schaltanlagen schalten und steuern Geräte und Maschinen – die Anforderungen an die Komponenten sind dabei in allen Branchen hoch. Wenn die Maschinen 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche laufen sollen, dürfen keine Störungen den Betrieb aufhalten. Die elektronischen mehrkanaligen Geräteschutzschalter vom Typ CBM von Phoenix Contact bieten einen erweiterten Schutz – die Ströme lassen sich stufenweise verändern und decken den größten Teil der Verbraucher ab (Bild 1).

Eine wichtige Rolle für den störungsfreien Betrieb einer Maschine oder Anlage spielt auch die Versorgungsspannung der einzelnen Verbraucher. Wenn sie nämlich von der zulässigen Betriebsspannung abweicht, können Verbraucher ausfallen und die Maschine stoppt. Nicht selten entstehen dabei hohe Stillstandskosten.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Konstante Spannung erhöht Verfügbarkeit

Kommt es im laufenden Prozess zur Überlastung, bricht die Spannung ein – die Anlage kann dann nicht mehr zuverlässig betrieben werden. Verhindert werden kann eine Überlastung, wenn der Verbraucherstrom aktiv begrenzt wird. Kommt es zu temporären Überlastungen in einer Maschine, erfolgt eine ungewollte Abschaltung und ein Fachmann muss die Maschine wieder in Betrieb nehmen. Folglich wird der ausgelegte Nennstrom erhöht, um die Anlage wieder in Betrieb zu nehmen. An die Auswirkungen im Fehlerfall wird in diesem Moment kaum gedacht – nämlich Überlastung der Stromversorgung und ein damit einhergehender Spannungseinbruch und Ausfall anderer Verbraucher.

Die elektronischen mehrkanaligen Geräteschutzschalter vom Typ CBM (Circuit Breaker Multichannel) von Phoenix Contact bieten mit der elektronischen Verriegelung einen erweiterten Schutz, um ein ungewolltes Verändern der eingestellten Ströme zu verhindern. Weil eine Bestätigung des neuen Wertes durch längeres Drücken des Tasters „Kanal-LED“ erforderlich ist, wird einem ungewollten Maschinenstopp vorgebeugt. Ein integrierter Nennstromassistent unterstützt zusätzlich bei der Auswahl des richtigen Nennstromes für den optimalen Betrieb der Anlage (Bild 2).

Elektronische Verriegelung

Die Ströme lassen sich stufenweise verändern und decken über den erweiterten Einstellbereich von 0,5 bis 10 ADC den größten Teil der eingesetzten Verbraucher ab. Eine Veränderung des Wertes wird durch grünes Blinken der LED signalisiert. Der Wert verändert sich jedoch erst mit dem Bestätigen des Tasters „Kanal-LED“ durch langes Drücken. Das Blinken erlischt und die LED leuchtet grün. Eine unbeabsichtigte Änderung wird weitgehend verhindert.

Der integrierte Nennstromassistent misst den fließenden Strom permanent und zeigt den optimalen Einstellwert. Dabei wird der Kanalstrom auf 10 A eingestellt und bestätigt. Anschließend wird der Wert stufenweise heruntergedreht. Liegt der fließende Stromwert über 80 % des ausgewählten Werts, signalisiert die Kanal-LED dies durch Blinken in Gelb-Grün – dann wird der Stromwahlschalter um eine Stufe hochgedreht. Mit der Bestätigung mittels Taster ist nun der optimale Wert aktiv. Die Stromversorgung sollte auf die Summe der eingestellten Ströme ausgelegt werden, für den Fehlerfall sollte die Stromversorgung eine Stromreserve zur Verfügung stellen.

Definierter Anlagenzustand

Ein Großteil der Steuerungen in Maschinen wird mit 24 VDC betrieben. Dies ist jedoch lediglich die Nennspannung – die Betriebsspannungsbereiche der Verbraucher weichen voneinander ab. Somit kann es im Falle von Spannungsschwankungen dazu kommen, dass einige Verbraucher noch problemlos arbeiten, andere aber in ihrer Funktion bereits gestört sind oder ganz ausfallen. Hierbei kann es zu riskanten Anlagenzuständen kommen. Wenn beispielsweise bewegliche oder drehende Anlagenteile durch Sensoren oder Endschalter gestoppt oder abgeschaltet werden müssen, kann es bei einem Sensor durch Spannungsabweichungen zu Funktionsstörungen kommen – hier kann leicht Gefahr für Leib und Leben entstehen.

Mit der Unter- und Überspannungserkennung sowie mit der Abschaltung durch die Geräteschutzschalter vom Typ CBM werden ungewollte Anlagenzustände vermieden (Bild 3). Wird der Betriebsspannungsbereich von 18 bis 30 VDC unter- oder überschritten, erfolgt eine definierte Abschaltung. Kommt es zur Unterschreitung von 18 V, wird dies durch die LED „DC OK“ mit 'Gelb signalisiert. Bei einer Überschreitung von 30 V werden weitere Verbraucher vor der anliegenden Überspannung geschützt, was die LED „DC OK“ mit Rot signalisiert. Beide Fehlerfälle werden ebenfalls über die Sammelmeldung elektrisch signalisiert. Darüber hinaus wird durch gelbes oder rotes Blinken der LED „DC OK“ über zurückliegende Spannungsabweichungen informiert. Die Fehlerdiagnose und -suche kann somit schneller und gezielter erfolgen.

Fehler erkennen und reagieren

In elektrischen Anlagen kann es also zu unterschiedlichen Fehlern und Zuständen kommen. Abhängig von unterschiedlichen elektrischen Faktoren wird zwischen verzögerter und unverzögerter Abschaltung unterschieden. Wird hingegen erkannt, dass es sich um eine Last mit hoher Eingangskapazität handelt, wird nicht abgeschaltet. Diese Kapazität kann bis zu 75.000 µF betragen – somit lassen sich größere Lasten problemlos einschalten.

Liegt der Strom zwischen 0 und 80 % des eingestellten Werts, leuchtet die entsprechende LED des Kanals grün – und alles ist im grünen Bereich (Bild 4). Erhöht sich der Strom auf einen Wert zwischen 80 und 110 %, wird dies elektrisch ausgegeben und durch ein gelbes Leuchten signalisiert. Der Kanal bleibt im Betrieb, das Signal dient als Vorwarnung. Der Überlastfall – der Bereich von 110 bis 130 % – wird durch alternierendes Blinken in Gelb und Rot angezeigt. Die Abschaltung erfolgt dann nach einer Verzögerung von 30 s. Als Kurzschluss wird der Strom erkannt, wenn er bei über 130 % liegt, bei 150 % wird der Strom dann aktiv begrenzt, um andere Verbraucher vor Spannungseinbrüchen zu schützen. Die Abschaltung erfolgt im Kurzschlussfall nach 20 ms – die Versorgungsspannung wird dabei nicht beeinflusst.

Optische und elektrische Meldungen

Durch eine potenzialfreie Signalisierung kann der Geräteschutzschalter CBM in die Diagnose einer jeden Maschine eingebunden werden. Die fehlerhaften Bereiche sowie die Art des Fehlers werden über leuchtende oder blinkende LEDs am Gerät angezeigt. Weil auch zwischen Unter- oder Überspannung unterschieden wird, vereinfacht sich die Diagnose erheblich und auch die Standzeit wird deutlich reduziert. MM

* Peter Ketler, staatl. gepr. Techniker Elektrotechnik, ist Produktmanager Circuit Breakers bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG, 32825 Blomberg, Tel. (0 52 35) 3-1 20 00, pketler@phoenixcontact.com

(ID:43511320)