Kleiner, besser, leistungsfähiger. Das sind Attribute, die nicht nur im Alltagsleben für Gebrauchsgegenstände wie Handys und Computer gelten, sondern besonders auch für Anlagen in der Industrie. Dort ist Platzeinsparung ein zentrales Thema. Gerade, weil stetig Funktionen hinzukommen und man daher auch die Versorgung der dafür nötigen elektrische Energie erhöhen muss. Geeignet für solche Szenarien sind kompakte Stromverteilungen mit miniaturisierten Schutzschaltern.
Bild 1: Eine zentrale, redundante 24-V-Gleichstrom-Stromverteilung.E-T-A
Anlagen beispielsweise im Bereich von Chemie, Pharmazie und Petrochemie sind groß und räumlich ausgebreitet, funktionell komplex und sie integrieren Tausende von Einzelkomponenten, die alle mit elektrischer Energie, sprich Strom, zu versorgen sind. Diese große Menge von Verbrauchern ist in hierarchisch angeordneten Funktionsgruppen zusammengefasst und wird entsprechend gruppiert mit Strom versorgt. Somit gilt es, die Stromversorgung in mehreren Stufen unterzuverteilen und natürlich auch abzusichern. Gegebenenfalls muss dies bis hinab zum letzten Einzelverbraucher gehen.
Diese Verteilung kann alternativ komplett auf der 24-VDC-Ebene mit einer redundanten, zentralen Einspeisung (Bild 1) oder auf der 230-VAC-Seite dezentral je Funktionseinheit über viele Netzteile erfolgen. Letztendlich sind in der Regel aber immer die Endgeräte einer Funktionseinheit einzeln und selektiv abzusichern, damit ein einzelner Fehler nicht zum Ausfall der entsprechenden Funktionsgruppe oder gar des Gesamtsystems führt.
Selektivität – Was ist das?
Einen Fehler, zum Beispiel einen Kurzschluss in einem einzelnen Endgerät oder in der Leitung muss man sofort erkennen, bewerten und abschalten. Und zwar bevor dieser Fehler Rückwirkungen auf parallele Verbraucher oder das übergeordnete System hervorruft. Gleichzeitig ist es wichtig, diesen Fehler zu lokalisieren und zu melden.
Auf einen Blick
Die Schutzschalter in den Stromverteilern sichern dreißig Lastkreise bei 2-HE- und 19-Zoll-Baubreite zum Einbauen in 600 mm breite und 400 mm tiefe Schaltschränke. Bei zwei Metern Bauhöhe können sie 360 Lastkreise absichern. Alle Lastanschlüsse sind dabei leicht zugänglich und mit Federkraftklemmen ausgestattet. Es besteht die Wahl zwischen elektromechanischen oder elektronischen Schutzschaltern, wobei sich die steckbaren Bausteine für eine nachträgliche Erweiterung oder Änderung eignen. Generell ist eine Einspeisung 2 x 80 A und bis zu 16 A Laststrom realisierbar. Eine Signalkontakt- und Spannungsüberwachung besteht bei DC mit Meldeausgang. Es gibt Remote-Funktionen bei den elektronischen Schutzschaltern. Ihr Aufbau kann über 19-Zoll-Baugruppenträger oder als Power-Distribution-Modul für die Schaltschrankmontage erfolgen.
So lassen sich folgenschwere Störungen, Stillstände oder gar Schäden an Mensch und Maschine verhindern. Aufgrund der Weitläufigkeit in derartigen Anlagen und den dadurch bedingten Leitungslängen, werden Kurzschlüsse am Endverbraucher häufig nicht als solche erkannt. In dem Umfeld lösen normale Sicherungen und Schutzschalter unter Umständen nicht aus. Die Folge: eine Störung der anderen Funktionen. Im schlimmsten Fall bleibt der Fehler sogar unbemerkt bestehen und kann zu erheblichen Schäden (wie Bränden) führen. Dies gilt ganz besonders im Bereich der eigentlich harmlosen 24 VDC.
Das Nichtauslösen bei einem Kurzschluss ist kein Mangel des Sicherungselementes, sondern physikalisch begründet durch die große Leitungslänge und speziell bei dünnen Kabeln dem damit verbundenen hohen Innenwiderstand. Dieser lässt den zur Auslösung nötigen Stromfluss nicht zu. Abhilfe schaffen hier elektronische Schutzschalter, wie E-T-A sie in verschiedenen Bauformen und Ausführungen im Portfolio hat. Diese benötigen zum Auslösen einen weitaus kleineren Überstrom als herkömmliche Geräte. Gleichzeitig bewerten sie mittels exakter Messung des Stromverlaufs die aktuelle Situation. Sie können so die nötigen Reaktionen etwa das strombegrenzte Laden von Kapazitäten, Akzeptieren von zeitlich begrenzten Anlaufströmen bis hin zur sofortigen Abschaltung bei vorliegendem Kurzschluss inklusive der galvanischen Abtrennung der Last ausführen.
Auf diese Weise trennen sie bei einem echten Fehler stets nur den betroffenen Lastkreis von der Versorgung. Es gibt keinen ansonsten üblichen Zusammenbruch der Versorgungsspannung und damit verbundene Rückwirkungen auf andere Teile in der Anlage. Es besteht Selektivität.
Die in den Schutzschaltern integrierten Meldekontakte und optischen Anzeigen signalisieren das Auslösen auch nach außen. So ist der Fehler sofort lokalisierbar und die Maßnahmen zu seiner Behebung lassen sich einleiten.
Bild 2: Elektronischer Schutzschalter REF 16. E-T-A
Steck- und erweiterbar
Für den flexiblen Aufbau eines Stromverteilungssystems, etwa in einer Unterverteilung, gibt es alle elektronischen Schutzschalter in einer steckbaren Ausführung. So kann der Anwender seine Anlage zu jedem Zeitpunkt erweitern, verändern oder anpassen. Natürlich lassen sich die
nen Nennstromstärken auch zu einem späteren Zeitpunkt festlegen oder verändern. Die Funktionen kann man sogar nachträglich bei Bedarf anpassen oder ergänzen. Dazu zählt der Einsatz eines elektronischen Schutzschalters mit galvanischer Trennung anstelle eines Gerätes ohne diese Eigenschaft. Auch denkbar wäre das Ergänzen von Signalkontakten oder gar Remote-Funktionen, wie das Fern-Rücksetzen oder die Fernsteuerung (On-Off-Funktion). Dies ist größtenteils sogar bei laufendem Betrieb möglich.
Bild 3: Der thermisch-magnetische Schutzschalter 2216.E-T-A
In den kompakten Stromverteilungssystemen, die auf echte Platzeinsparung ausgelegt sind, kommen die steckbaren Mini-Schutzschalter des Typs 2216 in thermischer magnetischer Ausführung (Bild 3) und REF16 als elektronisches Modell (Bild 2) zum Einsatz. Dazu zählen auch Leiterplatten, die die entsprechenden Verdrahtungen für die Stromverteilung, die Signalisierungen und Überwachung, sowie Anschlusstechniken in Form von Schraub- und Federkraftklemmen bereits enthalten. Eine zusätzliche fliegende Verdrahtung ist dadurch überflüssig, der Aufbau ist übersichtlich und er kann so mögliche Fehler weitgehend ausschließen.
Aufbau einer kompakten Stromverteilung
Bild 4: Das Stromverteilungsmodul PDM für die Rückwandmontage.E-T-A
Zunächst dient ein mechanischer Trägerrahmen als Grundgerüst. Dieser ist entweder als 19-Zoll-Einschub verfügbar (Power Distribution Box, PDB, Bild 5) oder lässt sich alternativ als Montageplattform auf die Rückwand eines Schaltschrankes montieren (Power Distribution Module, PDM, Bild 4). Die integrierte Leiterplatte sorgt für die Verdrahtung aller elektrischen Funktionen inklusive der redundanten Stromverteilung für bis zu mindestens 2 x 80 A. Die wegen der Redundanz symmetrisch aufgebauten Verteiler haben je zwei Mal fünfzehn Steckplätze für die Einzelabsicherung der Lastkreise.
Bild 5: Die Power Distribution Box eignet sich für 19-Zoll-Einschübe.
Es kommen dabei der elektronische Schutzschalter (24 VDC) vom Typ REF16 zur Sicherstellung der Selektivität, oder aber der thermisch magnetische Schutzschalter vom Typ 2216 bei AC-Verteilungen zum Einsatz. Diese beiden Schutzschaltervarianten (Bild 5) sind zueinander kompatibel und von kompakter Bauform mit 12,5 mm Baubreite. So kommt das Gesamtsystem mit einer Bauhöhe von 2 HE (89 mm) bei insgesamt 30 Kanälen inklusive aller Anschlussklemmen aus. Optional ist unterhalb des Systems noch eine 1 HE (44,5 mm) hohe Kabelrangierung mit fünf Rangierösen möglich. Dies gestattet eine saubere horizontale Kabelverlegung der Einspeisung und aller Lastanschlüsse.
Alle elektrischen Anschlüsse, nämlich die zweifach redundante Einspeisung bis 16 mm², 30 x Lastanschlüsse bis 4 mm², zweifach Meldekontakte bis 2,5 mm² sowie die optionale Spannungsüberwachung (vier Anschlüsse) sind bei der 19-Zoll-Ausführung auf der Rückseite, bei allen anderen Varianten von vorn zugänglich. Selbstverständlich sind stets beide Leitungen, Plus und Minus beim DC-, oder Phase und Neutralleiter beim AC-System rangiert und über die Leiterplatte verdrahtet und je Lastabgang paarweise an Klemmen anschließbar.
Zusätzliche Features
Die grundsätzlich vorhandene Redundanz lässt sich mittels Brücken aufheben, sodass dem Anwender die maximale Kanalzahl von dreißig Steckplätzen für eine Einzeleinspeisung bis 80 A zur Verfügung steht. Alle redundanten Zusatzfunktionen, wie Sammelsignalisierung und optionale Spannungsüberwachung mit Relaisausgang sind zu einer einzigen Gesamtfunktion gebrückt.
Die Lastabsicherung erfolgt beim elektronischen Schutzschalter REF16 mit Nennstromstärken zwischen 0,5 und 10 A, beim elektromechanischen Schutzschalter 2216 im Nennstrombereich zwischen 0,5 und 16 A, wobei es hier noch die Wahl zwischen flinken und mittelträgen Kennlinien besteht. Über ein Kodiersystem am Stecksockel und den Geräten lässt sich das System gegen Einstecken eines Schutzschalters an der falschen Position sichern und somit zum Beispiel das Bestücken falsch gewählter Stromstärken verhindern. Die zusätzliche Verriegelung sorgt für einen absolut festen Sitz der Schutzschalter im Stromverteiler auch bei größeren Vibrationen. Beide Geräteausführungen haben einen mechanischen Schalter für die Ein-Aus-Funktion beziehungsweise das Rücksetzen nach einer Auslösung vor Ort. Einclipbare Kunststoffschildchen auf den Schutzschaltern erlauben die individuelle Beschriftung eines jeden einzelnen Lastkreises.
Dieter Arenz
(rao)
