Präventive Funktionsüberwachung und doppelte Leitungsreserve

| Autor / Redakteur: Dirk Steinhage * / Gerd Kucera

Bild 1: Zuverlässige und langlebige Stromversorgungen mit präventiver Funktionsüberwachung sind nicht nur auf hoher See ein Muss.
Bild 1: Zuverlässige und langlebige Stromversorgungen mit präventiver Funktionsüberwachung sind nicht nur auf hoher See ein Muss. (Bild: Phoenix Contact)

Mit neuen Monitor-Funktionen erhöht die Hutschienen-Stromversorgung Quint Power die Anlagenverfügbarkeit und punktet durch statische und dynamische Leistungsreserven

In dezentralen Anwendungen von Stromversorgungen mit geringen Ausgangsleistungen bis 100 W erfährt man kaum etwas über den Status des Gerätes, wenn ein Mitarbeiter nicht direkt vor Ort ist. Viele Applikationen (beispielsweise im Schiffbau, der Wind- oder Prozessindustrie) erfordern aber präventive Monitoring-Lösungen sowie langlebige Geräte, die auch unter rauen Einsatzbedingungen zuverlässig funktionieren. Das senkt nicht nur die Service-Kosten, sondern erhöht vor allem die Anlagenverfügbarkeit (Bild 1). Unerlässlich ist eine der Situation angemessene Signalisierung des jeweiligen Gerätestatus in Anwendungen, in denen die Stromversorgung zuverlässig funktionieren muss.

Die nun aktuelle vierte Generation der Stromversorgungen der Quint-Power-Baureihe bieten einen aktiven Transistor-Signalausgang, dessen Funktion mittels Drehwahlschalter verändert werden kann. Abhängig von der Schalterstellung lassen sich drei verschiedene Ausgangsleistungsschwellen PThr (Thr engl. Threshold) auswerten. Die Leistungsschwelle PThr = 50% eignet sich, um in einem redundanten Aufbau kritische Situationen frühzeitig zu erkennen.

Im redundanten Aufbau versorgen zwei Stromversorgungen mit jeweils maximal 50% der Nennausgangsleistung parallel eine Last, um im Fehlerfall eines Gerätes die Last mit dem verbleibenden System immer noch sicher zu versorgen.

Durch die Auswertung der Leistungsschwelle von 50% ist sofort zu erkennen, wenn nur noch eine Stromversorgung die Last versorgt. Somit kann in weit entlegenen Anlagen rechtzeitig ein Service-Einsatz erfolgen, um einen Anlagenstillstand zu vermeiden.

Außerdem gibt es noch die Einstellmöglichkeit der Ausgangsleistung auf Pout > 75%. Damit lässt sich auszuwerten, ob die Stromversorgung passend dimensioniert ist. Die Leistungsschwelle mit PThr > 100% signalisiert, dass sich die Stromversorgung im Überlast-Betrieb befindet. Sollte dieser Zustand von Dauer sein, kann der Anwender ableiten, dass die Stromversorgung bislang für diesen Einsatz zu schwach ausgelegt ist. Ist das der Fall, dann kann rechtzeitig auf die nächst größere und leistungsstärkere Stromversorgung umgestellt werden, ohne dass es zwischenzeitlich zu einem Fehler in der Anlage kommt. Neben der präventiven Funktionsüberwachung der Leistungsschwellen wird die anstehende Ausgangsspannung per Signalausgang mit dem Signal „DC OK“ ausgewertet.

Zusätzlich zum einstellbaren Signalausgang gibt es an der Stromversorgung zwei LEDs: Eine grün leuchtende LED „DC OK“ zeigt eine vorhandene Ausgangsspannung an. Blinkt diese grüne LED, dann ist die Ausgangsspannung unter 90% der am Potenziometer eingestellten Ausgangsspannung UOut abgefallen. Durch dieses Signal weiß der Anwender sofort, dass die Stromversorgung aufgrund der U/I-Ausgangskennlinie noch einen Ausgangsstrom treibt, die Ausgangsspannung aber eingebrochen ist, zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses in der Verdrahtung zur Last oder durch einen enormen Überlastbetrieb.

Die gelbe LED „POut > PThr“ warnt, dass die per Drehwahlschalter ausgewählte Leistungsschwelle PThr überschritten ist. Somit sieht der Anwender sofort, beispielsweise bei der Inbetriebnahme an den beiden LEDs an der Gerätefront, in welchem Zustand sich die Stromversorgung aktuell befindet, ohne mit einem Multimeter am Ein- oder Ausgang nachmessen zu müssen (Bild 2).

Dynamische Leistungsreserven bis 200% der Nennleistung

Die neuen Quint-Power-Stromversorgungen für den niedrigen Leistungsbereich bieten eine statische Leistungsreserve von 125% der Nennausgangsleistung, die dauerhaft bis zu einer Umgebungstemperatur von 40 °C abgerufen werden kann. Somit kann die Stromversorgung mit 1,3 A Nennausgangsstrom kontinuierlich eine Stromstärke Iout = 1,63 A zur Verfügung stellen. Dadurch lassen sich ohne den Austausch der Stromversorgung in einer Anlage weitere Verbraucher ergänzen; ein direkter Umstieg auf eine leistungsstärkere Stromversorgung ist also nicht erforderlich.

Neben der statischen Leistungsreserve verfügen die neuen Stromversorgungen der Serie Quint Power über eine dynamische Leistungsreserve von bis zu 200% der Nennausgangsleistung. Für eine Dauer von fünf Sekunden dient sie dafür, um beispielsweise in der Anlaufphase eines Motors kurzzeitige Stromspitzen abzufangen. Somit ist eine deutliche Überdimensionierung der Stromversorgung für Situationen, die nur kurzzeitig auftreten, nicht erforderlich (Bild 3).

Schmale und niedrige Bauform fördert dezentralen Einsatz

Trotz großem Funktionsumfang, wie etwa der einstellbaren Funktionsüberwachung und der großzügigen Leistungsreserve, sparen die neuen Quint-Power-Stromversorgungen bis 100 W viel Platz im Schaltschrank. Die Geräte sind nicht nur bis zu 45% schmaler als frühere Stromversorgungsgenerationen von Phoenix Contact, sondern zeichnen sich auch durch 15% weniger Tiefe aus. Diese kompakten Bauformen ermöglichen den Einbau der Geräte dezentral an Anlagen in niedrigen Schaltkästen.

Des Weiteren eignen sich die Stromversorgungen der neuen Quint-Power-Serie zum Einsatz in dezentralen Schaltkästen, da die Verlustleistung um bis zu 30% im Vergleich zu früheren Stromversorgungen dieser Leistungsklasse reduziert wurde. Diese geringe Verlustleistung bewirkt einerseits eine reduzierte Eigenerwärmung der Stromversorgung, was den Geräten eine Lebensdauer bis zu 15 Jahren ermöglicht. Anderseits ist der Wirkungsgrad der Quint-AC/DC-Wandler beachtlich: So erreicht das Gerät mit 3,8 A Nennausgangsstrom und 24 VDC Nennausgangsspannung zum Beispiel einen Wirkungsgrad von 93,7%.

Schraube oder Push-in: zwei Anschlusstechniken

Alle Quint-Power-Modelle bis 100 W sind mit Schraubanschluss- und mit Push-in-Technik verfügbar, sodass der Anwender gemäß den Anforderungen seiner Applikation die besser geeignete auswählen kann. Die Push-in-Anschlusstechnik ermöglicht eine schnelle werkzeuglose Verdrahtung von flexiblen Leitern mit Aderendhülsen oder starren Leitern. Beide Anschlusstechniken garantieren eine sichere und zuverlässige Verbindung, was durch Vibrationsprüfungen mit einer Beschleunigung von 2,3 g in alle drei Raumrichtungen belegt ist. Deshalb steht dem Einsatz zum Beispiel in Windturbinen oder Schiffen nichts im Weg (Bild 4).

Umfassendes Zulassungspaket für universellen Einsatz

Die Sicherheitszulassungen der hier vorgestellten Stromversorgungen werden einerseits durch ein CB-Zertifikat gemäß IEC 61010-1/IEC 61010-2-201 bescheinigt. Andererseits gibt es eine cULus–Kombizulassung als UL-Listing gemäß UL 61010-1/UL 61010-2-201. Zusätzlich sind die Ausgänge der Stromversorgungen nach UL 1310 als Class 2 Power Unit für NEC Class-2-Applikationen zugelassen. Damit sind die Ausgangsleistungen der Geräte auf maximal 100 W im dauerhaften Betrieb begrenzt, weshalb beim 3,8-A-Gerät kein statischer Boost implementiert ist. Zusätzlich werden die Quint-Power-Systeme gemäß HazLoc (Hazardous Locations) zertifiziert, für den Einsatz gemäß Class I Division 2 nach ANSI/UL 121201 mit dem Temperatur-Code von mindestens T4. Darüber hinaus können die Quint-Stromversorgungen bis 100 W auf Schiffen eingesetzt werden – eine Schiffbauzulassung von DNV-GL soll im Juni 2018 erfolgen.

Für den Leistungsbereich bis 100 W sind sechs Stromversorgungen der Baureihe Quint Power erhältlich. Sie besitzen einen Weitbereichseingang von 85 bis 264 VAC sowie 88 bis 350 VDC. Die Nennausgangsspannung ist 24 VDC, doch die Ausgangsspannung ist nach Bedarf von 24 bis 28 VDC einstellbar. Die Geräte mit den drei unterschiedlichen Nennausgangsströmen von 1,3 A, 2,5 A und 3,8 A werden jeweils mit Push-in- oder Schraubanschluss angeboten (Bild 5).

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Fazit

Die aktuellen Stromversorgungen der Quint-Power-Serie für maximal 100 W ermöglichen erstmals den Einsatz von Stromversorgungen mit hoher Funktionalität, beispielsweise präventiver Funktionsüberwachung und hohen Leistungsreserven für dezentrale Anwendungen in kleinen Schaltkästen. Diese Funktionalität war bislang nur leistungsstärkeren Stromversorgungsgeräten vorbehalten. Eingesetzt werden diese neuen Geräte in zahlreichen Applikationsfeldern wie beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau, der Wind- und Prozessindustrie, in Infrastruktur-Projekte und im Schiffbau, um die wichtigsten zu nennen.

Die Vorteile der neuen Baureihe Quint Power abschließend zusammengefasst: Das Starten schwieriger Lasten ist durch einen dynamischen Boost problemlos. Eine präventive Funktionsüberwachung meldet kritische Betriebszustände, bevor Fehler auftreten. Hoher Wirkungsgrad von 93,7% sowie lange Lebensdauer bei geringer Verlustleistung und niedriger Erwärmung sind von besonderem Nutzen. Durch die schmale und flache Gerätebauform wird viel Platz im Schaltschrank eingespart.

* Dipl.-Ing. (FH) Dirk Steinhage arbeitet im Produktmarketing Business Unit Power Supplies, Phoenix Contact Power Supplies, Paderborn.

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