Selektiver Anlagenschutz

Überstromschutz und Stromverteilung in 24-VDC-Steuerstromkreisen

| Autor / Redakteur: Erich Fischer / Gerd Kucera

Elektronischer Schutzschalter ESS20 mit galvanischer Trennung
Elektronischer Schutzschalter ESS20 mit galvanischer Trennung (Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH)

Das selektive Absichern einer 24-VDC-Versorgung verhindert den Komplettausfall der Anlage etwa bei Überlast in einem Verbraucherabzweig. Der Schutzschalter ESS20 schaltet nur den Fehlerpfad ab.

Die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit von Produktionsanlagen hängt stark davon ab, ob das komplexe Zusammenspiel der eingesetzten Komponenten auch in kritischen Situationen perfekt funktioniert. Eine effiziente Stromverteilung und die selektive Absicherung der 24-VDC-Stromkreise spielt dabei in Zukunft eine herausragende Rolle. Gleichzeitig muss aber immer auch eine Senkung der Gesamtkosten für Einbau und Verdrahtung der Komponenten erreicht werden.

E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH ist Spezialist für Geräteschutzschalter im Anlagenbau und hat im Hinblick auf Technik und Kosten ein ganzheitliches Konzept entwickelt, das dem Kunden eine optimale Absicherung und Stromverteilung der 24-VDC-Kreise aus einer Hand bietet. Der Fokus liegt dabei auf der Automatisierungstechnik von komplexen Schweißanlagen im Automobil-Rohbau, in Anlagen der Fördertechnik, in Produktionsstätten der chemischen Industrie, in der Sicherheitstechnik von Kraftwerken, in der Schwerindustrie oder in den Schaltschränken von Werkzeug- und Verpackungsmaschinen. Zusammen mit dem Konstrukteur oder Elektroplaner werden die optimierten Lösungen für die komplette Stromverteilung und Absicherung im 24-VDC-System gemeinsam erarbeitet. Neben den thermisch-magnetischen Sicherungsautomaten bieten auch elektronische Schutzschalter für jede Aufgabenstellung die passende Lösung.

Garantierte Sicherheit im Maschinenverbund

Bei komplizierten Maschinen- und Anlagenabläufen ist es wichtig, alle Komponenten zuverlässig und zu jedem Zeitpunkt mit Energie zu versorgen, damit eine reibungslose Funktion gewährleistet ist. Wenn aber das 24-VDC-Schaltnetzteil überlastet ist und die Energiezufuhr abregelt, dann ist im Zusammenspiel des Komplettsystems die Sicherheit nicht mehr gewährleistet; die gesamte Anlage fällt aus. Um genau diesen gefährlichen Betriebszustand zu verhindern, wird der elektronische Schutzschalter ESS20 (Bild 1) zur Absicherung von 24-VDC-Verbrauchern eingesetzt.

Die integrierte Strombegrenzung des ESS20 bei typ. 1,8 x Inenn verhindert, dass bei Kurzschluss oder Überlast in einem Lastkreis die 24-VDC-Versorgung zusammenbricht. Eine selektive Absicherung aller 24-VDC-Automatisierungskomponenten wie Sensoren, Feldbuskoppler, SPS und Antriebssteuerungen wird auch bei ungünstigen Lastbedingungen (lange Lastleitung, niedriger Leitungsquerschnitt) erreicht, da das Gerät schon ab typisch 1,1 x Inenn den Stromfluss nach 3 bis 5 s abschaltet. Diese wichtige Eigenschaft hat zwischenzeitlich schon in viele Ausführungsbestimmungen von elektrischen Anlagen Einzug gefunden.

Die Bedeutung der Europanorm EN60204-1

Eine wichtige Rolle spielt in diesem Zusammenhang auch die Europanorm EN60204-1 (Sicherheit von Maschinen, Elektrische Ausrüstung). Diese Norm ist die Grundlage für die CE-Kennzeichnung von Maschinen und Anlagen gemäß EG-Maschinen-Richtlinie 2006/42/EG. Ein einpoliger Überstromschutz gegen Überlast und Kurzschluss nach EN 60204-1, Abs. 7.2 ist immer dann vorzusehen, wenn der Strom in einem Steuerstromkreis entweder den Bemessungswert eines Bauteils oder die Strombelastbarkeit eines Leiters überschreiten kann. Der Bemessungsstrom von Sicherungen und Schutzschaltern muss dabei so niedrig wie möglich gewählt werden. Dies bedeutet, dass das schwächste Glied in dieser Kette niemals die Leitung, sondern immer das vorgeschaltete Schutzorgan sein muss.

Die Kombination des ESS20 aus elektronischem Überstromschutz mit Nennströmen von 0,5 bis 10 A, aktiver Strombegrenzung und zusätzlicher galvanischer Trennung entspricht voll diesen Vorschriften. Der integrierte Schaltkontakt trägt entscheidend dazu bei, dass bei komplexen Maschinen und großen Anlagen, die keine zusätzlichen Schutzeinrichtungen wie Sicherheits-SPS etc. beinhalten, die EG-Konformitätserklärung nach der Maschinen-Richtlinie auch in Zukunft mit ruhigem Gewissen unterzeichnet werden kann. Und die Zulassung des ESS20 nach UL 1077 als Geräteschutzschalter („Supplementary Protector“) erlaubt es, dass diese Maschinen und Anlagen problemlos in die USA exportiert werden können.

Die Platz sparende Verdrahtung von Last- und Signalleitungen ist für den professionellen Elektro-Planer oder -Konstrukteur in Zukunft wichtiger denn je, da alle Schaltschränke und Schaltkästen bei der weiter fortschreitenden Dezentralisierung immer kompakter aufgebaut sein müssen. Der rein elektronische ESX10-T (Bild 2) für direkte Hutschienenmontage ist in den festen Nennstromstärken 0,5 bis 12 A und als einstellbare Variante beispielsweise 2/4/6 A verfügbar und beinhalten die gleiche strombegrenzende elektronische Abschaltkennlinie wie der ESS20. Der Überstromfall wird optisch über eine LED bzw. über den integrierten Signalkontakt (Öffner bzw. Schließer) oder einen elektronischen Statusausgangan die speicherprogrammierbare Steuerung zurückgemeldet.

Im Falle der Abschaltung des ESX10-T kann dieser sogar über ein elektronisches Reset-Signal aus der SPS wieder aktiviert werden. Ein ausgeklügeltes Stromschienen-Konzept für 24-VDC-Einspeisung, 0-V-Verdrahtung und Signalkontakte für Einzel- oder Sammelsignalisierung machen die Geräte fit für eine flexiblen Einsatz in der 24-VDC–Ebene.

Stromverteiler vom Typ Modul 17plus (Bild 3) bieten mit den Doppelsockeln die Möglichkeit, ein modulares Verteilungssystem direkt auf die Hutschiene zu montieren und in Käfigzugfedertechnik zu verdrahten. Auch sind so beispielsweise 5-kanalige Absicherungen kostengünstig zu bewerkstelligen, da in die vorbereiteten 3-mal-2-Steckplätze nur die fünf benötigten steckbaren Geräte Typ ESS20 oder ESX10 eingefügt werden müssen. Alle Signalkreise der Einzelgeräte (z.B. Schließerkontakt) sind bei diesem System schon vorverdrahtet. Der gemeinsame Line-Eingang der 24-VDC-Versorgung wird einfach mit einer steckbaren Verbindungsschiene durchgebrückt.

Die kundenspezifische Stromverteilung

Eine weitere Spezialität von E-T-A ist es, flexible Stromverteilungssysteme vom Typ SVSxx für spezielle Kundenanforderungen maßzuschneidern. Die Verdrahtung der 24-VDC-Steuerspannung findet immer komplett auf dem SVSxx statt, da alle Einspeiseklemmen für die 24-VDC-Versorgung und auch die Verteilerklemmen für die Lastpotenziale (gesicherter Lastabgang, Minus, Funktionserde) je nach Kundenwunsch auch mehrfach ausgeführt sein können. Damit kann eine Platz und Kosten sparende Verdrahtung auf dem Stromverteilungssystem SVS stattfinden, ohne externe Unterrangierung mittels zusätzlicher Potenzialverteiler auf der Hutschiene. Die Lastabgangsklemmen sind in der Regel steckbar in Käfigzugtechnik ausgeführt und können bei der Fehlersuche gleichzeitig als Potenzialtrennklemmen fungieren.

Nach dem Montieren der Stromverteiler auf die Hutschienen müssen beispielsweise beim SVS02 nur noch die steckbaren, elektronischen Absicherungskomponenten wie ESS20/ESX10 oder die elektromechanischen Geräteschutzschalter Typ 2210 oder 3600 mit extrem schmaler Baubreite 12,5mm eingesetzt werden (Bild 4). Diese kompakte Bauweise ergibt teilweise eine Platzersparnis von 50% auf der Hutschiene, die dann für Erweiterungen der Anlage verwendet werden kann.

* * Erich Fischer ist Spartenleiter Industry, Energy & Equipment bei E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH in Altdorf bei Nürnberg.

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