Für eine funktionsfähige Absicherung von 24-VDC-Lastkreisen gegen Überlast- und Kurzschlüsse ist es erforderlich, das Zusammenspiel aus 24-VDC-Stromversorgung, Leitungen sowie Absicherungselementen umfassend zu betrachten und richtig auszulegen. Die naturgemäß begrenzte Leistungsbereitstellung von 24-VDC-Stromversorgungen ist nicht vergleichbar mit der Leistungsbereitstellung, die von 230-VAC-Niederspannungsnetzen zur Verfügung gestellt werden kann. Somit reicht unter Umständen der im Fehlerfall fließende Kurzschlussstrom, den ein Netzteil liefern kann, gar nicht aus, um einen gewöhnlichen Leitungsschutzschalter oder eine Schmelzsicherung zum Auslösen zu bringen. Denn beide sind primär konstruiert und ausgelegt für einen Kurzschlussschutz in Niederspannungsnetzen, die in der Lage sind, ein Vielfaches der Sicherungs-Nennströme bereitzustellen.
Vermeintlich günstige Leitungsschutzschalter
Trotzdem werden oft noch für die Absicherung in 24-VDC-Steuerstromkreisen in der Anschaffung preisgünstige Leitungsschutzschalter oder sogar einfache Schmelzsicherungen eingesetzt. Im Kurzschlussfall lösen diese mitunter jedoch zu spät oder gar nicht aus – und es kommt zu Spannungseinbrüchen und kompletten Anlagenstillständen. Leitungsschutzschalter mit C-Charakteristik haben eine obere Auslösegrenze, die deutlich über ihrem Nennstrom liegt. Ein Überstrom, der den Leitungsschutzschalter noch nicht zum Auslösen bringt, der jedoch die Leistungsabgabe der Stromversorgung übersteigt, bewirkt einen Spannungseinbruch an allen anderen Verbrauchern – wie etwa an den Steuerungen. Dies führt zum Totalausfall der Anlage.
Kein Schutz bei langen Leitungen
Gerade in weit verzweigten Anlagen oder langgestreckten Produktionsstraßen sind die Leitungen zwischen 24-VDC-Stromversorgung und den Lasten im Feld häufig recht lang. Dies kann dazu führen, dass im Kurzschlussfall die Leitungsimpedanz des abzusichernden Kreises den Kurzschlussstrom so stark begrenzt, dass durch einen gewöhnlichen thermomagnetischen Leitungsschutzschalter viel zu wenig Strom fließt, um überhaupt auslösen zu können. In der Folge kommt es – je nach Leistungsvermögen der Stromversorgung – zu einer lang andauernden thermischen Überlastung des defekten Endgerätes und der zuführenden Leitungen. Dies bewirkt einen gefährlichen Anlagenzustand und kann im schlimmsten Fall sogar einen Brand auslösen.
Elektronisch sicher schützen
Elektronische Geräteschutzschalter reagieren weitaus empfindlicher und schneller als thermomagnetische Schutzschalter oder gar Schmelzsicherungen. Am Markt verfügbar sind Modelle mit einer aktiven Strombegrenzung – wie beispielsweise Geräte der Familien CB-E1 und CBM von Phoenix Contact. Diese begrenzen den Überlast- und Kurzschlussstrom soweit, dass es zu keinem Spannungseinbruch kommt. Durch die Begrenzung der Fehler-Überströme auf einen Wert des 1,25- bis 2-fachen des Nennstromes kann eine Brandgefahr vermieden werden.
Kleinere kompakte Stromversorgungen
In Kombination mit elektronischen Geräteschutzschaltern kann die Leistung einer 24-VDC-Stromversorgung nahezu vollständig für die Lasten ausgeschöpft werden. Es muss keine Leistungsreserve vorgehalten werden, um thermomagnetische Leitungsschutzschalter oder thermische Schmelzsicherungen im Fehlerfall mittels vielfacher Sicherungsnennströme zum Auslösen zu bringen. Als Konsequenz können dann kleinere oder weniger Stromversorgungen verbaut werden. Die Platz- und Kostenersparnisse liegen dann auf der Hand.
Auch die thermische Entwärmung von Schaltschränken ist bei immer engeren Packungsdichten der verbauten elektronischen Komponenten ein Thema. Durch weniger oder kleinere Netzteile sinkt auch die thermische Abwärme innerhalb der Schränke. Nicht zuletzt sind auch die damit verbundenen Energieeinsparungen relevant.
Anzahl abzusichernder Kreise
Die Geräteschutzschalter vom Typ PTCB können in Applikationen ab einem Kanal genau an die erforderliche Anzahl der abzusichernden Kreise angepasst werden. Untereinander lassen sich die Schutzschalter einfach und schnell mit dem Standard-Kammbrückenmaterial vom Typ FBS aus dem Reihenklemmenprogramm Clipline Complete verdrahten – ohne umständliche und zeitraubende Kabelkonfektionierung. Ebenso einfach kann direkt neben die Schutzschalter die Potentialverteilung des abgesicherten Plus-Potentials hin zu mehreren Lasten mit den Standard-Reihenklemmen aus dem Clip-
line-Complete-Programm aufgebaut werden. Die Schutzschalter vom Typ PTCB sind nur 6,2 mm breit und haben den potentialfreien Fernmeldekontakt bereits integriert. Leitungsschutzschalter bauen mit Hilfskontaktmodul viermal so breit. Die Geräteschutzschalter vom Typ CBM gibt es in zwei Konfigurationen – mit vier und acht Kanälen. Jeder Kanal ist im Nennstromwert einzeln einstellbar. Diese beiden Geräte verfügen über einen sogenannten „Nennstromassistenten“, der es ermöglicht, den Nennstromwert bei der Erstinbetriebnahme präzise an die realen Verhältnisse anzupassen.
Intelligente Stromanalyse
Andere elektronische Geräteschutzschalter bewerten mittels intelligenter Strommessverfahren die Anstiegsgeschwindigkeit des fließenden Laststromes und schalten im Überlast- und Kurzschlussfall innerhalb weniger Millisekunden selektiv ab. Durch diese Art der Stromanalyse können auch mit diesen Geräten die Anforderungen der SPS-Norm DIN EN 61131-2, Spannungseinbrüche kürzer als 10 ms zu halten, erfüllt werden. Der durchgängige Betrieb der Steuerung kann damit sichergestellt werden. Durch die intelligente Bewertung der Strom-Anstiegsgeschwindigkeit werden kapazitive Lasten und hohe Anlaufströme von Motoren sicher gestartet. Kurzschluss- und Überlastströme hingegen werden sicher abgeschaltet.
Die Geräte der Familien PTCB und CBMC beispielsweise verwenden dieses intelligente Stromanalyse-Verfahren. Die Schutzschalter vom Typ CBMC hat vier Kanäle, deren Nennströme ebenfalls einzeln einstellbar sind. Zudem sind auch voreingestellte Geräte verfügbar, die individuell – nach gewünschten Werten vorkonfiguriert – bestellt werden können. Des Weiteren gibt es Varianten, die mittels IO-Link-Schnittstelle parametriert und ausgelesen werden können. Außerdem sind auch Geräte verfügbar, die auf die strengen Anforderungen der Leistungsbegrenzung auf 100 VA in NEC-Class-2-Kreisen ausgelegt und zugelassen sind.
Flexibilität bei der Inbetriebnahme
Die elektronischen Geräteschutzschalter können ohne Festlegung auf bestimmte Nennstromwerte vorverdrahtet und später bei Inbetriebnahme im Feld an die Anlagensituation angepasst werden. Leitungsschutzschalter und Schmelzsicherungen hingegen verfügen lediglich über fest eingestellte Nennströme. Sollte bei der Inbetriebnahme der Nennstromwert angepasst werden müssen, so muss zuerst umständlich die Verdrahtung gelöst werden. Der Leitungsschutzschalter ist dann gegen einen mit anderem Nennstromwert auszutauschen und muss noch neu verdrahtet werden. Gegebenenfalls wiederholt sich diese aufwändige Prozedur, wenn der neu gewählte Nennstromwert dann immer noch nicht passt.
Weitere Informationen zum Thema bietet die Seite
Motek: Halle 8, Stand 8525
Hier finden Sie mehr über:
