Warum 24-VDC-Schaltnetzteile elektronisch gesichert sein sollten

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Das Rex-System ist eine Fehlerlast-Absicherung mit Einspeisung, Überstromschutz und Stromverteilung. Es vereinfacht die Fehlersuche und sichert den stabilen Betrieb fehlerfreier Verbraucher.

Im Spannungsbereich 24 VDC sind primär getaktete Schaltnetzteile Stand der Technik, denn sie sind kompakt und zeichnen sich im Dauerbetrieb durch ihre hohe Zuverlässigkeit aus. Allerdings können sie im Überlastbereich nur sehr begrenzte Leistungsreserven zur Verfügung stellen. Diese liegen häufig bei lediglich dem 1,5-fachen des Nennstroms. Daher liefert ein 20-A-Schaltnetzteil im Fehlerfall nur 20 A x 1,5 = 30 A.

Wenn eine Überlast oder ein Kurzschluss diesen Wert überschreitet, schützt sich das Netzteil quasi selbst, indem es die Spannung am Ausgang entsprechend zurückregelt und dadurch die Ausgangsleistung limitiert. Dies bedeutet: alle weiteren (fehlerfreien) Verbraucher, die am selben Netzteil angeschlossen sind, werden ebenfalls nicht mehr versorgt. Wird nun an einem solchen Ausgang ein thermischer oder thermisch-magnetischer Schutz zur Absicherung betrieben, beispielsweise eine Schmelzsicherung oder Leitungsschutzschalter (LS), dann ist diese Sicherung allein technisch gar nicht in der Lage, sicher abzuschalten. Warum nicht?

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Leitungsschutzschalter der Kennlinie C, benötigen beispielsweise den bis zu 15-fachen Nennstrom zur schnellen magnetischen Auslösung. Für die Abschaltung im Kurzschlussfall wird dabei nur die magnetische Schnellauslösung binnen 10 ms betrachtet. Innerhalb von 10 ms darf es laut Norm EN 61131 zu keinen Beeinträchtigungen sensibler Verbraucher kommen, etwa speicherprogrammierbare Steuerungen. Für einen Schutzschalter der Charakteristik C mit 6 A Nennstrom errechnet sich der zur raschen Auslösung benötigte Kurzschlussstrom im Worst-Case-Szenario sehr einfach: 6 A x 15 = 90 A.

Diesen Strom, kann das Netzteil schon allein rechnerisch nicht liefern. Leitungslängen und deren Impedanz begünstigen dieses Verhalten zudem. So errechnet sich bei einer Leitung mit dem Querschnitt 1 mm² Kupfer-Querschnitt = 0,0175 Ω x mm²/m x 50 m/1 mm² = 0,875 Ω. Der maximale Kurzschlussstrom – begrenzt durch den Leitungsquerschnitt – beträgt: I = U/R = 24 V/0,875 Ω = 27,42 A.

Genau hier hat sich der Einsatz elektronischer Sicherungen als Standard durchgesetzt, der in den Maschinen definitiv nicht mehr verzichtbar ist. Die Vorteile der elektronischen Sicherungen liegen klar auf der Hand. So reagiert der speziell auf diese Anwendungen entwickelte Überstromschutz exakt auf die Bedürfnisse der Schaltnetzteile. Einerseits sehr flink bei Kurzschluss und andererseits etwas träger beim Einschalten stromintensiver Verbraucher.

Die schnelle und korrekte Ab- oder Einschaltung ist möglich, da ein moderner elektronischer Überstromschutz nicht nur den Strom, sondern auch noch weitere wichtige zusätzliche Analysemesswerte wie Spannung oder Temperatur sehr schnell detektiert und mit Sollwerten vergleicht. Dabei sind die generellen Auslösekennwerte zusätzlich sehr viel niedriger als bei herkömmlichen thermisch-magnetischen Systemen. Damit ist der elektronische Überstromschutz exakt auf die Anforderungen der Schaltnetzteile abgestimmt und lässt sich dementsprechend einfach anpassen.

Beim Einsatz elektronischer Schutzschalter geht es immer um den stabilen Betrieb von Schaltnetzteilen, eine einfache Fehlersuche sowie eine möglichst hohe Maschinenverfügbarkeit. Im Maschinenbau kommen noch die Wünsche nach Modularität, einfacher Handhabung und übersichtlichem Aufbau dazu. Dies erfüllen Geräte die sich sehr leicht anreihen und bei Bedarf nachträglichen mühelos anpassen lassen. Dabei ist auch der umkomplizierte Gerätetausch sehr wichtig.

Beispielsweise das REX-System (Bild 1) von E-T-A erlaubt es dem Anwender, mit einer modular anreihbaren Absicherungs- und Verteilungslösung seine 24-VDC-Versorgung sehr wirtschaftlich aufzubauen. Ohne jegliches Verbindungszubehör und mit minimalem Verkabelungsaufwand. Die modularen Geräte werden mit dem integrierten Verbindungshebel ganz einfach auf der Tragschiene aufgerastet und automatisch elektrisch verbunden.

Bei Tausch eines Sicherungsautomaten genügt es, den linken und rechten Hebel zu öffnen und das gewünschte Gerät zu entfernen. Danach wird das neue Gerät eingesetzt und der Anschlusshebel wieder geschlossen. Das neue System spart dem Anwender mindestens 50 Prozent Arbeitszeit im Vergleich zu herkömmlichen Produkten.

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