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Überstromschutz und Stromverteilung in DC-24-V-Steuerstromkreisen

Bild 1. Elektronischer Schutzschalter ESS20 mit galvanischer Trennung

Bild 2. Rein elektronischer Sicherungs­automat ESX10-T

Bild 3. Stromverteiler Modul „17plus“ mit ESS20

Bild 4. Stromverteilungssystem SVS02 mit ESS20 und 2210

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 DC-24-V-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 hat im Hinblick auf Technik und Kosten ein ganzheitliches Konzept entwickelt, das dem Kunden eine optimale Absicherung und Stromverteilung der DC-24-V-Kreise aus einer Hand bietet.

Der Fokus des Konzepts der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH liegt 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 bestmöglichen Lösungen für die komplette Stromverteilung und Absicherung im DC-24-V-System gemeinsam erarbeitet. Neben den thermisch-magnetischen Sicherungsautomaten bieten auch elektronische Schutzschalter für diverse Aufgabenstellungen die passende Lösung.

Sicherheit geht vor
Bei komplizierten Maschinen- und Anlagenabläufen ist es wichtig, alle Komponenten zuverlässig und zu jedem Zeitpunkt mit Energie zu versorgen, damit eine reibungslose Funktion sichergestellt ist. Wenn aber das DC-24-V-Schaltnetzteil überlastet ist und die Energiezufuhr abregelt, dann fällt das gesamte System aus. Um diesen Betriebszustand zu verhindern, wird der elektronische Schutzschalter ESS20 (Bild 1) zur Absicherung von DC-24-V-Verbrauchern eingesetzt. Die integrierte Strombegrenzung des Schutzschalters bei typ. 1,8 × I nenn verhindert, dass bei Kurzschluss oder Überlast in einem Lastkreis die DC-24-V-Versorgung zusammenbricht. Eine selektive Absicherung aller DC-24-V-Automatisierungs-Komponenten, wie elektronische Sensoren, Feldbuskoppler, SPS und Antriebssteuerungen, wird auch bei ungünstigen Lastbedingungen (lange Lastleitung, niedriger Leitungsquerschnitt) erreicht, da das Gerät schon ab typ. 1,1 × I nenn den Stromfluss nach 3 s bis 5 s abschaltet. Diese Eigenschaft hat zwischenzeitlich schon in viele Ausführungsbestimmungen von elektrischen Anlagen Einzug gehalten.
Eine wichtige Rolle spielt in diesem Zusammenhang auch die DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1). Diese Norm ist die Grundlage für die CE-Kennzeichnung von Maschinen und Anlagen gemäß EG-Maschinenricht­linie 2006/42/EG.
Ein einpoliger Überstromschutz gegen Überlast und Kurzschluss nach DIN EN 60204-1 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 A bis 10 A, ­aktiver Strombegrenzung und zusätzlicher galvanischer Trennung entspricht diesen Angaben. 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 Maschinenrichtlinie 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 auch in die USA exportiert werden können.

DC-24-V-Stromverteilung leicht gemacht
Die platzsparende Verdrahtung von Last- und Signalleitungen ist für den professionellen Elektroplaner 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 A bis 12 A und als einstellbare Variante, zum Beispiel 2 A/4 A/6 A, verfügbar und beinhaltet die gleiche Strom begrenzende, elektronische Abschaltkennlinie wie der ESS20. Der Überstromfall wird optisch über eine LED bzw. über den integrierten Signalkontakt (Öffner bzw. Schließer) oder einen elektronischen Statusausgang an die SPS rückgemeldet. Im Fall der Abschaltung des ESX10-T kann dieser über ein elektronisches Reset-Signal aus der SPS wieder aktiviert werden. Ein ausgeklügeltes Stromschienen-Konzept für DC-24-V-Einspeisung, 0-V-Verdrahtung und Signalkontakte für Einzel- oder Sammel­signalisierung machen die Geräte fit für den flexiblen Einsatz in der DC-24-V-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. Somit sind beispielsweise auch 5-kanalige Absicherungen kostengünstig realisierbar, da in die vorbereiteten „3 mal 2“-Steckplätze nur die fünf benötigten steckbaren Geräte vom Typ ESS20 oder ESX10 eingefügt werden müssen. Alle Signalkreise der Einzelgeräte, zum Beispiel der Schließerkontakt, sind bei diesem System schon vorverdrahtet. Der gemeinsame Line-Eingang der DC-24-V-Versorgung wird mit einer steckbaren Verbindungsschiene durchgebrückt.
Darüber hinaus bietet E-T-A an, flexible Stromverteilungssysteme vom Typ „SVSxx“ für spezielle Kundenanforderungen maßzuschneidern. Die Verdrahtung der DC-24-V-Steuerspannung findet immer komplett auf diesem System statt, da alle Einspeiseklemmen für die DC-24-V-Versorgung und auch die Verteilerklemmen für die Lastpotentiale (gesicherter Lastabgang, Minus, Funk­tionserde) je nach Kundenwunsch auch mehrfach ausgeführt sein können. Damit kann eine platz- und kostensparende Verdrahtung auf dem SVS stattfinden, ohne externe Unterrangierung mittels zusätzlicher Potentialverteiler auf der Hutschiene. Die Lastabgangsklemmen sind in der Regel steckbar in Käfigzugtechnik ausgeführt und können bei der Fehlersuche gleichzeitig als Potentialtrennklemmen 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 einer Baubreite von 12,5 mm 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.

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