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01 Die neuen Geräteschutzschalter- Boards von Phoenix Contact helfen, Zeit und Platz zu sparen. Außerdem sorgen sie in Kombination mit einem Safety-Relais für eine sicherheitsgerichtete Abschaltung

Neue Generation von Geräteschutzschalter-Boards

02 Kennlinie eines elektronischen Schutzschalters mit Strombegrenzung und Darstellung der einzelnen Bereiche

03 Schematischer Aufbau einer typischen Applikation, mit Stromversorgung, elektronischem Schutzschalter, Safety-Relais und Motor

04 Praxisbeispiel: Der Schaltschrank im neuen Hochstrom- Labor von Phoenix Contact ist für Safety-Anwendungen vorgesehen, die durch Geräteschutzschalter geschützt werden. Wo jeder Millimeter zählt, sind schmale Bauformen sowie der Einsatz von Boards vorteilhaft

Der Schutz vor Überlast- und Kurzschlussströmen ist eine wichtige Voraussetzung für die Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit in fast allen Branchen. Neue Geräteschutzschalter- Boards von Phoenix Contact ermöglichen jetzt eine zentrale Einspeisung sowie einen gemischten Betrieb von thermomagnetischen und elektronischen Schutzschaltern. Mit der Potentialverteilung und dem Einschleifen von Safety-Relais ist damit auch eine sicherheitsgerichtete Abschaltung möglich.

Im Markt haben sich eine ganze Reihe unterschiedlicher Technologien etabliert, um Anlagen, Anlagenteile und Maschinen zu schützen. Hierzu zählen auch heute noch Feinsicherungen, die zwar preiswert sind, dafür aber auch nur einen rudimentären Schutz bieten. Bei ihnen steht nicht die Verfügbarkeit der Anlage im Vordergrund, stattdessen geht es um den normativen Schutz. Thermische, thermomagnetische oder elektronische Schutzschalter bieten dahingegen einen deutlich besseren und zuverlässigeren Schutz.

Unterschiedliche Schutzschalterkonzepte
Bei der Auswahl des geeigneten Schutzgeräts sollte immer die Anlagenverfügbarkeit im Vordergrund stehen. Außerdem spielen Installationszeit und Platzbedarf eine bedeutende Rolle. Hier kommt es darauf an, sich bereits in der Planungsphase für die richtige Lösung zu entscheiden, um die Folgekosten möglichst gering zu halten oder diese im besten Fall sogar ganz zu vermeiden. Entscheidet man sich für einen einfachen thermischen Schutzschalter, ist der Schutz vor einem Überlaststrom zwar gegeben, ein Kurzschluss kann die Maschine jedoch immer noch zum Stillstand bringen. Dies geschieht, wenn der Strombedarf für den Fehlerfall die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung übersteigt – die Spannung bricht ein, und die Anlage stoppt. Ein thermomagnetischer oder elektronischer Schutzschalter schützt darüber hinaus auch bei einem Kurzschluss. Wenn nur kleine Leitungsquerschnitte möglich sind oder lange Distanzen überbrückt werden müssen, ist häufig der Einsatz von elektronischen Schutzschaltern mit Strombegrenzung erforderlich. Nur sie lösen rechtzeitig aus – der Strom wird dann begrenzt, der Fehler abgeschaltet, und andere Anlagenteile können weiter betrieben werden. Auf diese Weise werden Folgeschäden verhindert. Wird bei einem mechanischen Schalter das acht- bis 15-Fache des Nennstroms benötigt, um auszulösen, so zeigt die Kennlinie eines elektronischen Schutzschalters, dass maximal das 1,5-Fache des Stroms benötigt wird (Bild 2). Denn dann wird aktiv begrenzt, der Leitungswiderstand spielt höchstens für den Spannungsverlust über den Leiter eine Rolle. Die Stromversorgung liefert lediglich einen geringen Mehrstrom und die Spannung bleibt konstant. Die Leistung der Stromversorgung kann gut verplant werden. Im Prinzip lassen sich nahezu 100 % der Stromversorgung nutzen; die Strombegrenzung verhindert den Spannungseinbruch. Der Spannungsfall über den Leiter muss für die Betriebsspannung des Verbrauchers berücksichtigt werden. Fällt eine zu hohe Spannung über den Leiter ab, kann der Betrieb von angeschlossenen Verbrauchern beeinträchtigt werden.

Kennlinien geben Aufschluss
Das Diagramm (Bild 2) zeigt die Kennlinie von elektronischen Schutzschaltern mit aktiver Strombegrenzung von Phoenix Contact. (1) ist die sogenannte Nicht-Auslöse-Grenze: Bis zu dieser Grenze ist sichergestellt, dass der Schutzschalter nicht auslöst. Die gestrichelte Linie unter der (2) zeigt die typische Strombegrenzungs- und Auslöselinie. Typischerweise wird der Strom bei 1,25 ∙ I N für bis zu 800 ms begrenzt, dann wird ausgelöst. (3) markiert die Toleranz der Auslösekennlinie, abhängig vom eingesetzten Nennstrom, der Temperatur, der Luftfeuchte und der Bauteilstreuung. Die Linie (4) von 0 s bis 1 s stellt den höchstmöglichen Strom von 1,5 ∙ I N dar. Erkennbar ist jedoch, dass (1) und (4) relativ nah beieinanderliegen. Somit ist die Auslösung im Vergleich zu einem mechanischen Schutzschalter genau kalkulierbar. Damit erhöht sich die Planungssicherheit. Häufig entpuppen sich auch die zwangsgeführten Relais- Kontakte von Safety-Relais als schutzbedürftige Verbraucher. Die Hersteller geben hier meist eine maximale Strombelastung der Kontakte von 6 A an. Wird die Belastung überschritten, können die Kontakte verschweißen. Daher ist eine Vorsicherung dieser Kontakte vorgeschrieben, der Hersteller nennt hier entsprechende Werte.

Verbraucher sind häufig gemeinsam abgesichert
Diese Absicherung ist ebenso über elektronische Schutzschalter möglich. So werden Safety-Relais-Kontakte abgesichert, und die Verbraucher hinter den Kontakten gleich mit (Bild 3). In den meisten Applikationen geht es um die Sekundärseite einer DC-Stromversorgung; gleich hinter der Stromversorgung befinden sich die Absicherung und die Safety-Relais-Kontakte. Als letzte Komponente hat dieses Beispiel einen Motor, ein anderer Aktor ist aber ebenfalls denkbar. Häufig kommt es vor, dass Verbraucher eines Anlagenteils oder einer Anlagengruppe gemeinsam abgesichert sind. Hauptgründe dafür sind die Reduzierung der Installationszeit sowie Platzersparnis im Schaltschrank. Die Platzersparnis ergibt sich dadurch, dass weniger Schutzschalter erforderlich sind, und dass deren Verteilung direkt über Klemmenstützpunkte erfolgt. Allerdings geschieht dies auf Kosten der Selektivität und Anlagenverfügbarkeit. Löst ein Schutzschalter aus, werden mehrere Verbraucher gemeinsam abgeschaltet. Die Fehlerdiagnose wird erschwert; um den Fehler zu lokalisieren, wird deutlich mehr Zeit benötigt.

30 % Zeit- und Platzersparnis
Gegenüber einem konventionellen Aufbau sparen die neuen Geräteschutzschalter-Boards (Bild 1) circa 30 % Zeit beim Aufbau und ebenso viel Platz im Schaltschrank. Deutlich wird dies am Beispiel einer Safety-Anwendung im Hochstrom- Labor bei Phoenix Contact (Bild 4). Die rund 20 Schutzschalter (links, zweite Reihe von unten), die unterschiedliche Verbraucher und Komponenten im Labor schützen, spielen eine wichtige Rolle für die Sicherheit im Labor. Durch die zentrale Einspeisung wird das Board schnell und einfach mit Strom und Spannung versorgt. Je nach Schutzbedarf und Anforderung der Maschine wird ein 4-, 8- oder 12-Kanal-Board gewählt. Der gemischte Betrieb von thermomagnetischen und elektronischen Schutzschalten hält jede Art von Anpassung an die Gegebenheiten der Applikation offen. Zudem bietet jeder Schutzkanal die Möglichkeit, ein Safety-Relais oder ein anderes Schaltorgan zwischenzuschalten, wodurch auch gleichzeitig die Schaltkontakte geschützt werden. Insgesamt wird so die Anlagenverfügbarkeit verbessert. Zusätzliche Klemmstützpunkte sind nicht erforderlich, das Board bietet an jedem Ausgang acht Anschlüsse (4 × Plus und 4 × Minus), um die Verbraucher direkt mit zu versorgen. Der aufwendige Aufbau von Klemmstützpunkten mit Beschriftung und Brücken fällt somit weg, ebenso wie die Verkabelung zwischen Safety-Relais und Verbrauchern. (ih)

Auf den Punkt gebracht
Die neuen Geräteschutzschalter-Boards bieten dem Anwender eine Reihe von Vorteilen.
Die thermomagnetischen und elektronischen Schutzschalter, die beim neuen Geräteschutzschalter-Board eingesetzt werden, sind als modulare Bauform bereits seit einigen Jahren erfolgreich am Markt etabliert und schützen zahlreiche Anlagen und Maschinen. In Kombination mit den neuen Geräteschutzschalter- Boards kann die Installationszeit verkürzt und Platz eingespart werden. Auch ein Großteil der Anschlussklemmen kann entfallen. Weitere Vorteile sind die komfortable Potentialverteilung und gleichzeitige Absicherung der Safety-Relais- Kontakte. Durch die integrierte Signalisierung ist der Anwender immer über den Zustand der Verbraucher informiert.

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Autor:
Peter Ketler, staatl. gepr. Techniker Elektrotechnik, ist Produktmanager Geräteschutzschalter in der Business Unit Trabtech bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg. pketler@phoenixcontact.com