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Elektronische Sicherung für den Sekundärkreis

Die Anforderungen an die Gleichspannungsversorgung werden immer höher. Insbesondere, was die Energieeffizienz und Zuverlässigkeit angeht. Daher geht der Trend zu zentralen Netzteilen mit hohen Leistungen. Sollen hohe Stromstärken in den Anlagen verteilt werden, stellt sich aber die Frage nach einer sinnvollen Absicherung der Leitungen. Mit den neuen elektronischen Sicherungen bietet ifm hier einen einfachen und zuverlässigen Schutz.

Problem Leitungsschutzschalter

In der Regel sind moderne Schaltnetzteile überlast- und kurzschlusssicher, sodass aus funktionalen Gründen keine sekundärseitigen Sicherungen notwendig sind. Ohne Absicherung der Leitung muss allerdings der Leitungsquerschnitt auf den maximalen Strom ausgelegt werden. Bei einem 40-A-Netzteil sind das immerhin 4 mm². Doch die wenigsten Anwender werden einen Sensor mit einer 4-mm²-Leitung verdrahten wollen, alleine schon aus Kostengründen. Um den Leitungsquerschnitt reduzieren zu können, schreiben die Vorschriften geeignete Sicherungselemente vor.

Oft werden dafür Leitungsschutzschalter eingesetzt. Dabei ist dem Anlagenplaner oftmals nicht bewusst, welche Risiken mit dem Einsatz von Leitungsschutzschaltern im 24 V-Gleichspannungsnetz verbunden sind. Der Grund: Leitungsschutzschalter sind für 115 bis 230 VAC ausgelegt. Die elektromagnetische Kurzschluss-Schnellauslösung basiert auf der Technologie einer Ankerspule. Aufgrund der deutlich niedrigeren Spannung wirkt sich in 24 V-Gleichspannungsnetzen der ohmsche Widerstand der Leitungen deutlich aus. Gerade bei hohen Strömen und dünnen Leitungsquerschnitten ist der Spannungsabfall besonders hoch. Der Leitungswiderstand begrenzt den Kurzschlussstrom, sodass die Kurzschluss-Schnellauslösung gar nicht wirken kann. Es wirkt lediglich die deutlich langsamere Überstromabschaltung. Während dieser Verzögerungszeit regelt das Schaltnetzteil wegen der Überlast die Sekundärspannung herunter. Dadurch können sensible Anlagenteile wie die Steuerung nicht mehr zuverlässig arbeiten und es kommt zu Störungen oder gar zu Produktionsausfällen.

Elektronische Stromüberwachung

Elektronische Sicherungen arbeiten hier deutlich cleverer: Sie messen den tatsächlichen Strom und überwachen ihn mikroprozessorgesteuert. Ist der Strom zu hoch, schalten sie ab – schnell und zuverlässig. Die neuen elektronischen Sicherungen von ifm bieten über diese sichere und zuverlässige Abschaltung hinaus eine ganze Reihe zusätzlicher Funktionen:

Auf Grund seiner Modularität kann das neue elektronische Sicherungssystem individuell an die Konfiguration der Anlage angepasst werden. Das Sicherungssystem besteht aus einem Kopfmodul, in das die 24 V-DC-Versorgungsspannung eingeleitet wird. Es kann ein maximaler Summenstrom von 40 A über das Kopfmodul geleitet werden. An dieses Kopfmodul lassen sich zweikanalige Sicherungsmodule anschließen. Dafür muss nur der eingebaute Klappmechanismus geöffnet und umgelegt werden. Drahtbrücken oder weiteres Zubehör entfallen. Die so aneinander gereihten Sicherungsmodule bilden gleichzeitig eine Verteilerschiene für die einzelnen Stromkreise. Es können bis zu acht Sicherungsmodule an ein Kopfmodul angeschlossen werden. Es stehen Sicherungsmodule in den Stromstärken 2 x 2 A, 2 x 4 A und 2 x 6 A zur Verfügung.

Doppelte Sicherheit

Die Sicherungsmodule sind nicht einstellbar. ifm hat sich bewusst für feste Stromstärken entschieden, um einen Missbrauch und unbefugtes Verstellen zu verhindern.

Außerdem kann hierdurch die Forderung der DIN VDE 0100-530 nach einer galvanischen Trennung des Leitungsschutzorgans erfüllt werden. Alle elektronischen Sicherungen von ifm enthalten als „Fail-Safe-Element“ eine entsprechende Mikro-Schmelzsicherung, die auslöst, falls in der elektronischen Sicherung ein Fehler auftreten sollte. Dieses Sicherungselement ist auf den Nennstrom ausgelegt.

Bei anderen elektronischen Sicherungen, die sich im Markt befinden, fehlt entweder diese galvanische Trennung oder aber sie ist auf den Maximalwert der einzustellenden Stromstärke ausgelegt. Das bedeutet, dass bei einer elektronischen Sicherung, die einen Einstellbereich von 1 bis 10 A hat, der Leitungsquerschnitt auf die maximale Stromstärke (in diesem Fall 10 A) ausgelegt sein muss.

Das modulare Montagesystem der ifm-Sicherungen ermöglicht einen kinderleichten Austausch der Module und eine bedarfsgerechte Absicherung der Stromkreise.

Die elektronische Sicherung DF2100 im Schaltschrank.

Zusatznutzen durch IO-Link

ifm bietet mit der neuen elektronischen Sicherung auch erstmals ein Sicherungselement an, das über IO-Link angesprochen und ausgewertet werden kann. Durch diese Technologie ergeben sich sehr viele Zusatzfunktionen, die bislang nur bei sehr hochpreisigen Produkten zu finden waren.

Mit Hilfe der IO-Link-Schnittstelle können eine ganze Reihe von Parametern eingestellt und ausgelesen werden. Mit der „Linerecorder Device“- Software bietet ifm ein entsprechendes Parametrier- und Diagnose-Tool an:

Parametrierung der Sicherung per IO-Link.

Analyse der Messwerte und Statusmeldungen mittels IO-Link.

Es lassen sich die aktuellen Spannungswerte und Ströme in jedem Strompfad messen. Das schafft Transparenz. Eine indirekte Energieerfassung ist hierdurch ebenfalls möglich.

Beim Erreichen eines einstellbaren Schwellwertes, meldet die Sicherung einen Status „Thresshold“  (Schwellwert). Die im Modul eingebaute LED beginnt gelb zu blinken. Mit dieser Meldung signalisiert die Sicherung, dass die Kapazität des Strompfades bald erreicht ist.

Bei einer Überlast wird der Status „Overload“ (Überlast) angezeigt. Nach einer kurzen Wartezeit schaltet dann die Sicherung den Stromkreis ab. Die Wartezeit wird benötigt, um kurzfristige Überlastungen, wie sie beispielsweise beim Einschalten von Kondensatoren entstehen können, zu überbrücken. Bei einem Kurzschluss schaltet das Sicherungselement unmittelbar und sofort mit einer entsprechenden Statusmeldung ab.

Dem Anlagenbetreiber wird also nicht nur mitgeteilt, dass eine Sicherung ausgelöst hat, sondern er bekommt auch die Information, welcher Stromkreis abgeschaltet wurde und was der Auslösegrund war. Das erleichtert dem Servicepersonal die Arbeit und es kann gezielt nach einer Überlast oder einem Kurzschluss suchen.

Das ausgelöste Sicherungselement kann von der Steuerung auch dezentral über die IO-Link-Schnittstelle zurückgesetzt werden.

Dieses Ein- und Ausschalten der Sicherung bietet auch neuartige Möglichkeiten:

Große Maschinen und Anlagen wird man in der Regel nicht mit einem Mal einschalten, sondern viel mehr Modul für Modul kurz nacheinander, um unnötige Einschaltstromspitzen im Versorgungsnetz zu vermeiden. Hierfür muss für jedes Modul ein Ausgang in der Steuerung vorgesehen und ein Lastschutz verdrahtet werden. Mit der neuen IO-Link-fähigen Sicherung von ifm kann diese Funktion auch von der Sicherung übernommen werden. Die Sicherung verfügt von der Grundfunktionalität her bereits über ein Schaltorgan für die Strompfade. Über IO-Link lässt sich nun jeder Strompfad einzeln schalten, ohne Mehrkosten. Das eingesparte Geld kann vielmehr in die zusätzlichen Diagnosemöglichkeiten der IO-Link-Technologie investiert werden.

Die neuen elektronischen Sicherungen bieten demnach nicht nur eine einfache und zuverlässige Absicherung, sondern auch ein modulares Verdrahtungssystem und zusätzliche wichtige Diagnosefunktionen.