Application Note Elektronische Sicherungen zur ... - PULS GmbH

Application Note
AN41.03.de
Elektronische Sicherungen
zur Absicherung
von DC-24V-Laststromkreisen
Autor: Michael Raspotnig
Diese „Application Note“ beschreibt
die Funktionsweise, sowie die Vorund
Nachteile der unterschiedlichen
Arten von elektronischen Sicherungen
und vergleicht diese mit dem
neuen PISA Sicherungsmodul von
PULS.
Im Gegensatz zu klassischen Leitungsschutzschaltern
überwachen
und begrenzen elektronische
Sicherungen den Strom wesentlich
genauer und schneller. Damit ist
auch bei langen Leitungen oder bei
kleinen Drahtquerschnitten eine Abschaltung
im Störfall sicher möglich.
Die Auswahl elektronischer Sicherungen
ist jedoch nicht so trivial
wie es dem ersten Anschein nach
aussieht. Oftmals sind diese zu empfindlich
und neigen zu Fehlauslösungen.
Stromversorgungen dürfen
auch nicht zu klein gewählt werden,
um im Fehlerfall den erforderlichen
Auslösestrom liefern zu können.
Viel unkomplizierter ist der Aufbau
eines Schutzkonzeptes mit dem
neuen PISA Sicherungsmoduls.
Damit werden Fehlanpassungen
oder Dimensionierungsfehler
nahezu unmöglich.
INFO:
Den Einsatz von klassischen Leitungsschutzschaltern bei
DC-24V-Systemen behandelt die „Application Note“
AN38 (Fehlerhafte Stromkreise mit LS-Schalter freischalten)
von PULS.
Eine der Anforderungen zur Erfüllung der
neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ist
die kritische Überprüfung der Auswirkung
von Störungen an der DC-24V-Versorgung.
Es darf dabei zu keinen gefährlichen
Situationen kommen. Maschinen
dürfen nicht unbeabsichtigt loslaufen,
müssen sich zu jeder Zeit stillsetzen lassen
können und dürfen auch sonst keine Gefahren,
wie zum Beispiel Überhitzungen
oder Brände, verursachen.
Störungen an der DC-24V-Versorgung
können durch Netzausfälle oder Netzschwankungen
verursacht werden. In
diesen Fällen helfen Puffermodule oder
DC-USVs.
Viel kritischer sind jedoch lastseitige
Ursachen für Spannungseinbrüche an
der DC-24V-Versorgung. Verursacht zum
Beispiel ein eingequetschtes Versorgungskabel
einen Kurzschluss, fließt nahezu
der gesamte Strom der Stromversorgung
in diesen fehlerhaften Pfad. Eine schnelle
Abtrennung dieses Pfades ist erforderlich
um nicht gleich die gesamte Anlage lahmzulegen.
Es muss auch nicht immer gleich
ein Kurzschluss sein, oftmals verursacht
auch das Zuschalten eines Verbrauchers
mit großer Eingangskapazität einen ähnlichen
Effekt.
In der Praxis gibt es typischerweise drei
Arten von Verbrauchern, die in einer
Maschine zusammenspielen müssen:
empfindliche elektronische Verbraucher,
robuste elektromechanische Komponenten
und sicherheitsrelevante Stromkreise.
Auch die gemeinsame Versorgung über
Technik
Marketing
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19,2V
20,4V
Zulässiger Spannungsbereich
für DC-24V-Systeme nach
EN/ IEC 61131-2 §5.1.1.1
Der Bereich von 19,2 bis 20,4V
ist nur als Wechselspannungskomponente
zulässig
eine einzige Stromversorgung ist längst
gängige Praxis.
Besonders empfindlich sind die elektronischen
Verbraucher, wie zum Beispiel eine
19,2V
SPS, die bereits bei kürzesten 20,4V Unterbrechungen
der Versorgungsspannung
24V
einen Funktionsverlust Strom imerleidet oder einen
Lastkreis 3
ungewollten Neustart durchführt.
Strom im
Lastkreis 30V
Die zulässigen Strom Grenzwerte im
4
für die Überbrückungszeit
und den Versorgungsspan-
Lastkreis 2
Strom im
Lastkreis 1
Reservestronungsbereich
von Steuerungskomponenten
sind in der EN 61131-2 von Sicherungen festgelegt und
zum Auslösen
hier in Bild 1 abgebildet. Jede Abweichung
davon ist kritisch. 6A
tatsächlich +
fließender Strom
CS10.241
24V 4m Draht mit 1mm 2
(a) ohne aktive Strombegrenzung
10A
(b) mit - aktive Strombegrenzung
2,5 x IN
Kurzschlussschalter
Netzgerät
+
6A
6A
24V
30V
Relais
Display
-
Sensoren
Eigenschaften von getakteten
6A
Antriebe
Stromversorgungen
Ein Kurzschluss an einem Verbraucher
stellt eine sehr niederohmige Belastung
für die Stromversorgung dar und
„saugt“ den größten Teil des Stromes
24V
bei verzweigten Systemen ab. Moderne,
getaktete Strom Stromversorgungen, im PISA die
Netzgerät
Lastkreis 3 Protection
üblicherweise zur Erzeugung Module der DC-
tatsächlich
Status
fließender Strom
LED für
3,5 x IN
Eingang
(a) ohne 24Vaktive Strombegrenzung
3 x IN (b) Netzgerät mit aktive Strombegrenzung Reset &
2,5 x IN
1,5 x IN
0,5 x IN
24V
Strom im
Lastkreis 2
Strom im
Lastkreis 4
6A
6A
12A
12A
6A
Netzgerät
Relais
+
6A
Display
6A
-
Sensoren
6A +
Eingang Antriebe
100%
Ausgangsstrom
-
Bild 2:
Bei Überlast schalten getaktete Stromversorgungen - in
den Strombegrenzungsmodus
Ausgangsspannung
Schutzschild Strombegrenzungsmodus
a
PISAON/OFF
6A
Protection
Module
Reset &
12 6A
ON/OFF b
November 11 12A 2011
Bestellnummer: AN41.03.de
Ausgang 13 12A
OK
Kontakt 14
Schutzschild
24V
19,2V
Netzgerät
Strom im
Spannungsregelmodus
Lastkreis 1
Reservestrom
zum Auslösen
von Sicherungen
2 x IN
1 x IN
24V
19,2V
0V
(+)
(-)
0V
max.
10ms
24V-Versorgungsspannung verwendet
werden, schalten in solchen Fällen vom
Spannungsregelmodus in den Strombegrenzungsmodus,
um sich selbst zu
schützen. Als Folge sinkt die Ausgangsspannung
der Stromversorgung. Liegt der
Wert Strom der imStrombegrenzung unterhalb der
Lastkreis 3
Zeit
Auslösegrenze des Schutzelementes, wird
max.
10ms
im
dieses den Stromkreis nicht abschalten
Lastkreis 4
Strom im
können. Klassische Leitungsschutzschalter
Lastkreis 2
oder Schmelzsicherungen sind hier in den
Strom im
meisten Lastkreis Fälle zu 1 ungenau und benötigen
außerdem ein vielfaches des
Nennstroms zum schnellen Auslösen.
Elektronische 6A Relais
PISA
Modul
+
6A Display Lösungen
3,5 x IN
sind - hier viel
6A
besser
Sensoren
geeignet.
3 x IN
Netzgerät
6A
Antriebe
Elektronische Sicherungen
Elektronische Sicherungen
messen den Strom mittels eines
Strommesswiderstands Steuerungen und
(kritische Lasten)
verwenden als Schaltelement
einen Strom Motor imHalbleiter. 1 Die ersten elektronischen
Relais, Magnetspulen Sicherungen kamen
Lastkreis 3
bereits vor etwa Strom im10 Jahren auf
Anzeigen, Monitore
Lastkreis 4
den Markt. Diese Geräte hatten
Motor 2
zwar exakte Stromabschaltwerte,
jedoch Strom nicht im das gutmütige dynamische
Lastkreis 1
Verhalten von Leitungsschutzschaltern.
Sie schalteten nicht selten schon bei
PISA
betriebsbedingten Modul 6A Relais
+
Einschaltstromstößen
6A Display
- ab und führten 6A Sensoren dadurch zu ungewolltem
6A Antriebe
Maschinenstillstand. Verpolschutz Displays, Motorsteuerungen
und andere Verbraucher mit
großen Eingangskapazitäten konnten nur
Schutzschild
für minimale
Eingangsspannung
Steuerungen
(kritische Lasten)
Relais, Magnetspulen Reset,
ON/OFF
Anzeigen, Monitore
Ausgang
ok
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Zeit
Maximal zulässige Spannungsunterbrechungen
für DC-24V-Systeme
nach EN/ IEC 61131-2 §5.1.1.3
Bild 1:
Grenzwerte nach EN/ IEC 61131-2
Strom im
Lastkreis 2
Motor 1
Motor 2
Strombegrenzungsund
Abschaltsteuerung
eingeschaltet werden, wenn man überdimensionierte
Spannungsregelmodus
Amperewerte wählte.
spannung
Dieses Manko haben einige Hersteller Strom-
24V
bei
begrenzungs-
modus
den Geräten der aktuellen Generation
abgestellt. Sie wurden unempfindlicher
gegenüber dynamischem Strombedarf
ausgelegt und können nun mühelos Kapazitäten
von bis zu 20.000µF 100% zuschalten.
Ausgangsstrom
Eine gewisse Angst aber bleibt bei allen,
die damit bereits einmal ein Problem
hatten. Eine Fehlauslösung kann ebenso
Schaden anrichten wie ein Nicht-Auslösen
(a) ohne aktive Strombegrenzung
bei (b) einer mit aktive Störung. Strombegrenzung Ein genaues Studium
a
der Werte in den Datenblättern und praktische
Versuche werden daher dringend
b
empfohlen.
Ausgangs-
tatsächlich
fließender Strom
3,5 x IN
3 x IN
2,5 x IN
2 x IN
1,5 x IN
1 x IN
Zwei grundsätzlich Spannungsregelmodus Unterschiede bei
elektronischen Sicherungen Strom-
24V 0,5 x IN 1 x IN 1,5 x IN 2 x IN begrenzungs-
modus ent-
2,5 x IN 3 x IN
Elektronische Sicherungen können
weder mit oder ohne aktive Strombegrenzung
ausgestattet sein.
Die einfachen Ausführungen beinhalten
nur eine Stromüberwachung
100%
mit Ausgangsstrom
anschließender
Abschaltung des Ausgangs. Dieses
0,5 Ausgangsspannung
x IN
Netzgerät
DUT
(Sicherung)
2 x IN
1,5 x IN
1 x IN
0,5 x IN
Netzgerät
CS10.241
24V
10A
Ausgangsstrom
Überwachung
0,5 x IN
I
Konzept erlaubt zwar einen kostengünstigeren
Aufbau DUT
I
der elektronischen
(Sicherung)
Sicherung, belastet aber die speisende
+
Stromversorgung deutlich mehr, da der
4m Draht mit 1mm 2
Strom nahezu „ungebremst“ Fehler LEDin den gestörten
Strompfad fließen + Ausgang kann. 1
I Sicherung
-Sense
Kurzschlussschalter
Dementsprechend
wenig Strom bleibt dann für
Fehler LED
die restlichen Sicherung Verbraucher, sodass die Zeit
I Sense
I Sense
I Sense
1 x IN
Sicherung
Sicherung
www.pulspower.com
3,5 x IN
Strom der Speisequelle
1,5 x IN 2 x IN 2,5 x IN 3 x IN 3,5 x IN
Strom der Speisequelle
Bild 3:
Elektronische Sicherungen mit und ohne aktive Begrenzung
a
b
+ Ausgang 2
Fehler LED
+ Ausgang 3
Fehler LED
+ Ausgang 4

Zeit
Kurzschlussschalter
nzungs-
0,5 x IN
1 x IN
Auslöseverhalten von verschiedenen
Sicherungselementen in der Praxis
Die nachfolgenden Oszillogramme zeigen
die unterschiedlichen Eigenschaften der
Netzgerät
+
CS10.241
24V
10A
-
Bild 4: Testschaltung
I
4m Draht mit 1mm 2
verschiedenen Techniken zum Absichern
von 24V-DC-Kreisen. Es wurde das Auslöseverhalten
von 6A Schutzelementen
in Verbindung mit einer 10A-Stromversorgung
bei Kurzschluss untersucht. Alle
Tests wurden mit einem einheitlichen
Testaufbau gemacht.
Während bei den Tests 1-3 die 10A
Stromversorgung bereits bei einem
6A-Schutzelement an ihre Grenzen stößt,
kann bei Verwendung des PISA Moduls
problemlos ein 10A-Verbraucher Fehler versorgt LED
I Sense Sicherung
werden ohne die Schutzwirkung + Ausgang dabei 1zu
verlieren.
Fehler LED
I Sense
Sicherung
Ausgangsstrom
Bild 5: 6A LS-Schalter C-Charakteristik
bis zur Abschaltung sehr kurz gewählt
werden muss um keine zu langen Spannungseinbrüche
mit anschließenden Kettenreaktionen
von Ausfällen auszulösen.
Bei dieser Ausgangsspannung
Technik ist Spannungsregelmodus
es empfehlenswert
die einzelnen Strompfade nicht gleichzeitig,
sondern zeitlich versetzt zuzuschalten.
24V
Damit werden die Einschaltstromspitzen
entzerrt und die speisende Stromversorgung
entlastet.
Die aufwändigeren Ausführungen elektronischer
Sicherungen beinhalten eine akti-
100%
ve Strombegrenzung, die den maximalen
Strom tatsächlich elektronisch auf etwa den 1,5- bis
fließender Strom
1,8-fachen Nennwert begrenzt. Die
3,5 x IN
speisende Stromversorgung (a) ohne aktive Strombegrenzung wird damit
3 x IN (b) mit aktive Strombegrenzung
a
deutlich weniger belastet. Die Zeit bis zur
2,5 x IN
Abschaltung kann länger gewählt werden,
was dieses Konzept unempfindlicher b
2 x IN
1,5 x IN
gegen kurze Lastspitzen macht und auch
1 x IN
das Zuschalten von großen, kapazitiven
0,5 x IN
Lasten erlaubt.
Strombegrenzungsmodus
1,5 x IN 2 x IN 2,5 x IN 3 x IN 3,5 x IN
Strom der Speisequelle
DUT
(Sicherung)
+ Ausgang 2
8V
Bild 6: 6A Elektronische Sicherung ohne Strombegrenzung
und auf träge gestellt (Lütze LOCC-Box)
Bild 7: 6A Elektronische Sicherung mit aktiver
Strombegrenzung (E-T-A ESX10-T)
Bild 8: PISA Module 6A Ausgang
Ausgang Netzgerät
Ausgang Leitungsschutzschalter
Strom
Ausgang Netzgerät
Ausgang Sicherung
Strom
Ausgang Netzgerät
Ausgang Sicherung
Strom
Ausgang Netzgerät
Ausgang PISA
Strom
6A Leitungsschutzschalter mit
C-Charakteristik
Der Strom steigt auf knapp 100A an und der
LS-Schalter öffnet nach ca. 3ms. Danach baut
sich die Ausgangsspannung wieder auf. Dieses
Verhalten ist hauptsächlich von der Leitungslänge
bestimmt. Ist diese länger, steigt
der Leitungswiderstand an und begrenzt den
Strom. Die Abschaltung würde dann deutlich
verzögert stattfinden, was einen langen
Einbruch der Eingangsspannung bedeutet.
Elektronische Sicherung ohne
Strombegrenzung: LOCC-Box mit
6A von der Firma Lütze
Diese Art von elektronischer Sicherung besitzt
keine aktive Strombegrenzung. Der Strom
fließt mit über 50A nahezu ungebremst in
den Kurzschluss. Dementsprechend schnell
muss die Abschaltung erfolgen um Einbrüche
auf der Eingangsspannung zu vermeiden.
Die schnelle Abschaltung neigt zu Fehlauslösungen
bei betriebsbedingten Einschaltstromstößen
von Verbrauchern mit mittleren bis
größeren Eingangskondensatoren.
Elektronische Sicherung mit aktiver
Strombegrenzung: ESX10-T mit 6A
von der Firma E-T-A
Hier wird der Ausgangsstrom vor der Abschaltung
aktiv begrenzt. Die 6A Sicherung
ist für dynamische Vorgänge auf etwa den
1,8-fachen Nennwert eingestellt. In der
Praxis misst man 12A, die das 10A-Netzgerät
auch ohne Spannungseinbruch liefern kann.
Höhere Nennwerte als 6A sollten aber nicht
verwendet werden. Der dynamische Strom
steht für 100ms zur Verfügung. In dieser Zeit
können problemlos auch große Kondensatoren
geladen werden.
Absicherung mit dem PISA Modul:
Ausgangskanal mit 6A
Der Ausgangsstrom wird dynamisch auf typ.
25A oder auf einen kleineren Stromwert, der
eine minimale Eingangsspannung von 21V
sicherstellt, begrenzt. Die erste kurze Nadel mit
etwa 25A ist die Entladung der Ausgangselkos
des Netzgerätes. Anschließend fließen 15A. Das
ist die Stromhöhe, die vom Netzteil geliefert
werden kann ohne unter 21V einzubrechen.
Dank dieser eingangsspannungsabhängigen
Strombegrenzung darf der gesamte Strom des
Netzgerätes für Verbraucher verplant werden.
euerung
I Sense
Fehler LED
Sicherung
November 2011
Bestellnummer: + AN41.03.de
Ausgang 3
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www.pulspower.com
Fehler LED

100%
Der Grundgedanke des PISA Moduls ist
Das neue PISA Modul von PULS:
Strom im
Strom im
Sichert die Versorgung der SPS und schützt vor Überlastung der Kabel.
Lastkreis 3
Lastkreis 3
Dies wird erreicht, indem Verbraucher, die
unempfindlich auf kurze Spannungsunterbrechungen
reagieren oder die selbst
die Ursache für Fehler auf
der 24V-Versorgung sein
können, über eine Schutzbarriere
„isoliert“ werden.
Diese Schutzbarriere arbeitet
wie ein Ventil. Es lässt nur
soviel Strom durch, dass die
Eingangsspannung (entspricht
der Ausgangsspannung
der Stromversorgung)
nicht unter 21V einbricht.
Kurzschlussschalter
möglichst direkt und möglichst ohne
Gefahr von Dimensionierungsfehlern die
Versorgungsspannung für kritische Komponenten
wie Steuerungen oder sicherheitsrelevante
Stromkreise
Netz-
sicherzustellen.
gerät +
-
24V
Netzgerät
Damit wird eine sichere und unterbrechungsfreie
Versorgung für kritische
Verbraucher möglich, wenn diese an die
gleiche Stromversorgung wie das PISA
Modul angeschlossen werden. Bei Bedarf
können diese Verbraucher mit Standard-
Leitungsschutzschaltern abgesichert
werden. Hier geht es dann ja nicht mehr
darum Spannungseinbrüche zu vermeiden,
sondern um einen reinen Leitungsund
Geräteschutz.
Strom im
Lastkreis 2
Die Schutzbarriere im PISA Modul arbeitet
eigentlich ganz einfach: Es wurde die
bei elektronischen Sicherungen übliche
Stromüberwachung durch eine spannungsabhängige
aktive Stromregelung
ausgetauscht. Die daran angeschlossenen
Verbraucher können dann gefahrlos den
maximal möglichen, verbleibenden Strom
nutzen, den die Stromversorgung zur
Verfügung stellt. Wie das in der Praxis
funktioniert, kann man in Bild 8 erkennen.
Eigentlich ein logischer Schritt, der aber
hier zum ersten Mal zur Anwendung
kommt.
Strom im
Lastkreis 1
Wird ein zulässiger Kanalstrom oder der
zulässige Gesamtstrom für das Modul
PISA
Protection
Module
Schutzschild
Bild 9:
Kritische Verbraucher werden direkt mit der Stromversorgung verbunden.
Unempfindliche Verbraucher oder „Störer“ werden hinter
dem Schutzschild des PISA Moduls angeschlossen
+
Eingang
überschritten, begrenzt Verpolschutz
-
das Modul alle
Ausgangsströme - und schaltet alle vier
Ausgänge zeitverzögert ab.
Status
Schutzschild
Für den LED für Fall, dass diese für erste minimale Maßnahme
Eingang
Eingangsspannung
einmal versagt, ist noch ein weiterer, redundant
ON/OFF aufgebauter Schalter mit unab-
Reset &
(+)
hängiger Stromauswertung 12
eingebaut.
Reset,
Strombegrenzungsund
Abschaltsteuerung
13
Es stehen verschiedene Module
Ausgang
OK
für unterschiedliche
Strömen zur Verfügung (fest
14
ok
Kontakt
15
eingestellte Sync.
Synchronisation
Werte von 4x1A bis 4x10A,
16
sowie gemischte Module mit 2x3A +
2x6A und 2x6A + 2x12A).
Input
Input
Status
Reset,
ON/OFF
Reset,
ON/OFF
Outputs-
OK
Contact
Sync.
Strom im
Lastkreis 4
Reset &
ON/OFF 11
Ausgang
+
-
-
12
11
13
14
15
16
6A
6A
12A
12A
(+)
(-)
(-)
Steuerungen
(kritische Lasten)
Motor 1
Relais, Magnetspulen
Motor 2
Safeguard
for Minimum
Input Voltage
Anzeigen, Monitore
Reset,
ON/OFF
Output
OK
Synchronization
ON/OFF
Strom im
Lastkreis 4
Eine weitere Aufgabe des PISA Modul ist
Strom im
Lastkreis 2
die Reservestrom
Verteilung des Stroms eines leistungsstarken
Netzgerätes auf vier
zum Auslösen
Strom
stromüberwachte
Ausgänge. Damit ermöglicht man
im
von Sicherungen
Lastkreis 1
6A
eine weitere RelaisVerkabelung Netzgerät
mit PISA kleineren
Modul 6A Relais
6A
Display
+
6A Display
Drahtquerschnitten. 6A
Jeder Ausgangskanal
Sensoren
-
6A Sensoren
6A
besitzt eine Antriebe elektronische Strommessung.
6A Antriebe
Current
Limiter &
Shut-down
Manager
I Sense
Schutz kleiner Leitungsquerschnitte
Für die Zuordnung von Ausgangstrom
und Kabelquerschnitt sind die einschlägigen
Vorschriften zu beachten. In den
meisten Fällen sind dies die VDE 0891,
Fehler LED
VDE 0100-523 I Sense
und Sicherung die IEC/EN 60204-1.
+ Ausgang 1
In typischen Anwendungen können
folgende Leitungsquerschnitte verwendet
Fehler LED
I Sense Sicherung
werden:
+ Ausgang 2
- ≥0,14mm 2 I Sense Sicherung
für 1A-Ausgänge
- ≥0,25mm 2 für 2A-Ausgänge
- ≥0,34mm 2 für I Sense 3A-Ausgänge
Sicherung
- ≥0,5mm 2 für 4A-Ausgänge
- ≥0,75mm 2 für 6A-Ausgänge
Ausgangsstrom
- ≥1,0mm Überwachung
2 für 10A-Ausgänge
- ≥1,5mm 2 für 12A-Ausgänge
Redundant
Emergency
Switch
tatsächlich
fließender Strom
3,5 x IN
3 x IN
2,5 x IN
2 x IN
1,5 x IN
1 x IN
0,5 x IN
Netzgerät
CS10.241
24V
10A
Output
Current
Monitor
(a) ohne aktive Strombegrenzung
(b) mit aktive Strombegrenzung
I Sense
I Sense
I Sense
I Sense
0,5 x IN
+
-
1 x IN
I
4m Draht mit 1mm 2
1,5 x IN 2 x IN 2,5 x IN 3 x IN 3,5 x IN
Strom der Speisequelle
DUT
(Sicherung)
Failure
+ Output 1
Failure
+ Output 2
Failure
+ Output 3
Failure
+ Output 4
Bild 10:
Funktionsschaltbild
PISA Modul
a
b
Neu
Ausgangsstrom
Fehler LED
+ Ausgang 3
Fehler LED
+ Ausgang 4
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PISA Modul setzt neue Messlatte
bei den Kosten für elektronische
Sicherungen
Ein Argument gegen elektronische Sicherungen
sind oftmals die deutlich höheren
Kosten im Vergleich zu den gewohnten
klassischen Leitungsschutzschalter. Aus
diesem Grunde war es bei der Entwicklung
des PISA Moduls ein wichtiges
Ziel die Kosten so weit wie möglich zu
optimieren.
Eine Maßnahme hierfür ist der Aufbau als
4-kanäliges Modul. Das spart Mechanik,
Elektronik und Verkabelung.
Eine weitere Maßnahme ist die Sammelabschaltung
aller Ausgänge bei
einer Störung. Die Sammelabschaltung
erfordert zwar etwas Überlegung, ob die
zusätzlich abgeschalteten Ausgänge ein
Problem darstellen könnten oder nicht, in
den meisten Fällen ist die Angst jedoch
unbegründet. Wenn zum Beispiel ein
Motor blockiert, ist es auch nicht mehr relevant
ob ein weiterer Motor oder Schütz
versorgt wird oder nicht. Wichtig ist es,
dass die Steuerung am Leben bleibt und
dass sie die vorprogrammierten Aktionen
für diesen Fall ausführen kann.
Protects
ISA
nterrupts
Sync.-Anschluss
Werden mehrere PISA Module von
einer Stromversorgung versorgt,
dann sollen die Sync.-Anschlüsse
miteinander verbunden werden.
Ausgang-OK Relaiskontakt
Relaiskontakt ist geschlossen,
wenn kein Ausgang abgeschaltet
hat und ausreichend
Eingangsspannung vorhanden ist
ON/OFF Signaleingang
Zum Ein- / Ausschalten der
Ausgänge oder zum Rücksetzen
nach einer Abschaltung
Input Status LED (grün)
Leuchtet bei ausreichender
Eingangsspannung und blinkt im
Begrenzungsmodus zum Schutz
der Eingangsspannung
ecures
Output 1 2 3 4
Failure
6A 6A 12A 12A
Reset
16
15
14
13
12
11
Input
Status
ssists
ON/OFF
Sync.
OK
+
ON/
OFF
Input DC 24 V
PISA11
Protection
Module
4 Ausgangskanäle
Der gesamte Ausgangsstrom ist
zusätzlich noch auf 20A begrenzt
4 rote Fehler LEDs
Leuchten, wenn die Ausgänge
abgeschaltet haben. Ein Blinken
zeigt den Verursacherkanal an.
ON/OFF und Reset Taste
Zum Ein- / Ausschalten der
Ausgänge oder Rücksetzen der
abgeschalteten Ausgänge
Eingangsklemmen
Zwei Minusanschlüsse (–) für
einfachere Lastverteilung oder
Erdung des Minuspols
Diese Sammelabschaltung hat auch
Vorteile. Die dynamischen Eigenschaften
sind pro Modul und nicht pro Ausgang
spezifiziert. Ist ein Ausgang nur mit einer
„harmlosen“ Last beschaltet, profitieren
die anderen Ausgänge davon. Diese dynamische
Flexibilität verringert die Gefahr
von Fehlauslösungen.
Das Ergebnis der Kostenoptimierung kann
sich sehen lassen:
Die Kosten für ein PISA Modul betragen
etwa die Hälfte der Kosten der marktüblichen
4-kanäligen elektronischen Sicherungsmodule
oder sind nur geringfügig
höher als die Summe aus vier klassischen
Leitungsschutzschaltern mit Hilfskontakt
(Listenpreis etwa 7 Euro/Stück). Bei diesen
Kosten tut es auch nicht so weh, wenn
mal ein Kanal nicht benutzt wird.
Bild 11: Bedienelemente des PISA Moduls
Auf einen Blick: Vorteile des PISA Moduls
Kostengünstig
Stellt auch im Störfall mindestens 21Vdc für kritische Verbraucher zur Verfügung
Schützt kleine Kabelquerschnitte vor Überlastung
Zuschalten hoher kapazitiver Lasten möglich
Aktive Strombegrenzung des Ausgangsstromes
Vermeidet Fehlauslösungen dank hoher dynamischer Reserven
Einfache Integration in Anlagen und Maschinen, eine falsche Dimensionierung
oder falsche Planung ist fast ausgeschlossen
Ausgänge bleiben abgeschaltet bis zur manuellen Quittierung des Fehlers.
Gilt auch nach einer Weg- und Zuschaltung der Versorgungsspannung.
Ein fehlerhafter Stromkreis lässt sich mittels roter LED identifizieren.
Gezieltes Zu- und Abschalten der Ausgänge zur einfacheren Inbetriebnahme und
Fehlersuche – entweder am Gerät selbst, mittels Taster, oder mittels Signaleingang
Eingebauter Relaiskontakt zur Fehlerrückmeldung
Geringer Innenwiderstand, geringe Verluste
Der Strom der DC-24V-Stromversor gung kann zu 100% genutzt werden.
Extrem kompakt: für vier Ausgangskanäle werden nur 45mm Platz auf der
DIN-Schiene benötigt
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Richtige Dimensionierung von Stromversorgung
und Sicherungselementen
Nur eine durchdachte Auslegung des
Stromversorgungs- und Sicherungskonzeptes
garantiert einen zuverlässigen
Schutz im Fehlerfall.
Bei einzeln abgesicherten Verbraucherstromkreisen
neigt man dazu, den gesamten
Strombedarf zu unterschätzen und
die Stromversorgung zu klein zu wählen.
Elektronische Sicherungen sind zwar
genau im Auslösestrom spezifiziert,
brauchen aber für eine Schnellabschaltung
dynamisch üblicherweise den 1,5 bis
1,8fachen Nennstrom, um ausreichend
unempfindlich zu sein. Die Stromversorgung
muss also für diesen „Reservestrom“
überdimensioniert werden,
ansonsten ist die Schutzwirkung und
Selektivität fraglich.
Hat man zum Beispiel zwei Verbrauchergruppen
die jeweils 1A Nennstrom
benötigen und zwei Weitere mit jeweils
3,5A, wird man in der Regel zwei elektronische
Sicherungen mit 2A und zwei mit
6A wählen. Im Normalfall fließen 9A. Hat
dann eine 3,5A-Gruppe einen Fehler oder
Kurzschluss, braucht die 6A-Sicherung 9A
zum Auslösen. Zusätzlich mit den anderen
drei Verbrauchergruppen muss die DC-
24V-Stromversorgung zur Abschaltung
der fehlerhaften Gruppe also 14,5A
liefern können. Der erforderliche Reservestrom
wird von der Sicherung mit dem
höchsten Amperewert bestimmt und ist in
diesem Fall 5,5A.
In der Praxis wird man für dieses Beispiel
eine 20A-Standardstromversorgung wählen
müssen, obwohl der Nennstrom nur
9A beträgt.
erlaubten Nennstrom. Im Störfall geht
dann die Stromversorgung in Begrenzung,
bevor die Sicherung 19,2V den fehlerhaften Pfad
20,4V
abschalten kann.
24V
Viel einfacher ist es bei der Verwendung
des neuen PISA Module:
Hier ist kein „Reservestrom“ erforderlich
30V
und man kommt mit einer 10A-Standardstromversorgung
aus. Im Ernstfall würde
der fehlerhafte 3,5A- Kreis die Stromversorgung
in den Strombegrenzungsmodus
bringen und die Spannung leicht einbrechen
lassen. Das PISA Modul überwacht
aber diese Spannung und verhindert,
dass sie unter 21V absinkt, indem es den
Ausgangsstrom begrenzt. Die Begrenzung
bleibt für einige Zeit bestehen, bevor das
PISA Modul die Ausgänge abschaltet,
falls die Störung sich in dieser Zeit nicht
auflöst. Eine Versorgung von empfindlichen
elektronischen Verbrauchern wie
Steuerungen ist dann lückenlos gegeben.
Mit dieser Eigenschaft ist auch eine
Fehldimensionierung, wie im vorangegangenen
24V
Beispiel beschrieben, erst gar nicht
19,2V
möglich.
Zeit
0V
max.
10ms
Effiziente Schutzkonzepte für 24V-DC-
Systeme sind nicht so trivial wie man
anfänglich vermutet. Ein klassischer
Ansatz mit selektiven Einzelkanalabsicherungen
funktioniert zwar, kostet
aber auch eine Menge Geld.
Es empfiehlt sich die Notwendigkeit
einer durchgängigen, selektiven
Abschaltung zu hinterfragen.
In vielen Fällen kann man dann mit
dem neuen PISA Modul von PULS
eine Menge Geld sparen ohne dabei
nennenswerte Risiken eingehen
zu müssen.
Bild 12: Auswahl der Größe der Stromversorgung in Abhängigkeit des gewählten Absicherungskonzepts
Strom im
Lastkreis 2
Netzgerät
+
-
Strom im
Lastkreis 3
6A
6A
6A
6A
Strom im
Lastkreis 4
Netzgerät
Strom im
Lastkreis 1
Reservestrom
zum Auslösen
von Sicherungen
Relais
Display
Sensoren
Antriebe
Strom im
Lastkreis 3
Strom im
Lastkreis 2
+
-
Strom im
Lastkreis 1
PISA
Modul 6A
6A
6A
6A
Strom im
Lastkreis 4
Relais
Display
Sensoren
Antriebe
Eine weitere Gefahr lauert hier, wenn
während der Betriebszeit eine Anlage
modifiziert oder erweitert wird. Zu diesem
Zeitpunkt denkt man nicht mehr an
den erforderlichen „Reservestrom“ und
belastet die Stromversorgung bis zum
Klassische Lösung:
Die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung
kann nicht zu 100% für die Verbraucher
verwendet werden.
Ein „Reservestrom“ ist notwendig um
im Fehlerfall Sicherungen auslösen lassen
24V
Netzgerät zu können.
PISA
Protection
Module
6A
6A
PISA Lösung:
100% Strom für die Verbraucher.
Dank der Spannungsüberwachung
werden rechtzeitig der Strom begrenzt und
anschließend Steuerungen die Ausgänge abgeschaltet.
(kritische Lasten)
Motor 1
Relais, Magnetspulen
12A
Anzeigen, Monitore
November 2011
Bestellnummer: AN41.03.de
12A Motor 2
Seite 6 / 8
www.pulspower.com
Schutzschild

NEC-Class-2 Stromkreise
mit PISA11
Mit PISA11 lassen sich kostengünstig
gleich vier NEC-CLASS-2 Stromkreise mit
nur einem Netzgerät und einem PISA
Modul aufbauen. Werden mehr als vier
Stromkreise benötigt, kann man einfach
mehrere PISA Module an die Stromversorgung
anschließen. Für kleine Ströme bis
2A sind PISA11.401 und PISA11.402 ausreichend.
Wenn man eine Leistung in der
Nähe der maximalen 100W NEC-CLASS-2
Grenze benötigt, ist dafür das speziell
entwickelte PISA11.CLASS2 eine perfekte
und einfache Lösung.
Alle Ausgänge dieser drei PISA Module
erfüllen die Anforderung als Stromquelle
zum Aufbau von NEC-Class-2 Stromkreisen
und sind gemäß der IEC 60950-1 als
„Stromquelle begrenzter Leistung“ (LPS)
klassifiziert. Bei Überlast wird der maximale
Strom für eine bestimmte Zeit begrenzt,
danach werden alle 4 Ausgänge des PISA
Moduls abgeschaltet und können manuell
mit Taster oder mittels einer Steuerspannung
wieder zugeschaltet werden. Die
PISA Module können dabei von Stromversorgungen
beliebiger Leistung versorgt
werden. Der interne Schutzmechanismus
ist in den PISA Modulen redundant aufgebaut,
so dass es auch bei einem Fehler
oder Gerätedefekt zu keinen gefährlichen
Situationen kommen kann.
Beim PISA11.CLASS2 Module passt
sich die Strombegrenzung automatisch
der Versorgungsspannung an. Dies ist
erforderlich, um eine maximal mögliche
NEC-Class-2 konforme Nutzleistung zu
bekommen. Bei den speisenden 24V-
Stromversorgungen kann die Ausgangsspannung
üblicherweise im Bereich
von 24 bis 28V eingestellt werden. Ein
Verstellen auf 28V (oder auf den Rechtsanschlag
des Einstellreglers) darf natürlich
die NEC-CLASS-2 Anforderungen nicht
DC 24V
Netzgerät
z.B. 20A
PISA11.CLASS2
PISA
Schutzmodul
PISA11.CLASS2
PISA
Schutzmodul
A1
A2
Bild 13:
Aufbau mehrerer NEC-Class-2 Stromkreisen mit einer leistungsstarken
Stromversorgung PISA11.CLASS2 und den PISA11.CLASS2

LASS2
modul
LASS2
modul
LASS2
tion
le
LASS2
tion
le