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Industrielle Automation 2/2018

Industrielle Automation 2/2018

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Wenn der Strom zurückfließt Rückspeisung von Elektromotoren bei DC 48 V elektronischem Überstromschutz LIVE@ In den vergangenen Jahren hat sich der elektronische Überstromschutz für DC 24 V kontinuierlich etabliert. Einerseits spielt dafür die Verwendung von Schaltnetzteilen für DC 24 V eine Rolle, um die Stromversorgung sicherzustellen. Andererseits ist der elektronische Überstromschutz aus diesem Spannungsbereich aufgrund der Sicherstellung der Selektivität nicht mehr wegzudenken. Doch wie verhält es sich mit höheren Spannungsebenen und mit welchen Herausforderungen gilt es hier umzugehen? Ralf Dietrich ist Leiter der Abteilung Produktund Marktentwicklung bei der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH in Altdorf Der Einsatz von DC 48 V nimmt immer weiter zu. Steigende Anforderungen an Nennstromstärken im Bereich DC 24 V zur Erhöhung der Leistung in den Lasten bringen diese Spannungsebene an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Durch die Erhöhung der Spannungsebene und damit einer Steigerung von DC 24 V auf DC 48 V ist es möglich, den Anforderungen relativ einfach zu entsprechen. Die Verdoppelung der Spannung ermöglicht eine Verdoppelung der Leistung. Gleichzeitig kann sich aber auch mit der Verdoppelung der Spannung bei gleichbleibender Abgangsleistung die Stromstärke halbieren, wodurch sich ein positiver Effekt auf die Leitungsquerschnitte ergibt. Parallel ist in der Spannungsebene DC 48 V der Anwendungsfall prinzipiell identisch wie im Bereich DC 24 V. Die Verwendung von Schaltnetzteilen verlangt auch hier den Einsatz elektronischen Überstromschutzes zur Sicherstellung der Selektivität. Überstromschutz im Bereich von Elektromotoren Ein spezieller Bereich, in dem der Einsatz von DC 48 V immer mehr zum Tragen Das elektronische Überstromschutz-Gerät ESX10-T ist mit nur 12,5 mm-Baubreite nun auch für DC 48 V verfügbar und lässt sich bequem auf einer Hutschiene aufschnappen kommt, ist die Antriebstechnik. Hier weitet sich der Trend zur Dezentralität weiter aus. Er etabliert sich auch zunehmend in der Spannungsebene DC 48 V. In diesem Segment gibt es vermehrt kleine, dezentrale Antriebe, die in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommen. Ein Beispiel ist der Betrieb von Elektromotoren mit eigens dafür ausgelegten Antriebselektroniken, die direkt an die Spannungsebene DC 48 V angeschlossen werden. In diesem Fall stellt die Antriebselektronik auch das Schutzorgan für den Motor dar, sodass es keines gesonderten Überstromschutzes in Form eines zusätzlichen elektronischen Gerätes bedarf. Es gibt aber auch Elektromotoren, die direkt an einer Stromquelle mit DC 48 V angeschlossen sind. Dann sollte ein elektronischer Überstromschutzschalter für den Motorschutz beziehungsweise zur Wahrung der Selektivität und zur Aufrechterhaltung der Stromquelle zum Einsatz kommen. 60 INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2018

Schutzmechanismen beim Einsatz mehrerer Verbraucher Prinzipiell verfügen Elektromotoren über eigene Schutzmechanismen – in Form eingebauter Schutzelemente – die bei Überlastung eine Abschaltung vornehmen. Dies funktioniert gut, wenn der Elektromotor als einziger Verbraucher mit einer Stromquelle verbunden ist. Sind jedoch mehrere Verbraucher neben dem Elektromotor vorhanden, sieht es anders aus. Dann ist im Fehlerfall dafür zu sorgen, dass die nicht betroffenen Pfade weiter intakt bleiben und die Versorgung mit Spannung bzw. Strom sichergestellt ist. Hierfür kommen elektronische Überstromschutzgeräte zum Einsatz. Diese stoßen innerhalb der Anwendung auf eine Besonderheit. Im Normalfall ist der Motor die treibende Kraft. Er zieht Leistung aus der Stromquelle und stellt den elektronischen Überstromschutz damit vor keine großen Herausforderungen. Bei hohen Anlaufströmen kommen die Überstromkennlinie und gegebenenfalls auch eine Strombegrenzung des Gerätes zum Tragen. Dies stellt den Regelbetrieb für einen Schutzschalter dar. Verändert sich die Betriebsart des elektrischen Kleinantriebes jedoch von motorisch-treibend auf generatorisch-bremsend, so ändert die Energie ihre Richtung. In diesem Fall fließt elektrische Energie zurück zur Quelle. Der Überstromschutz muss dann mit der überschüssigen Energie umgehen können. Wenn dieser jedoch nicht auf diese Betriebsart ausgelegt ist, kommt es zu einer Fehlermeldung und schließlich zur Abschaltung. Rücklaufende Bremsenergie kann zu Fehlerfall führen Die Abschaltung stellt zwar im Wesentlichen die Selektivität auch sicher. Trotzdem ist die eigentliche Aufgabe nicht erfüllt. Denn obwohl der Betrieb der Anwendung korrekt ist, kommt es hier zum Fehlerfall. Bei entsprechender Auslegung des Schutzgerätes besteht jedoch die Möglichkeit, dies zu umgehen. Dafür muss das Gerät in der Lage sein, diese Betriebsart zu erkennen und die rücklaufende Energie korrekt zu verarbeiten. Einfach ist es, diese Energie durch einen angeschlossenen Bremswiderstand zu vernichten. Jedoch ist hierfür eine aufwändigere Beschaltung des Gerätes notwendig. Sinnvoller ist es, die Rückspeisung bis hin zur Stromquelle zu zulassen. Denn damit lässt sich die Möglichkeit nutzen, die Bremsenergie des Motors anderen Verbrauchern in diesem Kreis zur Verfügung zu stellen. Vorausgesetzt die Stromquelle speist mehrere Verbraucher, darunter auch direkt angeschlossene Elek tromotoren. Dann lässt sich mit dieser Beschaltung die Energie in den DC-48-V-Kreis zurückführen. Dadurch steht sie zur weiteren Nutzung zur Verfügung. Was es hinsichtlich Einschaltströme und Überlast zu beachten gilt Beim Einsatz von elektronischem Überstromschutz in Verbindung mit elektrischen Antrieben sollte auch das Thema Einschaltströme und Überlast beachtet werden. Das heißt, ein hoher Einschaltstrom beim Anlaufen des Antriebes bedarf entsprechender Beachtung durch den elektronischen Überstromschutz. Eine gewisse Toleranz bzw. Anpassung an höhere Eischaltströme ist notwendig, um eine unbeabsichtigte Fehlerauslösung zu vermeiden. Dadurch wird eine angepasste Kennlinie aufgrund induktiver Lasten zur Beachtung beider Einsatzfälle an dieser Stelle notwendig und sinnvoll. Welche Lösungsansätze gibt es dafür? Eine Möglichkeit ist die direkte Verdrahtung des Elektromotors mit beiden Anschlüssen am Schutzschalter. Dadurch lässt sich die Motorleitung einfach und praktisch anschlagen. Gleichermaßen interessant sind auch durchgehende Verschienungen für die GN- und Line-Anbindungen. So ist es möglich, eine einfache Verbindung mit zwei Adern zur Stromquelle auszuführen. Eingebaute Signalkontakte sind im Rahmen einer kundengerechten Lösung ebenfalls relevant. So lässt sich im Fehlerfall eine direkte Meldemöglichkeit zur über geordneten Steuerung erzielen. Die Möglichkeit einer Ein- und Ausschaltung aus der Ferne rundet einen nutzenorientierten Ansatz ab. Fotos: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH www.e-t-a.de Einige Produkte für den Einsatz im Bereich DC 48 V sind bereits am Markt erhältlich. E-T-A ergänzt das eigene Programm des elektronischen Überstromschutzes. Dabei erweitert das Unternehmen die bewährte Reihe ESX10-T um Geräte für die Spannungsebene DC 48 V in unterschiedlichen Stromstärken. Für Anwender eröffnet dies zusätzliche Möglichkeiten am Markt, das passende Produkt für ihre jeweilige Anwendung zu finden und optimal darauf abzustimmen. Achsregelbaugruppen • digitale Achsenregler für hydraulische Systeme • Positions- und Druckregelung • Zwei-Achs-Module mit Gleichlaufregelfunktion • ProfiNet, EtherCAT, Ethernet/IP oder Profibus Schnittstelle • optimiert für Proportional-, Regelund Servoventilanwendungen • einfachste Bedienung und somit problemlose Inbetriebnahme • Industrie 4.0 Elektronik GmbH Gewerbering 31 D-41372 Niederkrüchten Telefon: +49 (0)2163 577355-0 Fax: +49 (0)2163 577355-11 E-Mail: info@w-e-st.de Internet: www.w-e-st.de Alles für die Hydraulik: Leistungsverstärker, Druck-, Positions-, Gleichlauf- und Pumpenregelungen