KEM Konstruktion 04.2017

AUTOMATISIERUNG
ELEKTROTECHNISCHE BAUELEMENTE
Schutzschalter stellen die Energie- und Netzversorgung durch USV-Anlagen sicher
Spannungsausfälle wirksam verhindern
Das Thema Energiesicherheit spielt in der Industrie eine zunehmend wichtige Rolle und wird entsprechend intensiv
diskutiert. Die Energiewende sowie der wachsende Anteil erneuerbarer Energien unterstützen diese Entwicklung.
Zur Produktion von Gütern, zur Erzeugung und Verarbeitung von Daten sowie zur Kommunikation wird Energie
benötigt. Bleiben jedoch aufgrund von Stromausfällen ganze Anlagen stehen oder gehen wichtige Daten verloren,
tritt meist ein erheblicher Schaden ein. Der Einsatz einer AC-USV-Anlage kann hier Abhilfe schaffen. Dabei
sorgt die Electronic Breaker Unit von E-T-A für die sichere Abschaltung der Verbraucher im Kurzschlussfall.
Tobias Prem, Produkt Manager Industrie, Energie & Equipment, E-T-A Elektrotechnische Apparate
Bild: E-T-A
Durch den Einsatz einer USV lassen sich Ausfälle vermeiden. So
argumentieren zumindest viele Industrieunternehmen. Auch
deshalb ist der Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung
aus der Chemie-, Pharma-, oder Automobilindustrie, aus der
Energie- und Gebäudetechnik aber auch aus der Telekommunikation
nicht mehr wegzudenken. USV-Anlagen stellen die Energieversorgung
bei Netzausfall oder Netzschwankung sicher und schützen vor
Datenverlust – möchte man meinen…
Bei zu hoher Belastung durch einen Kurzschluss wird die maximale
Belastungsgrenze der USV schnell überschritten. Die gesamte USV
schaltet aus Gründen des Eigenschutzes ab. In diesem Fall ist die ursprüngliche
Funktion der Anlage, die Energieversorgung sicherzustellen,
nicht mehr erfüllt. Bei einem einzigen fehlerhaften Lastkreis
ist also auch für alle anderen Verbraucher die Energieversorgung gestört.
Dies kann einen Anlagenstillstand sowie undefinierte Zustände
mit allen damit verbundenen Gefahren zur Folge haben. Ein sekundärer
Überstromschutz ohne Selektivität
begünstigt diese Situation. Häufig kommen
konventionelle Schutzschalter bzw. Leitungsschutzschalter
zum Einsatz. Diese reagieren
in dieser Überlastsituation zu langsam, nur
unzuverlässig oder gar nicht. Grund dafür ist
die Tatsache, dass ein herkömmliches
Schutzelement einen relativ hohen Strom zur
Auslösung benötigt. Die USV-Anlage kann jedoch
nur einen begrenzten Strom liefern.
Um einen Leitungsschutzschalter mit einer
Kennlinie in C-Charakteristik und einem
Nennstrom 10 A binnen 10 ms sicher auszulösen,
müsste die Stromversorgung aber
Die Kennlinie des
Leitungsschutzschalters
liegt außerhalb des
Arbeitsbereiches der USV,
sodass im Fehlerfall eine
Auslösung erfolgt
mindestens 100 A bereitstellen (Der Auslösestrom
entspricht bei der C-Charakteristik
dem Zehnfachen des Nennstroms). Im Umkehrschluss
folgt daraus, dass die USV alleine
nicht für die Energiesicherheit sorgen
kann. Die hohen Investitionskosten für eine
Anlage sind so also nicht gerechtfertigt, nur
eine USV, die wirklich Energiesicherheit bietet,
zahlt sich im Fehlerfall aus.
Das Dilemma
Bei allen Vorteilen hat der Einsatz von AC-USV-Anlagen auch seine
Schattenseiten. Neben hohen Investitionskosten besteht vor allem
die Problematik darin, dass die zur Verfügung gestellte Ausgangsleistung
aus technischen Gründen begrenzt ist. Deshalb kann die
USV über den Nennstrom hinaus nur einen begrenzten Überstrom
liefern. Bei Überlast ist deshalb zuerst die Spannungsqualität beeinträchtigt.
Scheinbar optimale Lösungen
Wird der benötigte Ausgangsstrom einer USV zur Auslösung thermisch-magnetischer
Schutzsysteme nicht erreicht, so kommt häufig
fälschlicherweise eine überdimensionierte Anlage zum Einsatz.
Dies hebt neben wesentlich höheren Anschaffungskosten auch die
Folgekosten um ein Vielfaches. Die Mehrkosten setzen sich zusammen
aus den Wartungskosten für die ebenfalls größere benötigte
Batteriekapazität sowie den jährlichen Kosten für die Verlustleistung.
Bei einer überdimensionierten USV sinkt in der Regel der Wirkungsgrad
durch die geringere Auslastung. Technisch scheitert die
108 K|E|M Konstruktion 04 2017