Für den Ausbau der dezentralen Energieerzeuger ist eine moderne und sichere IT zur Datenübertragung ein wichtiger Erfolgsfaktor. Als Hardware für die Datenübertragung kommt in vielen Fällen klassisches Telekommunikationsequipment zum Einsatz. Die leistungsstarken Komponenten wie Router oder Switches laufen mit der für diesen Bereich typischen Spannungsebene von DC-48-V oder DC-60-V. Die Spannungsversorgung generieren dabei Schaltnetzteile, die sich mittlerweile durchgesetzt haben. Hinzu kommen redundant aufgebaute Spannungsversorgungen mit oder ohne Batteriepufferung. Sie bieten die notwendige Versorgungssicherheit für kritische Anwendungen. Bei der Absicherung der Lasten auf der DC-Seite kommen elektromechanische Schutzschalter oder Schmelzsicherungen zum Einsatz. Genau hier sollte der Anwender in seiner Bewertung für ein sicheres und gleichzeitig innovatives Gesamtkonzept sehr genau hinsehen.
Elektronischer Überstromschutz als Lösung
Dabei gilt es zu prüfen, ob die eigentliche Überstromschutzfunktion des Schutzschalters beziehungsweise der Schmelzsicherung tatsächlich gegeben ist. Mit anderen Worten: Kann das Schutzelement im Zusammenspiel mit einem Schaltnetzteil überhaupt auslösen? Wenn die konventionellen technischen Lösungen nicht funktionieren eignen sich am besten dezidierte elektronische Überstromschutzgeräte für DC-Anwendungen. Diese vergleichsweise junge Technik stellt eine korrekte Auslösung sicher – auch bei strombegrenzten Spannungsversorgungen wie dem Schaltnetzteil. Darüber hinaus bieten elektronische Sicherungsautomaten viele Zusatznutzen, die den Aufbau des Smart Grids unterstützen. Vergleichbare, intelligente Absicherungskomponenten finden bereits an vielen Stellen zunehmend Einzug in die Industrie wie bei der Automobilfertigung. Die Geräte sind gleichzeitig ein wichtiger Baustein für die Realisierung von Industrie-4.0-Konzepten auf dieser Ebene.
Das System ControlPlex Rack vom Hersteller E-T-A ist auf diese Aufgabenstellung zugeschnitten. Es besteht aus den steckbaren, elektronischen Sicherungsautomaten vom Typ ESX300-S für die Montage im 19“-Stromverteilungssystem PDB. Mit dem Steuerinterface RCI10 wird es an eine übergeordnete Steuerungsebene angebunden.
Vergleichen wir zuerst das Auslöseverhalten elektromechanischer und elektronischer Überstromschutzgeräte. Ein elektromechanischer Schutzschalter mit Auslösecharakteristik C benötigt in der DC-Anwendung zur Auslösung im Kurzschlussbereich das zirka 7 bis 14-fache des Gerätenennstroms. Beispielhaft für einen Schutzschalter mit 10 A Nennstrom müsste also das versorgende Schaltnetzteil im Fehlerfall 140 A liefern, um das Gerät auslösen zu können. Wenn das Schaltnetzteil diesen Auslösestrom nicht liefert, so bricht die Ausgangsspannung üblicherweise nach einigen Millisekunden ein. Damit fallen sämtliche zu versorgende Anwendungen komplett aus. Das bedeutet, dass die Versorgungssicherheit auch für alle anderen, in diesem Moment ja fehlerfreien Anwendungen nicht mehr gegeben ist.
Hinzu kommt die Tatsache, dass fehlerbehaftete Stromkreise, die nicht schnell genug abgeschaltet werden, auch einer höheren Alterung unterliegen. Zudem stellen sie eine potentielle Brandgefahr dar. Für den Betreiber kann eine solche Situation kostspielig werden. Insbesondere, wenn die Kommunikationstechnik bei einer dezentral aufgebauten Erzeugerstruktur an unbemannten und schlecht zugänglichen Standorten installiert ist. Beispielsweise sind Serviceeinsätze für Offshore-Windparks kostenintensiv und jeder Betreiber sucht nach Möglichkeiten, diese zu vermeiden. Elektronische Sicherungsautomaten vom Typ ESX300-S dagegen messen den Laststrom. Sollte dieser durch Kurzschluss oder Überlast über das 1,2-fache des Nennstromes ansteigen, wird der Laststrom sofort auf diesen Wert elektronisch begrenzt. Anschließend schaltet dann der Sicherungsautomat nur diesen fehlerhaften Lastkreis elektronisch ab. Die Versorgungssicherheit für alle anderen, fehlerfreien Anwendungen ist weiterhin gegeben. Die fehlerbehafteten Stromkreise werden selektiv abgeschaltet.
Zusatznutzen für Anlagenbetreiber
Der elektronische Sicherungsautomat ESX300-S stellt zyklisch Strom- und Spannungswerte für Monitoringzwecke zur Verfügung. Die intelligente Messwertverarbeitung in der übergeordneten Steuerung erlaubt sogar eine präventive Wartung. Dies erlaubt zum Beispiel Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Anwendung anhand der Änderung der Lastparameter.
Mit Hilfe eines Steuerinterface lassen sich die Sicherungsautomaten aus der Leitwarte heraus fernschalten. Ein Fern-Reset ermöglicht den schnellen Einschaltversuch nach Überstromauslösungen und macht so unter Umständen sogar unnötige Serviceeinsätze überflüssig.
Das betriebsmäßige Fern-Ein/-Ausschalten erlaubt einen Power Reset der Anwendung, wenn sich diese im Fehlerbetrieb befindet. Darüber hinaus ist ein Schalten aufgrund von Systemmeldungen wie Feueralarm oder Fehler, Temperaturwerten, Uhrzeit/Datum, Auslastung der Einzel-/Gesamtanwendung, Spannungswerten wie etwa der Batteriespannung oder Stromwerten denkbar und möglich. Mit dem System ControlPlex Rack steht ein weiterer Baustein zur Realisierung intelligenter Übertragungs- und Verteilnetze zur Verfügung.
Der intelligente Überstromschutz erfüllt dabei nicht nur den Überstromschutz, sondern bietet dem Betreiber ein Instrument, Anlage und Kosten für Wartungs- und Serviceeinsätze zu verbessern.
