Absicherung unterbrechungsfreier Stromversorgungen
Sicherstellung der Verfügbarkeit
Strombegrenzte Anwendungen sind in der Industrie gut bekannt. Ein Beispiel sind Schaltnetzteile auf DC 24V-Ebene und deren speziellen Anforderungen in der Absicherung von Lastkreisen. Hier ist zunehmend der elektronische Überstromschutz auf dem Vormarsch. Denn dadurch lässt sich die Verfügbarkeit der Stromquelle sicherstellen. Wie verhält es sich jedoch bei strombegrenzten Anwendungen für AC 230V mit dem Einsatz von unterbrechungsfreien Stromversorgungen – den sogenannten USV? Gibt es hier auch schon elektronische Lösungen, um die Verfügbarkeit zu gewährleisten?
Die Kennlinie des Leitungsschutzschalters ist in zwei Bereiche unterteilt. (Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH)
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen kommen heute in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz. Speziell da, wo die Stromversorgung bei Netzausfall sicherzustellen ist. Dabei wird durch die Stromversorgung beim Ausfall der Netzspannung diese über Batterie gepuffert. Die USV versorgt die Geräte für eine bestimmte Zeit weiter mit AC 230V. So lässt sich die Funktion und Verfügbarkeit verschiedener Einrichtungen gewährleisten. Das heißt, an die USV sind unter Umständen diverse Stromkreise angeschlossen. Diese sind für sich mittels Überstromschutzorganen durch Leitungsschutz abgesichert. Im Fehlerfall eines Verbrauchers durch Überlast oder Kurzschluss ist ein Ausfall der USV zu vermeiden. Deshalb soll das Überstromschutzorgan den Fehler rechtzeitig abschalten und damit den fortlaufenden Betrieb der USV gewährleisten. Das bedeutet: Bei mehreren angeschlossenen Stromkreisen ist die Selektivität im Fehlerfall sicherzustellen. Es geht um Selektivität in der strombegrenzten Anwendung der USV von mehreren Überstromschutzorganen. Und das in Parallelschaltung. Parallelschaltung heißt, die USV versorgt verschiedene Stromkreise simultan zueinander. Das Schutzorgan muss wie folgt reagieren: Sichere Abschaltung des fehlerbehafteten Stromkreises, bei gleichzeitiger Versorgung der parallelen Zweige mit Strom durch die USV. Nur so lässt sich verhindern, dass ein Fehler in einem spezifischen Stromkreis die gesamte USV in den Fehlermodus bringt. In der Parallelschaltung kommen zur Absicherung nach wie vor standardmäßig Leitungsschutzschalter zum Einsatz. Die Kennlinie des Leitungsschutzschalters ist in zwei Bereiche aufgeteilt. Es gibt einerseits einen Teil für die Überlastauslösung durch Bimetall. Hier beträgt die Abschaltzeit ungefähr eine bis mehrere Sekunden für den Bereich des ein- bis dreifachen des Nennstromes. Andererseits gibt es einen Bereich für die Auslösung bei Kurzschluss durch die Stromspule mit Schlaganker. Dieser Bereich gilt für das 3-, 2- bis 4- oder 8-fache des Nennstrom.
Frontansicht Typ EBU (Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH)
Schnelligkeit ist gefragt
Die USV muss den für den Fehlerfall notwendigen Kurzschlussstrom zur Verfügung stellen. Nur dann löst der Leitungsschutzschalter nach Kennlinie sicher aus. Im Fehlerfall muss zur Auslösung das 3- bis 5-fache des Nennstromes fließen. Die Kapazität der USV ist deshalb entsprechend hoch auszulegen. Eine schnelle Abschaltung im Fehlerfalle ist wichtig. Denn Schnelligkeit verhindert eine längere Überlastung der USV. So kommt diese nicht in einen Fehlermodus. Für die Absicherung von parallelen Stromkreisen bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen auf der Sekundärseite im Bereich AC 230V gibt es auch schon elektronische Lösungen. Diese sind mit einem Leitungsschutz kombiniert. Ein bekanntes Produkt der Typ EBU (electronic breaker unit). Der elektronische Teil stellt die empfindliche Messeinheit. Diese löst im Fehlerfall sicher aus. Der Leitungsschutzschalter ist für die Abschaltung des Lastkreises zuständig. Durch die Elektronik ist es möglich, eine sehr genaue Anpassung des Schutzgerätes auf den Nennstrom im Lastkreis vorzunehmen. Durch die exakten Einstellmöglichkeiten des Typ EBU, lässt er sich sehr gut auf die USV justieren. Dies geschieht in Bezug zum Kurzschluss, notwendigen Nennstrom und Überlastverhalten. Für den Fehlerfall lässt sich damit eine exakte Reaktion des Gerätes parametrieren.
Selektivität sichergestellt
Der Typ EBU stellt als elektronisches Gerät die Selektivität im Fall eines Fehlers sicher. Der Anwender kann außerdem noch Kosten einsparen. Denn die USV kann mit einer kleineren Auslegung zum Einsatz kommen. Durch die elektronische Unterstützung der Kennlinie ist es möglich, die Leistung der USV um bis zu einem Drittel zu reduzieren. Dies funktioniert, da die hohe Überlastfähigkeit der USV zur Abschaltung herkömmlicher Leitungsschutzschalter nicht mehr von Nöten ist. Dadurch sind Energieeinsparungen von bis zu 40 Prozent möglich.
Typ EBU mit Anschluss-und Bedienelementen. (Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH)
Genaue Überwachung des Lastkreises
Typ EBU ist die Kombination eines typischen Leitungsschutzschalters mit elektronischer Abschaltung. Das heißt, die Gerätekennlinie fußt z.B. auf der gängigen Kennlinie eines Leitungsschutzschalters mit B-Kennlinie. Zusätzlich gibt es eine elektronische Kennlinie. So lässt sich die sichere und schnelle Abschaltung der USV durch geringere Abschaltwerte der Elektronik ermöglichen. Dadurch ist die Selektivität sichergestellt. Durch die Elektronik ist zusätzlich auch die Möglichkeit einer Signalisierung gegeben. Durch die Einbindung eines am Typ EBU verfügbaren Signalkontaktes in die Steuerungslogik lässt sich der Fehler einwandfrei an eine übergeordnete Steuerung melden. So ist eine genaue Überwachung des Gerätes und damit des Lastkreises möglich. Der Fehler lässt sich über die Steuerung nachvollziehen und anschließend weiter auswerten. Dadurch erhöht sich die Transparenz in der Anlage und der Anwender hat spezifischere Möglichkeiten zur Diagnose. Die Definition von Selektivität ist heute in zweifacher Hinsicht möglich. Auf der einen Seite gibt es die populäre Selektivität in der Reihenschaltung von Überstromschutzgeräten. Diese basiert auf AC 230V. Auf der anderen Seite findet heutzutage die Selektivität bei Parallelschaltung von Überstromschutzgeräten Anwendung. Dies ist besonders bei strombegrenzten Anwendungen der Fall. Das betrifft AC 230V ebenso, wie DC 24V. Die Reihenschaltung bezieht sich gegenwärtig immer noch auf herkömmliche Überstromschutzgeräte. Die Selektivität bei Parallelschaltungen gewinnt jedoch zunehmend an Bedeutung. Dem liegt die Zunahme strombegrenzter Anwendungen zugrunde. Denn sie hat sich beim Einsatz von elektronischem Überstromschutz als sehr wertvoll erwiesen.
