Der Wunsch nach höherer Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen ist in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Ergo wird das 24-V(DC)-Versorgungssystem heute erheblich differen­zierter betrachtet als noch vor einigen Jahren.

Bei Anlagen mit hoher Verfügbarkeit ist zunächst einmal zwischen Versorgen und Schützen zu unterscheiden. Beim Versorgen ist es unerlässlich, auf hochwertige Kom­ponenten zu setzen, um einen reibungslosen Betrieb über einen langen Zeitraum zu ermöglichen. Dies beginnt bereits bei der Einspeisung einer Anlage und erstreckt sich bis zum Verbraucher.

Beim Schützen der Anlage geht es darum, den Betrieb sicherzustellen und die unterschiedlichen Komponenten und Leitungen zuverlässig vor Beschädigungen oder gar Ausfall zu schützen. Dabei umfasst der Begriff Schützen verschiedene Fehlerfälle, die im laufenden Betrieb auftreten und so die Anlage zum Stillstand bringen können. Hierzu zählen Themen wie Überspannungsschutz, Überstroms­chutz und Kurzschlussschutz – aber auch der Anlauf von Lasten kann sich als störend herausstellen, benötigen sie doch während des Startvorgangs teilweise mehr als den 10-fachen Nennstrom. Unter Schützen fällt zudem eine Pufferung der Versorgungsspannung, insofern als sie einen Spannungseinbruch verhindert. Die Zeit, die dabei überbrückt werden kann, hängt von der Größe des Puffers ab.

Vor Überspannung schützen

In jeder Anlage sollte an den passenden Überspannungsschutz gedacht werden. Wird er falsch oder gar nicht konzipiert, kann es zu Ausfällen in der Anlage kommen, was häufig kostspielige Reparatur-Maßnahmen nach sich zieht. Daher ist es sinnvoll, Überspannungsschutzschutz-Geräte von Typ 1+2 sowie Typ 3 einzusetzen, um teure Reparaturen als Folge von Überspannungen zu verhindern.

Zur Versorgung in Schaltanlagen haben sich getaktete Schaltnetzteile als Standard etabliert. Sie liefern stets eine konstante Spannung bei hohem Wirkungsgrad. Darüber hinaus bieten sie hilfreiche Zusatzfunktionen – zum Beispiel den Power Boost für einen zuverlässigen Anlauf von Lasten oder zur Abdeckung eines plötzlich erhöhten Strombedarfs beim Zuschalten weiterer Lasten.

In weitläufigen Anlagen kann ergänzend ein DC/DC-Wandler zum Einsatz kommen – um andere Spannungsebenen zu erzeugen, um abgefallene Spannung aufzufrischen und diese somit zu stabilisieren, oder um unterschiedliche Anlagenteile voneinander zu entkoppeln. Durch die Entkopplung werden unerwünschte Rückwirkungen verhindert, die durch Schalthandlungen entstehen. Rückspeisungen in andere Maschinenteile lassen sich so ebenfalls vermeiden.

Energiepufferung und Redundanz

Versorgen und Schützen erfolgen in mehreren Stufen:

 (1) Überspannungsschutz von Typ 1 bis Typ 3

 (2) Stromversorgung mit USV für die zuverlässige Versorgung

 (3) Schutz vor Überströmen und Kurzschluss

 (4) Komfortable Verteilung der Potenzial

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Eine Energiepufferung hilft dabei, die Systemspannung auch in kritischen Situationen aufrechtzuerhalten. Hintergrund ist, dass die Versorgung des gesamten Systems bei einem Spannungseinbruch nicht mehr sichergestellt werden kann. Die Pufferung wirkt dem Spannungs-einbruch entgegen, insofern als das System zusätzlich mit der gespeicherten Energie versorgt wird. Auf diese Weise kann der Anwender einen kurzen Zeitraum überbücken, um die Anlage in einen sicheren definierten Zustand zu fahren.

Die Anlagenverfügbarkeit wird zudem deutlich erhöht, wird die Versorgung redundant aufgebaut. Dazu werden zwei voneinander entkoppelte Stromversorgungen parallel geschaltet. Diese Entkopplung erfolgt mit einem aktiven Redundanzmodul oder mit einem Diodenmodul. In diesem Fall kann eine Stromversorgung komplett ausfallen, da die Versorgung der Anlage über die zweite Stromversorgung weiterläuft. Wichtig hierbei ist, dass jede Stromversorgung unter 50 % ausgelastet ist, um im Fehlerfall zu übernehmen. Aktive Redundanzmodule haben eine deutlich geringere Verlustleistung und bieten darüber hinaus erweiterte Diagnose- und Meldefunktionen. So wird die gesamte Anlage rechtzeitig durch eine Stromversorgung mit Energie versorgt. Der Austausch der defekten Stromversorgung kann dann ohne Unterbrechung des Betriebs erfolgen.

Schützen und Verteilen

Unterschiedliche Geräteschutzschalter – von modularen Einkanalgeräten (links) bis zu den kompakten mehrkanaligen Schutzschaltern (rechts) – erhöhen die Ausfallsicherheit von Maschinen und Anlagen.

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Für einen sinnvollen Schutz sollten die Stromkreise hinter einer Strom-versorgung aufgeteilt und nach Möglichkeit selektiv abgesichert werden. Dadurch werden die einzelnen Verbraucherkreise geschützt – sie können im Fehlerfall separat abgeschaltet werden. Wichtig ist dabei der Schutz der Versorgungsspannung, denn kommt es zu einem Fehler im laufenden Betrieb, kann diese einbrechen. Dann ist der gesamte Anlagenbetrieb gefährdet.

Der Schutz erfolgt häufig bereits mittels elektronischer Sicherungen. Diese benötigen gegenüber handelsüblichen Leitungsschutzschaltern einen viel geringeren Strom im Fehlerfall und lösen somit sicher aus. Parallele Stromkreise können ihren Betrieb weiterhin ohne Beeinträchtigung fortsetzen.

Mit Geräten in unterschiedlichen Bauformen bietet Phoenix Contact hier für jede Anwendung den passenden Schutz. Ein flexibler Schutz lässt sich etwa mit modularen einkanaligen Schutzschaltern erreichen, die genaue Anzahl an Schutzkreisen kann schnell und einfach gesetzt werden.

Einen passenden Schutz bieten auch kompakte mehrkanalige Geräteschutzschalter, die schnell installiert und nahezu ohne Verkabelungsaufwand in Betrieb genommen werden.