Industrienetzteile Genügsam, aber sicher

Geringe Leerlaufverluste und ein hoher Wirkungsgrad – so lauten zwei Kriterien, die aktuell industrielle Netzteile erfüllen müssen. Aber ein Industrie-Netzgerät muss mehr können – abhängig vom geplanten Einsatz.

In der Gebäudeautomation sind Stromversorgungen nur einige Stunden am Tag in Betrieb, werden aber nicht abgeschaltet. In diesen Applikationen stellen neben dem Wirkungsgrad vor allem geringe Leerlaufverluste eine wichtige Kenngröße dar. Anders im industriellen Umfeld, wo die Stromversorgungen 24 Stunden am Tag arbeiten. In solchen Anwendungsfällen zählt in erster Linie der Wirkungsgrad.

Die neue Stromversorgungs-Produktfamilie Step Power – Leistungsklasse  bis 100 W – von Phoenix Contact wurde insbesondere für den Einsatz in Installationsverteilern konzipiert (Bild 1).

Um geringe Leerlaufverluste (0,3 W) und einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad (89 %) zu erreichen, hat Phoenix Contact für die Netzgeräte ein eigenes ASIC entwickelt. Die Stromversorgungen Step Power wandeln im Betrieb und im Leerlauf weniger elektrische Energie in unerwünschte Wärmeenergie um. Sie sparen damit aber nicht nur Energie, sondern die geringere Eigenerwärmung wirkt sich lebensverlängernd auf die Bauteile aus.

Ihre Regelung arbeitet nach der UI-Kennlinie. Das bedeutet: Bei Kurzschluss oder Überlast wird nicht abgeschaltet, sondern kontinuierlich der maximale Kurzschlussstrom abgegeben. Auf diese Weise können kapazitive Lasten sowie Verbraucher mit DC/DC-Wandlern im Eingangskreis zuverlässig von den Netzgeräten versorgt werden.

Selektive Abschaltung im Kurzschlussfal

Im industriellen Umfeld sind die Stromversorgungen – anders als in der Gebäudetechnik – in der Regel durchgängig in Betrieb. Die für den Anlagen- und Sondermaschinenbau entwickelten Netzteile Quint Power (Bild 2) sind deshalb auf einen hohen Wirkungsgrad bis zu 93 % optimiert. Beispielsweise erzeugt das einphasige Netzteil Quint Power SFB mit 10 A Nennstrom eine Verlustleistung von 24 W. Vergleichbare Netzgeräte mit einem Wirkungsgrad von 87 % weisen eine Verlustleistung von 36 W auf. Gerechnet mit einem Strompreis von 0,15 Euro je kW/h, entspricht der höhere Wirkungsgrad einem jährlichen Einsparpotential von etwa 15 Euro pro Gerät. Zusätzlich verlängern die niedrigeren Temperaturen aufgrund der geringeren Verlustleistung die Lebensdauer aller Komponenten im Schaltschrank.

Neben der Energieeffizienz ist die Zuverlässigkeit einer Stromversorgung im Industriebereich ein ausschlaggebendes Kriterium. Hierzu zählt auch, dass Leitungsschutzschalter im Fehlerfall sicher auslösen. Mit der „Selective Fusebreaking Technology“ (SFB) ist dies sogar bei parallel angeschlossenen Lasten, die mit jeweils einem Leitungsschutzschalter selektiv abgesichert sind, möglich – und zwar in wenigen Millisekunden. Das Netzgerät sorgt dafür, dass ein einzelner Leitungsschutzschalter im Kurzschlussfall auslöst und so den fehlerhaften Pfad von der Stromversorgung trennt. Mit SFB wird nur der fehlerhafte Zweig vom Netzteil getrennt, sodass die übrige Anlage durchgängig mit Gleichspannung versorgt wird. Für einen solchen Auslösevorgang benö- tigen Leitungsschutzschalter einen deutlich höheren Strom als den Nennstrom.

Ein Leitungsschutzschalter mit 6 A Nennstrom und B-Charakteristik löst z.B. mit 60 A, dem zehnfachen Bemessungsstrom, bei Gleichstrom auf jeden Fall im magnetischen Bereich der Kennlinie aus. Damit eine Last bei Kurzschluss zuverlässig selektiv abgeschaltet wird und die anderen Verbraucher weiterarbeiten, muss eine 10-A-Stromversorgung für diesen Automaten ihren sechsfachen Nennstrom, sprich 60 A, zur Verfügung stellen.

Die Netzteile Quint Power von Phoenix Contact sind dafür ausgelegt. Die 24-V-/10-A-Version kann für 12 ms eine Stromstärke von 60 A abgeben. Für die Ferndiagnose überwachen die Netzgeräte permanent Ausgangsspannung und Ausgangsstrom. Kritische Situationen werden per LED, potentialfreiem Relaiskontakt sowie aktivem Signalausgang angezeigt.

Ist die Stromversorgung z.B. zu mehr als 100 % ausgelastet, befindet sie sich im „Power Boost“-Betrieb. Eine weitere Lasterhöhung oder Steigerung der Umgebungstemperatur würde die Ausgangsspanung unter den Nennwert sinken lassen. Mit der präventiven Signalisierung kann dieser Fall frühzeitig erkannt und entsprechend reagiert werden, bevor schwere Fehler auftreten.