Fachartikel vom 01/12/2016
E-T-A
Erstmals stabil sicher
Electronic Breaker Unit (EBU). Energiesicherheit für AC 230 V muss stabil gewährleistet werden, denn zur Produktion, zum Generieren von Daten sowie zur Kommunikation benötigen wir Strom – ausnahmslos.
Von Tobias Prem
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| (Bild: E-T-A) |
Energiesicherheit in der Industrie wird großflächig diskutiert. Themen wie die Energiewende und erneuerbare Energien unterstützen dies. AC-USV-Anlagen in der Chemie-, Pharma-, oder Automobilindustrie, in der Energie- und Gebäudetechnik und auch in der Telekommunikation sind nicht mehr wegzudenken. Die Unterspannungsversorgung stellt dabei die Energiesicherheit bei Netzausfall oder Netzschwankung sicher und schützt vor Datenverlust. Bei allen Vorteilen haben AC-USV-Anlagen allerdings auch ihre Schattenseiten.
Das Dilemma
Neben hohen Investitionskosten besteht bei AC-USV-Anlagen vor allem die Problematik, dass die zur Verfügung gestellte Ausgangsleistung aus technischen Gründen begrenzt ist. Deshalb kann die USV über den Nennstrom hinaus nur begrenzt Überstrom liefern. Bei Überlast ist deshalb zunächst die Spannungsqualität beeinträchtigt.
Bei zu hoher Belastung durch Kurzschluss wird die maximale Belastungsgrenze der USV sehr schnell überschritten. Die gesamte USV schaltet aus Gründen des Eigenschutzes ab. In diesem Fall ist der ursprüngliche Sinn der Anlage, die Energiesicherheit, nicht mehr erfüllt. Bei einem einzigen fehlerhaften Lastkreis gehen also auch für alle anderen Verbraucher „die Lichter aus“. 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 (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 allerdings kann nur einen spezifiziert begrenzten Strom zur Verfügung stellen.
Um einen Leitungsschutzschalter mit Kennlinie C und Nennstrom 10 A binnen 10 ms sicher auszulösen zu können, müsste die Stromversorgung aber mindestens 100 A bereitstellen (IAuslöse = INenn x 10 = 10 A x 10 = 100 A). Im Umkehrschluss heißt dies, die USV alleine kann Energiesicherheit nicht wirklich sicherstellen. Die hohen Investitionskosten für eine Anlage sind so nicht gerechtfertigt. Denn nur eine USV, die wirklich Energiesicherheit bietet, zahlt sich im Fehlerfall aus.
Nur scheinbar optimale Versorgung
Wird der benötigte Ausgangsstrom einer USV zur Auslösung thermisch-magnetischer Schutzsysteme nicht erreicht, so kommt häufig fälschlicherweise eine Anlage mit sehr viel höherer Leistung zum Einsatz. Dies hebt neben wesentlich höheren Anschaffungskosten auch die Folgekosten um ein Vielfaches.
Die Mehrkosten setzen sich zusammen aus Wartungskosten für die ebenfalls größere benötigte Batteriekapazität und den jährlichen Verlustleistungskosten. Bei einer stark überdimensionierten USV sinkt der Wirkungsgrad durch die mindere Auslastung zudem. Technisch scheitert die Lösung oftmals an langen Leitungslängen, die zusätzlich durch den Leitungswiderstand den maximalen Strom einer USV-Anlage begrenzen.
Beispiel: UB= 230 V, 200 m / 1,5 mm²(R = l / 56 x A = 200 m / 56 x 1,5 = 2,38 Ohm)(Imax. = U/R → I = 230 V / 2,38 Ohm = 96,6 A)An dieser Stelle kann also selbst ein Leitungsschutzschalter mit Charakteristik C und einem Nennstrom 10 A rechnerisch nicht mehr auslösen. Die Verwendung kleiner Nennströmen oder Leitungsschutzschaltern mit flinkerer Kennlinie „B“ oder sogar „A“ erscheint im ersten Moment erfolgsversprechend. Dies führt aber sehr oft zu fehlerhaften Auslösungen bei Schaltvorgängen wie z. B. dem Einschalten von Schaltnetzteilen. Zu Energiesicherheit führt auch dies nicht.
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| (Bild: E-T-A) |
Lösung für stabile Energiesicherheit
E-T-A stellt mit dem Schutzschalter Typ EBU (Electronic Breaker Unit) die Energiesicherheit für Industrieunternehmen durch AC-USV-Anlagen erstmals stabil sicher. Das Gerät für AC 230 V besteht aus einem Leitungsschutzschalter, der für Kurzschlussabschaltungen von bis zu 10 kA zugelassen ist und einer angebauten Elektronik, die Mess- und Auswerteaufgaben übernimmt. Das Produkt ist in den LS-Nennströmen 6 A, 10 A und 16 A Charakteristik B und C verfügbar und wird am Abgang der jeweiligen USV betrieben.
Der Typ EBU hat eine Baubreite von 54 mm (3 x LS). Mit Hilfe eines Einstellpotentiometers lässt er sich mit wenigen Handgriffen auf die Leistungsfähigkeit der jeweiligen USV Anlage und die vorliegenden Lastbedingungen anpassen. Im Fehlerfall löst er zuverlässig aus – und zwar nur im betroffenen Lastpfad. Alle weiteren Versorgungsstränge bleiben davon unberührt. Einschaltvorgänge und damit verbundene höhere Einschaltströme toleriert die Einheit. Für den Anwender bedeutet dies einen störungsfreien Betrieb und eine zusätzlich spürbare Kostenreduzierung.
Die Anpassung an die USV und somit die Einstellung der Selektivität erfolgt durch Einstellung des USV-Nennstroms am EBU. Der Wert findet sich im Datenblatt der USV. Zur Überlastabsicherung wird der Last-Nennstrom an der Unit angepasst. In Folge ergibt sich eine USV-Anlage, die um ein Drittel kleiner dimensioniert ist.
Berechnung: C10A Automat Auslösung bei KS zwischen 5…10 x IN Worst Case: 10 A x 10 = 100 A Für 100 A bei KS benötigen wir eine USV mit: 15 kVA (einphasig) Überlast 150 % 45 kVA (dreiphasig) Überlast 150 % 15 kVA / 230 = 67 A x 1,5 = 100 A 45 kVA / 400 V x √3 = 67 A x 1,5 = 100 A
EBU → C10A Auslösung bei KS bis 64 A → Einstellbar Für 64 A bei KS benötigen wir eine USV mit: 10 kVA (einphasig) Überlast 150 % 30 kVA (dreiphasig) Überlast 150 % 10 kVA / 230 = 43 A x 1,5 = 65 A 30 kVA / 400 V x √3 = 43 A x 1,5 = 65 A
Ergebnis: 15 kVA – 10 kVA = 5 kVA = Einsparung 1/3 45 kVA – 30 kVA = 15 kVA = Einsparung 1/3
Die jährlichen Energiekosten sinken dadurch um zirka 40 %. Der Typ EBU amortisiert sich somit schnell und sorgt zusätzlich für eine deutlich höhere Verfügbarkeit Ihrer Anlage. Die Energiesicherheit im AC-USV-Bereich ist erstmals stabil sichergestellt und die Anschaffungskosten einer USV werden wirklich rentabel. (sc)
www.e-t-a.de