Stromversorgung für die Gebäudetechnik:
Zuverlässige Versorgung aller Lasten
Die Zuverlässigkeit der Stromversorgung entscheidet über die Verfügbarkeit komplexer Systeme. In der Gebäudeautomatisierung sind deshalb bestimmte Geräteeigenschaften bei der Auswahl zu beachten – beispielsweise die Netzausfallüberbrückung. Zudem stellt jede Anwendung andere Anforderungen an das Netzteil.
Um eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicherzustellen, müssen zunächst grundlegende Eigenschaften der Stromversorgung, wie der Eingangsspannungsbereich und die Netzausfallüberbrückung, geprüft werden. Für den weltweiten Einsatz werden ein Weitbereichseingang und ein internationales Zulassungspaket vorausgesetzt. Die Bauelemente aller Netzteile von Phoenix Contact sind daher für einen ausgedehnten Eingangsspannungsbereich ausgelegt, der die wichtigen weltweiten Versorgungsnetze abdeckt. Bei einphasigen Stromversorgungen erweisen sich Spannungen von 85-264V als sinnvoll, während sich bei 3-phasigen Geräten Spannungen von 3×320-575V sowie ein Frequenzbereich von 45-65Hz anbieten.
Hohe Netzausfallüberbrückungszeit
Die Netzteile müssen auch bei starken Spannungsschwankungen infolge instabiler Versorgungsnetze unterbrechungsfrei weiterarbeiten. Zur Reduzierung von Stillstandszeiten sollte deshalb die Zuverlässigkeit des Versorgungsnetzes vor Ort geprüft werden. Schlechte Netzqualität oder Umschaltvorgänge der Energieversorgungsunternehmen führen zu einer kurzzeitigen Unterbrechung der versorgenden Wechselspannung. Als Folge fehlt eine komplette Halbwelle oder es kommt zu längeren Ausfällen. Solche schwer zu lokalisierenden Fehler sind in komplexen Anlagen nicht akzeptabel, weshalb hier keine ungeregelten Geräte eingesetzt werden können, da sich die Schwankungen der Eingangsspannung direkt auf die Ausgangsspannung übertragen. Bei den primär getakteten Geräten von Phoenix Contact werden Spannungseinbrüche überbrückt, indem die im 600V-Zwischenkreis zur Verfügung stehende Energie in Kondensatoren gespeichert wird. Die großzügig dimensionierten Kondensatoren stellen hohe Netzausfallüberbrückungszeiten unter Volllast sicher, sodass die angeschlossenen Verbraucher durchgehend versorgt sind. Die Auswirkungen schlechter Netzqualität hängen von der Sensibilität einer Anlage ab. Führen Datenverluste oder ein Ausfall der Steuerung zu teuren Stillstandszeiten und sind Spannungsunterbrechungen zu erwarten, die die Netzausfallüberbrückungszeit der Stromversorgung überschreiten, sollte über die Verwendung von Puffermodulen oder unterbrechungsfreien Stromversorgungen nachgedacht werden.
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Die neue Stromversorgungs-Familie Step Power wurde speziell für den Einsatz in Installationsverteilern konzipiert. Geringe Leerlauf-Verluste und der hohe Wirkungsgrad sorgen für Energieeffizienz in der Leistungsklasse bis 100W. Möglich macht das ein speziell entwickelter ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Im Leerlauf sind die Verluste mit etwa 0,5W besonders niedrig. Das ist dann wichtig, wenn die Stromversorgung 24h am Netz ist, aber selten belastet wird – beispielsweise bei der Versorgung von Jalousiemotoren. Der Wirkungsgrad, der sich aus dem Quotienten der Ausgangswirkleistung zur Eingangswirkleistung ergibt, ist mit bis zu 89% deutlich höher als bei vergleichbaren Geräten. Daher setzen Step Power-Stromversorgungen weniger elektrische Energie in unerwünschte Wärmeenergie um. Das spart nicht nur Energie, sondern wirkt sich zudem lebensverlängernd auf die Bauteile aus. Die nur 36, 54, 72 und 90mm schmalen Module entsprechen den Teilungseinheiten 2, 3, 4 und 5 TE. Sie liefern 0,75, 1,75, 2,5 und 4,2A mit 24VDC Ausgangsspannung. Netzteile mit 5, 12, 15 und 48VDC sind ebenfalls verfügbar. Mit Ausnahme der 36mm-Varianten lassen sich die Nennausgangsspannungen über das frontseitige Potentiometer stufenlos einstellen, um Spannungsfälle auf langen Leitungen auszugleichen. Der Einstellbereich der 24V-Netzteile reicht von 22,5 bis 29,5VDC, während er bei den 12V-Geräten zwischen 10 und 16,5V liegt. Die Module arbeiten nach der UI-Kennlinie, sodass die Stromversorgung bei Kurzschluss oder Überlast nicht abschaltet, sondern kontinuierlich den max. Kurzschluss-Strom liefert. Somit werden sowohl kapazitive Lasten als auch Verbraucher mit DC/DC-Wandlern im Eingangskreis zuverlässig versorgt.
Schnelles Auslösen von Standard-LS-Schaltern
Für kritische Anwendungen ist die SFB-Technologie (Selective Fusebreaking Technology) besonders interessant: Beispielsweise versorgt eine Quint Power SFB-Stromversorgung mit den Nennwerten 24V und 20A eine Steuerung sowie drei weitere Lasten. Jeder Strompfad ist mit einem Leitungsschutzschalter (LS-Schalter) mit 16A und B-Charakteristik abgesichert. Bei Wechselspannung würde der 16A-Automat bei 80A magnetisch auslösen. Handelt es sich um DC-Anwendungen, muss ein Korrekturfaktor von 1,5 beachtet werden: Der LS-Schalter benötigt also 120A, um sicher auszulösen. Kommt es in diesem Beispiel aufgrund eines durchgescheuerten Kabels zu einem Kurzschluss am Display, liefert das 20A-Netzteil über die SFB-Technologie für 12ms den sechsfachen Nennstrom, also 120A. Der LS-Schalter löst auf jeden Fall im magnetischen Bereich seiner Kennlinie aus, während alle anderen Verbraucher weiter arbeiten. Die Steuerung wird durchgängig versorgt und läuft trotz des aufgetretenen Sensor-Kurzschlusses unterbrechungsfrei weiter.
Präventive Funktionsüberwachung
Zusätzliche Betriebssicherheit bietet Quint Power durch die präventive Funktionsüberwachung zur Ferndiagnose des Netzteils. Aufgrund der permanenten Kontrolle von Ausgangsspannung und
-strom werden kritische Situationen via LED, potenzialfreiem Relaiskontakt und aktivem Signalausgang visualisiert und der Steuerung gemeldet, bevor eine Störung auftritt. Ist die Stromversorgung zu mehr als 100% ausgelastet, befindet sie sich im Power-Boost-Betrieb. Bei einer Lasterhöhung oder Steigerung der Umgebungstemperatur käme es zum Spannungseinbruch der 24V-Versorgung. Mit der präventiven Signalisierung kann der Anwender frühzeitig reagieren. Wird die Überlast zum Beispiel durch einen defekten Motor verursacht, kann dieser ausgetauscht werden, ehe andere Verbraucher Spannungseinbrüche verzeichnen. Während des durchgängigen Betriebs der Stromversorgung werden Energiekosten reduziert, wenn bei einem hohen Wirkungsgrad bis 93% nur wenig Verlust entsteht, also eine geringe Abwärme produziert wird. Das einphasige Quint Power SFB-Netzteil liefert beispielsweise mit 10A Nennstrom 24W Verlustleistung. Vergleichbare Geräte mit 87% Wirkungsgrad erzeugen immerhin 36W. Bei einem Strompreis von 0,15E je kW/h liegt das jährliche Einsparpotenzial bei etwa 15E. Zudem verlängern die niedrigeren Temperaturen die Lebensdauer aller Schaltschrank-Komponenten. Die derzeit verfügbaren Netzteile stellen 12, 24 oder 48VDC und Nennströme von 3,5, 5, 10 und 20A zur Verfügung.
Umfassendes Produktspektrum
Netzausfälle unterbrechen den Betriebsablauf oder bringen ihn im schlimmsten Fall zum Erliegen. Sie können unterschiedliche Ursachen haben und von einigen Millisekunden bis zu mehreren Stunden dauern, wobei die meisten Ausfälle weniger als 200ms betragen. In der Praxis treten immer dann kurze Spannungseinbrüche bis 20ms auf, wenn der lokale Energieversorger zwischen zwei Netzen umschaltet. Ausfälle bis 200ms resultieren aus der schlechten Netzqualität im weltweiten Einsatz. Länger andauernde Unterbrechungen sind in der Regel auf zerstörte Versorgungsleitungen oder andere schwerwiegende Fehler zurückzuführen. Phoenix Contact bietet für die unterschiedlichen Ausfallzeiten ein durchgehendes Produktkonzept: Alle Stromversorgungen verfügen über eine hohe Netzausfallüberbrückung unter Volllast, die kurze Ausfälle ausreichend abdeckt. Für kurzzeitige Unterbrechungen ist ein wartungsfreies Puffermodul auf Kondensatorbasis erhältlich. Als besonders Platz sparend erweist sich die Mini DC-UPS, die Stromversorgung und elektronische Umschalteinheit in einem Gehäuse vereint. Quint Power DC-UPS überbrücken Ausfälle von bis zu drei Stunden mit externen Energiespeichern auf Akku-Basis. Die Step Power-Netzteile, die über ein speziell für die Gebäudetechnik ausgelegtes Gehäuse verfügen, zeichnen sich durch ihre hohe Energieeffizienz aus. Während die Baureihe Quint Power höhere Leistungen sowie die dynamische Leistungsreserve SFB-Technologie zur Verfügung stellen, rundet Mini Power für die dezentrale Automatisierung das Gebäudetechnik-Programm ab.
