Leistungsschalter Schutzfunktionen für Anlagen, Personen und Verbraucher vor Über- und Fehlerstrom realisieren

Intelligente Leistungsschalter erfassen relevante Betriebsdaten und überwachen kontinuierlich die Energieeffizienz einer Anwendung. Sie schützen Anlagen, Personen und Verbraucher vor Überströmen und Fehlerströmen. Aber ihr Einsatz ist nicht trivial. Aufbau und Realisierung einer Schutzfunktion zeigt dieser Beitrag am Beispiel des Compact NSX von Schneider Electric.

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Von modernen Leistungsschaltern darf einiges erwartet werden. Dass ein solcher Schalter im Betrieb große Lasten ein- oder ausschalten kann, ist selbstverständlich. Ein Leistungsschalter ist allerdings gleichzeitig auch eine wichtige Schutzeinrichtung für Anlagen oder große Verbraucher, wie beispielsweise Maschinen oder Motoren. Kurzschlüsse und Fehlerströme muss er sicher erkennen und selektiv abschalten, um Schäden größeren Ausmaßes zu vermeiden. Selektivität bedeutet, dass bei einem Fehler tatsächlich nur der betroffene Verbraucher (etwa Motor, Maschine oder Anlage) abgeschaltet wird. Nicht betroffene Bereiche einer Produktion werden weiter mit Energie versorgt und funktionieren ungestört.

Zur Realisierung moderner Schutzfunktionen wird ausgefeilte präzise Messtechnik benötigt, die beispielsweise Informationen darüber liefern kann, ob ein tatsächlich ein Fehler wie beispielsweise ein Kurzschluss vorliegt, oder ob ein Verbraucher (also etwa ein Transformator oder ein Motor) einen hohen Einschaltstrom zieht. Der Einsatz moderner Messtechnik in Leistungsschaltern bietet dem Anwender zusätzlich eine Reihe von Vorteilen: Die verbesserte Selektivität erlaubt eine wesentlich genauere Auslegung der einzelnen Schutzelemente in einer Energieverteilung. So lassen sich gegenüber bisher verfügbaren Komponenten bis zu 35% Kosten einsparen. Außerdem können Messergebnisse über Kommunikationsschnittstellen für Fernwartung und Ferndiagnose herangezogen werden und als Datenbasis für ein Energiemanagement dienen.

Schnelle Abschaltung im Fehlerfall

Mit dem Compact NSX stellt Schneider Electric eine neue Familie kompakter Leistungsschalter vor, die durch geschickte Kombination von Elektronik, Elektromechanik und moderner Messtechnik die Messlatte für den Stand der Technik ein gutes Stück höher legt: Schnelle Abschaltung im Fehlerfall, hohes Ausschaltvermögen, verbesserte Selektivität und dazu noch die Erfassung von Informationen für Wartung und Diagnose bis hin zu aussagekräftigen Daten für das Energie-Management machen die neue Leistungsschalterfamilie zur modernsten am Markt.

Bei der Entwicklung der neuen Leistungsschalter-Familie wurden viele Kunden- und Marktanforderungen berücksichtigt, wie beispielsweise die Kombination von Schutz- und Messfunktionen in einem Gerät. Der Compact NSX ersetzt durch seine Multifunktionalität eine Vielzahl konventioneller Überwachungsgeräte wie Amperemeter, Voltmeter und Wattmeter. Dies bietet flexible Möglichkeiten für die Anzeige wichtiger Daten vor Ort und ermöglicht eine einfache nahtlose Einbindung in Energiemanagement-Systeme, in denen die Daten, die im Leistungsschalter erfasst werden, gesammelt, verdichtet, aufbereitet und analysiert werden.

Ebenso wird auf Basis der Messdaten des Leistungsschalters eine vorbeugende bzw. bedarfsabhängige Wartung möglich. Das Servicepersonal kann zudem eine genaue Fehleranalyse vornehmen, Stillstandzeiten werden so gering wie möglich gehalten.

Präzise Messung, hohes Ausschaltvermögen und hohe Lebensdauer

Compact NSX baut auf bewährten Prinzipien seiner Produktvorgänger auf. Insbesondere ist hier das Prinzip der Doppelunterbecher (rotoaktiven Unterbrechung) zu nennen, das dem Leistungsschalter kurze Schaltzeiten, ein sehr hohes Ausschaltvermögen bis 150 kA bei kompakten Abmessungen, sowie ein hervorragendes Strombegrenzungsvermögen und eine hohe Lebensdauer verleiht.

Der Leistungsschalter ist somit äußerst robust. In den Compact NSX integriert ist die neue Wandler-Generation, die aus einer Kombination eines Eisenkern-Wandlers für die Spannungsversorgung der elektronischen Auslösesysteme und eines Wandlers mit Rogowski-Spule für die Messung besteht. Der Einsatz der Rogowski-Spule verschafft dem Messsystem eine Reihe von Vorteilen.

Die Kennlinie ist linear. Messwerte müssen deshalb nicht extra über die Kennlinie eines klassischen Stromwandlers unter Berücksichtigung der Hysterese linearisiert werden. Dies ermöglicht amperegenaue Messungen über den gesamten Anwendungsbereich.

Der Messbereich reicht bis zum 14fachen den Nennstromes. Damit lässt sich sehr genau zwischen Fehlerströmen und den Einschaltströmen bestimmter Verbraucher wie Transformatoren oder Motoren differenzieren. Abschaltungen in vermeintlichen Fehlerfällen, bei denen es sich in Wirklichkeit um hohe Einschaltströme handelt, können so vermieden werden.

Mess- und Schutzsystem sind voneinander entkoppelt, es findet keine gegenseitige Beeinflussung statt. Sämtliche Schutzfunktionen sind mit einem speziellen ASIC-Baustein realisiert, der hohen Schutz gegenüber Störeinflüssen bietet.

Energie- bzw. Anlagenmanagement und Energieverfügbarkeit

Der Einsatz eines Energiemanagements ist bei stetig steigenden Energiekosten die Grundlage für das wirtschaftliche Betreiben von elektrischen Anlagen. Durch die Messung von Betriebsdaten und das rechtzeitige Erkennen von Störgrößen können fundierte Erkenntnisse gewonnen werden, um Betriebskontinuität und Energieeffizienz zu erzielen. Hier kann der Leistungsschalter Compact NSX seine Stärken ausspielen. Er ist nicht nur ein ausgezeichnetes Schutz- und Schaltgerät, sondern auch ein Hochleistungsmessgerät, welches sich zur Anlagenüberwachung und -verwaltung eignet. Damit eignet sich dieser Leistungsschalter hervorragend als Baustein für Lösungen rund um das Thema Energieeffizienz. Die Daten, die vom Compact NSX zur Verfügung gestellt werden, bilden die Grundlage für:

• die Kostenoptimierung durch Identifikation von Energiefressern und die verbrauchergerechte Aufschlüsselung der Kosten,
• die Vermeidung teurer und ungeplanter Anlagenstillstände durch Erkennen von Schwachstellen und Informationen zur vorbeugenden Instandhaltung,
• die Sicherung der Energiequalität durch Messungen von Oberschwingungen, Blindleistung und Wirkungsgrad.

Der Zugang zu den Informationen

In die Leistungsschalter der Compact-NSX-Familie sind sämtliche Schutz- und Messfunktionen optional integrierbar, und zwar ab dem kleinsten Gerät mit einem Bemessungsstrom von 16 A. Der Anwender kann in Abhängigkeit seiner Anforderungen zwischen verschiedenen Ausführungen des elektronischen Auslösesystems auswählen. Bei steigenden Anforderungen können erweiterte Schutz und Messfunktionen jederzeit nachgerüstet werden. Im Schaltschrank führt dies zu einer erheblichen Platzersparnis. Der Benutzer kann auf die gewünschten Parameter und Einstellungen direkt zugreifen: Die Einstellungen erfolgen intuitiv und werden am integrierten Display des Auslösesystems angezeigt. Hier können außerdem die wichtigsten Messdaten wie beispielsweise momentane Strombelastung oder Phasenbelastung abgelesen werden.

Über das optionale Display für den Fronteinbau oder das Kommunikationssystem stehen dem Anwender sämtliche Messdaten zur Verfügung, wie beispielsweise

• I, U, P, Q, S, cos φ, f, E (vier Quadranten),
• Gesamtoberschwingungsgehalt für Strom und Spannung,
• Wartungsdaten wie Kontaktverschleiß, Temperatur oder Lastprofil,
• Ereignisprotokolle mit Zeitstempeln.

Das bedienfreundliche vollgrafische Schaltschrankdisplay FDM121 mit intuitiver Navigation ist einfach zu lesen und ermöglicht einen schnellen Zugang zu detaillierten Informationen in acht Sprachen. Hier die wichtigsten Eigenschaften dieses Display-Moduls:

• Abmessungen 96 mm × 96 mm × 30 mm (niedrige Einbautiefe),
• digitale und grafische Messwertanzeige der Betriebsdaten,
• intuitive Bedienung,
• acht Sprachen für die Bedienung (deutsch, englisch, französisch, spanisch, portugiesisch, russisch und chinesisch),
• automatische Erkennung der Micrologic-Auslösesysteme,
• Plug & Play: Programmierung oder Konfiguration sind nicht erforderlich,
• 24-V-DC-Versorgung durch Klemmenleiste oder über RJ45-Stecker.

Störmeldeerfassung und Alarmierung

Der Anschluss eines Compact-NSX-Leistungsschalter an Kommunikationsnetzwerke ist schnell realisiert. Über ein Interfacemodul (IFM) und Schnellverkabelungszubehör können Daten über den Modbus ausgetauscht oder die Verbindung zu einem Ethernet-Netzwerk hergestellt werden. Der einzige Parameter, der zu konfigurieren notwendig ist, ist die Netzwerkadresse.

Betriebsstörungen werden frühzeitig erkannt, erfasst und vom Compact NSX gemeldet. Es gibt Betriebsstörungen, auf die sofort reagiert werden muss und solche, die keine sofortige Reaktion erfordern. Durch qualifizierte Alarme lassen sich die Störmeldungen differenzieren. So ist es einfach zu unterscheiden, ob der Soforteinsatz eines Technikers notwendig oder die Aufnahme in den Wartungsplan ausreichend ist. Die Alarmierung kann z.B. per SMS, E-Mail oder Fax zu einer Alarmzentrale bzw. zu den entsprechenden Verantwortlichen erfolgen.

*Jamal Leghnider ist Leiter Produktmarketing Energieverteilung bei Schneider Electric in Ratingen

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