Power für die Sicherheits-SPS

Ende 2009 tritt die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG in Kraft. Durch das Einhalten der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen muss gewährleistet sein, dass alle Maschinen und Anlagen in jeder Phase ihres Lebenszyklus' eine dauerhafte Betriebssicherheit aufweisen; von der Planung über die Montage, den Normalbetrieb bis hin zu Wartung/Instandhaltung und Außerbetriebnahme/Demontage. Dabei ist der selektive Überstromschutz in Steuerstromkreisen – wie er von E-T-A angeboten wird – entscheidend für die Sicherheit des Gesamtsystems.

Dies bedeutet, dass schon jetzt jeder Elektrokonstrukteur und Anlagenplaner die verbindlichen Anforderungen der angegliederten Norm EN 60204-1 „Sicherheit von Maschinen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen" berücksichtigen muss. Der Stand der Technik zum Zeitpunkt der Konstruktion und damit alle technischen und wirtschaftlichen Anforderungen spielen hier eine große Rolle. So darf beispielsweise der Ausfall der 24-VDC-Energieversorgung in der Maschine unter keinen Umständen zu einer gefährlichen Situa-tion führen. Schließlich werden viele Sicherheitseinrichtungen wie Safety-SPS, Sicherheitsschaltgeräte, Not-Aus-Kreise von der 24-VDC-Steuerspannung gespeist. Der selektive Überstromschutz in den Steuerstromkreisen ist deshalb entscheidend für die durchgängige Performance des Gesamtsystems und ein wichtiger Baustein im Konformitätsverfahren für die CE-Kennzeichnung.

Überstromschutz im geerdeten System

Ein qualifizierter Überstromschutz gegen Überlast und Kurzschluss nach EN 60204-1, Abs. 7.2 ist immer dort vorzusehen, wo der Strom in einem Steuerstromkreis entweder den Bemessungswert eines Bauteils oder die Strombelastbarkeit eines Leiters überschreiten kann. Der Bemessungsstrom von Sicherungen und Schutzschaltern muss dabei so niedrig wie möglich gewählt werden. Bei der Auswahl dieser Schutzeinrichtungen muss auch der Schutz von Steuergeräten gegen Beschädigungen durch Überströme berücksichtigt werden. Insbesondere gilt es, das Verschweißen von mechanischen Kontakten zu verhindern, die stets in Sicherheitsschaltgeräten und Not-Aus-Modulen anzutreffen sind. Genau hier trifft der Elektronische Schutzschalter Typ ESS20 die Philosophie der neuen Maschinenrichtlinie. Zusätzlich zur bisher geforderten Gefährdungsbeurteilung muss der Hersteller eine qualifizierte Risikobeurteilung für den gesamten Lebenszyklus der Maschine vornehmen.

Bei langen Lastleitungen oder niedrigen Leitungsquerschnitten wird der Überlaststrom ab dem 1,1-fachen Nennstrom innerhalb von 5 s abgeschaltet. Dies bedeutet, dass hier fehlerhafte Zustände relativ schnell an die Steuerung weitergemeldet werden. Zusätzlich stellt die integrierte Strombegrenzung des Typs ESS20 sicher, dass die über ein Schaltnetzteil zur Verfügung gestellte 24-VDC-Versorgung auch bei einem niederohmigen Kurzschluss in einem fehlerhaften Lastpfad stabil bleibt. Nur der fehlerhafte Pfad wird selektiv abgeschaltet. Die anderen Stromkreise arbeiten unbeeinflusst weiter und ermöglichen so ein kontrolliertes Stillsetzen der Maschine. Zusätzlich wird durch die integrierte Strombegrenzung verhindert, dass ein hoher Kurzschlussstrom die mechanischen Kontakte von Sicherheits-Schaltgeräten schädigen kann. Denn solche Defekte hätten fatale Auswirkungen auf den Personenschutz und die Sicherheit des Bedien- und Instandhaltungspersonals.

Absicherung rund um den Globus

Das Gerät hat nun neben der bereits bestehenden UL 1077 als „ Supplementary Protector" auch zusätzlich noch für die fest eingestellten Nennstromwerte von 0,5 bis 10 A die Zulassung nach EN/IEC 60934 als echter Geräteschutzschalter mit einer elektronisch-hybriden Kennlinie erhalten. Damit ist mit dem Typ ESS20 erstmalig ein mechatronischer Schutzschalter weltweit nach einer internationalen Norm zugelassen, die Jahrzehnte lang nur elektromechanischen Schutzschaltern mit thermischer, thermisch-magnetischer Auslösecharakteristik etc. vorbehalten war. Damit lassen sich nun problemlos alle 24-VDC-Steuerstromkreise normenkonform nach der neuen EG-Maschinenrichtlinie absichern. Ohne Änderung der Elektrokonstruktion ist eine zertifizierte Absicherung von Maschinen und Anlagen rund um den Globus gewährleistet.

Denn der Typ ESS20 bietet bei der Planung und Elektrokonstruktion von Maschinen und Anlagen noch einen weiteren entscheidenden Vorteil: In der UL 1077-Zulassung (File No. E67320) ist im Abschnitt „General" beschrieben, dass beim Einsatz des ESS20 aufgrund seiner galvanischen Trennung und der integrierten Strombegrenzung auf einen zusätzlich vorgeschalteten UL 489-Leitungsschutzschalter (Branch Circuit Overcurrent Protection) verzichtet werden kann. Dies bedeutet, der ESS20 ist prädestiniert für die Absicherung von UL-konformen 24-VDC-Steuerstromkreisen in Schaltschränken gemäß UL 508A (Industrial Control Panel).

Überstromschutz für ungeerdete Systeme

Das zweipolige Gerät ESS22-T ist die Weiterentwicklung des in der Automations-Branche bereits etablierten einpoligen Typs ESS20. Der ESS22-T erweitert die 24-VDC-Produktpalette und ermöglicht eine individuelle Integration in das Anlagenkonzept ungeerdeter Stromversorgungsnetze im 24-VDC-Bereich (IT-Systeme). Häufigste Einsatzgebiete sind IT-Systeme in der Stahlindustrie, im Anlagenbau der Chemischen Industrie und in der Kraftwerkstechnik. Das für die Hutschienenmontage konzipierte Gerät hat eine Baubreite von nur 22,5 mm und passt damit ideal in kompakte Schalt- und Steuerschränke. Es entspricht ebenfalls den Anforderungen der neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und der angegliederten Norm EN 60204-1. Im Abschnitt 9.4.3.1 „Erdschlüsse" ist zusätzlich festgelegt, wie in ungeerdeten Systemen (IT-Systemen) der zweipolige Überstromschutz von Lasten wie SPS, Messumformer, Busmodule, Stellmotoren etc. und ein Schutz deren Zuleitungen gewährleistet sein muss.

Selektivität erhöht die Produktivität

Die selektive Lastabsicherung des Typs ESS22-T schaltet bei Überlast oder Kurzschluss ausschließlich den fehlerhaften Strompfad zweipolig galvanisch getrennt ab. Damit ist gewährleistet, dass die 24-VDC-Steuerspannung für die anderen Verbraucher (SPS, Buskoppler, Antriebssteuerung etc.) auch im Fehlerfall stabil bleibt. Eventuelle Anlagenstillstände lassen sich so vermeiden. Bei Überlast löst der elektronische Schutzschalter bereits ab dem 1,1-fachen des Nennstroms nach 3 s aus. Dies ermöglicht im Vergleich zu Leitungsschutzschaltern eine sehr rasche Überstromabschaltung auch bei Lastleitungen mit hoher Dämpfung. Das Gerät begrenzt einen Kurzschlussstrom auf das 1,4-fache des ausgewählten Nennstroms und trennt den fehlerhaften Stromkreis nach ca. 100 ms ab. Einschaltspitzen hingegen werden zugelassen. Damit lassen sich sogar kapazitive Lasten mit bis zu 20 000 μF und kleine 24-VDC-Motoren absichern. Durch die festen Nennstromwerte von 0,5 bis 10 A gemäß EN 60934 ist eine optimale Anpassung des integrierten Fail-Safe-Elements an den Leitungsquerschnitt gewährleistet.

Eine mehrfarbige LED informiert jederzeit über den Zustand des angeschlossenen Lastkreises. Das Ein- und Ausschalten des Gerätes bei der Inbetriebnahme, die notwendige Freischaltung bei Revisionsarbeiten sowie das Rücksetzen eines wegen Überstrom abgeschalteten Lastkreises erfolgt über den frontseitig eingebauten Schiebeschalter. Im Fehlerfall liefern die beiden galvanisch getrennten Signalkontakte (Öffner und Schließer) die entsprechende Rückmeldung an die Steuerungstechnik. Dann kann der betroffene Anlagenteil über entsprechende Software-Routinen in einen sicheren Zustand versetzt werden, um anschließend die notwendigen Instandhaltungsmaßnahmen durchzuführen.

Der zweipolige elektronische Schutzschalter ESS22-T wird im ersten Schritt nach der Norm EN 60934 als Geräteschutzschalter für den Maschinen- und Anlagenbau zugelassen. Zusätzlich erfolgt auch noch die Zertifizierung nach UL 1077 als „Supplementary Protector". Damit wird der elektronische Schutzschalter ESS22-T „ mit Sicherheit" ein Gerät für den weltweiten Einsatz in den Schaltschränken ungeerdeter 24-VDC-Netzen von Walzwerken, bei der Papierverarbeitung und im Chemie-Anlagenbau.

Dipl.-Ing. Erich Fischer ist Leiter der Sparte Auto- mation & Process Control bei der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH in Altdorf ( www.e-t-a.de )