24V-Stromkreise kosteneffektiv elektronisch absichern

Elektronische Sicherungen

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Elektronische Sicherungen

Elektronische Sicherungen messen den Strom mittels eines Strommesswiderstands und verwenden als Schaltelement einen Halbleiter. Die ersten elektronischen Sicherungen kamen bereits vor etwa 10 Jahren auf den Markt. Diese Geräte hatten zwar exakte Stromabschaltwerte, jedoch nicht das gutmütige dynamische Verhalten von Leitungsschutzschaltern. Sie schalteten nicht selten schon bei betriebsbedingten Einschaltstromstößen ab und führten dadurch zu ungewolltem Maschinenstillstand. Displays, Motorsteuerungen und andere Verbraucher mit großen Eingangskapazitäten konnten nur eingeschaltet werden, wenn man überdimensionierte Amperewerte wählte.

Dieses Manko haben einige Hersteller bei den Geräten der aktuellen Generation abgestellt. Sie wurden unempfindlicher gegenüber dynamischem Strombedarf ausgelegt und können nun mühelos Kapazitäten von bis zu 20.000 μF zuschalten. Eine gewisse Angst aber bleibt bei allen, die damit bereits einmal ein Problem hatten. Eine Fehlauslösung kann ebenso Schaden anrichten wie ein Nicht-Auslösen bei einer Störung. Ein genaues Studium der Werte in den Datenblättern und praktische Versuche werden daher dringend empfohlen.

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Zwei grundsätzlich Unterschiede bei elektronischen Sicherungen

Elektronische Sicherungen können entweder mit oder ohne aktive Strombegrenzung ausgestattet sein. Die einfachen Ausführungen beinhalten nur eine Stromüberwachung mit anschließender Abschaltung des Ausgangs. Dieses Konzept erlaubt zwar einen kostengünstigeren Aufbau der elektronischen Sicherung, belastet aber die speisende Stromversorgung deutlich mehr, da der Strom nahezu „ungebremst“ in den gestörten Strompfad fließen kann. Dementsprechend wenig Strom bleibt dann für die restlichen Verbraucher, sodass die Zeit bis zur Abschaltung sehr kurz gewählt werden muss um keine zu langen Spannungseinbrüche mit anschließenden Kettenreaktionen von Ausfällen auszulösen. Bei dieser Technik ist es empfehlenswert die einzelnen Strompfade nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt zuzuschalten. Damit werden die Einschaltstromspitzen entzerrt und die speisende Stromversorgung entlastet.

Die aufwändigeren Ausführungen elektronischer Sicherungen beinhalten eine aktive Strombegrenzung, die den maximalen Strom elektronisch auf etwa den 1,5- bis 1,8-fachen Nennwert begrenzt. Die speisende Stromversorgung wird damit deutlich weniger belastet. Die Zeit bis zur Abschaltung kann länger gewählt werden, was dieses Konzept unempfindlicher gegen kurze Lastspitzen macht und auch das Zuschalten von großen, kapazitiven Lasten erlaubt.

Auslöseverhalten von verschiedenen Sicherungselementen in der Praxis

(Archiv: Vogel Business Media)

Die nachfolgenden Oszillogramme zeigen die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Techniken zum Absichern von 24V-DC-Kreisen. Es wurde das Auslöseverhalten von 6A Schutzelementen in Verbindung mit einer 10A-Stromversorgung bei Kurzschluss untersucht. Alle Tests wurden mit einem einheitlichen Testaufbau gemacht.

Während bei den Tests 1-3 die 10A Stromversorgung bereits bei einem 6A-Schutzelement an ihre Grenzen stößt, kann bei Verwendung des PISA-Moduls problemlos ein 10A-Verbraucher versorgt werden ohne die Schutzwirkung dabei zu verlieren.

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