Aktywne ograniczanie prądu chroni przed zwarciami i przeciążeniami

Autor: Peter Ketler, Certified Electrical Engineer, Circuit Breakers Product Manager, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg, Germany

Tłumaczenie: Mieczysław Ludwików Phoenix Contact Sp. z o.o.

Systemy przełączające stosowane są do sterowania i włączania wielu różnorodnych urządzeń czy maszyn. To, co jest wspólne dla nich wszystkich to wysokie wymagania stawiane wszystkim elementom składowym.

Kiedy maszyna pracuje 24/7 nie może być żadnej szansy na nieprawidłowości czy przerwanie działania.

Nowe wyłączniki firmy Phoenix Contact oferują rozszerzoną ochronę a dostępne prądy mogą być zmieniane stopniowo, dzięki czemu mogą obejmować wszystkie popularne typy odbiorników ( patrz schemat).

Również niezmiernie ważnym dla bezawaryjnej pracy maszyny czy systemu jest napięcie zasilania każdego odbiornika. Jeśli odbiega ono od ich dopuszczalnego napięcia pracy, odbiorniki mogą zawieść, maszyna czy system się zatrzyma. Częściej niż się wydaje takie przestoje są bardzo kosztowne.

Schamat: Współczesne, automatyczne, systemy pracują stale całymi dobami, wielokanałowe elektroniczne wyłączniki zapewniają działanie jak  również zwiększają dyspozycyjność.

Nieprzerwane zasilanie zwiększa dostępność systemu

Jeśli w środku procesu pojawi się przeciążenie, napięcie spada a system przestaje pracować niezawodnie. Takim przeciążeniom można zapobiec poprzez aktywne ograniczenie prądów płynących do odbiorników.

Kiedy występują przypadkowe przeciążenia na maszynie, może nastąpić niezamierzone zatrzymanie a wtedy urządzenie musi być uruchomione przez obsługę. Wymaga to zwiększenia określonego prądu aby system działał ponownie.

Tego rodzaju reperkusje w przypadku awarii zwykle nie są brane pod uwagę: przeciążenie zasilania a w konsekwencji spadek napięcia prowadzący do zatrzymania odbiorników.

Elektroniczne, wielokanałowe, wyłączniki firmy Phoenix Contact z elektroniczną blokadą zapewniają ochronę tak, aby zapobiec przypadkowym zmianom ustawionych prądów. Jeśli jest ona zmieniana, musi być potwierdzona zmiana poprzez naciśnięcie i przytrzymanie przycisku „Channel LED” (wskaźnik LED kanału) .

To pomaga uniknąć niezamierzonych zatrzymań maszyn. Dodatkowo wbudowany asystent prądu znamionowego spiera w skutecznym doborze odpowiedniego prądu na działającym systemie (rys 2).

Rys. 2. Wielokanałowe elektroniczne wyłączniki Phoenix Contact posiadają łatwy do obsługi panel zewnętrzny: (1) Chronione obwody (2) Sygnalizacja braku zasilania (3) Zdalne załączenie (4) Alarm I > 80% (5) Napięcie zasilania OK (6) Własny minus do zasilania wyłącznika (7) Aż do 80 A (8) Wyświetlanie statusu kanału (9) Nastawa krokowa prądu

Blokada elektroniczna i asystent prądu znamionowego.

Dostępne prądy mogą być zmieniane skokowo w szerokim zakresie od 0.5 do 10A DC, co pokrywa potrzeby większości stosowanych odbiorników. Migająca zielono dioda LED wskazuje, że wartość ta jest właśnie zmieniana.

Jednakże nie zmienia to aktualnej wartości ustawionego wcześniej prądu do puki nie przytrzymamy „Channel LED” przycisku. Tak potwierdzamy nowe ustawienie. Dioda przestaje migać i świeci na zielono w sposób ciągły. W większości przypadków zapobiega to przypadkowym zmianom.

Wbudowany asystent prądu znamionowego mierzy stale przepływający prąd i pokazuje najlepsze możliwe ustawienie. Na początek prąd ustawiamy skokowo na 10A, co uruchamia pracę kanału.

Następnie zmniejszamy prąd krok za krokiem. Kiedy wartość płynącego prądu stanowi około 80% nastawy, przycisk „Channel LED” miga naprzemiennie zielonym i żółtym światłem. Teraz zmieniamy nastawę przełącznikiem obrotowym do najbliższej wyższej wartości, cofamy o krok w górę.

Kończąc, przyciskamy przycisk dla potwierdzenia optymalnej wartości. Współpracujące zasilacze powinny być tak dobierane, aby nie tylko pokrywały ustawione wartości prądów ale również powinny posiadać rezerwę mocy na ewentualność jakichkolwiek nieprawidłowości.

Czytelny stan systemu dzięki wykrywaniu nad i pod napięcia jak i stanu odcięcia.

Większość sterowników stosowanych do maszyn pracuje przy napięciu 24 V DC. Jednakże jest to tylko napięcie znamionowe, jak wszystkie odbiory mają własne zakresy tego napięcia. W przypadku wahań napięcia, wtedy, co się może zdarzyć część odbiorników pracuje normalnie natomiast część ma zakłócenia lub zawodzi zupełnie.

To może prowadzić do niebezpiecznych stanów w systemach. Dla przykładu jeśli ruchome, obracające się części układu są zatrzymywane lub wyłączane przy pomocy czujników lub wyłączników krańcowych, mogą nie działać w skutek zmian napięcia, co może być bardzo niebezpieczne dla operatora.

Zasilacz 24 V DC  oraz wielokanałowy wyłącznik CBM: ochrona aż do ośmiu kanałów wraz z wyświetlaniem statusów jak i zdarzeń przeszłych

Można tego uniknąć poprzez zastosowanie detekcji pod jak i nad napięciowej tak jak wyłącznikach CBM (‘CBM’ jest skrótem od ‘Circuit Breaker Multichannel’) (rys 3). Kiedy górna lub dolna granica zakresu napięcia pracy DC 18-30V jest przekroczona, zdefiniowany stan wyłączenia jest wyzwalany.

Kiedy napięcie jest mniejsze niż 18 V DC, dioda LED „DC O.K.” świeci żółtym kolorem. Jeśli napięcie jest wyższe niż 30 V DC odbiory są zabezpieczone przed „nad napięciem” a wtedy dioda „DC OK” świeci kolorem czerwonym. Dodatkowo oba typy błędów są sygnalizowane elektrycznie informacją o stanie grupy. Dioda LED „ DC OK” może ponadto migać na żółto lub czerwono co wskazuje, że było wahanie napięcia wcześniej. Jest to przydatne przy rozwiazywaniu problemów przy diagnostyce usterek.

Wykrywanie wad i usterek oraz odpowiednia reakcja

Wiele różnych awarii, usterek, stanów może wystąpić w systemie elektrycznym. W zależności od wielu parametrów elektrycznych, istotna różnica może być pomiędzy opóźnionym a natychmiastowym odłączeniu.

Jeśli np. obciążenie posiada wielką pojemność wyłączenie może w ogóle nie nastąpić. Pojemność modułu na wejściach może sięgać do 75,000 µF, daje to możliwość włączenia bez problemów dużych obciążeń.

Kiedy wartość prądu jest pomiędzy 0 a 80% dioda LED tego kanału świeci kolorem zielonym, co wskazuje brak problemów (rys 4). Kiedy wartość prądu wzrasta do wartości pomiędzy 80 a 110% na tym wyjściu elektrycznie diodą LED wyświetlany jest kolor żółty. Kanał nadal pracuje lecz sygnał ostrzega użytkownika o potencjalnych problemach. Jeśli wystąpi przeciążenie, od 110 do 130%, jest to wyświetlane przez diodę LED naprzemiennie żółtym i czerwonym światłem.

Wyłączenie jest wyzwalane z po 30 sekundach opóźnienia. Prąd powyżej 130% identyfikowany jest jako zwarciowy a gdy przekracza 150% jest on aktywnie ograniczany aby zabezpieczyć odbiorniki  przed dalszym spadkiem napięcia. Przy wystąpieniu zwarcia odcięcie następuje po 20ms, co oznacza brak wpływu na zewnętrzny zasilacz.

Elektryczne i optyczne wskazania statusu systemu.

Dzięki sygnalizacji braku napięcia, wyłącznik CBM może być włączony do systemu diagnostyki dowolnej maszyny. W przedziałach zawierających błędy lub awarie ich rodzaj jest pokazywany poprzez świecące ciągle lub  migające diody LED na urządzeniu. Ponieważ nad jak i pod napięcie są wskazywane inaczej diagnostyka jest szybka i łatwa a czas zatrzymania zdecydowanie krótszy.

Rys. 4. Przepływający prąd jest mierzony stale – zakres wskazywany jest kolorami diody LED co wywołuje różne alarmy lub wyłączenia: Zielony   = OK Żółty   = Alarm 80% Żółty/Czerwony = Przeciążenie Czerwony   = Zwarcie

Podsumowanie

Niezawodne działanie systemu zależy w dużej mierze od projektu, ułożenia elementów elektrycznych jak również od permanentnego zasilania.

Dzięki wprowadzaniu najbardziej odpowiednich urządzeń chroniących – takich jak elektroniczne wyłączniki CBM firmy Phoenix Contact- zwiększa się istotnie dyspozycyjność systemów a w przypadku usterek nie ma to wpływu na kolejne odbiorniki. Rozwiązywanie problemów po awarii lub niepoprawnego działania jest łatwiejsze i szybsze, co istotnie ogranicza koszty postoju.

Dostępne prądy mogą być ustalane skokowo w szerokim zakresie od 0,5 do 10A, co pokrywa potrzeby większości stosowanych w automatyce odbiorników.