elektro automation, ausgabe 6/2015

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elektro automation, ausgabe 6/2015
PRAXIS
STROMVERSORGUNG
Fail-Safe-Transformatoren mit 400 V Eingangsspannung
Sicherheit für Anwender und Umgebung
Beim Aufbau elektrotechnischer Geräte und Anlagen spielt die Sicherheit eine entscheidende Rolle. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Gefahr eines elektrischen
Schlages aber auch die Beeinträchtigung der Umgebung durch Maßnahmen weitestgehend vermieden wird. Um diese Sicherheit zu erreichen, können speziell gefertigte
Fail-Safe-Transformatoren von Block zum Einsatz kommen.
Bilder: Block
Fail-Safe-Transformatoren sind eine
Alternative zu
Transformatoren
mit externer
Schutzeinrichtung
Konventionelle Transformatoren sind mit externen Schutzeinrichtungen
ausgestattet,…
Transformatoren haben in der Elektrotechnik
vielfältige Aufgaben. Das kann z. B. die Anpassung der weltweit unterschiedlichen
Netzspannungen, die sichere elektrische
Trennung vom Versorgungsnetz aber auch
die Erzeugung einer Schutzkleinspannung
sein. Für die unterschiedlichen Transformatorentypen werden in den nationalen- sowie internationalen Normen spezielle Anforderungen gestellt. Als Norm für Transformatoren
mit einer Bemessungsspannung von weniger
als 1000 V ist hier die EN 61558 „Sicherheit
von Transformatoren, Netzgeräten, Drosseln
und dergleichen“ zu nennen. Diese Norm besteht aus dem Teil 1, in dem alle grundsätzlichen Anforderungen an die Transformatoren beschrieben sind. Die abweichenden Anforderungen für die speziellen Transformatoren sind in den Teilen 2 dieser Normenreihe
aufgeführt.
Hohe Temperaturen vermeiden
Alle Transformatoren haben die gemeinsame
Anforderung zu erfüllen, dass sie bei einem
Fehler wie dem Überlast- oder Kurzschlussfall
keine unzulässig hohen Temperaturen annehmen dürfen. Damit soll zum einen verhin-
Frank Clasen ist Produktmanager bei
Block Transformatoren-Elektronik GmbH
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elektro AUTOMATION 6/2015
dert werden, dass die Umgebung der Transformatoren im Fehlerfall beeinträchtigt wird
(Brandgefahr). Zum anderen dürfen die eingebrachten Isolierungen durch einen Fehler
nicht vollständig zerstört werden, sodass es
z. B. im schlimmsten Fall zu einer elektrischen
Verbindung zwischen dem Versorgungsnetz
und der Schutzkleinspannung kommt.
Um hohe Temperaturen im Fehlerfall zu vermeiden, sind unterschiedliche Maßnahmen
denkbar. Transformatoren mit einer Leistung
bis etwa 3 VA können derart gefertigt werden, dass sie bedingt durch ihren Aufbau im
Fehlerfall keine unzulässig hohen Temperaturen erzeugen. Diese Typen benötigen keine
externe Absicherung und man bezeichnet sie
als „unbedingt kurzschlussfeste Transformatoren“.
Bei den „bedingt kurzschlussfesten Transformatoren“ handelt es sich um Typen, bei denen entsprechend ausgelegte Schutzeinrichtungen wie Schmelzsicherungen oder Bimetall-Schalter integriert sind, die den Stromkreis vor dem Erreichen zu hoher Temperaturen unterbrechen.
Alle Transformatoren, die eine entsprechende Schutzeinrichtung benötigen, die nicht
Bestandteil der Konstruktion ist, werden als
„nicht kurzschlussfeste Transformatoren“
bezeichnet. Diese Typen müssen extern in der
Anwendung mit einer vom Hersteller vor-
gegebenen Empfehlung einer Schutzeinrichtung versehen werden. Werden an dieser
Stelle falsch dimensionierte Schutzeinrichtungen eingesetzt, kann es neben dem Defekt zu den angesprochenen hohen Temperaturen und den aufgeführten Gefahren
kommen.
Geeignete Schutzeinrichtungen
Die Auswahl einer geeigneten Schutzeinrichtung ist in vielen Fällen nicht einfach. Soll der
Transformator z. B. nur auf der Eingangsseite
abgesichert werden, dann ist bei der Auswahl der zu erwartende Einschaltstrom des
Transformators zu berücksichtigen. Bedingt
durch diesen Einschaltstrom muss eine Sicherung je nach Typ möglicherweise mit einem
höheren Nennwert als den Nennstrom des
Transformators zum Einsatz kommen. Diese
Sicherung löst bei einem erhöhten Strom bedingt durch eine Überlastung nicht aus. Der
Überlastschutz ist damit nicht gegeben. Für
den Überlastschutz ist in diesem Fall eine weitere Schutzeinrichtung wie eine zusätzliche
Sicherung im Ausgang des Transformators
erforderlich.
Eine Alternative zu Transformatoren mit einer
externen Schutzeinrichtung ist der sogenannte
Fail-Safe-Transformator.
Dieser
Transformator benötigt zum Schutz keine zusätzlichen Absicherungen, weder im Eingang
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noch im Ausgang. Er hat im Eingangskreis eine Einrichtung, die im Kurzschluss- oder
Überlastfall dauerhaft eine Unterbrechung
herstellt. Mit der Unterbrechung wird die stätige Erwärmung unterbunden und damit die
integrierten Isolierungen vor einem Defekt
geschützt. Die dauerhafte Unterbrechung
sorgt weiter dafür, dass ein plötzliches Entfernen des Fehlers nicht zu einem unzulässigen Anlauf der Anlage bzw. des Gerätes
führt. Sollte bedingt durch verschiedene Einflüsse ein interner Fehler in Form eines Windungsschlusses in der Eingangswicklung des
Transformators passieren, dann wird in diesem Fall auch eine Unterbrechung durch die
V angeschlossen zu werden. Bisher waren
Fail-Safe-Transformatoren überwiegend mit
einer Eingangsspannung von maximal 250 V
bekannt. Bei diesen Transformatoren Typ FST
wurde eine Einrichtung gefunden, die auch
bei 400 V im Fehlerfall vor Erreichen unzulässig hoher und damit gefährlicher Temperaturen den Stromkreis sicher unterbricht. Durch
eine erfolgreiche Prüfung durch das VDE-Prüf
und Zertifizierungsinstitut in Offenbach wurde die Normkonformität und damit die sichere Funktion der Transformatoren vom Typ
FST bestätigt. Die Transformatoren sind daher mit dem ENEC- sowie dem VDE-Zeichen
gekennzeichnet.
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für Safety-Anwendungen
…bei Fail-Safe-Transformatoren kann der
externe Schutz entfallen
„
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integrierte Einrichtung erfolgen. Eine im Ausgang integrierte Sicherung würde bei einem
eingangsseitigen Windungsschluss nicht als
Schutz dienen.
Alle Transformatoren, die nach der Norm EN
61558 gefertigt werden, haben auf den Typenschildern Symbole, an denen man den jeweiligen Typ des Transformators erkennen
kann. Fail-Safe-Transformatoren lassen sich
daran erkennen, dass neben den bekannten
Symbolen ein „F“ zu finden ist. Weiterhin
müssen auf den Typenschildern keine Angaben für eine vorzusehende Schutzeinrichtung
gemacht werden.
Fail-Save-Transformatoren
Mit der Bezeichnung FST bietet Block FailSave-Transformatoren in der Ausführung als
Steuer- und Sicherheitstransformator bzw.
Steuer- und Trenntransformator an. Das bedeutet, dass zwischen der Ein- und Ausgangsseite eine doppelte- bzw. verstärkte
Isolierung vorhanden ist. Die Transformatoren werden mit den Ausgangsspannungen
24 V und 230 V angeboten. Durch die Auslegung als Steuertransformatoren ist der Einsatz in Anlagen nach der Norm EN 60204
problemlos möglich. Eine unscheinbare Besonderheit liegt in der Eingangsspannung.
Die Transformatoren sind dafür ausgelegt, an
eine Eingangsspannung von 230 V oder 400
Die Typenschilder liefern einen Vorschlag für
die optionale sekundärseitige Absicherung
Auch wenn die Fail-Safe-Transformatoren im
Sinne der Norm EN 61558 nicht zusätzlich
abgesichert werden müssen, wird auf den Typenschildern der FST-Transformatoren von
Block ein Vorschlag für eine optionale sekundärseitige Absicherung gemacht. Das bietet
dem Anwender die Möglichkeit, eine angepasste Schutzeinrichtung vorzusehen, sodass
nach einem auftretenden Kurzschluss nicht
der Transformator ausgetauscht werden
muss. Der Vorteil der sicheren eingangsseitigen Abschaltung bei z.B. einem schleichenden Überlastfall bzw. einem durch externe
Einflüsse verursachten Wicklungsdefekt
bleibt trotz zusätzlicher Absicherung weiter
bestehen.
ge
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Block TransformatorenElektronik GmbH
Max-Planck-Straße 36-46
27283 Verden
Tel: 04231-678-0
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