Az intelligens áramellátó rendszerhez vezető hosszú út
A szelektív csatornafelügyeletet egy olyan jelenségnek köszönhetjük, ami a szabályozott elektronikus áramforrások piaci bevezetésével jelent meg. Azt, hogy mi is ez, és milyen megoldást talált erre a Murrelektronik, megtudhatja a történetből.
Az ég szerelmére, mi az a „csatornafelügyelet”? Ráadásul a „szelektív” szóval összefüggésben! Az ember lelki szemei előtt azonnal gigantikus tengerjáró hajók képei jelennek meg, amint a Kieli-csatornán haladnak át, hogy megspórolják a 250 tengeri mérföld hosszú kerülőt az Északi-tengeren, Skagerrakon és Kattegaton át. És mivel a forgalomirányító ezalatt inkább az üzeneteit böngészi az okostelefonján ahelyett, hogy a munkájával foglalkozna, csak szelektíven felügyeli a csatornán való átkelést.
Bár kétségkívül, ez a leírás elmés magyarázat lenne a „szelektív csatornafelügyelet” fogalmára, de téves. Azok a szakemberek, akik akár csak egyszer is órákat töltöttek egy gépnél hibakereséssel, tudják, hogy mit takar az elnevezés. Mindez különösen sok munkával jár komplex rendszerekben, ahol a kimenetnél ütemezett áramforrások szabályozzák elektronikusan a feszültséget és az áramerősséget.
Mi történik, ha nem működnek az áram-védőkapcsolók
A komplex rendszerekben alkalmazott szelektív csatornafelügyeletnél ugyanis előfordulhat, hogy rövidzárlat vagy túlterhelés esetén a szekunder biztosítékok lassabban reagálnak, mint a tápegység, és ezért ez a fajta szelektivitás nem működik. Ez olyan kritikus helyzetekhez vezethet, mint például a feszültség leesése, és legrosszabb esetben vezetéktüzet is okozhat. Vajon hogyan lehetséges, hogy ezek a késleltetett védőberendezések nem reagálnak? Ennek megértéséhez mintegy 30 évre kell visszatekintenünk.
Meggyőző érv: magas fokú zárlatvédelem
A 90-es évek elején a gépeknél és rendszereknél váltás történt: a trafóról áttértek az elektronikus áramforrásokra. Az elején még csak maroknyian voltak, akik élni mertek az új berendezések előnyeivel. A szabályozott 24 V egyenáram és a zárlatvédelem egy fixen meghatározott jelleggörbe alapján a lehetséges felhasználók számára nyilvánvalóan túl szépen hangzott ahhoz, hogy igaz legyen!
De innentől kezdve a szabályozott elektronikus áramforrások elterjedését nem lehetett megállítani, mivel egyre több OEM profitált az előnyeiből. Mindenek előtt a magas fokú zárlatvédelem volt a meggyőző érv. Ha ugyanis az addig használt trafós tápegységekben észrevétlen maradt a rövidzárlat, a tápegység utáni elektromos kör túlmelegedett, és akár ki is gyulladhatott. A szabályozott elektronikus áramforrásokkal azonban a felhasználók modern technológiát és nagyobb üzembiztonságot vásároltak egyidejűleg.
A rövidzárlat helyének megkeresése a kapcsolószekrényen kívül
Mi volt a helyzet a kapcsolószekrényen kívüli rövidzárlatokkal? A kimenő oldali áram-védőkapcsolók – amelyeket a gyakorlatban gyakran a vezérlésre bekötött jelérintkezővel kombinálnak – megbízhatóan észlelték a túlterhelést és rövidzárlatokat a terepen. Miért ne tartsuk meg tehát továbbra is a biztosításnak ezt az évtizedeken át bevált formáját? Ami egy trafós tápegységnél jó és megfelelő volt, az az elektronikusan vezérelt áramellátásnál lesz csak igazán jó, gondolhatta sok felhasználó.
Ez a téves feltételezés az elkövetkező években sok villanyszerelőt kergetett a kétségbeesésbe hibakereséskor. Ha a meghibásodás oka például egy kábelvezető láncon levő egyetlen vezetéknél állt fenn, önmagában a hiba behatárolása is több órát vett igénybe, ha nem több napot.
A bajok oka a hurokellenállás
Hogyan fordulhatott mégis elő, hogy az ütemezett tápegységek minden előnyükkel együtt sem voltak képesek arra, hogy megbízhatóan kioldják az áram-védőkapcsolót? Ez a kérdés nemcsak a szabályozott elektronikus áramforrások gyártóit foglalkoztatta, hanem az automatizálási megoldások szállítóit is kísérletezésre ösztönözte.
Ma már nem tudható pontosan, végül ki kiáltott fel: „Heuréka!”. Ám ez nem is olyan fontos. Sokkal érdekesebb a számtalan kísérlet és számítás eredménye – főleg, hogy ezek mutatták meg végül a nem kioldó védőkapcsolók jelenségének egészen banális okát: a hurokellenállást! A piac által lelkesen ünnepelt szabályozott elektronikus áramforrások egyszerűen emiatt nem voltak képesek biztosítani akár csak 100 ms-ig a kioldáshoz szükséges áramot. (https://www.youtube.com/watch?v=ay3kW69iPxo)
A hurokellenállás kiszámítása
Tehát a hurokellenállás! Annak a megértéséhez, hogy miért éppen ez ütötte ki a legújabb technológiát, tegyünk egy kis kitérőt a gépgyártás és rendszertervezés alapjaihoz. 30 évvel ezelőttig ezen a területen bevett volt, hogy a terepre telepített berendezéseket C-típusú védőkapcsolóval biztosították. Azt, hogy ez mit jelent egy ütemezett áramforrással kombinálva, jól érzékelteti az a példa, ahol egy 6 A névleges áramú automatát használnak. Ennek a 14 × Inévl képlet alapján 14 × 6 A kioldó áramra van szüksége, ami a szorzást elvégezve 84 A-t jelent. Ahhoz, hogy egy 24 V-os áramforrás ezt a 84 A-t egyáltalán biztosítani tudja, az ellenállás maximum 286 mΩ lehet.
Egy gyakorlati példából – ahol egy 5 m hosszú 0,34 mm2 keresztmetszetű szenzorvezeték hurokellenállását számítjuk ki – azonban látható, hogy ez az ellenállási érték nem reális. Az ellenállást az R = ρ × l / A képlet alapján számítjuk ki, ahol az l hosszúsághoz az oda-vissza menő vezeték miatt annak hosszát kétszer kell vennünk.
Ha most a réz ρ fajlagos ellenállásának figyelembevételével behelyettesítjük az értékeket (0,0178 Ω × mm2 / m), már ez 520 mΩ ellenállást ad. Az elosztóvezeték és a huzalok további ellenállásait, valamint az áram-védőkapcsolók és csatlakozókapcsok belső ellenállásait összeadva több mint 1,3 Ω összellenállást kapunk.
Amire az U = R × I képletet alkalmazva megkapjuk, hogy egy elektronikusan szabályozott 24 V-os áramforrás esetén a maximálisan átfolyó áram 18,18 A lehet. Ez azonban nem elegendő arra, hogy a 6 A-es C-típusú védőkapcsolót kioldja. Ahogy korábban írtuk, ehhez legalább 84 A-re lenne szükség.
Az áram-védőkapcsolók és védőellenállás működésének ismertetése: https://www.youtube.com/watch?v=7j3DgdKPTmY
Színre lép az intelligens MICO áramellátó rendszer
Az a felismerés, hogy az ütemezett tápegységek nem tudják biztosítani az áram-védőkapcsolókhoz szükséges kioldó áramot, részben furcsa következményekkel járt. Néhány gépgyártó hirtelen egy áramforrás helyett néggyel építette meg a berendezéseit, hogy ezzel csökkentse minimálisra a túlterhelés és a rövidzárlatok következményeit.
Még ma is vannak olyan alkalmazások a piacon, ahol két ütemezett tápegység látja el árammal az elektromos komponenseket és a vezérlést a kapcsolószekrényben, és további kettő a működtető egységeket és az érzékelőket a terepen. Ez a megoldás azonban drága, mivel plusz három szabályozott elektronikus áramforrásra van szükség.
A magasabb beszerzési költségek mellett több helyre van szükség a kapcsolószekrényben is, és a problémát nem oldja meg. Célravezetőbb lenne a fogyasztókkal kisebb egységeket képezni, hogy meghibásodás esetén ne kapcsoljon le a fél berendezés. De térjünk vissza az eredeti történethez.
Lekapcsolni, amilyen korán szükséges, de amilyen későn csak lehet
A Murrelektronik először 2003-ban szembesült ezekkel a problémákkal, és gyorsan reagált. Egy év fejlesztőmunka után a német Oppenweilerben működő gyártócég bemutatta a PLC-hez gyártott MICO intelligens áramellátó rendszert (Murrelektronik Intelligent Current Operator) 24-VDC alkalmazásokhoz – és a piac lelkesen fogadta.
A sváb szakembereknek sikerült megoldásukkal úgy méretezni a felügyelt csatornák lekapcsolási viselkedését, hogy az rövidzárlat vagy túlterhelés esetén olyan korán kapcsol le, amilyen korán csak szükséges, de amilyen későn csak lehet. A fixen beállítható áramtartományú modulok ezáltal különösen olyan alkalmazásokhoz megfelelők, ahol sok hasonló feltétel szerint működő szenzort és aktort kell biztosítani.
Karcsú áramellátó rendszer
A szelektív csatornafelügyelet azonban csak egy érv a MICO mellett. 72 mm széles kialakításával a berendezés a korábban alkalmazott egy-egy jelérintkezőhöz csatlakozó négy áram-védőkapcsolóval szemben 36 mm-rel keskenyebb – és ahogy a tapasztalatok mutatták, a korábbi biztosítási elképzelés a szabályozott elektronikus áramforrással kombinálva egyáltalán nem működött! Tehát a kalapsínen addig elfoglalt 108 mm hiábavaló volt.
Ezenkívül a négy áram-védőkapcsoló és a hozzájuk csatlakozó jelérintkezők bekábelezéséhez szükséges telepítési idő is hosszú volt. Ezért a Murrelektronik fejlesztői a MICO-t egyetlen közös potenciállal alakították ki, onnan állnak ki az egyes csatornákra.
Feleslegessé válnak a túlméretezett áramforrások
Mivel a sváb ember nem elégszik meg az első legjobb megoldással, az intelligens áramelosztó rendszerének már az első verzióját is olyan tulajdonságokkal ruházta fel, amelyek a gépek és rendszerek igényeire vannak szabva. Ezekhez tartozik többek között a lépcsőzetes bekapcsolás.
Ez az eljárás elosztja a bekapcsolási csúcsokat, ezért nincs többé szükség túlméretezett áramforrásokra. Az eljárásnál a rákapcsolt csatornák mintegy 70 ms késleltetéssel csatlakoznak a hálózatra. Igaz, hogy ez a folyamat egy négycsatornás készüléknél csak alig több, mint 200 ms-ig tart, már ez is elég, hogy az ütemezett tápegységeket a ténylegesen szükséges teljesítményre méretezzék. Ez helyet takarít meg a kapcsolószekrényben, és alacsonyan tartja a beszerzési költségeket, mivel a bekapcsolási csúcsok tisztán kiegyenlíthetők.
A MICO áramútvonalak millióit felügyeli
Intelligens megoldásaival a MICO 16 évvel ezelőtti piaci bevezetése óta a világ sok gépgyártójának bizalmát nyerte el. 2019 végéig 8 561 513 áramútvonalat felügyelt MICO berendezés, ami nagy fokú üzembiztonságot garantál a legkülönfélébb alkalmazásokban az egész világon.
Mivel olyan nagy volt a „Biztonság made by Murrelektronik” iránti igény, a MICO termékcsalád időközben fokozatosan bővült, hogy minden alkalmazáshoz személyre szabott megoldást tudjanak nyújtani.
A piac meghálálja ezt a sokoldalúságot. Ebből kiindulva, bátran hasonlítható a MICO egy tengeri forgalomirányítóhoz, aki biztosan vezeti át a tengerjáró hajókat a Kieli-csatornán anélkül, hogy azok a csatorna falát súrolnák. És ennek a biztonságnak a tudatában nyugodtan vethet egy pillantást a távolba, vagy akár az okostelefonjára.
Egy vezérlő áramkör megoldás az egész világ számára
A Murrelektronik egy sor megoldást kínál több szabványnak megfelelő áramkörökre. Ennek keretében egységes és a legapróbb részletekig egymással összehangolt, széles körben tanúsított termékeket kínálunk – a teljes megoldást úgy terveztük meg, hogy minden fontos szabványnak megfeleljen, hogy az egész világon felhasználható legyen. A „fehér könyv” leírja a több szabványnak megfelelő áramforrások előnyeit, és komplett kapcsolási rajzokat tartalmaz.
A „Több szabványnak megfelelő áramellátási koncepciók” c. fehér könyv letölthető: https://www.murrelektronik.hu/hu/ujdonsagok/ toebb-szabvanynak-megfelelo-tapellatasok/.
Szerző: Markus Back – főszerkesztő (Technik und Wissen, CH)
Murrelektronik Kft.
9024 Győr, Práter utca 9.
Tel.: +36 96 900 125
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.murrelektronik.hu
még több Murrelektronik
