Bild 01: Produktkombinationen von Phoenix Contact im Koordinationstest (Quelle: Graphic Group, Bielefeld)
Ein zuverlässiges Energieversorgungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es gegen alle relevanten Fehlerarten abgesichert ist: von transienten Überspannungen über Netzunterbrechungen und Spannungseinbrüche bis zu Überlast- und Kurzschlussbedingungen im Endgerätebereich. Erst das abgestimmte Zusammenspiel aus Überspannungsschutz, Stromversorgungen und modularen Geräteschutzkombinationen ermöglicht eine durchgängig stabile Versorgung. Diese Systembetrachtung entspricht dem Power-Reliability-Ansatz. Dabei zeigt sich der Nutzen solcher harmonisierten Schutz- und Versorgungssysteme in einer Vielzahl von Anwendungen. Das Power-Reliability-Portfolio von Phoenix Contact [1] ist somit auf eine ganzheitliche Absicherung des gesamten Leistungspfads ausgelegt. Durch technologisch passende Komponenten und gemeinsame Tests wird eine hohe Verfügbarkeit, planbare Sicherheit sowie nachhaltige Effizienz über sämtliche Applikationen hinweg erreicht (Bild 2).
Normgerechte Prüfungen als Nachweis der Schutzwirkung
Elektronische Betriebsmittel müssen die in ihren Produktnormen definierten elektrischen, thermischen und funktionalen Grenzwerte einhalten. Dazu gehören auch spezifizierte Überspannungsbeanspruchungen, die mit normierten Impulsformen geprüft werden. Da Geräte unterschiedliche Schaltungstopologien und Schutzkonzepte umfassen, variiert ihre Belastbarkeit. In der Stromversorgung ist die Abstimmung zwischen dem vorgeschalteten Überspannungsschutzgerät (SPD) und dem nachgeschalteten Schaltnetzteil besonders wichtig. SPD begrenzen die Stoßspannung auf festgelegte Schutzpegel, während Netzteile über interne Begrenzungs-, Filter- und Gleichrichterstufen verfügen. Eine unzureichende Koordination kann zu überhöhten Restspannungen, thermischer Überlastung oder Fehlfunktionen führen.
Die Koordinationsprüfung gibt deshalb an, ob SPD und Netzteil unter transienten Prüfimpulsen normgerecht zusammenwirken. Die Tests orientieren sich an den Stoßformen der IEC 61000-4-5 [2] sowie den Typprüfparametern der IEC 61643-11 [3]. Bewertet wird, inwiefern das Netzteil die vom SPD begrenzte Restspannung sicher verarbeiten kann und ob seine elektrischen Ausgangsgrößen stabil bleiben. Es wurden Untersuchungen mit verschiedenen Stromversorgungen und applikativ passenden Überspannungsschutzgeräten durchgeführt.
Für die Kombination aus dem Typ-3-SPD PLT-SEC-T3-230- FM-PT und der Stromversorgung Quint4-PS/1AC/24DC/20 wird ein normgerechtes Koppelnetzwerk mit Hybridimpulsen nach den Anforderungen gemäß Typ 3 verwendet. Der Generator erzeugt 1,2/50-µs-Spannungs- und 8/20-µsStromimpulse, die bei 90° und 270° der Netzphase aufgebracht werden, um kritische Lastzustände der primärseitigen Gleichrichter und EMV-Strukturen zu erfassen. Gemessen werden der Impulsstrom, der Eingangsstrom der Stromversorgung Quint Power und die Restspannung des PLT SEC. Der Hybridimpuls ist notwendig, weil Typ-3-SPD sowohl spannungsbegrenzend als auch stromleitend wirken und nur die kombinierte Stoßform eine realistische Bewertung ermöglicht (Bild 3).
Für die Koordination zwischen der Stromversorgung Trio-PM/1AC/24DC/2500W und dem Typ-2-SPD VALSPP-T2-275-1+1-UT-R erfolgt die Prüfung gemäß IEC 61643-11 mit 8/20-µs-Stoßströmen. Der Stromimpuls wird bis zum Nennableitstoßstrom von 20 kA gesteigert. So lässt sich die maximale dynamische und thermische Belastung abbilden. Ermittelt werden der Impulsstrom und die DC-Ausgangsspannung der Stromversorgung Trio Power für die Wandmontage. Da Typ-2-SPD primär energiereiche Stoßströme ableiten, ist die 8/20-µs-Wellenform die relevante Prüfgröße. Sie bestätigt, dass der VAL-SPP seinen Schutzpegel auch unter voller Beanspruchung hält und die Funktionalität der Trio Power bestehen bleibt (Bild 4).