Energieeffiziente Netzgeräte für die dezentrale Installation

Netzgeräten schenkt man im Betriebsalltag, wenn sie erst einmal installiert sind, wenig Aufmerksamkeit. Es wird einfach erwartet, dass sie vorhanden sind und mehr oder weniger unauffällig ihren Dienst versehen, also Einschaltströme und wechselnde Belastungen sicher beherrschen sowie bei Spannungseinbrüchen oder Kurzschlüssen eine zuverlässige Versorgung gewährleisten. Dafür hat man üblicherweise, um auf anstehende etwaige Erweiterungen und andere Herausforderungen wie auf dynamische Spitzen vorbereitet zu sein, in der Planungsphase ganz konservativ eine Reserve von 30 bis 50% eingeplant. Dies verteuert jedoch nicht nur unnötig die Geräte, sondern erfordert unter Umständen auch größere und damit schwerere Bauformen. Bei IP67-Netzgeräten kommt die häufig schlechte Zugänglichkeit hinzu, sodass ein Austausch mit hohem Aufwand verbunden ist. Deshalb verlässt man sich, um eine möglichst hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten, auf vorbeugende Instandhaltungskonzepte. Diese Vorgehensweise ist sehr sicher, aber auch sehr teuer, denn die Geräte werden häufig mangels Alternative z.B. im Rahmen eines zweijährigen Wartungszyklus weit vor Ende ihrer Lebensdauer ausgetauscht. Die intelligenten IP67-Netzgeräte von Balluff sind so ausgelegt, dass man sie auch unter Hochlast fahren kann. Sie folgen dynamischen Lasten, sodass eine Reserve von 30 bis 50% nicht mehr erforderlich ist. Dies spiegelt sich positiv in einer geringeren Baugröße und niedrigen Anschaffungskosten wider. Optische Anzeigen visualisieren dem Nutzer sämtliche Informationen, die er für die Realisierung eines zustandsorientierten Wartungskonzeptes benötigt. Sensoren in Kombination mit einem Mikrocontroller überwachen im Gerät Verschleißfaktoren wie Temperatur, Überlast, Störungen und andere Randbedingungen. Durch eine intelligente Auswertung dieser Parameter erhält der Nutzer dann erstmals einen Überblick über den Zustand des Gerätes. Hohe Temperatur, kurzes Leben Eine Besonderheit ist der hohe Wirkungsgrad von bis zu >92%. Der Hersteller konnte die Verlustleistung des primär getakteten Netzgerätes deutlich reduzieren, was sich positiv auf die Lebensdauer des Gerätes auswirkt, da die thermische Belastung erheblich sinkt. Diese ist quasi die Achillesferse eines jeden Netzgerätes. So haben Lebenszyklussimulationen gezeigt, dass die Lebenserwartung rasch sinkt und nur noch 1/28 des ursprünglichen Wertes beträgt, wenn die Temperatur von 45 auf 90°C erhöht wird. Eine Lastzunahme von 0 auf 130% dagegen halbiert die Lebenserwartung des Gerätes nur. Es lässt sich also allein durch eine drastische Erhöhung des Wirkungsgrades auf über 90% die Wärmeentwicklung und damit auch den Alterungsprozess der elektronischen Komponenten begrenzen. Dabei darf die Wärme vor Ort erst gar nicht entstehen. Größere Kühlelemente, die die Wärme vermehrt aus dem Gehäuse abführen, sind dafür kein Ersatz. Zum Vergleich: Standardnetzgeräte haben einen Wirkungsgrad zwischen 83 und 87%. Geht man von 15% im Mittel aus, bedeutet dies bei 200W Leistung einer Wärmeabgabe von 30W, was in etwa der Leistung eines Lötkolbens entspricht. Wenn man den Wirkungsgrad auf 93% erhöht, werden nur noch 14W abgegeben. Hell und gut sichtbar: die Zustandsindikatoren Drei Balkenanzeigen mit LEDs in den Farben grün, gelb und rot informieren den Nutzer kontinuierlich über den betriebsinternen Zustand. Signalisiert werden die Parameter \’Load Level\‘, \’Stresslevel\‘ und \’Livetime\‘. Die Anzeigen sind so lichtstark, dass sie auch noch aus mehreren Metern wahrgenommen werden können. Auf Basis dieser Informationen lassen sich erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen oder der Zeitpunkt eines Gerätewechsels zustandsorientiert festlegen und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Anlage senken. Der Loadlevel-Indikator des Gerätes signalisiert reversibel und verzögerungsfrei die aktuelle Auslastung des Gerätes. Werden 80% Auslastung erreicht, wechselt die Anzeige von grün nach gelb, bei weiter steigender Belastung über 100% kommt ein roter Balken hinzu. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn im Powerboost Modus mögliche kapazitive Lasten beim Einschalten des Gerätes abgefangen werden. Da der Loadlevel-Indikator ausschließlich von der Last getrieben ist, lässt sich schnell erkennen, ob die Stromaufnahme über die Zeit gestiegen ist. Dies ist ein wichtiger Hinweis auf mögliche Fehlströme oder auch auf zusätzliche Stromverbraucher, die seit der Installation hinzugekommen sind. Der \’Stress Level\‘ repräsentiert quasi den Herzschlag des Gerätes. Er wird sowohl durch die Last als auch durch die thermische Belastung getrieben. Sinkt oder steigt die innere Wärmeentwicklung aufgrund veränderter Last und/oder vermindert sich die Umgebungstemperatur dank einer geänderten Belüftung, wirkt sich all dies mit einer leichten Verzögerung auf den \’Puls\‘ des Gerätes aus. Die Lifetime-Anzeige ist die dritte und signalisiert dem Anwender die verbleibende Lebensdauer. Sie basiert auf der Summe sämtlicher Belastungen und ist irreversibel. Geht die Anzeige in den roten Bereich, beträgt die Restlaufzeit weniger als 8 Jahre. Dann sollte ein Austausch des Gerätes möglichst zeitnah vorgenommen werden. Zusammenfassung Von dezentralen Netzgeräten in der Schutzart IP67 wird heute mehr gefordert als nur das Transformieren in eine bestimmte Ausgangsspannung. Anwendungsbezogene Funktionen und die Möglichkeit der Überwachung zur Umsetzung von Condition Monitoring werden immer mehr erwartet. Die neuen intelligenten Power Supplies in IP67 erfüllen diese Anforderungen. Dank ihres hohen Wirkungsgrades von mehr als 92% arbeiten sie energiesparend. Da man sie permanent unter Hochlast betreiben kann, müssen Leistungsreserven nicht mehr vorgehalten werden. Dadurch sind die Geräte nicht nur kompakt, sondern auch wirtschaftlich in der Anschaffung. Weitere Einsparpotentiale resultieren aus umfassenden Monitoringfunktionen. Dank gut sichtbarer LEDs lassen sich Last, Stresslevel und Lebensdauer auch aus größerer Entfernung gut erkennen. Dies ermöglicht auch bei schwer zugänglichen Geräten die Umsetzung von zustandsorientierten Instandhaltungskonzepten. So müssen die Stromversorgungen erst dann ausgetauscht werden, wenn sich ihr Lebenszyklus dem Ende neigt.