Prinzipiell ist das Hiccup-Überlastverhalten eine sichere Technologie, wenn es um den Schutz von Leitungen oder Verbrauchern geht: Ein geringer effektiver Kurzschlussstrom am Ausgang vermeidet im Fehlerfall Folgeschäden, das ganze System lässt sich mit sparsameren Kabelquerschnitten ausgelegen, und letztendlich lassen sich Netzgeräte damit kostengünstiger und bis zu 20% kompakter realisieren. Dennoch galten die Schaltungen bislang als zu empfindlich in Verbindung mit Motoren oder Verbrauchern, die mit großen Eingangskapazitäten ausgestattet sind. Auch ein Parallelschalten von Netzgeräten oder das Laden von Batterien konnte mit dem alten Überlastverhalten kritisch sein. Der Netzgeräte-Hersteller Puls hat mit dem Hiccup Plus-Modus nun einen Weg gefunden, die Schwachstellen zu beseitigen und die Vorteile zu nutzen: Getaktete Stromversorgungen begrenzen den Ausgangsstrom bei Überlast. Wird der Maximalstrom erreicht, schaltet das Netzgerät automatisch vom Spannungsregelmodus in den Stromregelmodus. Im Stromregelmodus unterscheidet man dabei folgende Varianten:
- Rückfallende oder eingezogene Kennlinie: Hier reduziert sich der Strom je nach Höhe der Überlast. Dieses Verhalten ist ungeeignet zum Starten von schwierigen Lasten; die Methode kommt hauptsächlich bei linear geregelten Netzgeräten zum Einsatz.
- Gerade Kennlinie: Hier bleibt der Strom bei Überlast annähernd konstant.
- Ausgezogene Kennlinie: Sie gilt als gutmütigstes Überlastverhalten, birgt aber das Risiko eines hohen Kurzschlussstroms.
- Hiccup-Verhalten: Bei Überlast oder Kurzschluss schaltet die Stromversorgung ab und macht periodische Startversuche, bis der Fehler beseitigt ist.
Gerade bei leistungsstärkeren Netzgeräten können aufgrund des hohen Kurzschlussstroms Gefahren entstehen, die oftmals zu wenig Beachtung finden. Unterschätzt wird, dass sich die Auswirkung des Stroms auf Leitungen, Anschlussklemmen und Kontakten quadratisch mit der Stromstärke erhöht: z.B. erzeugt ein Stromanstieg von 20 auf 30A bei einer Anordnung von 50mOhm – das entspricht in etwa 7m Draht mit 2,5mm² – eine Erhöhung der Verluste von 20 auf 45W. Das ergibt 125% mehr Verluste bei einem Stromanstieg von nur 50%. Die Temperatur in Leitung und Gerät steigt immens. Erschwerend kommt noch hinzu, dass sich die Oberfläche von Leitungen, die zur Kühlung dienen, bei einer Erhöhung des Leiterquerschnittes nur minimal vergrößert. Noch kritischer sieht die Situation bei redundanten Systemen aus: Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit schalten Anwender meistens zwei Netzgeräte in einer 1+1-Konfiguration über Dioden oder Redundanzmodule zusammen. Benötigt man z.B. 15A, wird man zwei 20A-Netzgeräte wählen. Ein solches Netzgerät liefert bei einer ausgezogenen Kennlinie knapp 30A Kurzschlussstrom. Das bedeutet, dass bei einem Kurzschluss ein Dauerstrom von 60A fließt und die Verluste im Vergleich zum Nennstrom von 15A um den Faktor 16 ansteigen. Hier zeigen sich die Vorteile des Hiccup-Modus, die bei Überlast oder Kurzschluss abschaltet.
Kombination aus gutmütigem Überlastverhalten und Hiccup
Doch im Gegensatz zum klassischen Hiccup-Modus ist das neue Hiccup Plus-Verhalten eine Kombination aus ausgezogener Kennlinie und einem Hiccup-Verhalten. Nach einer Überlastung oder einem Kurzschluss liefert das Netzgerät zwei Sekunden lang Dauerstrom, danach schaltet es automatisch auf den sicheren Hiccup Plus-Modus um. Während dieser zwei Sekunden liefert das Gerät sogar den zweifachen Nennstrom. Damit können auch schwierige Verbraucher problemlos starten, und es steht genügend Strom zum Auslösen von Sicherungen zur Verfügung, um fehlerhafte Stromkreise abtrennen zu können. Aufgrund der langen Aus-Zeit von 18s ist auch im Kurzschluss der Effektivstrom deutlich unterhalb des Nennstroms: Leitungen, Schaltkontakte und Verbindungsstellen werden nicht überbeansprucht. Das Hiccup Plus-Verhalten setzt dabei erst bei einem Einbruch der Ausgangsspannung um mehr als 40% ein. Dies vermeidet ein ungewolltes Abschalten beim Laden von Batterien oder bei Netzgeräten, die zur Leistungserhöhung parallel geschaltet werden, sofern keine Maßnahmen zur symmetrischen Stromaufteilung vorhanden sind. Puls nutzt das weiterentwicklte Hiccup-Verhalten mittlerweile als Standard in allen seinen aktuellen 480W- und 960W-Ein-Phasen-Netzgeräten. Die letzte Ergänzung dieser Linie an Hutschienengeräten stellen die kompakten CPS20-Netzgeräte dar. Bei einer Breite von 65mm liefern die Geräte sichere 24V, 20A oder 48V, 10A. Die volle Leistung steht in einem weiten Temperaturbereich von -25 bis +60°C zur Verfügung. Bis zu einer Temperatur von 45°C sind sogar permanent 20% mehr Leistung erlaubt. Zum sicheren Auslösen von sekundärseitigen Sicherungen liefern die Strombversorgungen für 15ms den vierfachen Ausgangsstrom bei nahezu voller Ausgangsspannung. Weitere Eigenschaften dieser Geräte sind 94% Volllastwirkungsgrad und gute Teillastwirkungsgrade, aktive Power Factor Correction (PFC), elektronische Einschaltstrombegrenzung, DC-OK Signal zur Fernüberwachung sowie eine Vorkehrung zur symmetrischen Stromaufteilung bei Parallelbetrieb. Die Geräte sind mit einem Weitbereichseingang ausgestattet und können an allen weltweiten 1-Phasen-Netzen zwischen AC 100V und AC 240V verwendet werden. Varianten mit ATEX-Zulassung und Varianten, die für DC-Eingangsspannungen zwischen 88 und 375VDC optimiert sind, runden die CPS20-Familie ab.
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