Veľkolepý vstup inteligentného systému napájania prúdom MICO na scénu

MICO | Selektívne monitorovanie kanálov je spôsobené fenoménom, ktorý sa objavil až po zavedení elektronicky regulovaných zdrojov elektrickej energie na trh. O čom je reč a ako to Murrelektronik vyriešil, opisuje tento príbeh.

Čo, preboha, znamená „monitorovanie kanálov“! A to dokonca v spojení s pojmom „selektívne“? V mysli sa vám hneď vynoria obrazy gigantických zaoceánskych lodí plávajúcich cez Kielský kanál, aby si ušetrili 250 morských míľ obchádzky cez Severné more, cez prieliv Sakgerrak a Kattegat. A keďže kapitán pritom radšej kontroluje svoje správy na smartfóne, než by sa venoval vlastnej práci, monitoruje prechod cez kanál len selektívne!

Keď ističe vedení nefungujú

Toto je síce pekná interpretácia „selektívneho monitorovania kanálov“, je však nesprávna. Odborníci, ktorí už strávili hodiny pri hľadaní chýb na stroji, vedia svoje. Obzvlášť náročné je to v komplexných systémoch, v ktorých taktované napájacie zdroje na výstupe elektricky regulujú napätie aj prúd.

Tu sa môže totiž stať, že v prípade skratu alebo preťaženia sekundárne poistky zareagujú pomalšie ako sieťový prístroj, v dôsledku čo sa táto selektivita stráca. Vedie to ku kritickým situáciám, napríklad výpadkom napätia, v tom najhoršom prípade dokonca k požiarom vedení. Ako je však možné, že tieto nadväzujúce ochranné zariadenia nereagujú? Zodpovedanie si tejto otázky si vyžaduje ohliadnutie takmer 30 rokov dozadu.

Presvedčivý argument: vysoká ochrana proti skratu

Bolo to začiatkom 90. rokov, keď sa vo výrobe strojov a zariadení rysovala výrazná zmena: prechod z transformátorových na elektronické napájacie zdroje. Na začiatku to bola len malá skupina, ktorá si trúfala využívať prednosti nových zariadení. Regulované 24 V jednosmerné napätie a ochrana proti skratu podľa pevne definovanej charakteristiky zneli zjavne pre potenciálnych používateľov príliš pekne na to, aby to mohla byť pravda!

Avšak nárast elektronicky regulovaného napájania už nebolo možné zastaviť, pretože stále viac výrobcov OEM z neho chcelo profitovať. Predovšetkým vysoká ochrana proti skratu bol argument, ktorý presviedčal. Ak si totiž dovtedy používané transformátorové napájacie zdroje skrat nevšimli, tento skrat rozžeravil následnú inštaláciu a za určitých okolností dokonca mohol spôsobiť požiar. Kúpou elektronicky regulovaných napájacích zdrojov získali používatelia naopak modernú technológiu a zároveň vyššiu prevádzkovú bezpečnosť.

Hľadanie skratov mimo rozvodnej skrine

Ako to však bolo so skratmi mimo rozvodnej skrine? Ističe vedení na výstupnej strane, v praxi často kombinované so signálnym kontaktom vstupujúcim do riadiacej jednotky, spoľahlivo detegovali preťaženie a skraty v poli. Prečo by teda nemala byť zachovaná táto forma ochrany, ktorá sa osvedčila po celé desaťročia? To, čo bolo dobré a správne pri transformátorovom sieťovom zdroji, takto uvažovali mnohí používatelia, by malo byť pri elektronicky regulovanom napájacom zdroji fungovať predsa ešte lepšie! Kvôli tomuto nesprávnemu predpokladu si v nasledujúcich rokoch mnohí elektrikári pri hľadaní chýb zúfali. Ak bola napríklad príčina tejto poruchy v holom vodiči vo vlečnej reťazi, mohlo už len vymedzenie chyby trvať viacero hodín, ak nie dokonca viacero dní.

Odpor slučky ako nepríjemné zlo

Ako však bolo možné, že taktované sieťové zdroje so všetkými svojimi výhodami neboli schopné spoľahlivo aktivovať ističe vedení? Táto otázka popoháňala nielen výrobcov elektronicky regulovaných napájacích zdrojov, nabádala k experimentovaniu aj dodávateľov automatizačných riešení.

Kto bol ten, kto si môže pripisovať víťazoslávne zvolanie „Heuréka!“, to sa dnes už nedá jednoznačne zistiť. Avšak, to ani nie je dôležité. Oveľa zaujímavejším je výsledok nespočetných pokusov a výpočtov – práve tieto rozpoznali banálny dôvod neaktivujúcich sa ističov vedení:

odpor slučky! Práve kvôli nemu trhom tak nadšene oslavované elektronicky regulované napájacie zdroje jednoducho neboli schopné poskytnúť minimálne 100 ms prúd, potrebný na aktivovanie.

Výpočet odporu slučky

Teda odpor slučky! Aby sme pochopili, ako to, že práve odpor slučky podráža túto najmodernejšiu technológiu, je potrebná odbočka k základom projektovania strojov a zariadení. V tejto oblasti bolo ešte pred 30. rokmi bežnou praxou istiť inštaláciu v poli ističmi vedení typu C. Čo to znamená v kombinácii s taktovaným prúdovým napájaním, vysvetľuje príklad, v ktorom je použitá automatická poistka s menovitým prúdom 6 A. Táto vyžaduje podľa vzorca 14 x I_men. vypínací prúd 14 x 6 A, čo pri násobení zodpovedá 84 A. Aby 24 V prúdový zdroj bol vôbec schopný poskytnúť týchto 84 A, odpor smie byť maximálne 286 mΩ.

Skutočnosť, že takýto odpor je nerealistický, zobrazuje príklad z praxe, v ktorom sa vypočíta odpor slučky 5 m dlhého vedenia snímača s prierezom vedenia 0,34 mm². Jej odpor vyplýva zo vzorca R = ρ x l / A, pričom l sa kvôli spiatočnému vedeniu musí vynásobiť dvomi.

Ak sa teraz použijú jednotlivé hodnoty, berúc do úvahy špecifický odpor ρ medi (0,0178 Ω x mm²/m), už to dáva odpor 520 mΩ. S ďalšími odpormi rozdeľovacieho vedenia a prameňov vodičov a s vnútornými odpormi ističov vedení a pripojovacích svoriek sa celkový odpor zvyšuje na viac ako 1,3 Ω.

Pri aplikovaní na vzorec U = R x I to znamená, že v elektronicky regulovanom 24 V napájacom zdroji je možný maximálny prietok prúdu 18,18 A. Tento však nestačí na to, aby aktivoval istič vedenia typu C so 6 A menovitým prúdom. Požadovaných by bolo, ako sme už uviedli, minimálne 84 A.

Vysvetlenie k spôsobu činnosti ističov vedení a ochranného odporu.

Veľkolepý vstup inteligentného systému napájania prúdom MICO na scénu

Poznatok, že taktované sieťové zdroje nevedia poskytnúť vypínací prúd požadovaný pre ističe vedení, mal sčasti kuriózne následky. Podaktorí výrobcovia strojov a zariadení začali inštalovať svoje aplikácie náhle so štyrmi namiesto len s jedným napájacím zdrojom, len aby redukovali následky preťaženia a skratov na minimum.

Dnes však existujú na trhu aplikácie, v ktorých dva taktované sieťové zdroje zásobujú elektronické komponenty a riadiacu jednotku v rozvodnej skrini, a dva ďalšie akčné členy a senzory v poli. Tento koncept je však drahý, pretože vyžaduje tri dodatočné elektronicky regulované napájacie zdroje.

Okrem dodatočných obstarávacích nákladov vyžadujú tieto aj dodatočné miesto v rozvodnej skrini, a pritom problém neriešia. Rozumnejšie potom by už bolo vytvoriť menšie jednotky so spotrebičmi, aby sa pri jednej chybe nedostala hneď polovica stroja do stavu bez napätia.

Vráťme sa však k samotnému príbehu.

Vypnúť tak skoro, ako je to potrebné, avšak tak neskoro, ako je to možné

Spoločnosť Murrelektronik bola s týmito problémami konfrontovaná prvýkrát v roku 2003 a zareagovala rýchlo. Už po jednom roku, ktorý si vyžiadal vývoj, prezentoval tento výrobca z nemeckého mesta Oppenweiler k PLC inteligentný systém napájania prúdom MICO (Murrelektronik Intelligent Current Operator) pre 24 VDC aplikácie – a trh reagoval s nadšením.

Švábskym pedantom sa podarilo s ich riešením dimenzovať vypínaciu charakteristiku monitorovaných kanálov tak, aby tieto pri skratoch vypínali tak skoro, ako je to potrebné, avšak až tak neskoro, ako je to možné. Vďaka tomu sú moduly, ktorých prúdový rozsah sa dá fixne nastaviť, obzvlášť vhodné predovšetkým pre aplikácie, v ktorých musí byť chránených veľa snímačov a akčných členov s podobnými požiadavkami.

Štíhly systém napájania prúdom

Toto selektívne monitorovanie kanálov bolo však iba jedným z argumentov, ktorý hovoril v prospech MICO. So 72 mm konštrukčnou šírkou bol tento prístroj v porovnaní s predtým používanými štyrmi ističmi vedení, každý z nich s jedným signálnym kontaktom, štíhlejší o 36 mm – a ako pritom skúsenosť ukázala, tento princíp istenia v kombinácii s elektronicky regulovaným prúdovým napájaním sa vôbec neosvedčil! Tak či tak bolo teda doposiaľ používaných 108 mm na montážnej lište zbytočných.

Okrem toho si zapojenie štyroch ističov vedení s príslušnými signálnymi kontaktmi vyžadovalo veľa inštalačného času. Preto vytvorili vývojári v spoločnosti Murrelektronik MICO s len jedným spoločným potenciálom, z ktorého je výstup na jednotlivé kanály.

Predimenzované prúdové zdroje už nie sú potrebné

Pretože pedantný Šváb sa neuspokojí s prvým lepším riešením, vybavil svoj inteligentný systém rozvodu energie už v jeho prvej verzii vlastnosťami, ktoré sú šité na mieru konštrukcii strojov a zariadení. K nim patrí o.i. kaskádové reagovanie pri zapínaní.

Táto metóda rozdeľuje špičkové hodnoty prúdu pri zapínaní, preto už nie sú vyžadované predimenzované prúdové zdroje. Pri tomto procese pripojené kanály vstupujú na sieť s časovým oneskorením cca 70 ms. Hoci tento proces trvá pri štvorkanálovom zariadení len o niečo viac ako 200 ms, už to stačí, aby sa taktované sieťové zdroje dimenzovali podľa skutočne potrebného výkonu. Šetrí sa tým miesto v rozvodnej skrini a obstarávacie náklady sa udržujú na nižšej úrovni, keďže špičkové hodnoty prúdu pri zapínaní sa správne kompenzujú.

MICO monitoruje milióny prúdových obvodov

Vďaka svojim inteligentným vlastnostiam získal MICO od svojho zavedenia na trh pred 16 rokmi dôveru mnohých výrobcov strojov a zariadení po celom svete. Do konca r. 2019 to bolo 8 561 513 monitorovaných prúdových obvodov, ktoré zaručujú vysokú prevádzkovú spoľahlivosť v najrôznejších aplikáciách po celom svete.

V dôsledku tohto enormného dopytu po „Spoľahlivosť made by Murrelektronik“ sa rodina MICO časom rozrastala, aby dokázala ponúknuť riešenie šité na mieru pre každú aplikáciu. Trh si cení túto všestrannosť. Odvtedy sa dá MICO pokojne porovnávať s kapitánom, ktorý manévruje zaoceánske plavidlá bezpečne cez Kielský kanál bez toho, aby narážal do stien kanála. A s týmto istením za sebou si kapitál môže občas dovoliť pokojne sa zahľadieť do diaľok, prípade aj do svojho smartfónu.

Riešenie okruhu riadiaceho prúdu pre celý svet

Spoločnosť Murrelektronik ponúka portfólio riešení napájania prúdom pre viac noriem. Pritom sa používajú jednotné a až do detailov navzájom zladené produkty, ktoré vlastnia množstvo certifikátov – tým je kompletné riešenie koncipované tak, aby zodpovedalo všetkým dôležitým normám, a aby sa dalo používať na celom svete. Biela kniha predstavuje výhody napájania prúdom pre viac noriem a obsahuje celé schémy zapojení.

K stiahnutiu technická príručka (white paper) „Koncepty napájania prúdom pre viac noriem“