Jste zde

Průmyslová elektronická nastavitelná pojistka pro 24V napájení

Antonín Vojáček, 23. Leden 2018 - 17:01

Jak snadno, přesně a opakovatelně ochránit 24V zařízení, komponenty nebo čidla před přetížením? Jednou z možností je použití elektronických pojistek pro napětí 24 VDC pro rozvaděče na DIN lištu. Takové vyrábí např. společnosti Friedrich Lütze GmbH.

Proč použít nastavitelnou elektronickou pojistku?

Při napájení komponent ze zdroje 24V DC je nutné se v případě zkratu či přetížení buď spolehnout na ochrany implementované přímo ve zdroji, nebo použít klasickou tavnou pojistku a nebo je možné použít sofistikovanější nastavitelnou elektronickou pojistku.

V případě, kdy se chceme spolehnout na ochrany implementované přímo na ve zdroji 24 VDC, je nutné však nejen vybrat kvalitní napájecí zdroj, ale případně využít i soustavu několika menších zdrojů napájející samostatně jednotlivé komponenty, které mají být chráněny, protože při použití jednoho velkého výkonného zdroje mohou jeho výstupní ochranné obvody zareagovat až když je pozdě, tedy když již nějaká přetížená komponenta již je doslova rozškvařená nebo v horším případě "rozstřelená na kousky". Navíc většina současných spínaných zdrojů při přetížení (odběru většího el. proudu než je cca 1,2x až 2,5x větší než jmenovitý) výstup trvale neodpojí, ale buď přejdou to tzv. Hicup módu, kdy zdoj opakovaně periodicky odpíná a následně opět zapíná výstup (aby zdroj zjistil, zda přetížení trvá) a nebo jen prostě "zastropuje" velikost el. proudu a dodávaný výkon omezí snížením napětí. V obou případech, ale nedojde k trvalému nezpečnímu odpojení zátěže.

Pokud je tedy je napájecí zdroj dimenzován výkonově výrazně více než napájení zátěž, snadno dojde ke zničení zátěže (napájení komponenty) při nějakém jejím přetížení. Těmto nežádoucím výsledkům lze zamezit použitím / instalací samostatné proudové ochrany zvlášť pro každou napájenou komponentu.

Jako základní a i nejlevnějším řešením se jeví použití tavné pojistky, pro kterou se v případě průmyslových zařízení vyrábějí k tomu určené "držáky" na DIN lištu obvykle ve velikosti svorky. Ale jak správně pojistku dimenzovat? Pojistka dimenzovaná na malý el. proud či příliš rychle reagující se může spálit již i při běžné správné funkci obvodu například při krátkodobém zvýšeném napájecím proudu po zapnutí zařízení, kdy se nabíjejí stabilizační kondenzátory. Pojistka dimenzovaný na větší el. proud a pomalejší reakci pak naopak v případě kritické situace přetížení či zkrati může reagovat příliš pomalu a již nemusí zachytit mez zničení chráněné komponenty. Navíc nalezení spálené pojistky a její výměna nemusí být v současných výrobních provozech bez patřičně odborně vzdělané obsluhy vždy snadná záležitost.

Řešením pro takové náročnější aplikace může pak být tzv. nastavitelná elektronická pojistka. Ta elektronicky v každém okamžiku měří úroveň elektrického proudu a porovnává jeho hodnotu s přednastavenými parametry, přesněji řečeno s uloženou časově-proudovou křivkou. A tak může různě reagovat na zkrat i nadproud (přetížení) podle doby, po kterou stav trvá a tedy například rozlišit, kdy je ještě zvýšené proudové zatížení ještě vyhovující a kdy již je nutné napájení odpojit a tak předejít k poškození chráněné komponenty, např. PLC, čidla, měřící jednotky atd.

Tímto způsobem lze nejen například efektivně ochránit PLC jako takové (jeho vnitřní elektroniku), ale i například jeho výstupy, aby přílišným přetížením či zkratem na jejich výstupu nedošlo ke spálení spínacího tranzistoru či slepení kontaktu malých relé, které se v PLC obvykle využívají. Stejně tak může taková elektronická ochranna zamezit zničení spínaného výstupu čidla, které je obvykle vybaveno nepříliš proudově odolným spínaným tranzistorem. V dnešní době pak prakticky i jen takový poškození výstupů PLC a čidel prakticky znamená jejich celou výměnu a tak je v mnoha případech i ekonomicky zajímavější použít sice dražší ochranu elektronickou pojistkou, protože může zachránit i mnohokrát výrazně dražší chráněné komponenty.

Elektronická pojistka Lütze LOCC-Box - nastavitelná

Lütze LOCC-Box jsou nastavitelné elektronické pojistky německé společnosti Lütze, které ve velikosti větší svorkovnice na DIN lištu poskytuje ochranu následující ho na ní připojeného napájeného zařízení dle časově-proudové zatěžovací charakteristiky, kterou lze vybrat ze celkem 5 uložených typů: rychlá (fast), střední (medium), pomalá-1 (slow-1) až pomalá-3 (slow-3). Výběr konkrétní charakteristiky se provádí malých otáčecím voličem (kolečkem) umístěný na čele pojistky společně dalším otáčením voličem, kterým se ke zvolenému tvaru charakteristiky volí konkrétní hodnota limitu el. proudu.

Nakonec se na čele ještě nachází indikační LED dioda stavu pojistky a malé resetovacím tlačítko, kterým se opět ručně zapne (nahodí) pojistka po přerušení vlivem překročení nastaveného limitu el. proudu. Stejně tak je však možné provést reset i elektricky přivedením 24 VDC pulsu na řídící vstup. Indikační tranzistorový spínaný výstup "Status" informuje, zda je napájení 12/24 VDC přítomné a není pojistka v poruše či nikoliv.

Provedení a rozměry elektronické nastavitelné pojistky Lütze LOCC-Box.

Přívod napájení v rozsahu 10 - 30 VDC (tedy pojistka je dimenzovaný jak pro 12V, tak pro 24V napájení) se přivede na napájecí vstup pojistky a chráněné napájení je pak opět vyveden na výstup, přes vnitřní výkonový spínací MOSFET tranzistor. Ten provádí zmíněné odpojení výstupu, když elektronika pojistky vyhodnotí překročení zvolené charakteristiky a limitu.

Elektronická pojistka Lütze LOCC-Box v provedení pro napájení 12/24 VDC je nabízena v rozsahu 0,2 až 2A s nastavení limitního el. proud pro krocích 0,2 A nebo v rozsahu 1 až 10 A s nastavovacím krokem 1 A.

Přednastavené časo-proudové vypínací charakteristiky nastavitelné elektronické pojistky, které lze vybírat.

Elektronická pojistka Lütze LOCC-Box-NET - programovatelná

Místo základní verze LOCC-Box, které mají 5 již přednastavených časově-proudových charakteristik, které se jen vybírají, je v nabídce i více sofistikovanější provedení LOCC-Box-NET, kde je navíc implementováno LOCCbus (LIN) / 1-Wire sériové rozhraní.

Toto speciální rozhraní pojistky pak s pomocí dodávaných tzv. "Gateway for LOCC-Box-Net" modulů lze převést na klasické USB rozhraní pro připojení PC, RS-232 rozhraní a sběrnici CANopen a pak i průmyslové komunikace PROFINET-IO, Profibus-DP a EtherCAT.

Programovatelné provedení elektronické pojistky s možností datové komunikace přes průmyslové sběrnice vyžaduje použití přidavného GATEWAY modulu.

Pomocí těchto digitálních komunikací je možné nejen elektronická volba charakteristiky a nastavení konkrétních limitních el. proudů, ale pomocí zdarma dodávaného PC softwaru "LOCC-Pad" je i možné si vytvořit zcela vlastní charakteristiky a ty nahrát do pojistky.

Mimo nastavování charakteristiky lze však komunikaci využít i pro vedlejší funkce, jako například měření a sledování průběhu el. proudu pojistkou / zatěžování v čase a celkovou kontrolu stavu pojistky a také reset pojistky v případě aktivace přerušení el. obvodu.

PC software LOCC-Pad umožňuje si vytvořit svojí libovolnou vypínací charakteristiku a tu do pojistky nahrát přes USB připojení. Také umožňuje kontrolovat stavu funkce pojistky i měřit/ monitorovat el. proud.

Prezentační video

Závěr

Použití elektronických pojistek umožňuje pečlivě, přesně a spolehlivě měřit průběžně hodnotu el. proudu a provést jeho odpojení, když jeho velikost nebo doba působení větší než nastavená hodnota. Sice cena i základního provedení stojí cca 1000,- Kč bez DPH/ks (cena prodejce OEM Automatic s.r.o.), takže nejde vůbec o levnou záležitost. Ale v případě, že chráněný objekt (zařízení, komponenta, čidlo) je výrazně dražší, tak se tato spolehlivá forma ochrany vždy vyplatí.