Selektivní monitoring kanálů je důsledkem jevu, který se objevil teprve se zavedením elektronicky řízených zdrojů napájení na trh.
Co si představit pod pojmem selektivní monitoring kanálů? Odborníci, kteří strávili hodiny při odstraňování závad stroje, to moc dobře vědí. Nákladné je to zejména u složitých systémů, u kterých spínané zdroje napájení elektronicky regulují napětí a proud na výstupu. Stává se, že v případě zkratu nebo přetížení reagují sekundární pojistky pomaleji než jednotka zdroje, a proto tato selektivita neplatí. To vede ke kritickým situacím, jako jsou poklesy napětí, a v nejhorších případech dokonce ke vznícení kabelů. Jak je však možné, že tato ochranná zařízení nereagují? Pro odpověď se musíme vrátit téměř o třicet let zpátky.
Přesvědčivý argument: vysoká ochrana proti zkratu Bylo to na začátku 90. let minulého století, kdy mělo dojít k velké změně ve strojírenství a konstrukci zařízení spočívající v přechodu od transformátorů k elektronickým zdrojům napájení. Na začátku se pouze malá skupina lidí odvážila využívat výhod těchto nových zařízení. Regulované napětí 24 V DC a zkratová ochrana podle pevně definované charakteristické křivky zjevně zněly potenciálním uživatelům příliš dobře na to, aby mohly být považovány za pravdu. Od té doby však nastal vzestup elektronicky řízených zdrojů napájení a čím dál více výrobců originálních zařízení chtělo těžit z jejich výhod. Vysoká ochrana proti zkratu byla navíc velmi přesvědčivým argumentem. Pokud v transformátorových zdrojích využívaných do té doby došlo k nezjištěnému zkratu, instalace se následně přehřála a mohlo dojít i k požáru. S elektronicky řízenými zdroji si tak uživatelé kupovali moderní technologii a současně vyšší provozní spolehlivost.
Hledání zkratů mimo řídicí skříň Jak to však bylo se zkraty mimo spínací skříň? Výstupní strana miniaturních jističů, v praxi často kombinovaná s kontaktem pro signál vedoucí do řídicího systému, spolehlivě detekovala přetížení a zkraty v místě provozu. Proč tedy tuto formu ochrany, která byla po desetiletí vyzkoušená, nezachovat? Podle názoru mnohých uživatelů to, co bylo dobré a správné pro transformátorové napájecí jednotky, muselo logicky být pro elektronicky řízené zdroje ještě lepší. Tento nesprávný předpoklad však způsobil v následujících letech stavy zoufalství u mnoha elektrikářů při odstraňování vzniklých závad. Pokud byl například příčinou této závady kabel s poškozenou izolací ve vlečném řetězu, jen jeho nalezení mohlo trvat mnoho hodin až dní.
Odpor smyčky jako zlo Jak se však mohlo stát, že zdroje napájení ve spínacím režimu se všemi jejich výhodami nebyly schopny spolehlivě vybavovat miniaturní jističe? Tato otázka nejenže vyvedla výrobce elektronicky řízených zdrojů napájení z letargie, ale přivedla také dodavatele automatizačních řešení k experimentování. Dnes již není možné zjistit, kdo mohl nakonec zvolat „heuréka“. To však až tak důležité není. Mnohem zajímavější je výsledek nespočetných testů a výpočtů, a to zejména proto, že odhalily vcelku banální příčinu toho, proč k aktivaci miniaturních jističů nedocházelo: odpor smyčky! Elektronicky řízené zdroje napájení, tak nadšeně oslavované na trhu, jeho vinou prostě nedokázaly poskytovat proud potřebný k této aktivaci po dobu alespoň 100 ms.
Výpočet odporu smyčky Tak tedy odpor smyčky! Abychom mohli pochopit, proč je tato nejmodernější technologie navzdory všemu tak problematická, je nutné učinit krátkou odbočku k základům konstrukce strojů a zařízení. Až do doby před 30 lety bylo běžnou praxí používat k ochraně instalací v terénu miniaturní jističe typu C. Co to znamená ve spojení se zdrojem ve spínacím režimu, je objasněno na následujícím příkladu, ve kterém je použit automatický stroj se jmenovitým proudem 6 A. Podle vzorce 14 × Ijmen to vyžaduje vypínací proud 14 × 6 A, což při vynásobení odpovídá hodnotě 84 A. Aby však zdroj 24 V vůbec dokázal těchto 84 A zajistit, jeho odpor nesmí překročit 286 mΩ. Že tato hodnota odporu je nereálná, je možno uvést na praktickém příkladu, ve kterém se zjistí odpor smyčky senzorového kabelu dlouhého 5 m o průřezu vodiče 0,34 mm2. Jeho odpor se vypočítá podle vzorce R = ρ × l / A, kde proud l je vynásoben dvěma z důvodu odchozích a vratných vedení. Pokud nyní použijeme jednotlivé hodnoty se zohledněním měrného odporu ρ mědi (0,0178 Ω × mm2/m), dostaneme výsledný odpor 520 mΩ. Spolu s dalšími odpory rozvodného vedení a pramenů vodičů, jakož i s vnitřními odpory miniaturních jističů a svorek bude celkový odpor vyšší než 1,3 Ω. Při použití ve vzorci U = R × I to znamená, že v elektronicky ovládaném 24V zdroji je možný maximální tok proudu 18,18 A. Ten však není dostatečný pro aktivaci jističe typu C se jmenovitým proudem 6 A. Jak vyplývá z výše uvedeného, musel by být nejméně 84 A.
Grandiózní nástup inteligentního napájecího systému MICO Uvědomění si skutečnosti, že spínací napájecí jednotky nedokážou zajistit požadovaný vypínací proud pro miniaturní jističe, mělo zajímavé důsledky. Někteří výrobci strojů a zařízení náhle začali vyvíjet aplikace se čtyřmi zdroji namísto jednoho s cílem snížit následky přetížení a zkratů na minimum. V dnešní době jsou stále na trhu aplikace, ve kterých dvě spínací napájecí jednotky napájejí elektronické komponenty a regulátor v řídicí skříni a další dvě napájejí pohony a senzory na místě. Tento přístup je však drahý, protože vyžaduje tři elektronicky řízené zdroje napájení navíc. Kromě dodatečných pořizovacích nákladů vyžadují tyto zdroje prostor navíc v řídicí skříni a neřeší problém. Pak by mělo větší smysl vytvořit menší jednotky se spotřebiči tak, aby v případě poruchy nedošlo k vypnutí poloviny stroje. Ale zpět k našemu příběhu.
Vypnout tak brzy, jak je nutné, ale tak pozdě, jak je možné Společnost Murrelektronik se s těmito problémy poprvé setkala v roce 2003 a reagovala velmi rychle. Již po jednom roce vývoje představil tento výrobce z města Oppenweiler v Německu inteligentní napájecí systém MICO (Murrelektronik Intelligent Current Operator) pro aplikace 24 V DC u spínaných zdrojů a reakce na trhu byla nadšená. S tímto řešením jsme uspěli při navrhování vypínacích funkcí sledovaných kanálů tak, že v případě zkratu nebo přetížení vypínají, jakmile je to nutné, avšak co možná nejpozději. Moduly, jejichž proudový rozsah je možno fixovat, se tak staly zvlášť vhodnými pro aplikace, ve kterých je nutno chránit větší počet senzorů a akčních členů s podobnými požadavky. Štíhlý napájecí systém Avšak selektivní monitoring kanálů byl pouze jedním z argumentů ve prospěch systému MICO. Při konstrukční šířce 72 mm bylo toto zařízení již o 36 mm štíhlejší než čtyři miniaturní jističe, každý s jedním předtím používaným signálovým kontaktem, přičemž zkušenosti ukázaly, že tento přístup jištění v kombinaci s elektronicky řízeným zdrojem vůbec nefungoval! Takže oněch 108 mm na liště DIN, která byla do té doby používána, bylo tak jako tak ztrátou času. Dále spoustu montážního času zabralo zapojení všech čtyř miniaturních jističů s odpovídajícími signálovými kontakty. Z tohoto důvodu navrhli konstruktéři od Murrelektronik systém MICO pouze s jedním společným potenciálem, ze kterého je možno získat přístup ke všem jednotlivým kanálům.
Bez potřeby naddimenzovaných zdrojů Protože jsme nebyli spokojeni s prvním nejlepším navrženým řešením, opatřili jsme svůj inteligentní napájecí systém funkcemi ušitými na míru potřebám v konstrukci strojů a zařízení již v úplně první verzi. Tyto funkce zahrnují kromě jiného i kaskádové spínací chování. Tato metoda distribuuje spínací špičky, takže naddimenzované zdroje napájení již nejsou zapotřebí. Během tohoto procesu připojené kanály nabíhají on-line s časovou prodlevou přibližně 70 ms. Ačkoliv tento proces zabere u čtyřkanálového zařízení pouze něco málo přes 200 ms, již to stačí pro dimenzování spínaných zdrojů podle výkonu, který je aktuálně zapotřebí. To šetří místo v řídicí skříni a snižuje pořizovací náklady, protože spínací špičky jsou tím dobře kompenzovány.
Jedno řešení řídicího obv odu pro celý svět Murrelektronik nabízí portfolio řešení pro multinormní zdroje napájení. Tato řešení využívají standardizované výrobky, které jsou koordinovány do nejmenšího detailu a které mají četné certifikáty. To znamená, že celé řešení je navrženo tak, aby splňovalo všechny příslušné normy, a bylo je tak možno používat celosvětově. Bílá kniha uvádí výhody multinormních zdrojů napájení a obsahuje kompletní obvodová schémata. www.murrelektronik.cz
