Frage:
Ist die Versorgung von ECS-Achsmodulen über eine DC-Einspeiseeinheit EME 9360 möglich und was ist dabei zu beachten?
Antwort:
Anstelle eines ECS-Vorsorgungsmodules kann zur Versorgung von ECS-Achsmodulen auch eine DC-Einspeiseeinheit EME 9360 (9364, 9365) verwendet werden.
Folgendes ist dabei zu beachten:
• Zwischen den einzelnen ECS-Achsmodulen und dem DC-Bus sind DC-Sicherungen einzusetzen.
• In den ECS-Achsmodulen ist unter C0173 die vorhandene Netzspannung einzustellen, um damit die Schaltschwellen für Über- und Unterspannung anzupassen.
• Die Ladeschutzschaltung der ECS-Achsmodule muss aktiviert sein (Einstellung C0175 = 1).
• Für den generatorischen Betrieb ist ggf. ein Bremschopper einzusetzen.
Hinweise zur Ladeschutzschaltung:
Die ECS-Achsmodule verfügen über eine Ladeschutzschaltung zur Begrenzung des Ladestromes beim Einschalten per Lade-Widerstand, die DC-Einspeiseeinheit 9360 jedoch nicht. Für den Betrieb an der DC-Einspeiseeinheit 9360 muss daher die Ladeschutzschaltung der ECS-Achsmodule aktiv sein (C0175 = 1).
Anfangs-Ladestrom:
Nach dem Einschalten der Leistungsversorgung werden zunächst die Kondensatoren des DC-Zwischenkreises geladen. Der dabei auftretende Anfangs-Ladestrom beträgt bei allen ECS-Achsmodulen 5,6 A pro ECS-Achse (Lade-Widerstand gleich).
Die Lade-Zeitkonstante (tau = RxC) beträgt bei den ECS-Achsmodulen (48 A und 64 A) 33 ms. Bei den kleineren Gerätegrößen (4 A, 8 A, 16 A, 32 A) ist sie mit 16,5 ms halb so lang.
Bei Anwendungen mit einer größeren Anzahl an ECS-Achsmodulen im DC-Verbund erreicht der Anfangs-Ladestrom schnell eine nennenswerte Größenordnung. Diese Stromspitze muss bei der Auslegung der Netz- und DC-Sicherungen, ggf. der Leitungen und der Einspeiseeinheit berücksichtigt werden.
Die Einspeiseeinheit 9360 kann die Ladestromspitze von 50 ECS-Achsmodulen verkraften.
Technische Daten der Einspeiseeinheiten 9364/9365 laut Dokumentation:
• Dauerleistung: 50 kW / 100 kW,
• Zwischenkreisstrom: 90 A / 180 A,
• Max. Zwischenkreisstrom für die Dauer von 1 Minute : 135 A / 270 A.
In der Praxis werden Anwendungen mit bis zu 50 ECS-Achsmodulen an einer Einspeiseeinheit 9360 einen Maximalfall darstellen. Bei 50 ECS-Achsmodulen würde der Anfangs-Ladestrom mit 50 x 5,6 A = 280 A zu veranschlagen sein. Er wäre somit größer als der angegebene maximale Zwischenkreisstrom der Einspeiseeinheiten 9364/9365. Die hohe Strombelastung der Netzgleichrichter steht nur für kurze Zeit an, da der Ladestrom mit der Lade-Zeitkonstanten von max. 33 ms abnimmt. Die Gleichrichterdioden können jedoch kurzzeitig sehr hohe Überstromwerte verkraften. Beim 9364 sind beispielsweise 2400 A für 10 ms im Datenblatt der Dioden angegeben. Bei kleinerem Strom verlängert sich die zulässige Stromfluss-Dauer.
Anhand der o. g. Parameter lässt sich abschätzen, dass die kurzzeitige Ladestrom-Spitze von 50 ECS-Achsmodulen für die Einspeiseeinheiten 9360 kein Problem darstellt.
Hinweise zur Dimensionierung der Netz- und der DC-Sicherungen:
Die Netz-Sicherungen dienen hauptsächlich dem Schutz der Leitungen vor thermischer Überlastung während des Betriebes. Sie haben eine 'träge' Auslöse-Charakteristik und der Bemessungsstrom der Sicherungen liegt nahe der zulässigen Stromgrenze.
Die DC-Sicherungen dienen hingegen hauptsächlich dem 'Katastrophenschutz' beim Auftreten von Kurzschlüssen im DC-Verbund. Im DC-Verbund sind viele Kondensatoren (Energiespeicher) sehr niederohmig parallel verschaltet. Im Falle eines Kurzschlusses steigt der Kurzschlussstrom, aufgrund der geringen begrenzenden Impedanzen, sehr schnell an. Die hier zum Einsatz kommenden DC-Sicherungen müssen daher eine sehr 'flinke' Auslöse-Charakteristik aufweisen.
Im Unterschied zu den trägen Netzsicherungen muss der Bemessungsstrom der flinken DC-Sicherungen zumeist erheblich überdimensioniert gewählt werden, damit sie nicht auf jede betriebsmäßig auftretende Stromspitze reagieren. Ein Zuschlag beim Bemessungsstrom der DC-Sicherungen ist zu berücksichtigen, da jede Sicherung bei auftretenden Stromspitzen einer Alterung unterliegt und dadurch schon früher anspricht.
