Hallo zusammen Für eine EX-sichere Anwendung muss ich eine Redundante Strombegrenzung bauen. Am Ausgang sollten 8V bei rund 500mA sein. 8V müssen konstant sein, 500mA dürfen nicht überschritten werden (Spannung regelt danach zurück). Wegen der EX-sicherheit muss die Schaltung 3 mal vorhanden sein, um Ausfälle zu reduzieren. Wenn ich nun 3 Strombegrenzer in Serie schalte, habe ich die 3fache Spannung und wenn ich sie parallel schalte, den dreifachen Strom. Wenn ich aber jede Schaltung nur auf einen drittel der Leistung auslege, habe ich beim Ausfall einer Schaltung nicht mehr genügend Leistung (EX-sicherheit nicht mehr erfüllt). Der ganze Print verfügt über eine 24V DC Speisung. Hat da einer von euch ein Beispiel, wie man das lösen könnte?
Ich bin nicht sehr erfahren mit EX-Anwendung, doch zumindest habe ich mich mit der Thematik schon mal beschäftigen dürfen ... Nach meiner Einschätzung wäre die einfachste Möglichkeit: - drei Z-Dioden parallel zur Spannungsbegrenzung - ein Serienwid. von R = U/I = 24V/0.5A = 48 Ohm Hieraus ergeben sich jedoch wieder neue Herausforderungen, die Leistung des Serienwid. muss 24V*0.5A*1.5 = 18W betragen ...
die Idee mit dem Seriewiderstand hatte ich auch schon, aber der Gedanke, 18 Watt zu verbrennen lief mir klat den Rücken ab :-) Aber ist es evtl. möglich, mit einem zusätzlichen DC/DC Wandler, die Spannung auf ein Niveau zu regeln, dass dann nicht 18Watt verbrannt werden müssen. Ich denke so an einen "Standart auf 12V Regler".
18 Watt ist natürlich jede Menge, jedoch ist fraglich ob die 24V oder die 8V begrenzt werden müssen ... Ich denke, dass ich die Problematik noch nicht ausreichend verstanden habe, daher wäre es sinnvoll diese nochmals zu schildern und hierbei zwischen Funktionlität (z.Bsp. Ausgang 5V / 100mA) und EX-Schutz (z.Bsp. Anforderung 8V / 500mA) zu unterscheiden. Ein DC/DC-Wandler dürfte alleinig nicht den ausreichend sein, da solch ein Bauelement ein Halbleiterbauteil ist und dieses aus EX-Sicht im Fehlerfall jeden beliebigen Zustand einnehmen kann (z.Bsp Kurzschluß zwischen Ein- und Ausgang). Jedoch erreichst Du mit einem Schaltregler von 24V auf 12V (8V), dass der Ausgangsstrom von 500mA nahezu einen Eingangsstrom von 250mA hervorruft. Somit ist es möglich den Serienwid. am Eingang des Schaltreglers von 48 auf 96 Ohm zu erhöhen und somit erhält man dei erforderliche Leistung des Wid. zu 24^2/96*1.5 = 9W. Aber wie ich schon erwähnte, wäre eine ausführlichere Problembeschreibung hilfreich ... Wenn die passive Begrenzung nicht möglich ist, wäre eine Stromregelung mittels Längstransistor und Strommessung (Diff. verstärker) denkbar. Diese wäre aber auf jeden Fall redundant auszulegen ...
Natürlich kann ich mein Projekt etwas näher beschreiben. Ich entwickle ein Betriebsmittel zu einem Messgerät, welches sich im EX-Bereich befindet. Die Datenkommunikation erfolgt aus kompatibilitätsgründen mittels RS422. Ebenfalls muss das Messgerät mit Spannung (8.2V) versorgt werden. Das jetzige Messgerät benötigt bei 8.2V rund 150mA bis 250mA, je nachdem, was es gerade leisten muss. Zur Zeit ist aber ein neues in Entwicklung, dessen Leistung ich noch nicht kenne. Ich will mir da nichts verbauen, deshalb gehe ich von maximal 500mA aus, welches mein Betriebsmittel leisten muss/sollte. Die Kommunikation mittels RS422 steht im grossen und ganzen. Die Spannungspegel da betragen um die 5.4V bei 300mA (maximal). Das wird abgesegnet. Das Betriebsmittel wird mit 24VDC versorgt. Mein Problem ist jetzt, wie kann ich aus diesen 24VDC eine redundante 8.2V Speisung machen. Am besten nich galvanisch getrennt, aber die vom Prüfamt haben mir angegeben, dass dies nicht unbedingt nötig sei (also vermutlich weglassen und somit günstiger produzieren). Habe ich das richtig verstanden, dass du den Widerstand vor den DC/DC Wandler setzten würdest, oder nach den Wandler, wo er von 12V auf 8V begrentzt? Habe zur Zeit leider keinen Zugang zu einem Scanner, um eine einleuchtendere Handzeichnung zu posten.
Strombegrenzung gibt es eigentlich nur bei Ex i Anwendungen. Hier wird meist mit einem R/ZZZ/R Netzwerk gearbeitet. R1 Strombegrenzung zum Schutz der Z-Dioden Z1-3 Spannungsbegrenzung R2 Strombegrenzung nach aussen Zur Leistung: Da du nach Exi maximal 2/3 belasten darfst, muss der Shunt noch ein wenig mehr Leistung können. Gruß Anselm p.S.: Liege ich richtig mit Ex i?
das ich das nicht geschrieben habe, zzz du liegst natürlich völlig richtig, es handelt sich um ein [EEX ia] IIC Betriebsmittel EEx = EX-Sicher ia = Schutzniveau (weitere sind ib und ic) II = Gruppe 2 C = Weiss ich gerade nicht mehr mit bestimmtheit.
Meine Lösung wäre einfach den nach der EN60079-11(war doch die Exi, oder?)maximal zulässigen Kurzschlusstrom für die Berechnung zu nehmen. Waren es unter 12V nicht 3,3A(morgen mal in die Norm gucken) Wenn du 8V 500mA brauchst, berechnest du den Spannungsabfall bei Nennstrom am Widerstand und gehts mit 8V plus Spannungsabfall aus deinem Ex-i Netzteil heraus, auf der Nutzschaltung kommt dann noch ein 8V Längsregler zu Einsatz(Dropspannung beachten). Nur noch eine dumme Frage, wenn du da etwas bauen sollst, willst du es auch in Betrieb nehmen? Ohne Prüfung durch eine benannte Stelle und der dauraus resultierenden EG-Baumusterprüfbescheinigung geht es da nicht. Gruß Anselm
Habe die Norm gleich vor mir. Bei 12.1V beträgt der Kurzschlusstrom mit 1.5 Sicherheitsfaktor 3.33A. Die Norm fängt aber erst bei 12.1V an, ich weiss also nicht, wie der maximale Kurzschlussstrom bei 8V ist, aber auf jedenfall weit über meinen benötigten 500mA. Das Gerät muss selbstverständlich geprüft werden, ich werde auch mit diesen Leuten vom Prüfinstitut einmal zusammen sitzen, aber ich kann da ja nicht mit lehren Händen auftauche. Ich habe zwar die Normen EN60079-0 und EN60079-11 durchgelesen, aber um die zu begreiffen muss man Jurist sein, und nicht Elektroniker. Ich suche deshalb mögliche Beispiele, wie ich ein EXi sicheres Netzgerät bauen kann.
Hehe, da geht es dir wie mir. Zu Anfang fragte ich einen Ingenieur wer denn solche unmöglichen Texte verfasst. Seine Antwort war: "Ich zum Beispiel" Ess muss wohl eine andere Spezies sein ;) Hier hilft dir nur ein Ing. der sich sehr gut mit der Exi auskennt, und bereit ist mit dir zu reden.... Aber diese Normen sind sehr leicht zu verstehen, wenn man sich die Zeit dafür nimmt. Ein Benutzerhandbuch für ein technisches Gerät im Vergleich mit ENxxxx entspricht fast der Differenz Bild- -> Zeit- Zeitungen. So wie ich es oben beschrieben habe, werde ich 2009 ein Gerät zur Prüfung einreichen. Ich gehe davon aus dass ich mit meiner Sichtweise korrekt liege. Gruß Anselm p.S.: Vergusskapselung wäre auch nicht schlecht.
Habe noch ein etwa 20 Jahre altes Schema gefunden. Ich bin mir fast sicher, dass das eine Konstantstromquelle mit OP ist. Dafür würde der OP N11, sowie die Widerstände R65 und R82 sein, zusammen mit der Zenerdiode V27. Wofür aber die anderen Bauteile sind, dass wissen wohl nur die Götter. Ich gehe davon aus, des es nicht möglich ist, von deinem EXi Spannungsausgang ein Schema zu bekommen? Meines sollte eigentlich auch irgendwann Frühling oder Sommer 2009 zur Prüfung.
Gut, nun habe auch ich die Problematik verstanden. Du benötigst (funktionell) einen Ausgang mit 8.2V bis zu 500mA, welcher eigensicher sein soll. Diese 500mA funktionell scheinen mir doch recht hoch zu sein. Zunächst müsste in den Zündkurven nachgeschlagen werden, ob dieses Wertepärchen noch zulässig ist bzw. welcher aus EX-Sicht der max. zulässige Strom bei einer Spannung von 8.2V ist. Prinzipiell wirst Du auch aus energetischer Sicht sicherlich einen DC/DC-Wandler verwenden für die Konvertierung der 24V zu 8.2V. Die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers wird üblicherweise mit drei Z-Dioden "geklemmt". Die Strombegrenzung mittels Serienwid. halte ich jedoch nun für fraglich, ist jedoch abhängig von den Erkenntnissen aus den Zündkurven. Der Einsatz eines Serienwid. ist nur sinnvoll, wenn ein ausreichend großer Abstand zwischen funktionellen Strombedarf und max. Strom aus EX-Sicht vorhanden ist. Der Serienwid. muss für den max. Strom aus EX-Sicht ausgelegt werden und sollte aus funktioneller Sicht möglichst wenig Leistung umsetzen. Bedenke, dass jeder Serienwid. einen Spannungsabfall hervorruft, egal ob vor dem DC/DC-Wandler oder nach der Spannungsbegrenzung. Bsp.: Ein Serienwid. am Eingang des DC/DC-Wandlers von 50 OHM führt bei einem Strom von 250mA zu einem Spannungsabfall von 12.5V --> am Eingang des DC/DC-Wandlers liegen statt 24V nur noch 11.5V ... (Teufelskreislauf) So, ich wage mal zu Behaupten, sollten die Parameter 8.2V und 500mA so stehen bleiben, dass eine Strombegrenzung mit einem Serienwid. nicht zum gewünschten Erfolg führen wird. So bleibt Dir wahrscheinlich nur eine "aktive" Strombegrenzung (natürlich redundant ausgelegt) übrig.
> Gut, nun habe auch ich die Problematik verstanden. Du benötigst > (funktionell) einen Ausgang mit 8.2V bis zu 500mA, welcher eigensicher > sein soll. Genau > Diese 500mA funktionell scheinen mir doch recht hoch zu sein. > Zunächst müsste in den Zündkurven nachgeschlagen werden, ob dieses > Wertepärchen noch zulässig ist bzw. welcher aus EX-Sicht der max. > zulässige Strom bei einer Spannung von 8.2V ist. Ich habe dies einmal nachgeschlage, in der Norm die ich habe und da fängt die ganze Geschichte erst bei etwa 12V an. Ich finde zu 8.2V keine Daten > Prinzipiell wirst Du auch aus energetischer Sicht sicherlich einen > DC/DC-Wandler verwenden für die Konvertierung der 24V zu 8.2V. Die > Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers wird üblicherweise mit drei Z-Dioden > "geklemmt". Das wäre mein Plan für die Spannungsbegrentzung. > Die Strombegrenzung mittels Serienwid. halte ich jedoch nun > für fraglich, ist jedoch abhängig von den Erkenntnissen aus den > Zündkurven. Ich weiss, dass ich eine Strombegrentzung einbauen muss. Selbstverständlich redundant (3 fach). Dabei würde ich aber gerne auf eine Serienwiderstand verzichten. > So, ich wage mal zu Behaupten, sollten die Parameter 8.2V und 500mA so > stehen bleiben, dass eine Strombegrenzung mit einem Serienwid. nicht zum > gewünschten Erfolg führen wird. So bleibt Dir wahrscheinlich nur eine > "aktive" Strombegrenzung (natürlich redundant ausgelegt) übrig. Ich glaube dass die Schaltung im Ahnang (Beitrag 01.12.2008 22:24) eine aktive Strombegrenzung ist, doch verstehe ich da knapp die Hälfte. Rein nur Halbleiter als Strombegrenzung sind, so glaube ich, nicht zulässig.
Halbleiter sind nach der Norm als störanfällig (Bei IC´s der ungünstigst-mögliche Zustand an allen Pins) zu betrachten. Deswegen auch die Redundanz. Aber Zündkurve guck ich morgen auch mal. Nich dass meine "einfache" Idee plötzlich doch nicht zulässig ist ;) Ansonsten wird sicherlich kein Hersteller seine Tricks herausgeben, schliesslich hat er jede Menge Euronen aufgebracht um seine Entwicklung durch die Zulassung zu bekommen. Gruß Anselm
Zündkurve siehe Anhang A.2. bei einfachen Stromkreisen anzuwenden. Seite 71 Bild A.2 sagt aus dass du bei 30V Uo und 40 Ohm in Reihe 200µF haben darfst. Da aber nach der Z-Diode erheblich weniger Spannung vorhanden ist, kann man mit der Kapazität höher gehen. Andere Möglichkeit ist den Strom elektronisch zu begrenzen. Da könnte man sich Gedanken machen. Wird nur sehr viel aufwendiger als ein "ich verwandel allles überschüssige in Wärme" RZR-Netzwerk. Gruß Anselm
@Anderegg: Das ist eine Crowbar-Schaltung zur Spannungsbegrenzung. Schon redundant ausgelegt.
Danke Esko, jetzt seh ich das auch. Übersteigt die Spannung am Ausgang des OP einen gewissen Wert, schaltet der Thyristor durch und macht einen Kurzschluss, was wiederum eine Sicherung auslösen sollte. Sowas könnte ich am Ausgang meiner Schaltung brauchen, so als letzte Prüfstelle.
Sollte eine Sicherung für Dich in Betracht kommen, dann hast Du Deine geforderte Strombegrenzung inklusive. Die Sicherung dient hierbei als Dein Strom begrenzendes Element. Dann hast Du noch die Aufgabe die spannungsbegrenzenden Z-Dioden leistungsgerecht auszulegen ...
Wobei die Sicherung mit im Verguss sein muss. In diesem Fall macht man eine "Vorsicherung" die von aussen zugänglich ist hinein. Die Norm sagt dass ein Ex i Netzteil entweder im Verguss sein muss, oder so eingepackt dass es beim öffnen unwiederbringlich ausser Betrieb geht. Soll halt verhindern dass der Handwerker von Nebenan die Schaltung verändert (Sicherung mit Alufolie umwickeln zb...)und so die Eigensicherheit gefährdet. @Christian Da wäre ich mir nicht so sicher, der Sicherungsnennstrom ist ja um einiges geringer als der Auslösestrom. Im Zweifelsfalle prüft dass Institut dann mit dem Funkenprüfgerät ob es gut ist ;) Gruß Anselm
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