Przeciążenie i zwarcie – jak zasilacz reaguje i dlaczego to ma znaczenie?

W projektowaniu układów zasilania kluczowe jest zrozumienie, jak różne typy zasilaczy reagują na przeciążenie i zwarcie. To nie tylko kwestia techniczna – to kwestia bezpieczeństwa. Niewłaściwy dobór zasilacza może prowadzić do awarii urządzeń, a nawet zagrożenia dla zdrowia i życia ludzi.

W ofercie WAGO znajdują się zasilacze pracujące w jednym z trzech trybów obsługi zwarć. Każdy z nich inaczej reaguje na przeciążenie lub zwarcie, co ma bezpośredni wpływ na zdolność wyzwalania zabezpieczeń oraz bezpieczeństwo całego systemu.

1.Tryb stałoprądowy (Constant Current Mode)

W przypadku zwarcia zasilacz ogranicza prąd do określonej wartości – np. 110% wartości nominalnej. Napięcie spada, co zmniejsza moc wyjściową i chroni zasilacz przed przegrzaniem.

• Zaleta: stabilizacja prądu chroni zasilacz i odbiorniki.

• Wada: trudność w wyzwoleniu klasycznych zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych typu S, które wymagają dużego prądu zwarciowego.

2. Tryb stałomocowy (Constant Power Mode)

Zasilacz utrzymuje stałą moc, zwiększając proporcjonalnie prąd i obniżając napięcie. Prąd w trakcie przeciążenia może wzrosnąć do 150% wartości nominalnej.

• Zaleta: lepsza kompatybilność z klasycznymi zabezpieczeniami.

• Wada: wymaga starannego projektowania układu, gdyż po przekroczeniu 150% prądu nominalnego zasilacz przechodzi w tryb hiccup i nie będzie już w stanie wyzwolić zabezpieczenia

3. Tryb impulsowy (Hiccup Mode)

Zasilacz cyklicznie restartuje się, generując krótkie impulsy prądu. Energia dostarczana jest minimalna, co chroni przewody przed przegrzaniem.

• Zaleta: bezpieczny dla przewodów i komponentów.

• Wada: zwarcie może trwać długo, a zabezpieczenie po stronie wtórnej nie zostaje wyzwolone. Po usunięciu przyczyny zwarcia może dojść do nagłego i niekontrolowanego uruchomienia maszyny.

Zgodnie z zaleceniem wynikającym z zasadniczych wymagań bezpieczeństwa oraz z norm zharmonizowanych, takich jak PN-EN ISO 13849-1 i PN-EN 60204-1 maszyny powinny być projektowane w sposób minimalizujący ryzyko związane z awariami systemów sterowania, w tym zwarciami. Co więcej, zwarcia w obwodach sterowania powinny być rozłączone w ciągu 5 sekund. To kluczowe dla bezpieczeństwa operatorów i diagnostyki. Proste zasilacze bez funkcji Boost oraz zasilacze w trybie impulsowym mogą nie spełniać tego wymogu, co stwarza ryzyko nagłego uruchomienia maszyny – np. podczas usuwania awarii przez służby utrzymania ruchu.

Projektanci i integratorzy systemów automatyki powinni szczególnie uważnie dobierać zasilacze do konkretnych aplikacji, uwzględniając ich charakterystykę pracy w warunkach przeciążenia. Kluczowe jest zrozumienie, jak dany zasilacz zachowuje się w trybie awaryjnym, aby uniknąć niepożądanych skutków, takich jak opóźnione wyłączenie zabezpieczenia czy ryzyko ponownego, niekontrolowanego uruchomienia maszyny.

Niezbędne jest również stosowanie zabezpieczeń, które są kompatybilne z trybem pracy wybranego zasilacza – tylko wtedy można zapewnić skuteczne i bezpieczne działanie całego układu.

W wielu obiektach przemysłowych zasilacz nie jest w stanie wygenerować wystarczającego prądu zwarciowego, by wyzwolić zabezpieczenie typu S. Efekt? Konieczność stosowania przewodów o dużym przekroju, np. 35 mm² – mimo że urządzenia nie wymagają takiego przekroju do zasilania.

Przykład z branży hutniczej: klient musiał zastosować w swoim systemie dziesiątki metrów grubych przewodów, co generowało ogromne koszty.

Rozwiązanie: zastosowano zabezpieczenia elektroniczne ECB, które działają niezależnie od długości przewodów i nie wymagają dużych impulsów prądowych.

Udostępniamy klientom narzędzie – WAGO Line Length Calculation, które pozwala:

• obliczyć maksymalną długość przewodu dla danego zasilacza i typu zabezpieczenia,

• sprawdzić, poprawność doboru zabezpieczenia dla konkretnego układu zasilania,

• uniknąć konieczności stosowania przewodów o dużym przekroju.

Podejście praktyczne do zasilaczy i zabezpieczeń pokazuje, że skuteczność systemu nie zależy wyłącznie od zaawansowania zasilacza, lecz od jego możliwości współpracy z odpowiednim zabezpieczeniem. Zabezpieczenia elektroniczne ECB działają nawet z prostymi zasilaczami typu Base, bez konieczności ich przewymiarowania – zasilacz 5 A w połączeniu z ECB działa poprawnie, podczas gdy ten sam zasilacz nie wyzwoli tradycyjnej eski B4, wymagającej co najmniej 12 A.

ECB to nie tylko ochrona – to funkcjonalność: sekwencyjne załączanie odbiorników, zdalne sterowanie (np. w rozproszonych aplikacjach, takich jak butelkomaty, przepompownie), oszczędność na przewodach i większa niezawodność całego systemu. Takie rozwiązania pozwalają projektować efektywnie, ekonomicznie i z myślą o przyszłości.

Sprawdź promocję zasilaczy Base + zabezpieczeń ECB

Podsumowując, właściwy dobór zasilacza i zabezpieczenia to nie tylko kwestia techniczna, ale strategiczna decyzja, która wpływa na bezpieczeństwo, koszty i niezawodność całego systemu. Zastosowanie zabezpieczeń elektronicznych pozwala na użycie tańszych, cieńszych przewodów, eliminuje konieczność przewymiarowania zasilaczy i umożliwia zdalne sterowanie odbiornikami – co jest szczególnie istotne w aplikacjach rozproszonych.