Puls Electronic liefert USV-Konzept für BAFU-Messsystem

Alles ist im Fluss

Hutschienennetzteil CP10.241.
DV-USV-Steuergerät UB20.241. Bilder: Puls
Markus Back / Chefredaktor Smart Tech /

Das Bundesamt für Umwelt betreibt über 300 hydrologische Messstationen in der Schweiz. Diese stattete nun das Eidgenössische Institut für Metrologie METAS mit universellen und modularen Messsystemen aus. Deren sicherer und zuverlässiger Betrieb gewährleistet hierbei ein auf Puls-Komponenten basierendes USV-Konzept.

Mit einer durchschnittlichen Niederschlagsmenge von 1431 Millimetern im Jahr ist die Schweiz das Wasserreservoir Europas. Hier haben unter anderem Rhein, Rhone, Inn und Ticino ihren Ursprung und versorgen insbesondere in den Sommermonaten die Anrainer mit ihrem Schmelzwasser. Herrscht in dieser Zeit eine grosse Trockenheit, ist es umso wichtiger, die Niedrigwassermengen zu kennen. Aber nicht nur deswegen bedarf es einer stetigen Kontrolle der Pegel. Geht beispielsweise über den Alpen ein heftiges Gewitter nieder, verwandeln sich innerhalb weniger Minuten sonst harmlose Rinnsale in brachiale Gebirgsbäche, die alles mit sich reissen und in den Flüssen, die sie speisen, zu Hochwasser führen. Nur bei rechtzeitiger Kenntnis darüber lassen sich entsprechende (Sicherheits-) Massnahmen einleiten.

Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) erhebt die hydrologischen Daten für die Schweiz. Dabei ermitteln über 300 Messstationen unter anderem Pegel, Temperaturen und chemische Parameter der Bäche und Flüsse. Damit dies auch in Zukunft technisch reibungslos verläuft, erneuerte das Eidgenössische Institut für Metrologie METAS deren Messtechnik. Für einen stetigen Datentransport ins BAFU sorgen dabei drahtgebundene DSL-Router sowie 3G/4G-Mobilfunkrouter. Damit der kontinuierliche Transfer von Bit und Bytes bei einem Stromausfall nicht plötzlich stockt, sichern skalierbare, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) den Betrieb für mindestens 48 Stunden. Die Ladung und Überwachung der Bleibatterien garantiert hierbei ein ausgefeiltes USV-Konzept von Puls Electronic.

Hohe Lebensdauer reduziert Wartungsaufwand

Herzstück des USV-Konzepts ist das 1-phasige Hutschienennetzteil CP10.241, das mit einem typischen Einschaltstrom von 6 A die Systemkosten für externe Sicherungen und Schalter in der METAS-Anwendung reduziert. Zudem garantiert es mit einer Leistungsreserve von 300 Prozent über eine Dauer von 12 ms das zuverlässige Auslösen von Sicherungen und führt damit zu einer hohen Prozessstabilität. Ein weiterer Vorzug des 39 mm schlanken und 124 mm hohen Geräts ist sein kontinuierlicher Ausgangsstrom von 2 s bei Überlast. Der Hiccup-Plus-Modus schützt hierbei die Last und sichert den Einschaltvorgang.

Features Hutschienennetzteil CP10.241
- 100 bis 240 VAC-Weitbereichseingang
- 24 VDC Ausgangsspannung
- 12 A Ausgangsstrom bis 45° C
- 288 W Ausgangsleistung bis 45° C
- Wirkungsgrad bis zu 95,2 %
- Aktive Oberwellenkorrektur
- 20 % Ausgangsleistungsreserve bis 45° C
- Volle Ausgangsleistung zwischen –25 und 60° C
- DC-OK-Relaiskontakt
- Gewicht 600 g
- Abmessungen 39 x 124 x 117 mm

Der Wirkungsgrad von 95,5 Prozent und ein optimiertes Teillastverhalten reduzieren des Weiteren die Wärmeverluste und den Stress für die elektronischen Bauteile, was sich in einer Lebensdauer von 130000 h (circa 15 Jahre) niederschlägt. Diese hohe Lebenserwartung war mit ein Grund, weshalb Puls Electronic den Zuschlag für die Ausstattung der Messstationen erhielt. Da diese teils sehr abgelegen sind, gilt es schliesslich den Aufwand für Service und Wartung entsprechend gering zu halten.

Einstellbare Pufferspannungen 

Dem Ansatz eines möglichst autarken Betriebs ist ebenfalls die Verwendung des DC-USV-Steuergeräts UB20.241 in Kombination mit dem Hutschienennetzteil CP10.241 und den Batterien geschuldet. Diese Konfiguration überbrückt Netzausfälle und Spannungsschwankungen und verhindert so lange Neustarts und Datenverluste.

Ein besonderes Merkmal des Steuergeräts ist hierbei seine konstante Spannung im Batteriebetrieb, die sich bei Entladung der Batterien nicht ändert. Die Pufferspannung selbst lässt sich in diesem auf vier verschiedene Ausgangswerte einstellen. Diverse Diagnosefunktionen für die Batterie garantieren darüber hinaus einen zuverlässigen Betrieb des Gesamtsystems. Des Weiteren stellt das Gerät dem Anwender einen wählbaren Pufferzeitbegrenzer sowie die Kontakte ‚Bereit‘, ‚Pufferung‘ und ‚Batterie austauschen‘ zur Verfügung. Aus Sicherheits- und Wartungsgründen ist ein Inhibit-Eingangssignal vorhanden, das einen Batterie-Back-up verhindert.

1-Batterie-Konzept schon Bleibatterien

Die in der USV verbauten Komponenten, neben dem 1-phasigen Netzteil und dem USV-Steuergerät ausserdem der DC/DC-Wandler CD 5.121 sowie das Redundanzmodul YRM2.Diode, sind äussert kompakt und finden daher auf der Hutschiene bequem Platz. Für die schweren Bleibatterien, die bei einem Stromausfall gegebenenfalls mehrere Tage den Datentransfer zum BAFU gewährleisten, gilt das nicht. Daher ist ein intelligentes Lademanagement unabdingbar, dass die Batterien ihre maximale Lebensdauer erreichen lässt. Das 1-Batterie-Konzept des UB20.241 unterstützt dies, da es die Ladung jeder Batterie einzeln überwacht und so deren Über- beziehungsweise Unterladen verhindert.

Features USV-Steuergerät UB20.241
- Keine Änderung der Ausgangsspannung im Batteriebetrieb
- Vier wählbare Ausgangsspannungen im Batteriebetrieb
- 1-Batterie-Konzept zur Erhöhung der Batterielebensdauer
- Präzises Aufladen der Batterie durch Temperatursensor
- 50 % Bonuspower für bis zu 4 s
- Hohes Ausschaltvermögen für Leistungsschutzschalter
- Intelligente Batteriediagnose- und Überwachungsfunktionen
- 18 bis 30 VDC Eingangsspannung
- Wählbare Ausgangsspannung mit 22,5, 24, 25 und 26 V im Batteriebetrieb
- 25 A Ausgangsstrom dauerhaft
- Zulässige Batteriegrössen 3,9 bis 150 Ah
- Pufferzeit bis 6h und 20 min
- Temperaturbereich –40 bis 70° C (ohne Batterien)

Interessant ist das 1-Batterie-Konzept insbesondere bei einem späteren Austausch der Akkus. Während bei einer Erstausstattung die Hersteller meistens gepaarte Batterien als Module bereitstellen können, ist es lokalen Händlern in aller Regel nicht möglich, Batterien gleicher Herstellerchargen zur Verfügung zu stellen. Für das Messsystem des BAFU hätte dies zur Folge, dass spätestens nach dem ersten Tausch der Batterien sich deren Lebensdauer verkürzte. Das intelligente Lademanagement des USV-Steuergeräts vermeidet genau dies.