Elektrisch betätigte Kugelhähne: 24 V vs. 110 V vs. 220 V
Elektrisch betätigte Kugelhähne sind mit verschiedenen Versorgungsspannungen für den Antrieb erhältlich, wobei 24 V, 110 V und 220 V zu den am häufigsten spezifizierten Optionen gehören. Auf den ersten Blick mag die Spannung wie ein nebensächliches elektrisches Detail erscheinen. In der Praxis hat sie jedoch Auswirkungen auf die Stromverteilung, die Verkabelung, den Strombedarf, den Spannungsabfall, die Auslegung der Schalttafel, die Wartung und die einfache Integration des Ventils in ein automatisiertes Industriesystem.
Das Ventil selbst wird nicht allein dadurch leistungsfähiger, dass eine höhere Versorgungsspannung verwendet wird. Ein richtig ausgewähltes elektrisches 24-V-Kugelventil kann das gleiche erforderliche Ausgangsdrehmoment erzeugen wie ein entsprechender 110-V- oder 220-V-Antrieb, sofern dieser für den jeweiligen Einsatzzweck ausgelegt und dimensioniert wurde.
Die eigentliche Frage lautet daher nicht, welche Spannung grundsätzlich besser ist, sondern welche elektrische Konfiguration am besten zur verfügbaren Stromversorgung, zur Kabellänge, zur Größe des Stellantriebs, zur Steuerungsarchitektur und zu den örtlichen Gegebenheiten passt.
Diese Unterscheidung ist besonders wichtig in Wasseraufbereitungsanlagen, Pumpenaggregaten, Öl- und Gasanlagen, metallurgischen Anlagen und anderen Industrieanlagen, in denen Dutzende oder sogar Hunderte von elektrisch betätigten Kugelhähnen an eine zentrale Steuerung angeschlossen sein können.
Die Auswahl der Spannung und die Auswahl des Drehmoments des Stellantriebs sind zwei unterschiedliche technische Entscheidungen. Legen Sie zunächst fest, wie viel Drehmoment das Ventil benötigt, und wählen Sie dann einen Stellantrieb und eine Versorgungsspannung aus, die diese Leistung unter den gegebenen elektrischen Bedingungen zuverlässig liefern können.
24 V, 110 V oder 220 V: Was ist der wesentliche Unterschied?
Der wesentliche Unterschied liegt in der vom Stellantrieb benötigten Stromversorgung. Der Kugelhahnkörper, die Sitze und die druckführenden Bauteile ändern sich nicht grundlegend, unabhängig davon, ob der Stellantrieb mit 24 V, 110 V oder 220 V betrieben wird.
Was sich ändert, ist die elektrische Architektur rund um den Aktuator. Aktuatoren mit niedrigerer Spannung benötigen in der Regel einen höheren Strom, um in etwa die gleiche elektrische Leistung zu erzielen, während Hochspannungsausführungen die gleiche Leistung bei geringerem Strom übertragen können.
Dies hat Auswirkungen auf die Kabelauslegung, den Spannungsabfall, die Leistung der Stromversorgung, die Konstruktion des Schaltschranks und die Feldverdrahtung.
Häufig dort eingesetzt, wo bereits Niederspannungs-Steuerstrom zur Verfügung steht und eine direkte Integration in Schalttafeln oder Gleichstromsysteme bevorzugt wird.
Nützlich, wenn die Anlage über eine geeignete Wechselstromversorgung verfügt und eine Feldstromversorgung mit höherer Spannung einer dedizierten Niederspannungsversorgung vorzuziehen ist.
Wird häufig bei industriellen Wechselstrom-Antrieben eingesetzt, bei denen längere Kabelstrecken oder höhere Antriebslasten den Einsatz einer Hochspannungsversorgung sinnvoll machen.
Gehen Sie nicht davon aus, dass ein mit “110 V” oder “220 V” gekennzeichnetes Ventil für jede in der Nähe verfügbare Versorgungsspannung geeignet ist. In der Praxis können industrielle Anlagen Nennspannungen von 120 V oder 230–240 V verwenden. Überprüfen Sie vor dem Anschluss stets das Typenschild des Stellantriebs und den zulässigen Spannungsbereich.
Beeinflusst die Spannung die Leistung eines Kugelhahns?
Die Prozessfähigkeit elektrisch betätigter Kugelhähne wird in erster Linie durch den Ventilkörper und die mechanische Leistung des Stellantriebs bestimmt, nicht allein durch die Versorgungsspannung.
Die Druckstufe wird durch den Ventilkörper, die Anschlussstutzen, die Sitze und die druckhaltenden Bauteile bestimmt. Die Temperaturbeständigkeit hängt von den Werkstoffen des Ventilkörpers, der Sitze, der Stopfbuchsen und der Dichtungen ab.
Das Drehmoment eines Stellantriebs hängt von der Bauart des Motors und des Getriebes ab. Hersteller können verschiedene Spannungsversionen eines Stellantriebs entwickeln, um ein ähnliches Ausgangsdrehmoment zu erzielen.
Daher ist ein richtig dimensionierter 24-V-Antrieb nicht automatisch schwächer als ein 220-V-Antrieb. Der relevante Vergleichsmaßstab ist das Nenn-Drehmoment unter den vorgegebenen Spannungs- und Betriebsbedingungen.
Wann ist ein elektrisch betätigtes 24-V-Kugelventil sinnvoll?
Ein elektrisch betätigtes 24-V-Kugelventil ist oft eine attraktive Lösung, wenn der Schaltschrank bereits über eine Niederspannungsversorgung verfügt oder wenn die Anlage auf 24-V-Gleichstrom-Messtechnik ausgelegt ist.
Pumpenaggregate, Wasseraufbereitungsanlagen und automatisierte Maschinen arbeiten in der Regel mit 24-V-Gleichstrom-Steuerkreisen. Die Verwendung derselben allgemeinen Stromversorgungsarchitektur für elektrische Kugelhahnantriebe kann die Integration in den Schaltschrank vereinfachen.
Dies kann auch die Notstromversorgung vereinfachen, da Gleichstromversorgungen in Batterien, USV-Systeme oder Steuerungslösungen für Energiespeicher integriert werden können, sofern die Konstruktion des Stellantriebs dies zulässt.
Der von einem 24-V-Aktuator benötigte Strom kann jedoch mit steigender Aktuatorleistung erheblich werden. Mehrere große Aktuatoren, die gleichzeitig betrieben werden, können eine erhebliche Belastung für die Gleichstromversorgung darstellen.
Auch lange Kabelstrecken verdienen Beachtung, da der Spannungsabfall bei niedrigerer Versorgungsspannung proportional stärker ins Gewicht fällt.
Wann sollten Sie sich für ein elektrisch betätigtes 110-V-Kugelventil entscheiden?
Ein elektrischer Kugelhahnantrieb mit 110 V kann sinnvoll sein, wenn das elektrische System der Anlage bereits eine kompatible Wechselstromversorgung in der Nähe der Anlage bereitstellt.
Im Vergleich zu einer ähnlichen 24-V-Last lässt sich bei einer höheren Versorgungsspannung in der Regel die gleiche Leistung bei geringerem Stromverbrauch liefern. Dadurch lassen sich einige der Probleme im Zusammenhang mit dem Kabelstrom und der Stromversorgung, die bei der Niederspannungsverteilung auftreten, verringern.
Diese Konfiguration kann bei dezentralen Industrieventilen sinnvoll sein, die ihre Betriebsspannung nicht direkt aus einer 24-V-Steuerspannung beziehen müssen.
Der Steuerbefehl selbst kann weiterhin von einer SPS, einem Relais oder einem Steuermodul kommen, während die Betriebsspannung für den Aktuator separat zugeführt wird.
Wichtig ist, zwischen der Steuerspannung und der Versorgungsspannung des Stellmotors zu unterscheiden. Diese müssen nicht immer identisch sein.
Wann sollte man sich für ein elektrisch betätigtes 220-V-Kugelventil entscheiden?
Elektrisch betätigte 220-V-Kugelhähne kommen in der Regel dann in Betracht, wenn Wechselstrom ohne Weiteres verfügbar ist und der Antrieb in einiger Entfernung vom Schaltschrank installiert ist.
Eine höhere Versorgungsspannung ermöglicht es, eine bestimmte elektrische Leistung mit einem geringeren Strom zu übertragen als bei einem gleichwertigen Niederspannungssystem. In geeigneten Anlagen kann dies die Stromverteilung vor Ort praktischer gestalten.
Auch bei größeren Industrieantrieben kann eine Hochspannungsversorgung attraktiv sein, da ihre Motoren mehr elektrische Leistung benötigen als kleine, kompakte Antriebe.
Das bedeutet jedoch nicht, dass für jedes große Ventil automatisch 220 V gewählt werden sollten. Die vor Ort verfügbare Stromversorgung, die örtlichen elektrischen Vorschriften, die Kabelauslegung, die Steuerungskonzeption und die Wartungspraxis müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Wie sich die Spannung auf die Stromaufnahme des Stellglieds auswirkt
Elektrische Leistung lässt sich vereinfacht als das Verhältnis zwischen Spannung und Strom betrachten. Bei gleichbleibendem Leistungsbedarf eines Aktuators erfordert eine Verringerung der Versorgungsspannung in der Regel einen höheren Strom.
Dies ist von Bedeutung, wenn mehrere elektrisch betätigte Kugelhähne von einem Schaltschrank aus mit Strom versorgt werden.
Ein System mit vielen 24-V-Aktuatoren erfordert unter Umständen eine leistungsstarke Gleichstromversorgung, größere Verteilungsleiter oder mehrere abgesicherte Abzweige.
Aktuatoren mit höherer Spannung können bei vergleichbarer Leistung den Stromverbrauch senken, stellen jedoch andere Anforderungen an den Schutz der Verkabelung, die Isolierung und die Wartungsverfahren.
Vergleichen Sie den Nennstrom der Stellantriebe, gegebenenfalls deren Anlauf- oder Einschaltstromverhalten sowie die Anforderungen an den gleichzeitigen Betrieb. Legen Sie die Leistung der Schaltschrank-Stromversorgung nicht allein anhand der Anzahl der Stellantriebe fest.
Warum der Spannungsabfall bei elektrisch betätigten Kugelhähnen eine Rolle spielt
Die an der Quelle gemessene Spannung entspricht nicht unbedingt der Spannung, die den Aktuator erreicht.
Durch den Kabelwiderstand geht ein Teil der Versorgungsspannung zwischen dem Schaltschrank und dem Feldgerät verloren. Die Höhe des Spannungsabfalls hängt vom Leiterwiderstand, vom Strom und von der Kabellänge ab.
Wenn die an einem elektrischen Kugelventilantrieb anliegende Spannung unter den zulässigen Betriebsbereich fällt, kann sich die Motorleistung verschlechtern. Der Antrieb kann langsamer laufen, die erwartete Leistung nicht entwickeln oder Schutzfunktionen auslösen.
Dies kann insbesondere während der Inbetriebnahme verwirrend sein, da das Ventil ohne Prozessdruck möglicherweise einwandfrei funktioniert, jedoch versagt, sobald das Kugelventil durch den tatsächlichen Differenzdruck belastet wird.
Lange Kabelstrecken können die optimale Spannungswahl beeinflussen
Die Kabellänge ist ein Grund dafür, dass eine Spannung, die innerhalb einer kompakten Anlage gut funktioniert, in einer großen Industrieanlage möglicherweise weniger praktikabel ist.
Ein 24-V-Antrieb, der nur in geringer Entfernung von seinem Bedienfeld montiert ist, lässt sich möglicherweise problemlos mit Strom versorgen. Bei demselben Antrieb, der Hunderte von Metern entfernt ist, müssen Kabelquerschnitt und Spannungsabfall jedoch wesentlich sorgfältiger geprüft werden.
Eine Wechselstromversorgung mit höherer Spannung kann in manchen Anlagen für dezentral angeordnete Geräte praktischer sein, während lokale Stromversorgungen auch genutzt werden können, um eine Niederspannungsarchitektur für die Stellantriebe beizubehalten.
Es gibt keine allgemeingültige Entfernung, ab der das System von 24 V auf 110 V oder 220 V umgeschaltet werden muss. Die Antwort hängt von der Stromstärke, dem Leitungsquerschnitt, dem zulässigen Spannungsabfall und der elektrischen Auslegung des Standorts ab.
Die SPS-Integration bedeutet nicht automatisch eine 24-V-Antriebsversorgung
Viele SPS-Systeme verwenden digitale Ein- und Ausgangssignale mit 24 V Gleichspannung, was zu der Annahme führen kann, dass jeder elektrische Aktuator ebenfalls mit 24 V betrieben werden sollte.
Tatsächlich lassen sich die Betriebsspannung und die Steuersignale des Stellglieds elektrisch voneinander trennen.
Ein elektrisch betätigtes 220-V-Kugelventil kann über einen Wechselstrom-Abzweig mit Betriebsspannung versorgt werden, während es über Relaiskontakte oder ein an ein 24-V-SPS-System angeschlossenes Schnittstellenmodul gesteuert wird.
Modulierende Stellantriebe können ebenfalls analoge Steuersignale wie 4–20 mA verwenden, während der Motor selbst mit einer anderen Versorgungsspannung betrieben wird.
Diese Trennung bietet Ingenieuren mehr Flexibilität bei der Wahl der Stromversorgungsarchitektur.
Hat ein elektrischer Kugelhahnantrieb mit 220 V ein höheres Drehmoment als ein 24-V-Antrieb?
Nicht unbedingt. Die Versorgungsspannung allein bestimmt nicht das Drehmoment des Stellglieds.
Das Drehmoment ergibt sich aus der Kombination von Motorkonstruktion, Getriebeübersetzung und mechanischem Aufbau. Ein Hersteller kann 24-V- und 220-V-Versionen eines Stellantriebs mit ähnlicher Nennleistung anbieten.
Vergleichen Sie bei der Auswahl von Ventilen das Nenn-Drehmoment und nicht die Nennspannung.
Der Antrieb muss über den gesamten Ventilhub hinweg ein ausreichendes Drehmoment bereitstellen, um die Reibung zwischen Kugel und Sitz, die Reibung der Spindeldichtung sowie die durch den Druck verursachten Belastungen zu überwinden.
Das Losbrechmoment ist besonders wichtig, da die maximale Belastung häufig dann auftritt, wenn sich eine Kugel nach einer Stillstandsphase zum ersten Mal in Bewegung setzt.
Wählen Sie die Spannung aus dem Stromnetz aus. Wählen Sie das Stellmoment des Stellantriebs für das Ventil aus. Verwenden Sie die Versorgungsspannung nicht als Ersatz für die Dimensionierung des Stellmoments.
Hängt es von der Ventilgröße ab, ob man 24 V oder 220 V benötigt?
Die Ventilgröße beeinflusst das Drehmoment des Stellantriebs, schreibt jedoch nicht direkt eine bestimmte Spannung vor.
Größere Kugelhähne erfordern in der Regel größere Antriebe, da der Kugeldurchmesser, die Kontaktfläche am Sitz und die Druckbelastung zunehmen. Ein größerer Antrieb kann wiederum einen höheren Strombedarf haben.
Dies kann eine Versorgung mit höherer Spannung attraktiv machen, doch ist es nach wie vor möglich, Niederspannungs-Aktuatorsysteme zu entwickeln, sofern geeignete Aktuatormodelle und Stromversorgungen zur Verfügung stehen.
Auch die Druckklasse, das Sitzmaterial und die Ventilkonstruktion spielen eine Rolle. Ein kleineres Ventil mit Metallsitz kann bei hohem Differenzdruck ein höheres Drehmoment erfordern als ein größeres Ventil mit Weichsitz im Niederdruck-Wasserbetrieb.
Elektrisch betätigte Kugelhähne mit Ein-Aus-Betrieb im Vergleich zu modulierenden Kugelhähnen
Bei der Wahl der Spannung sollte auch berücksichtigt werden, wie der Antrieb betrieben wird.
Ein elektrisch betätigtes Ein-Aus-Kugelventil bewegt sich normalerweise zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Position. Sein Motor läuft nur während des Ventilhubs.
Ein modulierendes elektrisches Kugelventil kann sich als Reaktion auf ein Steuersignal häufig neu positionieren. Daher gewinnen Einschaltdauer, Motorwärmeentwicklung, Positioniergenauigkeit und die Elektronik des Stellantriebs an Bedeutung.
Der Modulationsbetrieb kann den Stellantrieb wesentlich stärker beanspruchen als ein gelegentlicher Absperrbetrieb, selbst wenn die Ventilgröße und das Ausgangsdrehmoment identisch sind.
Die Spannung sollte daher nicht allein anhand der Stromversorgung ausgewählt werden, sondern in Abstimmung mit dem für den jeweiligen Einsatzzweck geeigneten Stellantrieb.
Hat die Spannung Einfluss darauf, wie schnell sich das Kugelventil öffnet und schließt?
Die Schaltzeit eines Stellantriebs wird in erster Linie durch die Bauart des Motors und des Getriebes bestimmt. Zwei Stellantriebsausführungen, die mit unterschiedlichen Nennspannungen betrieben werden, können dennoch ähnliche Hubzeiten aufweisen.
Eine falsche Versorgungsspannung kann jedoch die tatsächliche Betriebsleistung beeinträchtigen. Ein Stellantrieb, der nicht ausreichend mit Spannung versorgt wird, bewegt sich möglicherweise langsamer oder kann seinen Hub unter Last nicht vollständig ausführen.
Wenn die Prozessreaktion eine wichtige Rolle spielt, sollten die Öffnungs- und Schließzeiten unabhängig von der Spannung festgelegt werden.
Pumpensysteme verdienen besondere Beachtung, da ein zu schnell schließendes Kugelventil zu plötzlichen Durchflussänderungen und Druckstößen beitragen kann.
Was passiert mit elektrisch betätigten Kugelhähnen bei einem Stromausfall?
Herkömmliche elektrische Antriebe benötigen in der Regel Strom, um sich zu bewegen. Fällt während des Hubvorgangs die Stromversorgung aus, kann der Antrieb zum Stillstand kommen, sofern kein separates Sicherheitssystem vorhanden ist.
Je nach Bauart des Stellantriebs kann der Stromausfallschutz auf gespeicherte elektrische Energie, eine Batterie-Notstromversorgung, Superkondensatoren, Federmechanismen oder eine externe Notstromversorgung zurückgreifen.
Die erforderliche Sicherheitsstellung muss durch den Prozess festgelegt werden. Bei einigen Anwendungen muss sich das elektrische Kugelventil schließen, während bei Anwendungen im Zusammenhang mit Kühlung, Zirkulation oder Druckentlastung möglicherweise eine andere Reaktion erforderlich ist.
Die ausfallsichere Auslegung sollte daher unabhängig davon festgelegt werden, ob der Antrieb mit 24 V, 110 V oder 220 V betrieben wird.
In feuchten Umgebungen ist die IP-Schutzart wichtiger als die Spannung
In Wasseraufbereitungsanlagen, Pumpstationen und Prozessmodulen im Außenbereich können elektrisch betätigte Kugelhähne Regen, Feuchtigkeit, Abwaschvorgängen und anderen anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein.
Die Versorgungsspannung hat keinen Einfluss auf die Schutzart des Gehäuses. Ein 24-V-Antrieb kann durch eindringendes Wasser genauso leicht ausfallen wie ein Antrieb mit höherer Spannung, wenn das Gehäuse für die Installation ungeeignet ist.
Die angegebene Schutzart, die Kabelverschraubungen, die Leitungsdurchführungen, die Dichtungsanordnung und die Einbaulage sollten daher als ein Gesamtpaket geprüft werden.
Für besonders feuchte Umgebungen können Aktuator-Konfigurationen der Schutzart IP68 in Betracht gezogen werden, sofern das ausgewählte Modell und die festgelegten Umgebungsbedingungen diese Schutzart zulassen.
Explosionsgeschützte, elektrisch betätigte Kugelhähne
In Anlagen der Öl- und Gasindustrie, der Petrochemie sowie in ausgewählten chemischen Betrieben können elektrische Kugelhahnantriebe erforderlich sein, die für klassifizierte explosionsgefährdete Bereiche geeignet sind.
Die Spannung ist nicht ausschlaggebend dafür, ob ein Antrieb explosionsgeschützt ist. Die Eignung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen hängt von der zertifizierten Bauart des Antriebs und den Anforderungen der jeweiligen Anlage ab.
Gasgruppe, Temperaturklasse, Schutzkonzept und tatsächliche Zonenklassifizierung müssen anhand der Zertifizierung des Stellantriebs und des Typenschilds überprüft werden.
Diese Anforderung sollte vor der Beschaffung überprüft werden. Ein elektrisch kompatibler 220-V-Antrieb ist dennoch ungeeignet, wenn seine Zertifizierung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen nicht den Anforderungen des Standorts entspricht.
Auswahl der Spannung für elektrisch betätigte Kugelhähne je nach Anwendungsbereich
Wasseraufbereitung
In Wasseraufbereitungsanlagen kommen häufig zentrale Schalttafeln und zahlreiche automatisierte Ventile zum Einsatz. Eine 24-V-Architektur lässt sich gut in Niederspannungs-Steuerungssysteme integrieren, während in größeren Anlagen für dezentral verteilte Geräte auch wechselstrombetriebene Stellantriebe zum Einsatz kommen können.
Pumpen-Skids
Kompakte Pumpenaggregate können von einer standardisierten Steuerspannung profitieren, da Ventile, Sensoren und SPS-Geräte relativ nahe beieinander angeordnet sind. Die Leistung der Stromversorgung muss dennoch überprüft werden, wenn mehrere Stellantriebe gleichzeitig betrieben werden können.
Öl und Gas
Bei Öl- und Gasanlagen wird häufig besonderer Wert auf die Zertifizierung für explosionsgefährdete Bereiche, ausfallsichere Maßnahmen, Fernsteuerung und lange Kabelstrecken gelegt. Die Spannung sollte im Einklang mit dem Konzept der Stromverteilung der Anlage gewählt werden.
Metallurgie
In metallurgischen Anlagen sind die Anlagenkomponenten unter Umständen weit verstreut, es herrschen hohe elektrische Lasten und raue Umgebungsbedingungen. Die Kabellänge, die Schutzart der Antriebsgehäuse und die Stromversorgungsstandards der Anlage können wichtiger sein als die Wahl der niedrigsten verfügbaren Spannung.
So wählen Sie zwischen elektrisch betätigten Kugelhähnen mit 24 V, 110 V und 220 V
Wählen Sie zunächst das Kugelventil selbst aus. Legen Sie Größe, Druck, Temperatur, Medium, Sitzwerkstoff, Anschlussart und die erforderliche Absperrleistung fest.
Bestimmen Sie als Nächstes das maximal erforderliche Drehmoment des Ventils und wählen Sie einen Antrieb aus, der das Ventil mit einer angemessenen Sicherheitsreserve betätigen kann.
Erst dann sollte die Versorgungsspannung unter Berücksichtigung der vor Ort verfügbaren Stromversorgung, der Kabelentfernung, des Strombedarfs und der Ausführung des Schaltschranks endgültig festgelegt werden.
| Auswahlkriterium | 24 V | 110 V | 220 V |
|---|---|---|---|
| Typische Stromversorgungsarchitektur | Niederspannungssteuerung oder Gleichstromversorgung | Wechselstromversorgung | Industrielle Wechselstrom-Feldversorgung |
| Stromstärke bei gleicher Leistung | Höher | Weniger als 24 V | Weniger als 24 V |
| Lange Kabelstrecken | Erfordert eine sorgfältige Analyse des Spannungsabfalls | Oft einfacher als die Niederspannungsverteilung | Oft praktisch für dezentrale Aktoren |
| SPS-Integration | Praktisch, wenn bereits 24-V-Systeme im Einsatz sind | In der Regel über Relais oder Schnittstellen | In der Regel über Relais oder Schnittstellen |
| Hohe Belastungen der Stellantriebe | Erfordert eine ausreichende Gleichstromversorgungskapazität | Kann praktisch sein | Oft praktisch, sofern eine kompatible Stromversorgung vorhanden ist |
| Notstromversorgung | Lässt sich gut in eine Gleichstrom-Notstromarchitektur integrieren | Erfordert ein geeignetes Backup-Konzept | Erfordert ein geeignetes Backup-Konzept |
| Drehmomentkapazität | Hängt vom Aktuator-Modell ab | Hängt vom Aktuator-Modell ab | Hängt vom Aktuator-Modell ab |
Diese Tabelle sollte eher als Vergleich verschiedener Systemkonzepte betrachtet werden und nicht als Regel, wonach eine bestimmte Spannung technisch überlegen ist.
Häufige Fehler bei der Auswahl der Spannung für elektrische Kugelhähne
Ein häufiger Irrtum ist die Annahme, dass eine höhere Spannung automatisch ein höheres Drehmoment bedeutet. Das Drehmoment des Stellantriebs muss anhand der vom Hersteller angegebenen mechanischen Leistungsdaten überprüft werden.
Ein weiterer Fehler besteht darin, 24 V zu wählen, nur weil die SPS mit 24 V betrieben wird, ohne den Gesamtstrom der Antriebe und den Spannungsabfall zu berechnen.
Der gegenteilige Fehler besteht darin, sich allein aufgrund der Größe des Stellantriebs für 220 V zu entscheiden, obwohl die Plattform bereits auf ein geeignetes Niederspannungssystem ausgelegt ist.
Käufer übersehen möglicherweise auch den Unterschied zwischen der Stromversorgung des Stellantriebs und dem Steuersignal. Eine Hochspannungsversorgung des Motors hindert den Stellantrieb nicht daran, Niederspannungs- oder analoge Steuerbefehle zu empfangen, sofern die Konstruktion dies unterstützt.
Schließlich sollten Nennspannungsangaben wie 110 V und 220 V niemals die Überprüfung des tatsächlich zulässigen Spannungsbereichs des Stellantriebs ersetzen.
Was in einer Ausschreibung für elektrisch betätigte Kugelhähne anzugeben ist
Eine vollständige Angebotsanfrage sollte sowohl die prozesstechnischen als auch die elektrischen Anforderungen enthalten.
Geben Sie für das Kugelventil die Nennweite, die Druckklasse, das Medium, die Betriebstemperatur, das Gehäusematerial, das Kugelmaterial, das Sitzmaterial und die Anschlussnorm an.
Geben Sie für den elektrischen Stellantrieb die tatsächlich verfügbare Versorgungsspannung an, anstatt lediglich “Standardspannung” zu vermerken.”
Geben Sie außerdem die Frequenz für Wechselstromsysteme, die Ein-Aus- oder modulierende Regelung, die gewünschten Öffnungs- und Schließzeiten, den Einschaltgrad, die Positionsrückmeldung und die erforderlichen Steuersignale an.
Die Umgebungsanforderungen sollten die IP-Schutzart, den Einsatz im Freien, die Zertifizierung für explosionsgefährdete Bereiche und die Umgebungstemperatur umfassen.
Wenn sich das Ventil bei einem Stromausfall in eine vordefinierte Position bewegen muss, sollte das erforderliche ausfallsichere Verhalten ausdrücklich festgelegt werden.
Eine aussagekräftige Angebotsanfrage sollte die tatsächliche Spannungsversorgung vor Ort angeben, beispielsweise 24 V Gleichstrom oder die am Standort des Stellantriebs tatsächlich verfügbare Wechselspannung. Dadurch lassen sich Unklarheiten hinsichtlich handelsüblicher Bezeichnungen wie “110 V” oder “220 V” vermeiden.”
Häufig gestellte Fragen
Was ist für ein elektrisch betätigtes Kugelventil besser: 24 V oder 220 V?
Keine der beiden Varianten ist grundsätzlich besser. 24 V lassen sich bequem in Niederspannungs-Steuerungssysteme integrieren, während eine Wechselstromversorgung mit höherer Spannung bei längeren Kabelstrecken oder größeren dezentralen Aktuatorlasten sinnvoll sein kann.
Hat ein elektrisch betätigtes 220-V-Kugelventil ein höheres Drehmoment?
Nicht automatisch. Das Drehmoment hängt von der Bauart des Stellantriebsmotors und des Getriebes ab. Vergleichen Sie das Nenn-Drehmoment des Stellantriebs und nicht die Versorgungsspannung.
Kann ein 24-V-Elektro-Kugelhahn für ein großes Ventil verwendet werden?
Ja, sofern ein geeigneter 24-V-Antrieb ein ausreichendes Drehmoment liefert und das elektrische System den erforderlichen Strom bereitstellen kann. Die Ventilgröße allein bestimmt nicht die Spannung.
Kann eine SPS ein elektrisch betätigtes 220-V-Kugelventil steuern?
Ja. Die SPS kann Relaisausgänge, Schnittstellenmodule oder entsprechende Eingänge zur Aktuatorsteuerung nutzen, während der Aktuator-Motor separat mit der erforderlichen Wechselstromversorgung versorgt wird.
Warum arbeitet mein 24-V-Antrieb am Ende eines langen Kabels so langsam?
Eine mögliche Ursache ist ein Spannungsabfall. Messen Sie die tatsächliche Spannung am Stellantrieb während des Betriebs und vergleichen Sie diese mit dem vom Hersteller zugelassenen Bereich.
Ist 24 V sicherer als 220 V?
Eine niedrigere Spannung hat Auswirkungen auf die Gefahr eines Stromschlags und die Anforderungen an die Systemauslegung; die vollständige Sicherheit hängt jedoch von der geltenden elektrischen Norm, der Installation, den Schutzeinrichtungen, der Umgebung und den Wartungsverfahren ab. Die Spannung allein sollte nicht als alleiniges Kriterium für die Sicherheitseinstufung herangezogen werden.
Können 110-V- und 220-V-Antriebe mit einem 4–20-mA-Steuersignal betrieben werden?
Ja, sofern der ausgewählte Modulationsantrieb für diesen Steuereingang ausgelegt ist. Die Versorgungsspannung des Motors und die Art des Steuersignals können separate Parameter sein.
Hat die Spannung des Stellantriebs Einfluss auf die Öffnungszeit des Ventils?
Die Nennschaltzeit wird in erster Linie durch die Bauart des Stellantriebs bestimmt. Eine falsche oder unzureichende Versorgungsspannung kann jedoch zu Betriebsstörungen führen.
Soll ich 110 V oder 120 V angeben?
Geben Sie die tatsächliche Stromversorgung vor Ort an und vergewissern Sie sich, dass diese innerhalb des vom Antriebshersteller zugelassenen Spannungsbereichs liegt, anstatt sich ausschließlich auf ein allgemeines Produktetikett zu verlassen.
Soll ich 220 V oder 230 V angeben?
Es gilt dasselbe Prinzip. Geben Sie die tatsächliche Versorgungsspannung und -frequenz vor Ort an und überprüfen Sie anschließend die Kompatibilität anhand des Typenschilds und der technischen Daten des ausgewählten Stellantriebs.
Fazit
Die Wahl zwischen elektrisch betätigten Kugelhähnen mit 24 V, 110 V und 220 V ist in erster Linie eine Entscheidung, die sich nach der elektrischen Anlage richtet, und kein direktes Maß für die Leistung des Ventils.
Ein richtig dimensionierter Antrieb kann bei jeder dieser Spannungen ein Kugelventil zuverlässig betätigen, sofern er unter den tatsächlichen Prozessbedingungen ein ausreichendes Drehmoment liefert.
Ein elektrisch betätigtes 24-V-Kugelventil kann sich für kompakte Skids und Niederspannungs-Steuerungsarchitekturen als praktisch erweisen, während 110-V- oder 220-V-Konfigurationen sinnvoll sein können, wenn kompatible Wechselstromversorgung ohne Weiteres verfügbar ist oder wenn die Verteilungsentfernungen vor Ort größer sind.
Kabellänge, Strombedarf, Spannungsabfall, Einschaltdauer des Stellantriebs, Steuersignal, Umweltschutz sowie Anforderungen an die Ausfallsicherheit sollten vor der Festlegung der Versorgungsspannung geprüft werden.
Der zuverlässigste Ansatz besteht daher darin, zunächst die mechanische Dimensionierung des Ventils und des Stellantriebs vorzunehmen und anschließend die Spannung auszuwählen, die am besten zur elektrischen und steuerungstechnischen Architektur der Anlage passt.