KNX ist ein leistungsstarker und flexibler Standard für die Gebäudeautomation. Er ermöglicht eine nahtlose Integration verschiedener Systeme und Geräte zur Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Klimaanlage, Jalousien, Sicherheitssystemen, Energiemanagement und mehr. KNX ist seit 34 Jahren ein offener Standard und erlaubt, dass Produkte verschiedener Hersteller problemlos zusammenarbeiten und kommunizieren. Ein KNX-System besteht dabei aus Sensoren und Aktoren. Sensoren sind Feldgeräte, die dezentral im Gebäude verteilt sitzen und Informationen über die Umgebung erfassen, wie z.B. Temperatur, Lichtintensität oder Bewegung. Aktoren sind meist zentrale Geräte, die im Installationsverteiler auf der Tragschiene installiert sind und auf die gesammelten Informationen der Sensoren reagieren und Aktionen ausführen, wie z.B. das Einschalten von Lichtern oder das Öffnen von Jalousien. Damit diese Kommunikation 24/7 ohne Unterbrechung oder Verzögerung zur Verfügung steht, wird eine zuverlässige KNX-Spannungsversorgung benötigt.
Das Herz eines jeden KNX-Systems
Ein wichtiger und zentraler Aspekt der Gebäudeautomation ist die Spannungsversorgung. Sie stellt sicher, dass alle Komponenten des KNX-Systems ordnungsgemäß funktionieren und miteinander kommunizieren. Der KNX-Bus wird von einer oder mehreren Spannungsversorgungen mit einer integrierten KNX-Drossel und typischerweise 30V (Arbeitsbereich 28V bis 31V) Gleichspannung versorgt. Die Drossel trennt dabei den KNX-Bus von den aktiven Komponenten des Netzteils und ermöglicht so eine nahezu störungsfreie Kommunikation der angeschlossenen KNX-Teilnehmer. Zur Kommunikation wird dabei die Spannung für eine minimale Zeit von den angesprochenen Teilnehmern kurzgeschlossen. Je nach Ausführung und Leistung der einzelnen Sensoren und Aktoren fällt der Strombedarf höher oder niedriger aus – durchschnittlich werden rund 10mA pro KNX-Teilnehmer verbraucht. In der Regel reicht ein KNX-Netzteil mit 640mA aus, um eine Linie mit 64 Busteilnehmern zu versorgen und eine reibungslose Kommunikation sicherzustellen. Sollten allerdings leistungsstärkere KNX-Geräte wie Displays in einer Linie verbaut sein, kann es schnell zu einer höheren Auslastung des Netzteils führen. Dafür hat der KNX-Standard in den Richtlinien zu jedem Netzteil eine passende Leistungsreserve definiert (siehe KNX-Standard 09_02, ‚Basic and System Components‘, Kapitel 2.6: Electrical Features).
Volle Peak-Auslastung bis 1.200mA dank aktiver KNX-Drossel
Der KNX-Standard legt fest, bis zu welchem Arbeitsbereich die einzelnen Leistungsvarianten der KNX-Spannungsversorgungen die Spannung und damit die KNX-Kommunikation aufrechterhalten müssen. Dabei darf die vorgeschriebene Mindestspannung von 28V nicht unterschritten werden. Darüber hinaus muss z.B. ein 640-mA-Netzteil eine Leistungsreserve bis 900mA vorhalten und einen Überlaststrom von 1.200mA gewährleisten. Spitzenwerte wie diese können dauerhaft bei leistungsstärkeren KNX-Sensoren oder temporär durch Zentralfunktionen bzw. größer angelegte Szenen auftreten, sobald viele KNX-Geräte gleichzeitig angesprochen werden und kommunizieren müssen. Deshalb sollte immer auf die Dimensionierung bzw. richtige Auslegung des Netzteils geachtet werden. Das bedeutet, dass die marktüblich eingesetzte passive KNX-Drossel dieser Auslastung am Bus-Ausgang standhalten muss, ohne dabei z.B. in die magnetische Sättigung versetzt zu werden. Die passiven KNX-Drosseln verwenden, oft aus wirtschaftlicher Sicht, einen Ferritkern z.B. EI-Kern mit Luftspalt. Dies kann sich negativ auf die Signalintegrität des KNX-Busses auswirken, sodass der Arbeitsbereich des Netzteils bis 900mA bzw. 1.200mA nicht gewährleistet ist und zu unerwarteten Telegrammverlusten oder weiteren Fehlfunktionen in der Übertragung führen. Mit einer aktiven KNX-Drossel dagegen, die mit einem Ringkern arbeitet, lässt sich die magnetische Komponente und damit das Sättigungsverhalten vermeiden. Die Magnetisierung eines Ringkerns lässt sich, je nach Materialzusammensetzung, definierter ausführen – durch eine homogene Verteilung des Materialgemisches wird z.B. ein bei EI-Kernen üblicher Luftspalt in sehr viele kleine Einzelluftspalte verteilt. Negative Effekte konzentrierter Streufelder lassen sich somit weitgehend eliminieren. Ein weiterer und ganz entscheidender Vorteil der aktiven Drosselschaltung ist, dass der benötigte Spitzenwert exakt einstellbar ist. Die geforderten 1.200mA der 640-mA-Spannungsversorgungen stehen dem KNX-Bus somit ohne Einschränkungen zur Verfügung. Aus Sicherheitsgründen wird die Kommunikation bzw. der BUS-Ausgang ab 1.200mA aktiv weggeschaltet, um die Differenzierung und klare Abgrenzung zwischen dem KNX-Betrieb und dem Kurzschlussverhalten sicherzustellen. Dies macht eine KNX-Anlage bzgl. der Anlagensicherheit und -verfügbarkeit deutlich zuverlässiger und in sich besser planbar.
Ein KNX-Netzteil sorgt für Transparenz
Als KNX-Spannungsversorgung erleichtert die Step Power dem Anwender über das integrierte Farbdisplay die Arbeit und gewährt einen einfachen Einblick in das System direkt am Gerät. Durch diese Transparenz bekommt der KNX-Bus ein Gesicht. Das Display spiegelt nicht nur den aktuellen Systemzustand wider, sondern liefert über das Menü zahlreiche Informationen. Diese dienen vor allem Einrichtung, Diagnose und Erweiterung der KNX-Anlage. Dem Installateur stehen so alle relevanten KNX-Systeminformationen auf einen Blick zur Verfügung. Daraus ergeben sich einige relevante Vorteile für den Anwender und Anlagenbetreiber:
- BUS- und AUX-Ausgang können separat voneinander ausgelesen werden, sodass die Fehlersuche eingegrenzt ist.
- Ein Kurzschluss auf der KNX-Leitung wird mit einem Blackscreen bzw. wieder Aufstarten dargestellt.
- Das zeitliche Überlastverhalten wird im Gerät gespeichert und ist über das Display abrufbar. So kann der Elektroinstallateur ausführen, warum das Gerät defekt ist, z.B. durch Übertemperaturen im Verteiler.
- Sobald ein Reset der KNX-Anlage stattgefunden hat, wird die Laufzeit – nicht aber die Gesamtlaufzeit des Geräts – auf null zurückgesetzt, sodass der exakte Zeitpunkt des Fehlers bestimmt werden kann.
Nach zehn Minuten der Nichtbenutzung schaltet sich das Display automatisch aus, um die Effizienz des Netzteils hochzuhalten.
Fazit
Auf den lediglich 3 TE-Baubreite steckt jede Menge Potenzial. Die Step-Power-KNX-Spannungsversorgung von Phoenix Contact bringt mit dem Farbdisplay und der aktiven KNX-Drossel mehr Transparenz und Kommunikationssicherheit für Anwender. Das Gerät bietet eine sichere Kommunikation ohne Unterbrechung dank neuer Drosselschaltung. Dabei stehen dem KNX-Bus die 1.200mA in vollem Umfang zur Verfügung. Gleichzeitig kann die KNX-Anlage schnell und einfach vor Ort analysiert werden – so dient das Gerät auch der temporären Diagnose in einer Bestandsanlage. Alle relevanten Systemstatusinformationen sowie historischen Werte sind über das integrierte Menü jederzeit ablesbar. Somit ist es von nun an nicht nur Fachpersonal möglich, eine qualifizierte Aussage über das Verhalten des Systems zu geben. Auch Effizienz und Ökobilanz verbessern sich weiter. Die aktive Drosselschaltung passt sich der angeschlossenen Last dynamisch an und sorgt so für Energieeinsparungen. Des Weiteren werden Netzschwankungen, dank großem AC- und DC-Eingangsspannungsbereich, am Eingang abgefangen und erhalten keinen Einfluss auf die 30-V-KNX-Versorgung. Zusammen mit der aktiven Drossel sorgt dies für eine leistungs- und langzeitstabile sichere KNX-Kommunikation.
