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Artikel und Hintergründe zum Thema

Überspannungsschutzsystem

Fernüberwachung weitläufiger Anlagen

Überspannungsschutzgeräte helfen den Gefahren von Blitz- und Überspannungsschäden vorzubeugen. Doch Anlagenbetreiber müssen auch diese Systeme überwachen. Eine präventive Aussage über deren Zustand war bisher nicht möglich. Ein neues System von Phoenix Contact schafft hier Abhilfe und meldet, wenn die Schutzgeräte ihre Leistungsgrenze erreichen. Die Lösung lässt sich einfach installieren und eignet sich für die Fernüberwachung weitläufiger Anlagen.
Neben der Leistungsfähigkeit der Schutzschaltung und der Zustands- überwachung der Geräte kommt es vor allem auf die einfache Installation und Erweiterbarkeit des Überspannungsschutzsystems an.

Um einen Anlagenausfall zu verhindern ist ein leistungsfähiges Schutzkonzept gegen Blitz und Überspannung erforderlich. Denn die Mess-, Steuer- und Regelungs-(MSR)-Technik von Anlagen ist besonders anfällig gegen transiente Überspannungen. Neben der Leistungsfähigkeit der Schutzschaltung und der Zustandsüberwachung der Geräte kommt es vor allem auf die einfache Installation und Erweiterbarkeit des Überspannungsschutzsystems an. Damit der Blitz- und Überspanungsschutz zu einer höheren Verfügbarkeit von Industrieanlagen beiträgt, müssen die Überspannungsschutzgeräte (ÜSG) eine leistungsfähige Schutzschaltung besitzen. Aber auch die Schutzsysteme müssen dann überwacht werden. Einen bereits erfolgten Ausfall zu melden reicht nicht aus – man benötigt eine präventive Aussage zum Geräte-Zustand.

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Um die Schutzsysteme nicht ständig vor Ort kontrollieren zu müssen, ist es vorteilhaft, wenn sich der Zustand des ÜSG fern-melden und überwachen lässt. Der Installationsaufwand für das Fernmeldekonzept sollte aus Zeit- und Kostengründen so gering wie möglich sein. Es gibt viele Konzepte, die den Zustand des ÜSG melden. Der Zustand der Schutzfunktion muss dabei ständig erfasst werden. Das neue Überspannungsschutzsystem Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact hingegen meldet einen Status, wenn die Schutzgeräte ihre Leistungsgrenze erreicht haben.

In ausgedehnten oder schwer zugänglichen Anlagen erfordert die Sichtprüfung des Überspannungsschutzes vor Ort einen hohen zeitlichen Aufwand. Da macht es Sinn, den Zustand des ÜSG mittels Fernmeldekontakt zu übermitteln. Mit Hilfe weiterer Komponenten lassen sich die Fernmeldekontakte in intelligente Meldesysteme einbinden. Stand der Technik ist es, die Fernmeldekontakte in das Gehäuse-Konzept des Überspannungsschutzgeräts zu integrieren. Dadurch werden Anschlussklemmen belegt, und Platz für den Schutz weiterer Signalleitungen geht verloren. Hier liegt es auf der Hand, den Platzbedarf für Fernmeldung und Hilfsenergie in einen separaten Controller auszulagern. Für das Schutzkonzept ergeben sich so erhebliche Vorteile. Denn mittels Controller lassen sich mehrere ÜSG mit Hilfsenergie versorgen, so dass eine Sammelmeldung der Geräte erfolgen kann. Dadurch stehen alle Anschlüsse am ÜSG zum Schutz für Signalleitungen zur Verfügung. Durch die Möglichkeit, bis zu fünf Signalleitungen anzuschließen, spart man Platz und Kosten. Um den Installationsaufwand zu minimieren, kommt bei der neuen Produktfamilie ein T-Bus als Tragschienenverbinder zum Einsatz.

Schutzsystem flexibel erweiterbar

Wird bei einer Anlage viel Wert auf die Erweiterbarkeit gelegt, sollte auch das Überspannungsschutzsystem ohne großen Installationsaufwand erweiterbar sein. Auch bei kurzfristigen Planungsänderungen, wie sie heute häufig vorkommen, sind solche Schutzsysteme vorteilhaft. Mit dem T-Bus-Konzept bleibt das Schutzsystem auch in solchen Fällen flexibel erweiterbar.Bei der Auswahl der ÜSG muss der Planer neben dem hohen Schutzpegel auch das Impulsableitvermögen berücksichtigen. Diese lassen sich durch genormte Prüfungen nachweisen. Bei einem gut dokumentierten ÜSG gibt es idealerweise Angaben zu mehreren Normimpulsen, denn oft ist die zu erwartende Impulsstärke vom Installationsort abhängig. In den MSR-Installationen kann man mit relativ moderaten Stromimpulsspitzen von einigen kA rechnen, weil der Leitungsquerschnitt klein und somit der Widerstand pro Längeneinheit (Ω/m) relativ hoch ist.

Andererseits sind die zu schützenden Geräte gegen Überspannungen empfindlicher als netzbetriebene Geräte. Somit müssen die ÜSG einen niedrigen Schutzpegel aufweisen. Ein guter Schutzpegel lässt sich mit Spannungsbegrenzungsdioden (TVS - Transient Voltage Suppressor) erreichen. Deren Stromtragfähigkeit ist auf einige Ampere begrenzt. Die Gasableiter (GDT – Gas Discharge Tube) bieten eine gute Stromtragfähigkeit, benötigen aber für die Zündung eine hohe Spannung. Zweistufige ÜSG vereinen die Vorteile beider Bauelemente. Durch die begrenzte Stromtragfähigkeit der Schutzdiode wird mit großen Widerständen R ein großer Spannungsabfall erzeugt. Wegen der Verluste und der geringen Stromtragfähigkeit der TVS-Dioden waren frühere Geräte auf kleine Nennströme begrenzt. Durch exakte Abstimmung der Komponenten erreicht man in modernen Geräten Signalströme von bis zu 1 A. So lassen sich nicht nur Geräte mit geringem Nennstrom, sondern auch niederohmige Aktoren schützen. Wegen kleinerer Verluste im Signalpfad ist das Wärmemanagement am Installationsort einfacher. Die erhöhte Stromtragfähigkeit der Schutzdiode und der Schutzwiderstände erhöht zudem die Lebensdauer der ÜSG. jg

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