INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Rundum geschützt Wie sich das Leben industrieller Anlagen verlängern lässt Eine lange Lebensdauer und eine hohe Verfügbarkeit industrieller Anlagen sind der Grundstein produzierender Unternehmen. Durch die Digitalisierung und den stetig ansteigenden Automatisierungsgrad wird die Produktauswahl immer komplexer. Dabei spielt der Überspannungsschutz eine wichtige Rolle. Darüber hinaus sind die Auswahl und das Zusammenspiel der Komponenten entscheidend, um den Zielkonflikt zwischen einem sinnvollen Schutz der Anlage und einer langen Lebensdauer von Endgeräten zu lösen. Um in einer industriellen Anlage einen problemlosen Betrieb über einen langen Zeitraum sicherzustellen, ist es unerlässlich, auf hochwertige Komponenten zu setzen. Von der Einspeisung bis zum Verbraucher sind alle Anlagenteile zuverlässig vor Ausfall und Beschädigung zu schützen. Diverse Fehlerfälle können im laufenden Betrieb die Anlage zum Stillstand bringen. Um die damit verbundenen nicht planbaren Kosten zu vermeiden, ist es erforderlich, sich ausreichend mit den Themen Überspannungsschutz, Überstromschutz, Kurzschlussschutz, Anlauf von Lasten und einer Pufferung der Versorgungsspannung auseinanderzusetzen. Aufeinander abgestimmte Schutzmaßnahmen notwendig Für den ganzheitlichen Schutz von Gebäuden und Anlagen vor den Auswirkungen von Blitzeinschlägen und Überspannungen sind mehrere aufeinander abgestimmte Schutzmaßnahmen und Schutzvorrichtungen notwendig. Hier unterteilt man in inneren und äußeren Blitzschutz. Der äußere Blitzschutz hat die Aufgabe, sich dem zu schützenden Objekt nähernde Blitze einzufangen und den Blitzstrom vom Einschlagpunkt zur Erde hin abzuleiten und im Erdreich zu verteilen. Das innere Blitzschutzsystem soll eine gefährliche Funkenbildung innerhalb der Anlage verhindern. Hierzu wird ein mehrstufiges, aufeinander abgestimmtes System von Überspannungsschutzgeräten eingesetzt – ein koordiniertes SPD (Surge Protective Device)- System. Schutzkreisprinzip beugt Überspannungen vor Das Schutzkreisprinzip definiert eine lückenlose Schutzmaßnahme vor Überspannungen. Ein gedachter Kreis umfasst dabei die zu schützenden Geräte, Anlagen oder Systeme. An allen Stellen, wo Leitungen diesen Kreis schneiden, gilt es Überspannungsschutzgeräte zu installieren, die den Nenndaten der jeweiligen Stromversorgung oder Signalart entsprechen. Um Objekte konsequent vor leitungsgebundenen Überspannungs-Einkopplungen zu schützen, sind folgende Bereiche zu berücksichtigen: n Stromversorgung n Mess-, Steuerungs- & Regelungstechnik n Datenverarbeitung, Telekommunikation n Sende- und Empfangsgeräte Die Stromversorgung ist der Teil einer Anlage, in der Überspannungen mit hoher Energie auftreten. Alle Anlagenteile von der Gebäudeeinspeisung bis hin zum Verbraucher können direkt betroffen sein. Ein leistungsstarker Überspannungsschutz sorgt für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und somit für eine höhere Verfügbarkeit der Anlage. Dabei sind die nationalen Errichtungsbestimmungen für Niederspannungsanlagen bei Produktauswahl und Einbau zu berücksichtigen – wie die VDE 0100 Teil 534. Die für Überspannungsschutz relevante Anwendungsnorm (DIN CLC/TS 61643-12) beschreibt ein mehrstufiges Schutzkonzept, welches sich mit den Schutzgeräten vom Typ 1+2, Typ 2 und Typ 3 einfach planen und umsetzen lässt. Dipl.-Ing. Alexa Broer, Produktmarketing, Über spannungsschutz Trabtech bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg 32 INDUSTRIELLE AUTOMATION 04/2020 www.industrielle-automation.net

Überspannungsschutz erhöht Lebensdauer der Anlage Technologische Weiterentwicklung impliziert auch den Einsatz von immer mehr elektronischen Betriebsmitteln und somit einen erhöhten Schutzbedarf von Komponenten, um die Verfügbarkeit der Anlage sicherzustellen. Der Endgeräteschutz Typ 3 ist häufig eine wirtschaftliche Entscheidung. Mögliche Gründe für den Einsatz sind die essenzielle Verfügbarkeit, aufwendige Wartung oder ein hoher Wert der Anwendung. Hinzu kommt vermehrt die Lebensdauer der Anlage, um eine hohe Planungssicherheit der Kosten zu erreichen. Elektronische Endgeräte enthalten Komponenten, die empfindlich gegen Alterungserscheinungen sind, wie etwa Elektrolytkondensatoren in der Eingangsschaltung. Der Einsatz von Überspannungsschutz Typ 3 vor Endgeräten stellt nicht nur einen wichtigen Bestandteil zur Verfügbarkeit und Sicherheit einer elektrischen Anlage dar, sondern dämmt darüber hinaus die Alterungserscheinungen von empfindlichen Komponenten ein und erhöht somit die Lebensdauer. Je besser die Komponenten aufeinander abgestimmt sind, desto größer ist der Effekt auf die Lebensdauer. Optimal aufeinander abgestimmte Kombination Hochwertige Komponenten erfüllen die jeweilige Produktnorm, die i.d.R. durch eine unabhängige Prüfstelle mit einer Approbation bescheinigt wird. Viele Produkte von Phoenix Contact sind bereits leistungsfähiger als die jeweilige Produktnorm es erfordert. Die Produktnorm beschreibt aber nur die jeweilige Produktanforderung und nicht das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. Aus diesem Grund wurde im Labor von Phoenix Contact die optimal aufeinander abgestimmte Produktkombination von Überspannungsschutz Plugtrab-SEC und der Stromversorgung Quint Power der 4. Generation explizit in Anlehnung an Annex J CLC/TS 61643-12:2009 miteinander geprüft. Diese Kombination wird mit Hybridimpulsen unterschiedlicher Amplitude belastet. Dabei wird der Eingangsstrom der Gesamtanordnung, der Eingangsstrom in die Quint Power 4, der Schutzpegel am Ausgang des Plugtrab-SEC und die Spannung an den Elektrolyt-Kondensatoren in der Stromversorgung Quint Power gemessen. Das Prüfergebnis zeigt die direkte Koordination zwischen Überspannungsschutz und Stromversorgung. Bei einer symmetrischen Belastung zwischen L-N mit einem Hybridimpuls unterschiedlicher Amplituden fließen 50 % des Stromes in die Stromversorgung; die andere Hälfte wird durch den Überspannungsschutz abgeleitet. Die Robustheit gegenüber Überspannungen verdoppelt sich dadurch nicht nur, sondern die Stromversorgung kann durch Vorschalten des Plugtrab-SEC zehnmal so häufig mit Stoßstromimpulsen belastet werden wie ohne zusätzlich vorgeschalteten Überspannungsschutz. Bei asymmetrischer Belastung zwischen L-PE wird der Strom aufgrund der niedrigeren Zündspannung des im Plugtrab-SEC eingesetzten Gasableiters durch den Plugtrab-SEC abgeleitet, es fließt also kein Strom in die Stromversorgung. So bietet die Kombination aus dem Überspannungsschutz Plugtrab-SEC und der Stromversorgung Quint Power der 4. Generation auch bei extremen Umweltbedingungen einen maximalen Schutz der Anlage. Bilder: Aufmacher Toniflap/Shutterstock.com & Phoenix Contact, sonstige Phoenix Contact www.phoenixcontact.de Stromaufteilung bei symmetrischer Belastung mit einem Hybridimpuls von 6 kV mit und ohne Überspannungsschutz