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Überspannungsschutz mit Diagnosefunktion

Wirksamkeit stets im Blick
Überspannungsschutz mit Diagnosefunktion

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Prozesstechnische Anlagen müssen vor Überspannungen geschützt werden. Die Wirksamkeit der verwendeten Überspannungsschutzmodule ist regelmäßig zu prüfen, sodass eine permanente Sicherheit gegeben ist. Manuelle Kontrollen sind aufwendig und wenn ein Signalkreis für einen Modultausch abgeschaltet werden muss, bedeutet dies Einschränkungen im Betrieb. Modulare Überspannungschutzsysteme mit Diagnosefunktion können Abhilfe schaffen.

Die Ursachen für Überspannungen sind vielfältig. Nicht nur Blitzeinschläge, sondern auch Transienten durch Schaltvorgänge sowie Lastabwürfe oder Unterbrechungen der Versorgung können eine Elektronik nachhaltig schädigen. Zu den Auswirkungen gehören neben der direkten Zerstörung von Bauteilen vor allem die Gefährdung der Anlagenverfügbarkeit und ihre Folgen wie Produktionsausfälle, die Betriebskosten nach oben treiben. Überspannungsschutzsysteme müssen daher integraler Bestandteil von prozesstechnischen Anlagen sein. Zudem fordern aktuelle Normen wie EN 62305, dass sie regelmäßig auf ihre Wirksamkeit hin überprüft werden. Diese Kontrolle erfolgt bislang meist manuell vor Ort, ist gerade bei großen Anlagen sehr aufwendig und erfordert zudem unterwiesenes Personal sowie Hilfsmittel wie einen Prüfkoffer. Trotz dieser Prüfung lassen die gewonnen Ergebnisse keine Rückschlüsse auf die Vorschädigung des Schutzmoduls und damit auf seinen Verschleißzustand zu. Es ist daher bislang nur möglich, die geprüften Geräte mit „gut“ oder „schlecht“ zu bewerten. Um die unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen des Marktes für Signalleitungen zu erfüllen, bietet Pepperl+Fuchs zwei Überspannungsschutzsysteme mit unterschiedlichem Funktionsumfang an.

Mit Condition-Monitoring-Funktion

Das Überspannungsschutzsystem M-LB-5000 mit Condition-Monitoring-Funktion gewährleistet eine automatische und kontinuierliche Überwachung von Signalleitungen. Die patentierte Diagnosefunktion erfasst über einen speziellen Algorithmus unterschiedliche Belastungssituationen, die zu einem Verschleiß des Überspannungsschutzes führen. Dazu gehören die Anzahl der Zündereignisse des Gasableiters, die Erfassung der Siliziumtemperatur der Supressordioden und die Messung der Innenraumtemperatur des Überspannungsschutzmoduls. Hat das Schutzmodul 90 % seines Lebenszyklus erreicht, wird dies über eine gelbe Diode angezeigt. So werden die Schutzmodule weder zu früh noch zu spät getauscht: Zu früher Austausch führt zu einer unnötig hohen Austauschfrequenz, ein zu später Austausch bedeutet für die Anlage Phasen ohne ausreichenden Überspannungsschutz, wenn defekte Schutzmodule nicht sofort getauscht werden. Das optimiert die Verfügbarkeit der Überspannungsschutzfunktion und damit auch die der Anlage und minimiert gleichzeitig die Wartungskosten.

Die M-LB-5000-Module werden auf einer Standardhutschiene montiert. Die Geräte bestehen jeweils aus einem Basismodul sowie dem eigentlichen Schutzmodul. Um bei einer Montage von Ex- und Nicht-Ex-Modulen auf einer Hutschiene das Fadenmaß einzuhalten, verfügt das System zusätzlich über eine isolierende Trennwand. Alle Module haben eine Baubreite von nur 6,2 mm und erlauben eine einfache Inbetriebnahme ohne spezielle Hilfsmittel. Zusätzlich zu den Schutz- und Basismodulen gibt es drei sogenannte Funktionsmodule. Das Wartungsmodul meldet, wenn bei mindestens einem Schutzmodul eine gelbe LED leuchtet und es ausgetauscht werden sollte. Das Fehlermodul zeigt an, wenn bei mindestens einem Gerät ein Fehler (rote LED) auftritt und dieses direkt ausgetauscht werden muss. Die dritte Einheit ist ein Powermodul, das die Schutzmodule über das Power Rail versorgt. Ebenfalls über das Power Rail werden auch die Fehlermeldungen an die Funktionsmodule oder die Steuerung weiter gegeben.

Schutzmodule mit Signal-LEDs

Die intuitiv ablesbare Ampelanzeige an den Schutzmodulen minimiert den Prüfaufwand enorm, da der Fehler sehr einfach einem spezifischen Signalkreis zugeordnet werden kann. Eine grüne LED auf dem Schutzmodul bedeutet: Die volle Schutzwirkung ist vorhanden, es gibt eine ausreichende Funktionsreserve und es besteht kein Handlungsbedarf. Die gelbe LED signalisiert als Teil der Condition Monitoring Funktion, dass das Schutzmodul 90 % seines Lebenszyklus erreicht hat. Der Signalkreis ist nach wie vor geschützt, das Modul sollte aber in Kürze, beispielsweise bei der nächsten turnusmäßigen Wartung, ersetzt werden. Eine rote LED zeigt an, dass das Schutzmodul dauerhaft geschädigt und keine Schutzwirkung garantiert werden kann. Es muss sofort ersetzt werden, um Schäden beim nächsten Überspannungsereignis zu vermeiden.

Vorteile der Modularität

Im Wartungsfall bietet der modulare Aufbau des Überspannungsschutzsystems deutliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen Lösungen. So führt das Abziehen des Schutzmoduls dank des Basismoduls auf der Hutschiene zu keiner Signalunterbrechung: In dem Moment, in dem die Verbindung des Signalkreises mit dem Schutzmodul nicht mehr besteht, wird der Signalkreis unterbrechungsfrei über das Basismodul geschlossen. Ein Schutzmodul kann daher getauscht werden, ohne den Anlagenbetrieb zu beeinträchtigen. Ein zusätzlicher Loop Check ist nicht notwendig.

Soll der Signalkreis hingegen bewusst unterbrochen werden, beispielsweise für Isolationsprüfungen während der Inbetriebnahme oder bei wiederkehrenden Tests, wird das Schutzmodul einfach um 180° gedreht aufgesteckt. In diesem Fall wird der Signalkreis durch eine integrierte Trennfunktion unterbrochen. Dadurch kann das Modul auch Reihenklemmen in der Rangierebene platzneutral ersetzen.

Einfache Reihenklemme

Für Anwendungen, bei denen nicht mehr als Minimalspezifikationen plus Loop Connect gefordert werden, hat Pepperl+Fuchs das M-LB-2000 entwickelt. Es ist vom Formfaktor her sehr ähnlich zum M-LB-5000 und zum direkten Aufstecken auf die Hutschiene konzipiert. Die wesentlichen Unterschiede sind, dass weder eine Diagnose noch ein Austausch des Moduls ohne Unterbrechung der Signalleitung möglich ist. Eine Loop-Disconnect-Funktion wird bei gestecktem Modul über zwei leicht erreichbare Schalter an der Frontseite erreicht.

Das M-LB-2000 mit einer Breite von ebenfalls nur 6,2 mm spart nicht nur viel Platz im Schaltschrank; es ist praktisch ein Reihenklemmenersatz mit Überspannungsschutz. Dadurch kann sogar vollständig auf Messertrennklemmen verzichtet werden – das spart Kosten. Die Zertifikate reichen von Atex, IECEx und UL bis Zone 1 sowie bis
SIL 3.

Pepperl+Fuchs AG, Mannheim


Autor: Andreas Grimsehl

Product Marketing Manager Interface Technology,
Pepperl+Fuchs



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