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Überwachung mit System

Überspannungsschutz in der MSR-Technik

Auf einen Blick Vorausschauend Ein dreistufiges Monitoring aller Schutzkomponenten ermöglicht eine vorausschauende Überwachung Schnell Tragschienen-Connector und kodierte Stecker sorgen für eine schnelle Installation ohne großen Verdrahtungsaufwand Einfach Spannungsversorgung und Statusübertragung über den integrierten Tragschienenbus vereinfachen die Erweiterung
Schutzgeräte für die MSR-Technik müssen komfortabel, sicher und schnell installierbar sein. Zudem muss sich der Anlagenbetreiber auf die ordnungsgemäße Funktion des Überspannungsschutzes verlassen können. Eine eindeutige Aussage, ob die Funktion zwar jetzt noch, aber schon bald vielleicht nicht mehr gegeben ist, sollte vor Ort und von der Leitwarte aus erkennbar sein. Die neuen Überspannungsschutzgeräte aus der Produktfamilie »Plugtrab PT-IQ« erfüllen diese Anforderungen.

Vorausschauend überwachen

Blitzschutzsysteme sind nach IEC 62305-3 in regelmäßigen Abständen einer Sichtprüfung zu unterziehen. Überspannungsschutzgeräte (ÜsG) sind ein fester Bestandteil des Blitzschutzes, integrierte Statusanzeigen sind unabdingbar. Sie sind heute Stand der Technik bei Produkten zum Schutz von Stromversorgungssys­temen. Aufgrund der in den Systemen verfügbaren Energien ist es allgemeine Praxis, das Temperaturverhalten der integrierten Schutzbausteine zu überwachen. Im Fehlerfall kommt es zu Temperaturerhöhungen einzelner Schutzkomponenten, die dann über Schmelzlote vom Netz abgetrennt werden. Eine mechanische Kopplung aktiviert in diesem Fall eine elektrische oder mechanische Signalisierung am ÜsG.
Auf einen Blick Plugtrab PT-IQ von Phoenix Contact:  www.phoenixcontact.de/pt-iq
In Systemen der MSR-Technik lässt sich jedoch nicht immer sicherstellen, dass sich im Fehlerfall die Temperatur der Bauelemente der Schutzgeräte signifikant erhöht – etwa bei einer Stromschleife 4 … 20 mA. Somit scheidet hier die thermische Überwachung als zuverlässige und universelle Methode aus.

Bei der neuen Produktfamilie Plugtrab PT-IQ basiert die Überwachung auf einer kontinuierlichen elektrischen Funktionskontrolle. Ein rotes Signal zeigt an, dass der Ableiter überlastet ist und ausgetauscht werden muss.

Vielleicht war ein Techniker vor ein paar Tagen vor Ort am Schaltschrank und könnte sich den erneuten Serviceeinsatz jetzt sparen, wenn er mehr über den Zustand des Ableiters gewusst hätte. Plugtrab PT-IQ bietet ein dreistufiges, intelligentes und vorausschauendes Überwachungssystem für genau diesen Fall. Die gelbe Statusanzeige informiert, dass das Schutzgerät seine Leistungsgrenze erreicht hat. Der Techniker entscheidet dann, ob der Ableiter ausgetauscht wird, um weitere Serviceeinsätze zu vermeiden. Die Statusinformationen sind zusätzlich über einen integrierten potentialfreien Fernmeldekontakt abfragbar.

Fix und fehlerfrei installieren

Bild 1: Nicht nur »rot« und »grün« –  das dreistufige Überwachungskonzept  bietet mehr Informationen über den  Zustand des Ableiters
Bild 1: Nicht nur »rot« und »grün« – das dreistufige Überwachungskonzept bietet mehr Informationen über den Zustand des Ableiters
Die elektronische Überwachung der Schutzkomponenten darf zu keinem Zeitpunkt das zu schützende System beeinflussen. Somit scheidet eine Entnahme der benötigten Energie aus dem Signalkreis aus. Die Lösung liegt in extern zugeführter Energie. Das ist leicht realisierbar, da sich die ÜsG meist in Verteilungen mit separater 24-V-Stromversorgung befinden.

Stand der Technik ist, dass Überspannungsschutzgeräte für die MSR-Technik separate Klemmstellen zum Durchverdrah­ten oder Überbrücken für die externe Hilfsenergie haben. Bei der neuen Produkt­familie geht dies einfacher. Das Schutzsystem besteht aus einem Controller, den eigentlichen ÜsG sowie Tragschienenverbindern (Bild 1). Eine grüne LED am Controller signalisiert die Funktion aller angereihten Überspannungsschutzgräte sowie der externen Spannungsversorgung.
Bild 2: Der mehrteilige Aufbau des Überspannungsschutzsystems ermöglicht eine schnelle und einfache Installation – auch im Servicefall
Bild 2: Der mehrteilige Aufbau des Überspannungsschutzsystems ermöglicht eine schnelle und einfache Installation – auch im Servicefall
Die in der Hutschiene liegenden 5-poligen Tragschienenverbinder versorgen alle Überspannungsschutzgeräte mit der benötigten Hilfsenergie. Gleichzeitig meldet jeder Ableiter über dieses System seinen Status an den Controller zurück. Das spart Verdrahtungsaufwand. Er reicht aus, die Tragschienenverbinder aufzurasten und die Module zu installieren.

Der Controller gibt als zentrale Einheit eine Sammelstatusinformation sowohl über eine integrierte Statusanzeige als auch über potentialfreie Fernmeldekontakte weiter. Durch diese Funktionen sieht der Techniker den Status aller installierten und angereihten Ableiter auf einen Blick. Über einen im Controller integrierten Schiebeschalter können die dauerhaft leuchtenden grünen LED der Ableiter ausgeschaltet werden. Die Statusinformationen »gelb« und »rot« sind von diesem Mechanismus unberührt, damit betroffene Schutzgeräte auf einen Blick erkennbar sind.

Das Produktkonzept ist zweiteilig strukturiert (Bild 2): Sollte ein Ableiter überlastet sein oder eine Isolationsmessung durchgeführt werden müssen, kann das Gerät durch einfaches Ziehen des Schutzsteckers ausgetauscht werden. Ein Eingriff in die Installation und eine damit verbundene Unterbrechung des Signalkreises ist nicht erforderlich. Außerdem bietet die spezielle Konstruktion der Lösung die Möglichkeit, den Schutzstecker zu ziehen, ohne die Impedanz des Signalkreises zu beeinflussen.

Flexibel erweitern

Bild 3: Ein Controller kann bis zu 28 Überspannungsschutzgeräte überwachen, aufgrund eines separaten Leiterplattensteckverbinders selbst auf mehreren Hutschienen
Bild 3: Ein Controller kann bis zu 28 Überspannungsschutzgeräte überwachen, aufgrund eines separaten Leiterplattensteckverbinders selbst auf mehreren Hutschienen
Ein Controller überwacht bis zu 28 Ableiter. Jeder von ihnen schützt auf einer Baubreite von nur 17,5 mm bis zu fünf Signal­adern. Somit gibt ein Controller eine Information über den Schutzstatus von bis zu 140 Signalleitungen.

Das System kann zu jeder Zeit durch einfaches Anreihen eines weiteren Tragschienenverbinders erweitert werden – ohne Unterbrechung der Überwachung der bereits bestehenden ÜsG.

In der Praxis befinden sich innerhalb des Schaltschranks oftmals nicht alle Überspannungsschutzgeräte an einem Instal­lationsort – etwa auf einer Hutschiene an­einandergereiht. Über einen separaten Leiterplattensteckverbinder kann das Überwachungssystem flexibel auf eine andere Hutschiene ausgedehnt werden (Bild 3).

Weitere Funktionen

Häufig sind mehrere Überspannungsschutzgeräte nebeneinander installiert. Plugtrab PT-IQ ist über Kodierstifte eindeutig spannungskodiert. Ein Fehlstecken unterschiedlicher Spannungsebenen ist somit ausgeschlossen.

Kabelschirme können aufgrund von Potentialunterschieden oftmals nicht beidseitig auf Erdpotential gelegt werden. Für den Fall, dass kein Potentialausgleich möglich ist, bietet Plugtrab PT-IQ spezielle Lösungen. Bei einigen Varianten wird

das Schirmpotential indirekt über einen ­Gasentladungsableiter geerdet, so dass keine störenden Ausgleichströme auftreten können. Tritt zwischen Kabelschirm und Erdpotential eine Überspannung auf, wird die Schutzkomponente leitend und verhindert weiteres Einkoppeln auf den Signalkreis.

Plugtrab PT-IQ kann bis zu einer Höhe von 4 000 m NN eingesetzt werden, wie dies zum Beispiel bei manchen Windkraft-Applikationen erforderlich ist.
Über den Autor
Autorenbild
Jens Willmann

Dipl. Ing. (FH)

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